автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Деформативность металлических направляющих, заанкеренных в железобетонных станинах станков

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЩОВАТЕПЬСКИЙ, ПРОИОГНО-КОНСТЕУКТОРСКИа И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

ДЕЭОРМАТИВНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАПРАВЛЯЮЩ, ЗААНКЕРЕННЫХ В ШЕ30БЕГ0НННХ СТАНИНАХ СТАНКОВ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции;

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

На правах рукописи

ЖЬБЕРБЕРГ Алла Соломоновна

УДК 624.72.025.23:539.3?

Москва - 1555

Работа выполнена в Государственной научно-исследовательском, проектно-коиструкторсхоы и технологическом институте бетона и железобетона (НИИВБ)

•НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОШЖЕНТЫ -

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЭАЩЯ

кандидат технических каук, Н.И.ЕРШОВСКИЙ

доктор техкичгскях наук, профессор Б.Д.ЧИСТЯКОВ

кандидат технических наук В.И.ШАРСТУК

А.О. "Красный пролетарий"

Зашита состоятся »Л А« а^А/гЫ 1995г. в ^^ часов на заседании диссертационного совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-кон-структорскои и технологической иснтитуте бетона и железобетона Минстроя РФ но адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул.,Д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НШКБ.

Автореферат разослан 1995 года.

Ученый секретарь специализированного совета, „

канд. техн. наук Т.А.КУЗЬМИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время до 70 % металла от общего его расхода в машиностроении затрачивается на изготовление станин, силовых рам и других опорных конструкций оборудования различного технологического назначения. Эти конструктивные элементы являются как силовыми конструкциями машин и оборудования наиболее массового применения, так и опорными конструкциями, базовыми деталями и элементами станочного оборудования, которые служат основанием для агрегатирования технологического оборудования и выполняют функции промежуточных элементов между машинами и фундаментами. После закрепления к последним они работают совместно. Выполнение опорных конструкций из чугунного литья или сварными из прокатных профилей сопровождается сравнительно большим расходом металла (до 10 % от массы агрегатированного оборудования) и значительными трудозатратами (более 20 % от затрат труда на производство арматурных элементов).

В ряде случаев в конструкцию бетонной базовой детали мохут быть встроены отдельные узлы и элементы машин: закладные детали, направляющие, баки для охлаждающей технологической жидкости и прочие, а также предусмотрены полости и отверстия, в которые вставляются различные элементы вспомогательного оборудования.

Контакт базовых бетонных деталей оборудования с приводными механическими углами и исполнительными органами машин осуществляется через закладные направляющие, форма, расположение и материал которых определяются условием длительного сохранения точности по износу г.ри кратковременном и длительном действии нагрузки.

В наиболее распространенных случаях крепление направлявшей, выполненной из толстого листа или протяженной литой пластины, осуществляется по аналогии со строительными изделиями при поколи часто установленных анкерных стержней из профильной арматурной стали, прикрепленных к пластине и заделываемых в бетоне. Оря этом обеспечивается достаточная прочность заделки, но усложняется решение вопроса о её деформативности.

Учитывая характер условий работы и требования к ограниченной величине и равномерности деформирования направлявшей по её длине, в практике разработки железобетонных базовых конструкций (станин) станков возникла необходимость применения новой конструкции закладной направлявшей, обеспечивающей уменьшение деформативности контактного узла станины и исполнительных механизмов станха.

Наиболее значительные исследования работы закладных деталей при действии сдвигаших и выдергивавших усилий проводились ЭДулиным K.M., Холыянсхим М.М., Клевповьш В.А., Брэндовским М.И., Веских И.И., Катиным Н.И., Стульчиковым А.Н., Овчинниковой И.Г., Тухтаевим Б.Х., Шарстуком Б.И., Спиваком Л.Р., Пороховым Г.Г., Шитиковым Б.А., Кольнероы В.М., Годьдфайном Б.С. и др.

Цель диссертационной работы: создание эффективных закладных

направляющих, обеспечивавших малую деформативность узловых сопряжений со станинами станков.

Автор защищает:

- конструктивное решение закладной детали малой деформативности при обеспечении несушей способности;

- аналитический и инженерный метод расчета узла крепления

направляющей в железобетонной станине;

- результаты экспериментальных я теоретических исследований напряженно-деформированного состояния узла крепления направляющей к железобетонной станине.

Научнуо новизну тзаботн составляет:

- новое конструктивное решение металлических направляющих, замоноличеннвх в железобетоннуо станину станка;

- данные о деформативнссти узлов крепления металлических направляющих и их совместная работа с железобетонной станиной;

- результаты исследования напргаенно-деформированного состояния закладных деталей;

- метода расчета узлов анкеровкя закладаых^деталей в железобетонной станине.

