О РЕЗУЛЬТАТАХ ИССЛЕДОВАНИЯ СЖАТЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ ТАВРОВОГО СЕЧЕНИЯ, УСИЛИВАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ СВАРКИ

Полный текст

Россия имеет огромный парк производственных зданий. Модернизация промышленности требует реконструкции этого парка, который к настоящему времени претерпел определённый моральный и физический износ. Необходимо привести производственную базу страны в состояние, соответствующее современным техническим требованиям. Каркасы промышленных зданий - это в основном стальные конструкции. Результаты обследований показывают, что отдельные части зданий, в том числе и стропильные фермы, имеют дефекты, повреждения. Довольно распространенным случаем повреждений являются общие выгибы сжатых стержней, в том числе и в плоскости фермы. Расчёты [1, с. 453-466; И. К. Родионов, И. И. Родионов 5 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 2, с. 8-15], как правило, подтверждают необходимость их усиления. Вопросам усиления сжатых стержней уделяется значительное внимание. Исследования проводились Б.И. Десятовым [3], И.С. Ребровым [4], Е.М. Мункуевой [5], М.Б. Зайцевым [6]. Результаты исследований нашли отражение в учебной [7], научной [8-10], справочной [11], литературе, где предлагаются возможные схемы усиления. В частности в отношении сжатых стержней, имеющих выгиб в плоскости фермы, предлагается два варианта: усиление прямыми короткими (рис. 1) [8] и длинными (рис. 2) [11] парными уголками (длиной, равной длине усиливаемого элемента). Обоснование преимущества того или другого способа в источниках не приводится. В этой связи в Тольяттинском государственном университете (ТГУ) были проведены исследования, целью которых являлось получение информации о степени эффективности различных схем усиления сжатых стержней, деформированных в плоскости фермы в направлении на обушки уголков стержней. Для реализации цели были поставлены следующие задачи: 1. Испытание стержней без усиления (эталонных). 2. Испытание стержней с усилением прямыми короткими стержнями. 3. Испытание стержней с усилением прямыми длинными стержнями. 4. Анализ полученной информации. 5. Обоснование методик расчёта. Для реализации поставленных задач было подготовлено 9 стержней. Стержни были выполнены длиной 1000 мм из уголков L40х4, составленных втавр (рис. 3). Уголки соединены прокладками в двух сечениях, в опорах располагались пластины толщиной 20 мм с углублением под металлический шарик для возможности шарнирного опирания стержней. Согласно сертификату металла, полученного на заводе-изготовителе, предел текучести стали уголков составлял 31,5 кН/см2. Все стержни поделены на три серии - серия 1 (3 стержня), серии 2к и 2д (6 стержней). Стержни серии 1 - прямые (эталонные); стержни серии 2к и 2д имели общий выгиб в плоскости соединительных прокладок в направлении на обушки уголков со стрелкой выгиба 25 мм. Рис. 3. Чертёж стержня Рис. 1. Усиление прямыми короткими уголками Рис. 2. Усиление прямыми длинными уголками Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 6 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Стержни серии 2к усиливались короткими уголками 2 L40х4 длиной 600 мм; стержни серии 2д усиливались длинными уголками длиной 1000 мм. Такие длины были выбраны для того, чтобы произвести усиление двумя различными способами: 1) по всей длине стержня; 2) по длине выгиба деформированного стержня. Испытания проводились на гидравлическом прессе П-200. Опоры были шарнирные (рис. 4, 5), предварительно отцентрированные. Испытания стержней серии 1 (рис. 6) проводились в следующем порядке: 1. Установка стержня между опорами. 2. Нагружение ступенями по 200 кг до потери устойчивости. 3. Фиксирование критической нагрузки. Экспериментальные исследования, проведённые ранее (испытания стержней крестового сечения), дали результаты, свидетельствующие об отсутствии влияния начальных напряжений (от нагрузки усиления) на несущую способность усиленных стержней. Это позволило проводить испытания стержней серий 2к и 2д следующим образом: 1. Деформированный стержень с прикреплёнными на сварке элементами усиления (минимальные швы в четырех сечениях: двух промежуточных и двух по концам усиливающих стержней) устанавливался между опорами. 2. Производилось нагружение ступенями по 200 кг до потери устойчивости. 6. Определялась критическая нагрузка. Петем проведённых исследований были получены сведения, свидетельствующие о достоверности результатов эксперимента: критические силы стержней по сериям имели довольно небольшой разброс (см. таблицу). Результаты эксперимента Серия Элементы усиления Несущая способность, кН C1 Нет 105, 93,110 C2к 2 L 40х4 - короткие 65, 63,70 C2д 2 L 40х4 - длинные 143, 175, 140 В случае применения длинных стержней усиления достигается увеличение несущей способности порядка 35 % по сравнению с эталонными. Несущая способность образцов, усиленных короткими стержнями, на 35 % меньше несущей способности эталонных образцов. Характер потери несущей способности образцов, усиленных короткими и длинными стержнями, позволил найти причину низкой эффективности усиления короткими элементами. Стержни, усиленные длинными элементами, Рис. 4. Верхняя шаровая опора Рис. 5. Нижняя шаровая опора Рис. 6. Испытание эталонного стержня И. К. Родионов, И. И. Родионов 7 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 2 работали слитно: потеря несущей способности происходила в результате потери общей устойчивости в основном по изгибной форме. Стержни, усиленные короткими элементами, теряли несущую способность в результате потери устойчивости неусиленных приопорных частей (рис. 7). В целом, проведённые исследования дали возможность понять работу сжатых, усиливаемых разными элементами стержней и предложить методики расчёта, позволяющие определять с достаточной надёжностью их несущую способность. Несущие способности усиленных стержней всех трёх групп были определены с использованием СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». Стержни без усиления рассчитывались как центрально сжатые; стержни, усиленные длинными и короткими стержнями, - как внецентренно сжатые с учётом действующих эксцентриситетов. Результаты оказались довольно близкими к экспериментальным значениям: - прямые стержни без усиления -117 кН; - деформированные стержни, усиленные парными короткими уголками, - 62,1 кН; - деформированные стержни, усиленные парными длинными уголками, - 160,7 кН. По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы: 1. Критические силы образцов имеют небольшой разброс. 2. Критические силы образцов близки к теоретически полученным величинам, что подтверждает их достоверность. 3. Усиление стержней, имеющих начальный выгиб в плоскости фермы на обушок уголков, неэффективно производить короткими стержнями. 4. Усиление таких стержней следует производить: прямыми уголками усиления длиной, равной длине усиливаемых элементов, или уголками длиной, равной длине усиливаемых элементов, имеющими обратный выгиб [12].

Об авторах

Игорь Константинович РОДИОНОВ

Тольяттинский государственный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Игорь Игоревич РОДИОНОВ

ПАО «РОСБАНК»

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы