1984

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Рис.2. Схема испытаний и геометрические параметры опытных образцов:

а – схема испытаний клеевого соединения на срез; б, в, г – соответственно схемы армирования, усиления и испытания балок

Кубики использовались для определения усилия среза по клеевому соединению на эпоксидной смоле, расположенному между поверхностью кубика и стальным уголком (рис.2а, 3). Результаты испытаний на срез клеевого соединения, выполненного обычным способом и с использованием стальных шпонок, представлены в табл.1.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Физико-механические и геометрические параметры элементов усиления были следующие:

затяжка – стержни из арматуры класса А240 диаметром 8 мм;

уголки стальные (ст.3) размером 25 25 мм;

шпонки стальные (ст.3) диаметром 6 мм;

фиброармированный пластик марки SIKA®CARBOWRAP-530C в виде ленты сечением 300 0,269 мм (Rk11=3800 МПа, Е11 > 230 МПа);

эпоксидныйклеймаркиSIKADUR®-330 сотношениемсмола:отвердитель4:1.

Балки нагружались двумя сосредоточенными силами, расположенными в третях пролета, ииспытывалисьнауниверсальнойиспытательноймашинемаркиГРМ-1 (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент испытания усиленной балки (Бу-1)

Нагружение производилось плавно ступенями, примерно равными 10 % от ожидаемой разрушающей нагрузки. После каждой ступени делалась 5-минутная выдержка, в течение которой балка и элементы усиления тщательно осматривались, одновременно снимались показания приборов.

Результаты испытаний представлены на рис. 4, 5, 6 и табл. 2.

* Среднее значение результатов испытаний трех неусиленных балок.

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

а

б

в

Рис. 5. Характер разрушения усиленных балок:

а – балка Бу-1; б – балка Бу-2; в – продольное расслоение бетона сжатой зоны при разрушении балки Бу-1 (вид сверху)

Испытания показали, что на всем диапазоне нагружения до величины P=(0,9-0,95)Pult прогибы неусиленных и усиленных балок нарастали плавно, пропорционально росту нагрузки (рис. 6).

В балке Бу-1 первые трещины с шириной раскрытия 0,05-0,1 мм были вертикальными и появились в средней части пролета при нагрузке P=0,45Pult. При дальнейшем росте нагрузки количество вертикальных трещин увеличилось, и росла ширина раскрытия. Наклонные трещины появились при нагрузке P=0,75Pult. Разрушение балки произошло по наклонной трещине, расположенной на расстоянии 0,2l от опоры, и сопровождалось продольным расслоением бетона сжатой зоны (см. рис. 5а).

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Рис. 6. График зависимостей деформаций сжатия бетона и прогибов балок от нагрузки

В балке Бу-2 вертикальные трещины образовались при нагрузке P=0,33Pult, а наклонные – при нагрузке P=0,95Pult. Разрушение балки произошло по вертикальной трещине, расположенной на расстоянии 0,35l от опоры, и также сопровождалось расслоением бетона сжатой зоны (см. рис. 5б).

Анализируя в целом результаты испытаний опытных образцов, можно констатировать, что комбинированное усиление достаточно эффективно, а именно: при контрольной нагрузке 2Р=12 кН деформации бетона сжатой зоны снизились в среднем на 37,1 %, а прогиб – на 59,8 %. Коэффициент усиления в балках Бу-1 и Бу-2 соответственно равнялся К=1,4 и К=1,9.

Характерным для картины разрушения усиленных балок явилось образование продольных трещин в сжатой зоне, которое негативно повлияло на эффективность усиления. Однако этот недостаток конструктивно легко устраним, например, постановкой на сварке стальных связей по верху уголков. Фактором, препятствующим образованию продольных трещин, является наличие в пространственных каркасах горизонтальных поперечных стержней, которые отсутствовали в данном эксперименте.

Испытания показали, что усиление железобетонных балок комбинированной системой из стальных элементов и фиброармированного пластика возможно и позволит увеличить несущую способность более чем в 1,5 раза, что вполне достаточно для усиления стропильных балок эксплуатируемых производственных зданий.

Список литературы

1 Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий полимеррастворами. – М.: Стройиздат, 1990.

2. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. – М.: ФГУП ЦПП, 2006.

References

1.Recommendations to restore and enhance polnosbornyh polimerrastvorami buildings. – M.: Stroyizdat, 1990.

2.Guidelines for strengthening concrete structures with composite materials. – M.: FGUP ZPP, 2006.

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

УДК 624.014

ПОВЫШЕНИЕ ВЫНОСЛИВОСТИ СТАЛЬНЫХ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК

В.А. Туманов

Представлены результаты изучения закономерностей регулирования силовых импульсов, передаваемых колесами мостовых кранов на подкрановые конструкции. Интенсивность воздействий импульсов резко снижается (в 2-3 раза) при увеличении времени их действия и протяженности участка контактной нагрузки. Регулирование напряженного состояния в подрельсовой части балки и количества циклов нагружений является эффективным способом повышения долговечности балок и обеспечения их равновыносливости по отношению к другим элементам каркаса.

Ключевые слова: балка, кран, интенсивность, регулирование, цикл.

INCREASE OF UNDER CRANE STEEL BEAMS ENDURANCE

V.A. Tumanov

Research results of regulation power pulses transmitted by bridge cranes wheels on design under cranes are given. Intensity of pulses influences is sharply reduced (in 2-3 times) with time increase of their action and extent of contact loading site. Regulation of an intense state in under rails of a beam and a number of cycles is an effective way to increase beams durability and endurance in relation to other elements of a skeleton.