Новизна работн подтверждается положительным репениен № 93-014I7C/33/013612 от 9.C8.IQ94 г. проведенной ВКИИГПЭ экспертизы по заявке на изобретение !» 93-CI4I7C/33 "Железобетонная станина" с приоритетом от 18.03.93 ( авторы Брэндовский М.И., Борисов A.B., Зильберберг A.C.).

Практическое значение работы. В результате проведенной работы создана принштиалъно новая конструкция направляете я и разработано новое техническое решение её крепления в бетоне станины. Это псэзодило ограничить деформативность, снизить металлоёмкость и трудоемкость конструкции, обеспечить надежность и прочность заделки направлячпеП.

Результаты исследований внедрены на Минском станкостроительном ПО при производстве станков модели 971б"Д" и на заводе "Красный пролетария" при изготовлении основания станка I6K2C. Это

техническое решение может быть использовано на различных видах станочного оборудования с подвижными механическими узлами, таких как продольно-фрезерные, токарные и расточные станки.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы были доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Нижегородского архитекрурно-строительного института в 1992 году и Нижегородской архитектурно-строительной академии в 1994 году, а также на подсекши НТС КИИЗБа в 1992-1994 годах.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в семи печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обашх выводов, списка литературы из 97 наименований и приложений. Работа изложена не 175 страницах машинописного текста. Она содержит 9 таблиц, 75 рисунков.

Диссертация подытоживает работы, проведенные автором под руководством канд.техн.наук. М.И.Браиловского в лаборатории специальных конструкций НИИХБ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

За многие года НИИЕБоы совместно с отраслевыми научно-исследовательскими институтами машиностроения, с целью повышения качества машин и оборудования и расширения объемов применения железобетона для машиностроения, выполнены разработки технической документации на 350 элементов машин и оборудования из железобетона.

В данной работе рассматривается разработанная конструкция железобетонной станины балансировочного станка взамен чугунной при сохранении её размеров и конфигурации. Ло верхней (установочной) поверхности станины выполняются металлические каправ-

ляюшие, обеспечивавшие заданную точность перемещения механических узлов станка. Эти направлявшие передают нагрузку и обеспечивают контакт элементов станка с бетоном станины.

Направляющие объединяются с сечением станины в процессе бетонирования конструкции с помощью анкерных устройств: пятнадцати арматурных петель 0 6 мм А-Ш, объединенным общим продольным арматурным стержнем 0 12 им А-Ш и установленных во внутреннюю полость направлявшей с шагом 116 мы.

Основной задачей выполненных исследований являлась проверка деформативности металлических направлявших я жесткости ж крепления при действия нагрузок, возникавших в процессе эксплуатации станка.

При разработке методики испытаний ставились следующие задачи:

1. Исследование напряженно-деформированного состояния фрагментов закладных направляющих в зависимости от способа ан-керовки в бетоне.

2. Испытание металлических направляющих, заанкеренных в натурном промышленном образце железобетонной станины для выявления их деформативности, трешиностойхости и несущей способности.

3. Проведение аналитического исследования узла крепления закладной направляющей в бетоне:

- статистической обработкой экспериментальных данных;

- расчетом по предельным состояниям;

- расчетом на ПЭШ с использованием модифицированного комплекса "ЛИРА".

Проведенные исследования по совместной работе закладагах деталей с железобетонными конструкциями, в основном, распространены на традиционные и штампованные закладные детали,

' применяемые в строительных конструкциях.

Однако, при замене металла в несущих элементах машин на железобетон, условия работы металлических направляющих в станинах станков в значительной мере отличаются от условий работы аналогичных элементов в узлах сопряжений конструкций различных зданий и сооружений. Эти отличия характеризуются динамическими и вибрационными нагрузками,заданной точностью перемещения механических узлов станка. Они оказывает влияние на конструктивные решения и способы крепления направляющих в бетоне станины.

Проведение исследований было начато с выполнения проектных разработок промышленных образпов станины с различными вариантами крепления металлических направлявших. Сопоставление этих вариантов выявило как их преимущества, так и ряд недостатков, которые, однако, не могли быть оценены с точки зрения их влияния на работоспособность станины в эксплуатационных условиях во всем требуемом диапазоне нагрузок, вплоть до разрушения. Поэтому на первом этапе проводились испытания опытных образцов, в достаточной мере иоделируших конструкция и узлы промышленных изделий.

