УСИЛЕНИЕ СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ ПОКРЫТИЯ И СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

Полный текст

Обследование стальных стропильных ферм покрытия промышленных зданий нередко выявляет необходимость увеличения их несущей способности. Это достигается применением различных методов усиления, среди которых, как наиболее часто применяемый, можно выделить метод увеличения сечения стержней, в том числе и сжатых, путём присоединения к ним на сварке дополнительных стержневых элементов. Сварка накладывает свои особенности (порой негативные) на работу усиливаемых элементов: имеет место разогрев стержней, появляются временные и остаточные деформации. Проблема влияния сварки комплексно не исследовалась ни в одной из известных работ по усилению. Этим объясняется разноречивость имеющихся рекомендаций, создающая серьёзные проблемы для эксплуатационников: в качестве соединительных предлагаются и сплошные, и прерывистые швы с различными порядками их наплавки; без учёта технологических параметров сварки предлагаются разные величины предельно допустимых при усилении нагрузок (от 0,4 до 0,8 от полных, расчётных для усиливаемых элементов). Очевидна необходимость проведения исследований для аргументированного обоснования рациональных технологий сварки. Такие исследования проведены в Тольяттинском государственном университете. Одним из результатов их явилась разработка методики расчёта сварочных деформаций, появляющихся при усилении сжатых стержней стальных ферм. В основу методики положен аналитический метод определения сварочных напряжений и деформаций профессора В.С. Игнатьевой, известный как метод «фиктивных температур». Методика позволяет решать задачу определения деформаций (прогибов) для общего случая наплавки нескольких продольных швов любой длины с учётом наличия в основных элементах в момент усиления сжимающих напряжений от нагрузки. Общий план решения заключается в определении прогибов от наложения каждого шва в отдельности и затем нахождении результирующей величины этих прогибов с учётом их направления. Прогибы стержня от наплавки каждого шва определяются (при условии предварительного присоединения усиливающих элементов на прихватках) следующим образом: • вычисляются доли эффективной тепловой мощности qп , приходящиеся на основной qп 0 и qп у усиливающий элементы; • рассчитываются остаточные сварочные напряжения в усиленном сечении, принимая во внимание напряжённое состояние этих элементов перед началом усиления; • определяются прогибы усиленного стержня с учётом совместности работы составляющих его элементов. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ 11 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 И.К. Родионов Более подробно особенности методики определения прогибов от сварки можно рассмотреть на примере сжатого уголкового стержня, усиливаемого уголковыми элементами по схеме «коробочка» (рис. 1). Порядок расчёта сварочных напряжений от тепловой мощности, приходящейся на элементы усиления, аналогичен порядку их расчёта в ненапряженном элементе [1, 2]: • в расчётный момент времени (момент, соответствующий остыванию металла на оси шва до Тр = 600 °С в предположении упругой работы материала) рассчитывается распределение условных упругих температурных напряжений; • вычисляются временные сварочные напряжения; • находится величина пластической составляющей временных сварочных напряжений; • рассчитывается распределение остаточных сварочных напряжений, рассматривая пластическую составляющую как свободную температурную деформацию от фиктивного источника тепла. В отличие от элементов усиления, развитие сварочных деформаций в основном стержне происходит при наличии сжимающих напряжений от нагрузки. Учёт этого фактора при определении остаточных напряжений от тепловой мощности, приходящейся на уголки основного стержня, производится следующим образом: 1. Аналогично вышеприведённому, в расчётный момент времени tp рассчитывается распределение условных упругих температурных напряжений σx усл (рис.2): σx усл = αТЕТ(y, tp), где αТ - коэффициент линейного температурного расширения; Е - модуль упругих деформаций стали; Т(y, tp) - распределение температуры по ширине усиливаемого элемента в расчётный момент времени tp. Распределение Т(y, tp) может быть определено с помощью приближённого выражения предельного состояния процесса распределения тепла при нагреве пластины толщиной δ0 мощным быстродвижущимся линейным источником [3]: где λ - коэффициент теплопроводности; cγ - удельная, объёмная теплоёмкость; a - коэффициент теплоотдачи. 2. Определяется пластическая составляющая временных напряжений, для чего производится следующее:

Об авторах

Игорь Константинович РОДИОНОВ

Тольяттинский государственный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы