Оптимальні поперечні перерізи стиснуто-зігнутих і розтягнуто-зігнутих сталевих стержнів за умови міцності в області обмежених пластичних деформацій

Розроблена методика оптимального проектування складених двотаврових перерізів моносталевих стержнів дозволяє проводити раціональний підбір прокатних сталевих стержнів. У вихідні дані алгоритму розрахунку оптимальних двотаврових перерізів вводяться геометричні параметри профілю вибраного сортаменту на задані значення Nx і Мx та визначається граничний згинаючий момент Мx*, що витримується даним профілем площею А*. Якщо Мlim* < Мx, то відшукується профіль сортаменту з площею А**, для якого А** >А*, а Мlim** > Мx.

У третьому розділі розглянуто особливості формоутворення оптимальних двотаврових перерізів бісталевих стержнів. Теоретичний аналіз граничних епюр нормальних напружень двотаврових перерізів бісталевих стержнів, полиці яких виконані із сталі з більшим розрахунковим опором Rf ніж стінка – Rw, тобто Rf>Rw, показав, що умови і методика їх компоновки аналогічна із моносталевими. Особливістю розрахунку перерізів бісталевих стержнів в області обмежених пластичних деформацій є те, що розвиток пластичних деформацій можна враховувати двома способами, коли пластичні деформації враховуються тільки в стінці перерізу і коли розвиток пластичних деформацій дозволяється не тільки в стінках, але і в полицях. Другою особливістю розрахунку оптимальних двотаврових перерізів бісталевих стержнів є проблема вибору марок сталей, або співвідношень розрахункового опору матеріалу стінки і полиць. Урахування відзначених особливостей дозволило отримати наступну залежність визначення граничного згинаючого моменту, який витримує переріз площею А:

 ,(8)

де kr – відношення розрахункових опорів сталі стінки і полиць, kr =Rw /Rf.

 

Як показали результати дослідного проектування, залежність параметрів двотаврових перерізів від співвідношення розрахункового опору сталі стінки і полиць для різних за величиною площ мають однаковий характер, тому зроблені висновки про єдину закономірність формоутворення оптимальних двотаврових перерізів бісталевих стержнів.

На відміну від перерізів моносталевих стержнів підвищення розрахункового опору сталі полиць набагато підвищує їх роль в забезпеченні несучої здатності перерізу в цілому, на що вказують і значно більші, в порівнянні з моносталевими перерізами, значення співвідношень площ більшої полиці і стінки q. Встановлена прямо пропорційна залежність інтенсивності зростання величини граничного згинаючого моменту Mlim від інтенсивності зростання розрахункового опору сталі полиць по відношенню до сталі стінки, тобто

Mlim =CN Rf, %. (9)

де CN – коефіцієнт пропорційності, який залежить від значення поздовжньої сили; Мlim і Rf – відповідно зростання граничного згинаючого моменту і розрахункового опору сталі в порівнянні з моносталевими перерізами, %.

Виявлена залежність (9), а також розраховані коефіцієнти пропорційності використовуються у запропонованій методиці розрахунку оптимальних двотаврових перерізів бісталевих стержнів. При цьому, на задану схему навантаження визначаються параметри оптимального двотаврового перерізу моносталевого стержня, виготовленого із сталі стінки з розрахунковим опором Rw.

Далі, в залежності від заданих умов, на отримання певних значень Мlim і А, визначається величина Rf= (Rf -Rw) / Rw, а по ній kr=Rw/Rf і, використовуючи розраховані коефіцієнти корегування величин h і q, визначаються параметри бісталевого двотаврового перерізу.

У четвертому розділі викладено результати експериментальних досліджень по вивченню дійсної роботи моно- і бісталевих стержнів при згині з поздовжньою силою за межею пружності. Випробувано 28 моделей стержнів різних серій, які були розраховані і спроектовані у відповідності із цілями, поставленими перед експериментальними дослідженнями. Навантаження моделей, що випробовувались, проводилось етапами по розробленій методиці навантаження і замірювання необхідних даних, при цьому максимальне навантаження було розділене на 7 етапів. В ході експериментальних випробувань в найбільш напружених крайніх волокнах полиць досліджуваних моделей стержнів деформації вимірювались механічними індикаторними тензометрами оригінальної конструкції з базою 20 мм і ціною поділок 0. 002мм. Деформації в стінці і всіх точках полиць вимірювались тензорезисторами з базою 20 мм і опором 200 Ом з використанням вимірювача статичних деформацій ИД-61М. Прогини вимірювались прогиномірами.

Після обробки результатів експериментальних досліджень, отриманих на кожному етапі навантаження, будувались такі графічні залежності: епюри деформацій в найбільш напружених перерізах стержнів; залежності деформацій по краях полиць від поздовжньої і поперечних сил; залежності значень максимальних прогинів стержня від поздовжньої і поперечних сил.

Проведені експериментальні випробування підтвердили отримані теоретичні результати; показали, що розроблена методика оптимального підбору перерізів сталевих стержнів при проектуванні забезпечує необхідний запас міцності при їх роботі в області обмежених пластичних деформацій; підтвердили достатньо повне витримування гіпотези плоских перерізів в межах пружної роботи матеріалу і за межею пружності при пластичних складових деформацій ip, lim=0. 1... 0. 3%, а також якісне співпадання форми і характерних особливостей теоретичних і експериментальних графіків залежностей прогинів і деформацій від величини згинаючих моментів і наявний запас міцності в межах 7... 15%.

В п’ятому розділі надана методика практичного розрахунку і компоновки оптимальних двотаврових перерізів моно- та бісталевих стержнів, а також наведені результати оптимального проектування двотаврових перерізів на конкретні схеми навантаження по розробленій методиці в порівнянні з розрахунковими згідно рекомендацій СНи ІІ-23-81*.

Аналіз отриманих результатів демонструє з одного боку доцільність і необхідність впровадження розробленої методики розрахунку оптимальних двотаврових перерізів моно- і бісталевих стержнів при їх роботі в області обмежених пластичних деформацій, яка відрізняється простотою, універсальністю і достовірністю отриманих результатів. З другого боку, отримані результати практичних розрахунків демонструють високу ефективність оптимізації розмірів поперечних перерізів стержнів, що підтверджується значною економією металу в порівнянні із стержнями, розрахованими за існуючими методиками. Зокрема, в залежності від умов навантаження при