Для исследований были приняты три типа (серии) крепления направляющей:

- за счет клиновидных рёбер (образцы С-1:..С-3);

- с помощью арматурных петель, установленных во внутренней полости (обраэш С-4...С-6);

- с установкой в рёбрах ввертных анкеров (образцы С-7 и

С-8).

Опытные образцы представляли собой фрагмент конструкции станины, причем закладные детали выполнялись в натуральную величину.

Металлическая направляющая выполнена в виде П-образного сечения, состоящего из полки-пластины и двух обрамлявших её стенок. Стенки направляющей равномерно утолшаптся с уклоном. Основываясь на предществуших исследованиях (Овчинникова И.Г., Шарстук В.И.), угол уклона принят равным 7 Причем клин выполняется в сторону внутренней полости П-образного сечения направлявшей.

Размер полки-пластикы направлявшей 125x60 мм, а обрамля-шкх стенок - 31,5 мм (у основания) и 25 мм (у пласткны); их высота 60 мм. Длина закладной детали составляет 600 мм.

Исследования работы металлических направлявших проводились на фрагментах станины с закладными деталями. Образцы-фрагменты были изготовлены в экспериментальном цехе в лабораторных условиях.

Испытания образцов всех серий проводились в металлической силовой раме с применением гидравлического стержневого домкрата ДС-25. Измерение деформаций бетона и закладных деталей проводилось тензорезисторами, а смешение направлявших относительно бетона образцов измерялось иэдикаторами часового типа и прогибомерами. Усадочные деформации в бетоне измерялись магнитоупругими датчиками.

Анализ предыдущих исследований показал, что основными усилиями, возникавшими при работе' станков, являются растягивающие, поэтому испытания образцов-фрагментов проводились на выдергиваюяув нагрузку.

В то же время испытания закладаых деталей в промышленных образцах станин проводились на раздельные воздействия выдергиваших и сдвигаших усилий.

Анализ результатов испытаний выявил, что деформативность конструкции определяется условиями совместной работы заклад-

ной детали и прилегаших к ней зон бетона. На совместность работы в наибольшей мере оказывает влияние объемно-напряженное состояние бетона, находящегося во внутренней полости направляющей и прилегающих к ней зон.

Смешение закладных деталей в образцах С-Х, С-2 и С-3, за-

анкеренных с помощью ребер, при уровне выдергивающей нагрузки

—2

100 кН составляет 1,5.10 мм. Эта зависимость смещения от нагрузки носит линейный характер. При дальнейшем увеличении нагрузки (более 120 кН), смешение закладных деталей меняется и

о

увеличивается до 2,5.10 mmi Разрушение образш наступает при

■ - *>

нагрузке 140...150 яй, когда смешение достигает 5.10 мм. Это происходит вследствие разрушения бетона внутренней полости направлявшей по наименьшему нижнему сечению бе тонной призмы и в результате отслоения бетона от направлявшей по вертикальным граням.

На начальной стадии до уровня нагрузхи 130...140 кН в образцах С-4, С-5 и С-6 с арматурными петлями отмечена совместная работа бетона и арматуры, т.к. смешение составляет (3,5... о

4).10 мм. При дальнейшем увеличении нагрузхи до 160 кН (сме-

—2

шение увеличивается до 5,5.10 1ш), происходит образование трешин в бетонной призме, и в работу включаются арматурные петли. Таким образом, при наличии во внутренней полости направлявшей арматурных петель, смешения возрастают только при увеличении выдергивавшей нагрузки, что объясняется эффективным влиянием арматурных петель на этой стадии нагрузеения. При нагрузке 175 кН произошло разрушение образцов. При выдергивании закладной направляющей происходит её смешение вместе с прилегавшим к ней слоем бетона.

В следуюшей серии образцов С-7 и С-8 испытывались заклад-

ныв детали с ваертными анкера ira. До нагрузки 129 кН происходят упругие деформации бетона. При нагрузке выше 120 иН в бетоне начали проявляться неупругие деформации. С этого момента в работу включаются анкера. При нагрузке 180 кН и смешении

о

7.10 мы меняется характер смешения закладных деталей; оно происходит практически без роста нагрузки. Разрушение образца наступает при нагрузке 210 хй.

За оптимальный принят вариант с арматурными петлями. Этот вариант крепления был принят я испытан во внедрением в производстве промышленном образце железобетонной станины балансировочного станка. Изучение его работы осуществлялось в условиях, приближенных к производственным.

На основе результатов экспериментальных исследований, с использованием способа "избранных точек" были определены эмпирические зависимости дня образцов C-I...C-8, которые характеризуются незначительными расхождениями между экспериментальными и расчетными данными, составлявшими 3,7...5,5 %, Это позволяет сделать вывод об удовлетворительном совпадении результатов экспериментов с зависимостями, полученным* расчетным путем. На основании этих зависимостей, при сравнении полученных величин деформаций закладных деталей с различными видами анкеровки установлено, что наименьшие деформации возникают в образцах с ввертными анкерами (близки к ииу значения в образцах с арматурными петлями), а наибольшие - в образцах, заанкеренньпс с помощью рёбер.

