Раціональні металеві конструкції виробничих будівель з використанням перфорованих двотаврів змінної жорсткості та одинарних профілів

 

 

 

Чорнолоз В. С., к. т. н., доц., Налепа О. І., к. т. н., доц. (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне), Данильченко О. Ф., к. т. н., доц. (м. Мінськ)

Чорнолоз В. С., к. т. н., доц., Налепа А. І., к. т. н., доц. (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ривне), Данильченко О. Ф., к. т. н., доц. (г. Минск)

Chornoloz V. S., candidate of engineering sciences, associate professor, Nalepa O. I., candidate of engineering sciences, associate professor (National University of Water Management and Nature Resources Use, Rivne), Danilchenko O. F., candidate of engineering sciences, associate professor (Minsk)

 

Наведені результати теоретичних та експериментальних досліджень конструкцій виробничих будівель з використанням перфорованих двотаврів змінної жорсткості та одинарних профілів.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований конструкций производственных зданий с использованием перфорированных двутавров переменной жесткости и одиночных профилей.

The results of theoretical and experimental researches of structures of industrial buildings with the usage of perforate H-beams of variable rigidity and similar profiles have been given.

Ключові слова:

Балка, ферма, двотавр, тавр, різка.

Балка, ферма, двутавр, тавр, резка.

Beam, truss, H-beam, tee-beam, cutting.

Ідея створення перфорованих балок з прокатних профілів виникла завдяки трьом обставинам:

- прокатні двотаврові профілі через технологічні особливості виробництва мають товщину стінки таку, яка значно перевищує необхідну для забезпечення місцевої стійкості без підсилення ребрами жорсткості;

- висота прокатних профілів недостатня для перекриття значних прольотів, а збільшена висота балок при розвитку перерізу набагато збільшує прольоти, що перекриваються;

- прибрати метал з зони, де він використовується не ефективно.

Утворення перфорованих елементів може відбуватися одним з декількох способів: ручною різкою газовими різаками, ручною або автоматичною різкою повітряно-плазмовими різаками (наприклад, портативним плазмовим апаратом „Мультиплаз-2500М”; апаратами ручної плазмової різки ПУРМ-140, ПУРМ-180М, ПУРМ-400В; напівавтоматичними апаратами шарнірно-консольного типу „Стрела-140”, „Стрела-180М”, „Стрела-400В”, „Огонек-140”, „Огонек-180М”, „Огонек-400В”, „Гугарк-140”, „Гугарк-180М”, „Гугарк-400В”; автоматичними портальними машинами термічної різки „Кристал-2, 5”, „Кристал-3, 2”), гідроабразивною різкою, лазерною різкою, термічною різкою.

Стальні підкранові балки є елементами каркасу, які пошкоджуються найбільше. Це пояснюється умовами експлуатації підкранових балок, дією значних зосереджених сил, динамічним характером навантажень і т. ін. Як відомо, основним показником, який впливає на довговічність підкранових балок, є кількість циклів навантаження N за весь термін служби конструкції.

Необхідно відмітити, що основні дослідження по стомленій міцності підкранових балок пов’язані з важким та дуже важким режимами роботи кранів. Робіт, пов’язаних з середнім, а тим більше з легким режимами роботи, недостатньо, а якщо вони проводились, то не знайшли відображення в літературі.

Для мостових кранів вантажопідйомністю до 500 кН запропоновані підкранові балки з використанням перфорованих двотаврів.

Конструктивна форма балок з перфорованою стінкою (рис. 1) отримується завдяки розпуску стінки вихідного профілю за зигзагоподібною лінією та наступним з’єднанням отриманих частин виступами гребенів за допомогою зварювання, що дозволяє значно збільшити момент інерції за рахунок збільшення висоти поперечного перерізу балки. Під вихідним профілем розуміють будь-який прокатний профіль: швелер, двотавр та ін.

Випробувань стомленості перфорованих двотаврів не проводилось, хоча балки кранових шляхів підвісних кранів з перфорованих двотаврів прольотом 12 м успішно експлуатують більше тридцяти років. Авторами вперше зроблена спроба експериментально дослідити поведінку елементів балки при циклічному навантаженні.

Для підкранових балок з перфорованих двотаврів необхідно враховувати деякі конструктивні особливості, які можуть вплинути на стомлену міцність, маючи на увазі те, що руйнування під дією циклічних навантажень відбувається в результаті появи та розвитку в товщину металу тріщин внаслідок стомленості металу.

 

Рис. 1. Способи формоутворення підкранових балок з перфорованих двотаврів

 

Відомо, що розвиток таких тріщин відбувається біля зварних з’єднань полиці зі стінкою та ребрами жорсткості, а також в зонах концентрації напружень. В балках з перфорованих двотаврів поясні шви відсутні, що безперечно значно підвищує стомлену міцність, але присутні отвори, в кутах яких виникає концентрація напружень. Дослідженнями встановлено, що вплив різних надрізів на опір стомленості (ефективний коефіцієнт концентрації напружень) не такий великий, як можна було очікувати на основі теоретичних значень коефіцієнтів концентрації напружень. При цьому чутливість до надрізів сталі високої міцності збільшується значно швидше, ніж для менш міцної маловуглецевої сталі. Випробування на стомленість зразків різної форми показали, що при кількості циклів N<105 відношення стомленої міцності до межі міцності зменшується всього на 10…15%. Оскільки форма вказаних зразків відрізняється від форми отворів в перфорованих балках, проведені самостійні експериментальні дослідження, що підтвердили теоретичні дослідження (рис. 2).

 

Рис. 2. Результати експериментальних досліджень зразків з маловуглецевої сталі

 

Було виготовлено 12 зразків, які поділені на 4 серії. Для першої серії знайдені значення межі текучості і межі міцності. Зразки другої, третьої та четвертої серій випробувані на розтяг з частотою навантаження 330