TESTING OF THE JOINTS ON POP RIVETS WITH BULGE

Full Text

Для соединения легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) часто применяются вытяжные заклепки [1-3]. На базе МГСУ было проведено множество испытаний данных соединений [4-9]. Основной вклад в проведение испытаний внес И. Г. Катранов [4], результаты его работы легли в основу норм проектирования заклепочных соединений Рис. 1. Образец испытаний заклепочных соединений [5] в СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов». При проведении исследований [4-8] испытывались плоские листы различной толщины, соединенные заклепками разных диаметров (рис. 1). Однако существуют довольно широко распространенные в машиностроении соедине- Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 22 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ния с пуклевкой стальных элементов, которые имеют некоторые отличия в механической работе по сравнению с плоскими листами. В Самарском государственном техническом университете на кафедре металлических и деревянных конструкций были проведены испытания соединения стальных листов на вытяжных заклепках с пуклевкой одного элемента. Соединяемыми элементами являлись два листа толщиной 6 и 2 мм. Элемент толщиной 2 мм имел пуклевку, в элементе толщиной 6 мм выполнено зенкование отверстия для плотного прилегания элементов друг к другу. Изображение испытанных образцов представлено на рис. 2. Элемент толщиной 2 мм изготовлен из оцинкованной стали 08ПС с расчетным сопротивлением растяжению Ry = 175 МПа и временным сопротивлением разрыву Run = 295 МПа. Элемент толщиной 6 мм изготовлен из стали 09Г2С без покрытия. Заклепки стальные с потайным бортом M-Type, материал заклепки и стержня - оцинкованная сталь. Диаметр заклепок, предназначенных для склепывания пакета толщиной от 4,1 до 12,1 мм, составляет 6,5 мм. Фото образцов перед испытанием представлено на рис. 3. Всего было проведено испытание пяти образцов. Один образец являлся контрольным - элементы соединены одной заклепкой. Образцы испытывались на разрывной машине Р-50 с максимальным усилием 100 кН. В ходе испытаний наблюдался следующий Рис. 2. Образец испытанного заклепочного соединения Рис. 3. Фото образцов перед испытанием характер деформирования и разрушения. На начальной стадии имело место небольшое обмятие заклепок и соединяемых элементов до полного включения в работу. Затем следовал участок линейного деформирования. Перед выходом из строя соединения наблюдалось искривление заклепок с «закусыванием» краев отверстий и отгиб краев элементов толщиной 2 мм из-за возникшего эксцентриситета В. С. Широков, А. В. Соловьёв, С. А. Иголкин 23 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 Рис. 4. Фото образцов после испытаний: а - контрольный образец; б - то же, крупнее; в - образец №4; г - образец №5 а б в г приложения нагрузки. При достижении предельной нагрузки происходило смятие торцов элемента толщиной 2 мм. Данная картина деформирования полностью согласуется с испытаниями, проведенными на плоских образцах [9]. Образец №5 был доведен до полного разрушения соединения: после достижения предельной нагрузки продолжалось нагружение образца вплоть до среза заклепок. Фото образцов после испытания представлены на рис. 4. На рис. 4, а изображен образец №1 при достижении разрушающей нагрузки, хорошо виден отгиб пластины толщиной 2 мм. На рис. 4, в виден отгиб пластины и расслоение пакета, а также изгиб заклепок. На рис. 4, г показан образец №5, доведенный до полного разрушения, т. е. до среза заклепок, хорошо видны значительные деформации смятия более тонкого стального листа. Все соединения вышли из строя при смятии листа толщиной 2 мм. Каких-либо значимых деформаций отверстий в элементе толщиной 6 мм не обнаружено. В таблице приведена информация по испытаниям всех образцов. Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 3 24 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ По результатам испытаний вычислена несущая способность одной заклепки как среднее арифметическое значение для образцов № 2-4. Данное значение полностью совпало с несущей способностью образца № 1 с одной заклепкой. Нормативная несущая способность одной заклепки составляет: (1) где N = 4 - количество испытаний. В СП 260.1325800.2016 для определения несущей способности заклепок на смятие введен коэффициент запаса ?m = 1,5, основанный на ограничении пластической деформации 0,5 мм [4]. Коэффициент численно равен соотношению предельного усилия к усилию, при котором деформация смятия равна 0,5 мм. Для более наглядного сравнения результата эксперимента с нормативным значением принят коэффициент запаса ?m = 1. (2) Расхождение в несущей способности составляет: (3) Выводы. 1. Соединение ведет себя надежно, так как результаты определения несущей способности двухзаклепочного соединения полностью совпали с однозаклепочным контрольным образцом. 2. Соединения с пуклевкой могут иметь несущую способность на 20 % выше, чем соединения плоских элементов. 3. С целью получения более близких результатов вычисления нормативной несущей способности к экспериментальным, возможно следует устанавливать коэффициент запаса ?m меньше, чем 1,5. Необходимо отметить, что в работе [4] проводились в основном испытания заклепок диаметром 4,8 мм и образцы имели толщину 0, 55?2 мм. 4. Необходимы дальнейшие исследования подобных соединений при различных диаметрах заклепок, толщинах соединяемых листов и т. п. Результаты испытаний соединений № образца Диаметр заклепки, мм Кол-во заклепок n, шт. Усилие разрушения соединения F, кН Характеристика разрушения Примечание 1 6,5 1 9,8 Смятие основного металла Контрольный образец 2 6,5 2 20,0 Смятие основного металла 3 6,5 2 19,4 Смятие основного металла 4 6,5 2 19,8 Смятие основного металла 5 6,5 2 19,2 Смятие основного металла Доведен до полного разрушения соединения

About the authors

Viacheslav S. SHIROKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Alexey V. SOLOVEV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Sergey A. IGOLKIN

LLС «Еlectroholding»

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files