По результатам измерения деформаций тензорезисторами следует, что закладная деталь испытывает наибольшее деформации на участие приложения выдергивавшей нагрузки, равном 120 мм. Здесь же возникают и первые трещины.

Участки пластины закладной детали и соответствуюиие участки

бетона внутри полости направлявшей различаются по характеру деформирования. Таким образом,максимальная деформация имеет место в зоне приложения усилия; на остальных участках замеренные деформации резко уменьшаются. При этом для образца (С-4) на участке приложения усилии, при нагрузке fl = 100 кН максимальная деформация составляла 20. Ю-®, при fJ = 160 кН

- 130.10"®. А перед разрушением при í/ = 190 кН произошел резкий скачек - деформация возросла до 265.10 .

Деформация пластины закладной детали и бетона на соответствующем участке в образце С-8 с ввертными анкерами при нагрузке fl * 100 кН равна 30.I0"®, при нагрузке Ñ »160 кН -

- 150.10"®, а перед разрушением при bl а 170 кН деформация достигла максимальной величины 200.10"®. Сравнивая деформации

в двух образцах с различными видами анкеровки (С-4 и С-8), видно, что разнила между ними не превышает 3...5 %.

Полученные результаты влияния способов анкеровки закладных деталей позволяют сделать вывод о том, что при проектировании железобетонных станин станков необходимо использовать конструкцию крепления металлических направляющих к бетону, дающую наименьшую деформативность, и в то же время, являвшихся наиболее технологичными с точки зрения изготовления конструкций.

Одновременно, нужно отметить, что до момента начала смешения закладной детали относительно бетона, направляющая сохраняет свою геометрическую форму.

Во всех рассмотренных случаях величина выдергивающего усилия в 4...5 раз превышала величину фактического усилия, действующего при эксплуатации станка на узел крепления направляющей к бетону. Поэтому мсжно сделать вывод, что принятая

конструкция захладиой детали удовлетворяет требованиям прочности для восприятия фактических усилий, действующих в узлах крепления направлявших к гвлезобетонным станинам, и может применяться в конструкциях станочного оборудования.

Следующим этапом проведения экспериментов было исследование деформативности закладных направлявших на промышленных образцах железобетонных станин С серии К-1 я К-2 ).

Закладные детали промышленных образцов железобетонных станин балансировочного станка изготавливались в соответствии с выявленным, при предварительных исследованиях оптимальным решением их анкеровкя и пспьтызаляеь на выдергивавшие и сдвигающие усилия.

При исследования закладных деталей на выдергивающую нагрузку (серия К-1), усилие прикладывалось в середине направлявшей и у края, в месте стыка двух закладных деталей.

В диссертации приведены результаты испытаний длинномерных направлявших и значения нх дефорыатхвности на разных уровнях нагрузки.

Деформзтнвность определялась как производная замеренной величины смешения верхней плоскости направлявшей в зоне приложения нагрузки и определялась на этапах нагружения в долях от максимальной величины этого смешения.

При смешениях 30...605? от максимальных, деформативность направлявших составила (б...7)см/хН, в то время как деформативность традиционных закладных деталей в строительных железобетонных конструкциях составляет (I...1,3).Ю-3 см/яН. При смещении 60...80 % от максимальных, дефэрмативность составляла 7,3.10"^ см/кН, а для традиционных закладных деталей

л

- 1,29.10 см/гН. Увеличение замеренных смешений сверх отме-

ченных значений характеризуется разрушением бетона внутри полости направляющей и отслоением его от арматурных петель.

Исследования показали, что на начальном этапе приложения выдергивавшего усилия hi й SO кН наблюдались незначимо

тельные деформации (0,7...2,0). 10 см закладной детали. График, определявший рост этих деформаций имеет линейных характер, при этом арматурные петли незначительно влияют на работу конструкции. После увеличения нагрузки до ПО кН деформации достигают (1,0...3,5).10~^см. Нагрузка = 140 кй является критической, при которой характер деформирования свидетельствует о нарушении сцепления направлявшей с бетоном и начале трешинообразования. Разрушение бетона происходит в местах наибольших напряжений (в основании "бетонной призмы", заполнявшей полость направлявшей). Затем в работу включаются арматурные петли, которые воспринимают возраставшую нагрузку. Полное разрушение образца происходит при нагрузке 200 нй и проявляется в том, что вдоль направлявшей образуются трещины.