Keywords: beam, crane, intensity, regulation, cycle.

Низкая долговечность подкрановых балок приводит к большим убыткам в основном из-за вынужденной остановки непрерывного производственного процесса (например, при выплавке стали). Убытки от простоя оборудования и невыпуска продукции во много раз превышают затраты на ремонт или замену вышедших из строя конструкций.

Повреждаемая зона подкрановых балок должна быть проверена на выносливость в зависимости от числа циклов нагружений этой зоны. При проверке выносливости необходимо учитывать, что число циклов нагружения накапливается при проходе каждого колеса и обусловлено, в первую очередь, режимом работы крана. Режим работы крана зависит от класса его использования от С.0 до С.9 [1, Т.1, с. 46, табл. 1.2.6] и

класса нагружения от Q0 до Q6 . По ГОСТ 25546–82, режим работы крана характеризуется коэффициентом нагружения K p [1, Т1 с. 44, 1.2.2]:

где Ci – число циклов работы крана с грузом массы Qi; Ci – общее число циклов

работы крана с грузом за срок его службы (15…25 лет); Qi – масса груза, перемещаемая с числом цикловCi ; Qном – номинальная грузоподъёмность крана.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Рис. 2. Опасные площадки, по которым динамическая составляющая напряжений (удвоенная амплитуда 2 а) может достигать опасной величины

Рис. 5. Импульсы ху (3-я площадка)

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Следовательно, предел выносливости при любом размахе 2А импульсов касательных напряжений цикла получим, поделив экспериментальное значение предела выносливости при пульсирующем (отнулевом) цикле 0К на коэффициент размаха. Предельные напряжения ограничены расчетным сопротивлением срезу Rср.

Испытания подкрановых балок проводились в специальном стенде, полностью имитирующем все подвижные силовые воздействия, передаваемые на них от колес крана. Предел выносливости, равный 0К = 64,4 МПа, получен испытанием сварных подкрановых балок в 1/2 натуральной величины, габаритами 3000 400 150 мм, при пульсирующих импульсах касательных напряжений 2max = 2 /2, при четырёх миллионах циклов прокатывания колеса через сечение. В табл. 2 даны пределы выносливости сварного соединения АК при различных циклах изменений динамических касательных напряжений: симметричном, пульсирующем, при размахе 2А = 0,5.

Предел выносливости для проката, как и ожидалось, оказался значительно выше, чем у сварной балки, а именно равным 0К = 95,7 МПа, при четырёх миллионах циклов прокатыванияколеса, длялиниирегрессии, полученнойвлогарифмическихкоординатах.

Т а б л и ц а 2 Пределы выносливости сварного соединения АК при изменении размаха 2А

импульсов касательных напряжений

В табл. 3 даны пределы выносливости сварного соединения АК при различных импульсах касательных напряжений: симметричном, пульсирующем, при размахе 2А =0,5 для прокатных двутавровых профилей.

В зоне верхнего поясного шва возникают циклически повторяющиеся импульсы напряжений от каждого колеса крана у и малоизменчивые нормальные и касательные напряжения от общего изгиба и среза балки х и ху. Импульсы касательных напряжений mах и нормальных напряжений у превышают напряжения от общего изгиба х и среза ху примерно в три…пять раз. Величина напряжений от общего изгиба х и среза ху мало влияет на коэффициент размаха импульса касательных

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

напряжений напряжений 2А = 2 а/ mах. Следовательно, динамическая составляющая напряжений является преобладающей.

Проверку выносливости по всем площадкам следует проводить в поверхностном слое стенки балки со стороны эксцентриситета рельса. Непровары в поясном шве недопустимы, так как в этом случае выносливость соединения снижается в несколько раз. Экспериментальные и теоретические исследования Нежданова К.К. [4] показали, что выносливость верхней зоны подкрановых балок необходимо проверять по трём площадкам (рис. 2):

1-я площадка наклонена к стенке под углом 45 и пересекает поясной шов по всей длине (на ней действуют 2 mах);

2-я площадка перпендикулярна к поясному шву и пересекает его под углом 45 (на

ней действуют 1,2 mах);

3-я площадка параллельна поясному шву и перпендикулярна стенке балки (на ней

действуют х,у mах).

Экспериментально установлено [4], что в момент нахождения колеса крана над опасной зоной главный сжимающий импульс напряжений равен сумме импульсов от

сжатия и кручения: 2 = у = у + укр.

Наиболее опасна та площадка, по которой размах импульсов касательных напряжений 2 а достигает максимального значения.

Предел выносливости для сварного шва на первой площадке определен (см. табл. 2) при пульсирующих циклах импульсов касательных напряжений (2А = 1; =0):

τ0k 64,4 МПа.

На других же площадках предел выносливости Rv определен в зависимости от коэффициента размаха импульсов касательных напряжений 2А :

Rv τ0k 2A .

Выносливость на каждой из площадок обеспечивается неравенством:

Для проверки выносливости на каждой неблагоприятно ориентированной площадке необходимо определить:

– размах локальной составляющей 2 loca напряжений цикла, а также максимальную и минимальную их величину min (табл. 4);

– коэффициент размаха 2A импульсов касательных напряжений цикла (изменяется от 2 до 0):

2A = 2τa ;

τmax