6. Определение суммарных взаимных сдвигов в соединениях

Как было показано в предыдущем параграфе, в практиче­ских расчетах износа соединений St удобно определять через St- Значение условного суммарного упругого сдвига в соеди­нении, определенного в предположении неизменяемости на­чального упругого сдвига в процессе износа соединения, ис­пользуют также при оценке изменения концентрации напряже­ний около заклепочных отверстий.

Чтобы получить S_t в рассматриваемом сечении соединения, необходимо просуммировать все взаимные упругие сдвиги сое­диняемых элементов, возникающие в результате действия пере­менных усилий. Решить эту задачу можно, имея информацию о всей совокупности изменения напряжений в прикрепляемом элементе по их величине и уровню напряженности и зная зави­симость упругих сдвигов в соединении от напряжений в элементе.

Рассмотрим осциллограмму изменения напряжений в эле­менте пролетного строения моста при проходе поезда. Разделив весь диапазон изменения напряжений на равные интервалы (разряды), можно определить, сколько раз линия осциллограммы прохо­дит каждый разряд. Число пересечений соответствует чис­лу изменений напряжений, равных разряду, на уровне рассматриваемого разряда. Таким образом получаем ин­формацию о всей совокупно­сти изменения напряжений по их величине и уровню на­пряженности при проходе по­езда, необходимую для опре­деления S. Эти изменения но­сят случайный характер. Про­изведя статистическую обра­ботку достаточно большого числа осциллограмм, записан­ных в течение определенного времени, можно установить закономерности изменения на­пряжений в интересующих нас элементах, т. е. получить фун­кцию плотности распределе­ния вероятности напряжений φ(σ). Следует отметить, что для получения достаточно на­дежной информации необхо­димо диапазон изменения а разбивать не менее чем на 15 разрядов, чтобы учесть срав­нительно небольшие, но часто повторяющиеся изменения на­пряжений. Обрабатывать ста­тистические данные следует отдельно для пассажирских по­ездов, грузовых однородных и грузовых неоднородных. Как показали исследования, прове­денные в МИИТе, при такой группировке нагрузок распре­деление хорошо согласуется с нормальным законом.

Напряжение в прикрепляемом элементе, при котором насту­пает сдвиг по центру соединения σ₂, определяется по внешнему усилию, равному предельной силе трения в соединении. В практических расчетах ∆'_yb в се­чении по крайнему ряду заклепок, если площади поперечного сечения соединяемых элементов различаются не­значительно, можно вычислить по формуле

где l — длина прикрепления элемента.

Значение ∆'_yb в сечении по крайнему ряду заклепок с до­статочной для рассматриваемых расчетов точностью можно оп­ределить, используя зависимость между податливостью заклеп­ки и действующим на нее усилием сдвига:

где Nmax — максимальное усилие, передаваемое одной за­клепкой крайнего ряда при напряжении в прикрепляемом эле­менте σmax (максимальное напряжение от действия нагрузки рассматриваемого блока); N₂ — то же, но при напряжении σ₂ в прикрепляемом элементе; χ— коэффициент сдвига заклеп­ки.

На изменение напряжений в элементах пролетных строений большое влияние оказывают колебания как всего пролетного строения, так и отдельных его элементов. Анализ осциллограмм показывает, что число изменений напряжений, вызванных коле­баниями, весьма велико, хотя значения изменений напряжений, особенно связанные с колебаниями элемента, незначительны. Как было отмечено выше, износ соединения может происходить при весьма малых взаимных перемещениях. Поэтому сдвиги, вызванные колебаниями, необходимо учитывать при оценке износа соединений. Их можно учесть путем разбивки общего размаха напряжений на большее число разрядов. Но это приво­дит к увеличению объема работы по обработке и вычислениям. При разбивке на 15 разрядов и учете изменений напряжений, больших половины разряда, фактически учитываются измене­ния напряжений, вызванные колебаниями всей, системы при динамическом коэффициенте выше 1,05 (в случае знакопосто­янного усилия). Все остальные изменения напряжений, связан­ные в основном с динамикой элементов конструкций, при этом не учитываются. Анализируя осциллограммы, можно заметить, что эти изменения напряжений распределены по всей их длине.

Суммарные сдвиги, возникающие благодаря этим изменениям, могут быть в первом приближении учтены путем умножения S't на специальный коэффициент. Этот коэффициент зависит как от характера динамического воздействия нагрузки, так и от динамических характеристик прикрепляемого элемента и кон­струкции в целом и может быть определен экспериментально.

При определении S'_t от воздействия ранее обращавшихся или перспективных нагрузок необходимо учитывать изменения в массе поездов, в их воздействии на мосты и т. п. В первом приближении, учитывая эргодическое свойство процесса нагружения, можно принять условие сохранения постоянства пара­метров распределения а для соответствующих блоков нагруз­ки. При этом число пересечений разрядов можно определить с учетом изменения средней массы или длины поездов по отно­шению к поездам, для которых установлено число пересечений, используя линейную зависимость. Цену разряда определяют для каждого блока (поезда) по расчетным экстремальным на­пряжениям напряжений, которые вычисляют с учетом динамики.

Значение взаимных сдвигов S определено через величину условного сдвига St’, связанного зависимостью:

где n_сум – общее число пересечений 15 разрядов напряжений, полученное при воздействии рассматриваемого типа поезда;

’_yb1 – упругий сдвиг при изменении напряжений в пределах одного разряда при работе соединения в I стадии;