При работе станка, кроме выдергивающих усилий, на направляющую действуют и сдвигающие усилия. Поэтому следующим этапом проводимого исследования были испытания на сдвигающую нагрузку (серия К-2). До уровня сдвигающей нагрузки, равной 200 кН, зависимость смещения пластины направлявшей от нагруз ки носит линейный характер. По величинам смешений была определена деформативность направлявших на различных уровнях нагрузки и сопоставлена с аналогичными характеристиками дефор-мативности закладных деталей в строительных конструкциях. При нагрузке ICO нй деформативность направляющих составила (I5...45),10~^см/кН, а, к примеру, штампованных закладных деталей - (I. . .ID.IO^cm/kK. При сдвигающей нагрузке ISO кН

деформативность направлявших составила (25...£0).1С~°см/кН,

i

а штампованных закладных деталей - <1,1.. Л2).10"^см/кН. При критической нагрузке 220 idi деформативность направлявших составила (41...79)Л0~^см/кН. Из этого следует, что деформативность направлялаих при действии сдвигавшей нагрузки на порядок ниже деформативности взятых для сравнения штампованных закладных деталей и, соответственно, ниже деформатив-ности традиционных закладных деталей.

При увеличении нагрузки до 220 кН в бетоне начинается процесс возникновения неупругих деформаций. С этого"момента на участках направляющей, расположенных вокруг места приложения усилий от домкрата, начали появляться трещины. При дальнейшем незначительном увеличении нагрузки произошло раскрытие трещин.

При максимальной сдвигашей нагрузке 240 нН, действующей в поперечном направлении, в средней части пластины закладной детали величина напряжений не превышала предела текучести металла ( О" = 170 Ша5.

Из презеденных опытных данных следует, что принятая конструкция закладной детали, её деформативность и прочностные характеристики соответствуя? требованиям для восприятия фактических усилий, действующих на закладные детали в железобетонных конструкциях, применяемых в станкостроении.

Усадка бетона является важным его свойством, влияющим на конструктивные параметры бетонного изделия и эксплуатационные характеристики оборудования, в котором применено это изделие. Поэтому ещё на стадии конструирования оборудования, в котором будут использованы бетонные изделия, необходимо правильно рассчитать те деформации, которые происходят в бетоне в процессе его усадки.

Для определения степени влияния усадочных деформаций бетона на ранних и поздних стадиях формирования конструкции, были проведены исследования деформации усадки бетона фрагментов станины станка, начиная с момента бетонирования.

Наблюдения за изменением показаний магнитоупругкх датчиков усадки, установленных в бетоннной призме налравлотаей, вдавили наличие растягивающих напряжений б"» С,С8...0,1 МЗа. При увеличении возраста бетсна растягивающие напряжения увеличивались и в возрасте 15 суток составили <5" =0,3...С,5 МДа. Затем напряжения стали уменьшаться я, начиная с 41-х суток, возрастать вновь. Стабилизация усадочных напряжений наступила на 57-е сутки, достигнув величины (5~= 0,4...0,55 МДа.

Усадочные напряжения, которые возникли в проиессе твердения бетона в полости закладных направляющих, в 3 раза меньше напряжений, возникавших при усадке бетона в обычных условиях.

Исследование прочности и деформатшжссти в ряде работ проводилось применительно х традиционным и штампованным закладным деталям. Полученные при этом результаты кспользова-лись нами при изучении длинномерной направляющей с клиновидными ребрами всесто анкера.

При определении величины смедения ( Л } закладной направлявшей от сдвигавшей силы использовали формулу предложенную для традиционных закладных деталей

Д „ 0 • -7~7Г • ( 1 }

" сдв п а

где Ц сдв - сдвэташая сила;

£ - эмпирический коэффициент,равный 3,65ЛС"°сьг/яг;

П - число анкеров;

С1 - диаметр анкера.

В результате проведенных исследований установлена зависимость для определения смепения закладных направляющих от выдер-гиваюяей нагрузки

"¡г*- •

где М в - выдергивающая сила;

£ - эмпирический коэффициент, равный 3,65.10"^«^/кг; П - число анкеров; & - диаметр анкера. Величина смешения металлических направляющих- прямо пропорциональна прикладываемой силе и обратно пропорциональна числу и диаметру анкеров.

