автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Остаточный ресурс циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами

1 V ' !, П ! Л'

1 - -. . .5 и л 4» < 1 е : ..с' V \ ч

" Г о. с Д

Из правая рукописи

• ; * ' » О ' Г. "I

I и Е.;;.; {¿иО

ПРЕМИИ КОНСТАНТИН ИВАНОВИЧ

ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС ЦИКЛИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С ТРЕЩИНОПОДОВНЫМИ ДЕФЕКТАМИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и соорухантп

АВТОРЕФЕРАТ ' диссертации на сснсханиэ ученой степени доктора технических наук

Москпа -1555

Диссертация выполнена в Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им.Г.И.Носова.

Официальные оппоненты' - доктор технических наук,

Махутов H.A.

- доктор технических наук Одесский П.Д.

- доктор технических наук Горицкий В.М,

I

Ведущее предприятие АООТ "Промстальконструкция"

(ВНИПИлромстальконструкция)

Защита диссертации состоится 1996г. в

часов на заседании диссертационного Совета Л 053.11.01 в Московском государственном строительном университете по адресу: г.Москва, Шлюзовал наб.., д.8, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан ^сК^- 1996г.

Учёный секретарь диссертационного совета, канд.техн.наук, профессор

А.К.Фролов

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Износ и повреждаемость каркасов фсмыиленных здании и сооружений предприятий черной металлурги послереволюционной постройки связаны с их интенсивной оке-1луатацией, особенно в шэнный и послевоенный периоды, отсут-:твием необходимых средств и времени на ведение ремонтно-вос-:тановительных работ, несовершенства!«! конструктивных решений I неграмотными приемами усиления, которые не учитывают реаяь-гые особенности работа конструкций, такие, ¡сак воздействия цинических нагрузок, низких температур, концентрации напряжений [ т.д. Следствием этого являются усталостные и хрупкие повреж-;ения и разрушения элементов и узлов металлических конструкций, оздаюадае предаварийные и аварийные ситуации и ведущие к крат-перочным или длительным остановкам производства.

Наметившееся обновление производства и техническое пере-ооружение отдельных предприятий связаны с проблемой раз;лег,е-ия новых технологических линий в существующих зданиях, напоивших механические, усталостные, коррозионные и др. новреж-ения.

В связи с ' чем необходимо оценить не только остаточную рочность, по и остаточный ресурс металлических кснстругашй, азрабогать. и осуществить эффективные приекы их усиления, что озволит существенно сократить периоды освоения новых техно-□гических процессов и снизить удельные затраты на единицу упускаемой продукции по сравнению с новым строительством.

Кроме того, наметившаяся остановка отдельных цехов и аа-эдов дает возможность именно сейчас выполнить полную "ревизию"

существующего пар!<а металлоконструкций, разработать предложения по возможному перепрофилированию зданий и сооружений, наметить необходимые объемы ре.монтно-воссгаловительных рабог.

В связи с чем разработка эффективных приемов усиления металлоконструкций, учитывающих реальные условия эксплуатации и особенно цшишческоэ воздействие нагрузок, а также оценка остаточного ресурса конструкций с трещниоподобными дефектами представляют собой в настоящий период актуальные проблемы в строительстве.

Вопросам оценки циклического ресурса металлических конструкций с трещиноподобиыми дефекта).«! па стадии роста усталостной трещины (с позиция механики разрушения) посвящено большое число исследований и многочисленные публикации последнего времени.

Тем не менее, в настоящее время проблему нельзя считать полностью изученной.

Недостаточная изученность проблемы оценки циклического ресурса на стадии роста усталостной трещины и отсутствие, в связи с этим, методов расчеию-экслериментального определения ресурса конструкций, обоснованных рекомендаций по выбору материалов, конструктивных форм несущих элементов и режимов эксплуатационного нагружения приводят к тому, что в строительстве все еще отмечаются эксплуатационные повревдения металлических конструкций (в том числе и катастрофического характера).

Цель работы - экспериментальные исследования особенностей действительной работы и влияния эксплуатационных факторов на остаточный ресурс с трещниоподобными дефектами.

Научную новизну работы составляют:

1. Результаты экспериментальных исследований и их анализ ) изучению:

- режимов нагружешш подкраково-подстропильных ферм, ездо-IX балок кранов-перегружателей, транспортерных галерей;

- локального и общего напряженно-деформированного состоя-1Я натурных подкраново-подстропилышх ферм, кранов-перегруаа-■лей и их ездовых балок, наиболее нагружензшх узлов решетча-и конструкций, фрагментов сварных соединений;

- влияния анизотропии прокатки, низких эксплуатационных мператур на характеристики статической и циклической трещино-ойкости сталей ВСтЗпс, ВСт?сп, 09Г2С, 14Г2А1>;

- кинетики формы и размеров слоистых трещин (2-направле-е), развивающихся в стали 1-5Г2АФ;

- параметров статической и циклической трещиностойкости, я г-направления стали 14Г2АФ;

- склонности к хрупким разрушениям и доломам моделей свар-х балок и фрагментов' сварных соединений с концентраторами зличной форш.

