Експериментальні дослідження нових способів з’єднання легких сталевих тонкостінних конструкцій

 

Рис. 3. Схема першого варіанту Х-подібного з’єднання (Х-1) : 1 – несучі кромки; 2 – конструктивні кромки

 

Рис. 4. Схема другого варіанту Х-подібного з’єднання (Х-2) : 1 – несучі кромки; 2 – конструктивні кромки; a – кромки, які працюють на розтяг; б – кромки, які працюють на стиск

 

Третій варіант відрізняється тим, що кромки протискуються в одну сторону на лицьовій або тильній стороні з’єднання рис. 5. (умовно позначимо Х-3). Дане з’єднання працює як на стиск, так і на розтяг за рахунок загину кромок в одну сторону.

 

Рис. 5. Схема третього варіанту Х-подібного з’єднання (Х-3) : 1 – несучі кромки; 2 – конструктивні кромки; a – кромки, які працюють на розтяг; б – кромки, які працюють на стиск

 

У цьому варіанті, в залежності від характеру роботи (стиск або розтяг), працює лише одна сторона кромок відносно осі впоперек дії сили. Даний варіант актуальний при з’єднанні елементів різної товщини. Несучі кромки відповідно у елемента, який має більшу товщину.

Перший варіант Н-подібного з’єднання представлений на рис. 6 (умовно позначимо Н-1) виконується за допомогою прорізання Н-подібного отвору в тілі конструктивного елементу, після чого два конструктивні елементи сполучають між собою через прорізані отвори. Кромки у вигляді прямокутників, що утворилися після Н-подібного прорізу, притискають у такий спосіб – один край уверх на лицьову сторону з’єднання, а інший униз на тильну сторону з’єднання, а потім їх загинають. Можливо також спочатку відігнути кромки під кутом 90°, скласти два конструктивні елементи і загнути кромки. Так само, як і в Х-подібних з’єднаннях загинання кромок залежить від характеру роботи з’єднання. У даному з’єднанні працюють усі несучі кромки. Головний недолік цього варіанту з’єднання полягає в тому, що воно працює на стиск, або на розтяг. Цей варіант з’єднання являється найбільш простим у виготовленні.

 

Рис. 6. Схема першого варіанту Н-подібного з’єднання (Н-1) : 1 – несучі кромки; 2 – конструктивні кромки

 

Другий варіант Н-подібного (умовно Н-2) з’єднання відрізняється наявністю фальця та видом отвору рис. 7, де центральний проріз зміщений від центру отвору (умовно літери Н) на 2-4 мм для можливості загинання фальця [5], в залежності від характеру роботи з’єднання. При роботі на розтяг проріз зміщують в сторону до більш короткої частини деталі, а при роботі на стиск до більш довгої частини деталі. Спочатку кромки відгинають під кутом 90°, потім з’єднують відповідним чином, щоб короткий елемент спирався на довгий. Потім довший елемент відгинають утворюючи петлю, далі відбувається остаточне загинання, тобто закриття подвійного фальця. Даний вид з’єднання працює на стиск і розтяг, але несуча здатність на стиск значно менша за рахунок загинання фальця. Принципова схема зображена на рис. 8.

Межа текучості сталі дослідних зразків становила 250МПа.

 

Рис. 7. Схема деталі для зразка для Н-подібного з’єднання з подвійним фальцем (розтяг)

 

Рис. 8. Схема другого варіанту Н-подібного з’єднання (Н-2)

 

Випробування проводилось у ПНТУ ім. Ю. Кондратюка на розривній машині серіями по 7 та по 3 зразки рис. 9-11. Результати випробування наведені в табл. 1. Роботу з’єднання під вантаженням можна поділити на два етапи. Підчас першого етапу роботи з’єднання не відбувалось жодних змін в геометрії зразків. При досягненні першого контрольного зусилля (позначеного, як зусилля «А», в табл. 1) в з’єднанні розпочинались деформації вільних кінців елементів, у вигляді відхилення їх від вертикальної площини. На другому етапі несуча здатність з’єднання збільшувалась з одночасним зростанням кута відхилення вільних кінців елементів від вертикалі. Зі збільшенням кута відхилення вільного кінця елементів, відбувався поступовий відгин несучих кромок. При досягненні другого контрольного зусилля (позначеного, як зусилля «Б», в табл. 1), зростання несучої здатності припинялось і починалась активна фаза збільшення кута відгину несучих кромок. Після чого відбувалось розкриття з’єднання. В з’єднанні типу Н-2 відгину фальця не відбувалось, руйнування проходило за рахунок змину основного металу.

  

Рис. 9. Випробування Х-подібного з’єднання на зріз

  

Рис. 10. Випробування Н-подібного з’єднання на зріз

 

Рис. 11. Випробування Н-подібного з’єднання з подвійним фальцем на зріз

 

Таблиця1

Результати випробувань на розтяг

 

Висновок. На основі результатів проведених експериментальних досліджень було зроблено висновки про характер роботи даних з’єднань, а також встановлено тип відказів роботи з’єднань. В Х-подібних та Н-подібних з’єднаннях відказ роботи наступав при відгині кромок, а в Н-подібних з’єднаннях з подвійним фальцем відбувався змин. На основі цих дослідів можна зробити висновок, що з’єднання Х-2, та Х-3 мають меншу несучу здатність, та нестабільний характер руйнування, тому в подальшому перспективно досліджувати з’єднання видів Х-1, Н-1 та Н-2. Також до перспективних питань відноситься механізація створення з’єднань за допомогою спеціальних пристроїв.

 

1. ДСТУ-Н Б В. 2. 6-87: 2009. Настанова з проектування конструкцій будинків із застосуванням сталевих тонкостінних профілів. – К. : НДІБК, 2009. – 73 с.

2. Катранов И. Г. Эффективность применения вытяжных заклепок и винтов в соединениях ЛСТК [Текст] / И. Г. Катранов, Ю. С. Кунин // Научные труды XIII международной научно-практической конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедея-тельности». -М. -МГСУ. – 2010. – С. 108-110.

3. Makelainen P., J. Kosti, W. Lu, H. Pastemak: “Static and Cyclic Shear Behavior Analysis of the Rosette-Joint’’ Proceedings of the Fourth Conference on Light-Weight Steel and Aluminium Structures (ICSAS’99), Espoo, Finland, – P. 585-592.

4. Cold-formed steel design / Wei-wen Yu. – 3rd ed., 2000. – 766 p. 5. Schuster R. M., LaBoube R. A., Wallace James A. Calibrations of bolted cold-formed steel connections in bearing (with and without washers). Research report RP01

5. – Washington: AISI, 2001. – 44 p. 6. LaBoube R. A. Arc spot welds in sheet-to-sheet connections. Research report RP01-6. – Washington: AISI, 2001. – 5 p.