Для П-образных закладных деталей с клиновидными стенками с учетом напряженно-деформатявного состояния бетонной призмы внутри направляюшей, значение выдергиваюшей силы определяется по формуле

мв = ** [°'43 • К|Р- кз • А + 2Ь ( е + -I- )], ( 3 )

где фактический предел прочности бетона на растяжение;

™ ^ • Кг

К|Р з —1- (К£ - эмпирический коэффициент учета глубины

4 заделки, определенный для стержневых анкеров, выражением

С

= 0,1 — +0,7—1, С - расстояние от з

края закладной детали до грани железобетонного элемента,. ¿3 - глубина заделки анкеров); К3 - значение опытного коэффициента для отдельных анкеров (в тяжелом бетоне К3 = I, в керамзитобетоне - Кд = =0,7), так как рассматриваются усилия, действующие

при выколе бетона; Л - площадь проекции на плоскость, нормальную к анкерам

и к поверхности выкалывания, идушей от анкеров; & - половина расстояния междг стенками закладной детали; Е - длина участка закладной направляющей в зоне максимальных деформаций; й - размер горизонтальной проекции клиновидной стенки. Несущая способность узлов крепления оборудования' к железобетонным опорным конструкциям определяется Спиваком Л.Р. по формуле

Кр • яг

Н = 0,52 К -и-

кр тг^г

где Кр- расчетное сопротивление бетона растяжения; К - радиус большого основания конуса; 1?„ - радиус меньшего основания конуса. Значение коэффициента 0,52 отражает характеристику полноты эпюры распределения растягиЕаших напряжений, а К^ учитывает влияние на несущую способность расстояния от закладной детали до края блока и изменяется в пределах 0,69...С,89. Б соответствии с этим для закладных направляших в формуле (3! используем коэффициент С,43, который учитывает особенности условий работы машиностроительных элементов.

Проведенные исследования показали, что несущая способность направлявших на действие сдвигаотих усилий, с учетом объемно-напряженного состояния бетона внутри направляющей, определяется по формуле

Оед,- Я* ( К' С ' Ь Ы)

гДе " расчетное сопротивление бетона растятенич;

С - сирина откалываемой части элемента, С> + $ ( ¡3 - расстояние кегру кга?нжя! «нкзрауи ряда!;

Н - расстояние от центра тяжести до края элемента в направлении силы 0 , но не более Ь^ { Ь - тол-

тол-

щина элемента); Ь - половина расстояния между стенками закладной детали; А. - размер горизонтальной проекции клиновидной стенки; К - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения ,

Rd- расчетное сопротивление арматуры растяжению.

С учетом расположения закладных деталей относительно края конструкции и её характера работы = 0,5 и Кзап = 0,8. Таким образом, К = 0,25.

В работе выполнен расчет образцов с различными видами ан-керовки с применением ЭВМ. Определение напряженного состояния бетонной призмы во внутренней полости направлявшей при действии выдергивающего и сдвигавшего усилий произведено методом конечных элементов.

Для данных исследований была использована программа "ЛИРА". Весь объем бетона и металла на высоту рёбер направляющей был разбит на равные объемные элементы в виде призм, напряжения з которых по высоте вдоль граней имеют как сжимающий, так и растягивавший характер.

Из приведенных расчетно-теоретических исследований следует, что, в зависимости от способа анкеровки закладной детали в бетоне, напряженное состояние бетонной призмы внутри направляющей различно. При наличии в закладной детали арматурной

< I + 0,15$а)#Г

Rnp- расчетное сопротивление бетона сжатия; - плошадь поперечного сечения стержней;

петли, узел воспринимает выдергивавшую и сдвигающую нагрузки армированным бетоном по наиболее опасному (нижнему) сечению.

Кроме того, клиновидные стенки создают возможность увеличения сопротивления растянутого бетона.

В целом можно заключить, что закладная деталь, армированная петлей, работает более эффективно, чем другие вида анкеровки. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что выполненный расчет достоверно отражает напряженное состояние узла крепления металлической направляющей к железобетонной станине.

Анализ проведенных экспериментов и теоретических исследований позволил сопоставить полученные данные. Несущая способность закладных деталей С-1...С-3 является самой низкой, она на 10 % ниже по сравнению с образцами, заанкеренными арматурными петлями (С-4...С-6), и на 16 % ниже образков с ввертными анкерами. Наибольшую несущую способность имеют закладные детали С-? и С-8 с ввертными анкерами. Из результатов испытаний и теоретических исследований следует, что по несущей способности и характеру восприятия нагрузок закладные детали С-4...С-6 с арматурными петлями близки к закладным деталям с ввертными анкерами, ко более технологичны в исполнении.

Сопоставление опытных и теоретических нагрузок было произведено и для направляющих, заанкеренных в натурных конструкциях железобетонных станин станков. Анализ данных выявил, что для закладных деталей серии К-1, испытываемых на сдвигатую силу, расхождение составляет 14,28 Для закладных деталей сери« К-2, испытываемых на выдергивающую нагрузку, приложенную: на краю направляющей - расхождение равно 10,53 %, в середине на-

правляшей - 3,45 %.

Сравнение экспериментальных и теоретических данных определило удовлетворительную сходимость результатов, что свидетельствует о приемлемости принятой расчетной схемы и формул (3) я (4) для расчетов конструкции на действие сдвигавшей и выдергивавшей сил.

Сопоставление опытных я теоретических значений смешений за-кладаых деталей во фрагментах железобетонной станины показывает, что при различных этапах эагружемня в среднем расхождение между этими данными составляет: для закладных деталей с клиновидными ребрами и ввертными анкерами - около II %, а для направлявших с арматурными петлями - 6,9 56, что в 1,6 раза меньше. Выполненные сопоставления определил* применимость формул (I) и (2).

Наряда со сравнением опытных и теоретических значений смешений закладных деталей, проведено сравнение опытных и расчетных деформапий определенных с применением ЭВМ. Для образцов с различными видами анкеровки экспериментальные данные представлены на графиках кривыми, а теоретические - линейными зависимостями.

Особенность проведенных расчетов заключается в том, что работа конструкции рассматривается в области действия нагрузки до достижения предельной растяжимости бетона (до значения £ =• 1.5.10-4). С целью учета проявлявшейся нелинейности деформации бетона при нагрузках приближающихся к предельным для линейного графика, построенного по результатам расчета на ЭВМ, осуществляли следующую корректировку: при напряжениях 0,6 вычисляли значение модуля упругости бетона, и выполняли повторный расчет с откорректированным модулем. При этом получали точку перелома линейного графика на уравне /Н_,„=0,65. Расхождение между

опытными и теоретическими данными при этом составило 8...12 %.

Следует отметить, что сопоставление экспериментальных и расчетных данных дает удовлетворительную сходимость результатов, т.е. показывает приемлемость принятой расчетной схемы и методики расчета. Таким образом, расчет узла крепления закладной направлявшей можно производить методом конечных элементов, используя откорректированную линейную зависимость.

Для сравнения обычных, штампованных закладных деталей и закладных направлявших вводим коэффициент податливости (С), который определяется отношением смеаения ( Д ) к прикладываемой силе ( М ): С = А/ I4! . Чем меньше коэффициент податливости, тем ниже деформации закладных деталей и надежнее работа узла крепления.

Кривые податливости штампованных строительных закладных деталей имеют нелинейный характер и изменяются в пределах (2,5...

о

.. .7,5) ,10~°см/1сН. Средние значения коэффициента податливости для обычных строительных закладных деталей имеют такжа нелиней-

о о

ный характер и изменяются от 6.10 до 15.10 см/нН.

Коэффициент податливости металлических направляющих, определенный в результате проведенных исследований, также имеет нелинейный характер и изменяется от 0,27.10"° до 1,4.КГ^сы/кН, т.е. податливость закладных направляющих в 5...II раз меньше, чем у штампованных и традиционных закладных деталей применяемых в строительстве.

Проведенные исследования узла крепления направляющей по де-форуативности.несуаей способности и усадке показали, что выявленные параметры определяют возможность применения железобетонных станин в станкостроительном производстве.

Положительный технический э&рект дополняется хорошими экономическими показателями применения железобетона в машиностроении,

чему в значительной мере способствует применение эффективных металлических направлявшее (закладных деталей).

Расход металла на хзготовленке железобетонных станки вместо чугунных снижается в £...2,5 раза. Так, расход металла в железобетонной станине балансировочного стайка составляет 600 кг, а в чугунной - 1400 иг, т.е. одна тонна металла, в среднем, заменяется одной тонной железобетона. В станине' балансировочного станка, выполненной хз железобетона, масса арматуры и закладных деталей блнэха к отходам металла в пропессе лятья х механической обработки металлического аналога.

Стоимость железобетона для изготовления станины в 2,2...2,8 раза нхке стоимости металла, что значительно повышает экономя» в денежном выражении.

Замена металла на железобетон привела к значительному сокращению трудовых затрат прх изготовлении станин, что предопределяется заменой более трудоёмкого производства хз металла на менее трудоёмкое - хз железобетона; затраты труда при такой замене снизились в 1,7 раза.

Процесс производства крупных базовых чухункых деталей станков в металлургическом производстве заменяется на изготовление элементов станян - направляющих. Это исключает в шасле изготовления значительное количество временя на стабилизатор напряжений в металлических отливках х сокращает цикл производства по времени в 2,8...3,6 раза.

Использование металлических направлявших позволяет значительно расширить объем и номенклатуру станочного оборудования с применением железобетона.

Таким образом, применение железобетона является одним из существенных факторов улучшения качества я технико-экономических

показателей станочного оборудования.

ОБЩИЕ вывода

1. В результате проведенных исследований разработаны П- обрас кые закладные детали (направлявшие) для железобетонных станки станочного оборудования, обеспечившие повышение его качества, надёжности и долговечности. Основной особенностью конструкции Сообразной закладной детали является замена анкеров рёбрами, имевшими равномерное увеличение толщины от полк* к основании.

2. На основании проведенных экспериментально-теоретических исследований установлено конструктивное решение закладных деталей, обеспечивавшее требуемую деформативность к прочность при минимальном расходе металла к трудоемкости изготовления.

3. Деформативность предложенной конструкции металлических направляющих, определяемая коэффициентом податливости, в 5...II раз ниже, чем штампованных и традиционных сварных закладных деталей.

4. Выполнено аналитическое исследование, которое позволяет сделать вывод о том, что принятая расчетная схема и методика расчета на ЭВМ по программе "ЛИРА" удовлетворительно описывает деформированное состояние конструкции.

5. Проведенные экспериментальные я теоретические исследования показали, что узел крепления направлявшей обладает достаточной прочностью: его разрушение при действии выдергивавших и сдвигавших усилий происходило при усилиях, превышающих эксплуатационные нагрузки в 3,5...4 раза.

6. Разработан инженерный метод расчета несулей способности закладных деталей. Сопоставление экспериментальных и теоретических нагрузок показало хорошую сходимость результатов, что свидетельствует о приемлемости принятой расчетной схемы и формул

(3) и (4) для расчета сдвигавшей и выдергивавшей нагрузок.

7. Замена крупных базовых чугунных деталей станков в металлургическом производстве на элементы станин (закладные направлявшие) сокращает никл производства элементов станков по времени

в 2,8...3,6 раза.

8. При изготовлении железобетонных станин вместо чугунных расход металла снижается в 2...2,5 раза, одна тонна металла, в среднем, заменяется одной тонной железобетона; в 1,7 раза снижаются трудозатраты за счет замены более трудоемкого производства из металла на менее трудоёмкое из железобетона. Стоимость железобетона для изготовления станины в 2,2...2,8 раза ниже стоимости металла.

9. Конструкния закладной направлявшей с клиновидными рёбрами может применяться в станинах тяжелого станочного оборудования: продольно-фрезерных, строгальных и расточных станков. Её использование будет способствовать более широкому применение железобетона в машиностроении.

Основные результаты работы были доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского составе, аспирантов и студентов Нижегородского архатектурнс-строительнсго института в I9S2 году и Нижегородской архитектурно-строительной академия в 1994 году, а также на подсекции НТС НЙИХЕа в 19921994 годах.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в еледувших работах:

1. Ераиловский М.И., Зильберберг A.C. Применение железобетона в машинсстроении//Учебясе пособие.-Н.Новгород.-1992.- 140 с.

2. Ераиловский М.И., Зильберберг A.C. Железобетонная станина

балансировочного станкаУ/Кижегородский центр научно-технической информации.Информ. листок ff 256-92. -Н.Новгород. - 1992. - 4 с.

3. Зильберберг A.C. Чугунные направлявшие в железобетонной станине// Нижегородский архит.-строительный институт. Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов.Тезисы докладов. - Н.Новгород.- 1992. - С.40.

4. Браиловский K.M., Зильберберг A.C. Железобетонная станина балансировочного станка//Вестюпс машиностроения.-1993.-S9.-C-.29-32.

5. Зильберберг A.C. Влияние статических нагрузок на работу закладных деталей с железобетонными станинами станочного оборудования //Новое в технологии, расчете и конструировании железобетонных конструкций. - М.: НИИЖБ, 1993. - С. 42-48.

6. Зильберберг A.C. Совместная работа железобетонной станины балансировочного станка с металлическими закладными деталями// Нижеговодский центр научно-технической информации/ Информ.листок » 82-94. - Н.Новгород. - 1994. - 4 с.

7. Зильберберг A.C. Исследование совместной работы железобетонной станины с закладными деталями //Нижегородская архитектурно-строительная академия. Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, аспирантов я студентов. Тезисы докладов. - Н.Новгород. - 1994. - С. 37.

8. Положительное решение экспертизы о выдаче патента Р5 на изобретение по заявке » 93-014170/33/0136I2. Железобетонная станина. Браиловский М.И., Борисов A.B., Зильберберг A.C.

Подписано к печати 30,01.95 Заказ Тираж £0 экз.

Редакционный издательский центр ГОСНШМ