2. Инженерная методика оценки остаточного ресурса цикяиче-и нагруженных'металлоконструкций, учитывзщал реальные усло-

я эксплуатации - наличие в констручздш тревдноподобных де-<тов, влияние остаточных сварочных напряжений и низких экс-/атациошшх температур.

3. Разработанные и внедренные способы усиления циклически "•руженных металлоконструкций.

Практическое значение работы. Полученные результаты побили научной основой для оценки остаточного ресурса и усм-!ия циклически нагруженных металлоконструкций злачий и соо-

ружений Магнитогорского металлургического комбината и Магнитогорского завода металлургического машиностроения, а тагам .для разработки новых конструктивных реиений наиболее нагруженных узлов решетчатых циклически нагруженных металлоконструкцш обладающих повышенной усталостной долговечностью.

Реализация научных исследований. Результаты научных ис-

следований и методика оценки остаточного ресурса цикличесга нагруженных металлоконструкций нашли практическое применение:

1) на Магнитогорском металлургическом комбинате при оценке технического состояния к усиления подкраново-подстропильнш ферм ККЦ; галерей . У-55, К-26, У-55, У-146, М-30, перегрузи1 И 21, кранов-перегружателей N 2, N 4, N 5 КХП ММК; мартеновского цеха N 2; адьюстажа листопрокатного, сортопрокатного 1 проволочно-штрипсового цехов; вагоноонрокидивателей КХП ШК; несущих конструкций каркасов станов 300-1, стана 500, станг 2350;

2) на Магнитогорском заводе металлургического машиностроения при оценке технического состояния и усилении элементов каркаса и фундаментов кузначно-прессового цеха;

3) на Орско-Халиловском металлургическом комбинате пру оценке технического состояния крана-перегружателя N 1;

4) в ПЭО "Целинэнерго", Петропавловская ТЭЦ-2 (Казахстан) при оценке технического состояния металлоконструкций угольногс крана-перегружателя, мостовых кранов и подкрановых конструкции

5) на Ваймакском медно-серном комбинате при усилении корпуса крупного и среднего дробления дробильно-сортировочнп-фабрики;

5} в Ваймакском РТП при оценке остаточной прочности и ос-

таточного ресурса усиленных стропильных .ферм гаража на 50 автомашин;

7) в ЦНШпроектстальконструкции им. Мельникова при оценке остаточного ресурса узлов решетчатых конструкций, подкраново-подстропильных ферм, а такке при отработке и внедрении методики и установки для длительных низкотемпературных испытаний сплошных лабораторных и тонкостенных крупноразмернах образцов. Методику охлаждения совместно с установкой для длительных низкотемпературных испытаний демонстрировались на ВДНХ СССР и награждены дипломом II степени;

8) в ЦРИИСК им. В.А. Кучеренко при исследованиях хладо-стойкости конструктивных решений колонн двутаврового сечения и крупномасштабных фрагментов из гнутого профиля.

Апробация диссертации. Основные результаты работы были

доложены и получили одобрение на следующих семинарах, конференциях и симпозиумах:

1. 45-Я (1983), 47-я (1985), 48-я (1986), 49-я (1987), 51-я (1989), 53-я (1991) научно-технические конференции Магнитогорского горно-металлургического института им. Г.И.Носова.

2. XIV (1986) научно-техническая конференция ШСИ им.

»

В. В. Куйбышева. •

3. II Всесоюзный симпозиум по механике разрушения "Трещи-ностойкость материалов « элементов конструкций", Житомир, 1985.

4. VI Всесоюзная конференция "Экспериментальные исследования инженерных сооружений", Новополоцк, 1966.

5. Научно-технический семинар "Конструкционная прочность и механика разрушения", Ленинград, ДДНТП, 1986. •

6. II Всесоюзная конференция "Прочность материалов и конструкций при низких температурах", Киев, 1986.

7. Научно-техническая конференция "Проектирование, строительство и реконструкция промпредприятий в условиях технического перевооружения", Челябинск, ЧДНТП, 1987.

8. 1-я Всесоюзная конференция "Механика разрушения материалов", Львов, 198/'.

9. Всесоюзное научно-техническое совещание "Экспериментальные исследования и испытания строительных металлоконструкций", Львов, 1937.

10. Научно-техническая конференция "Научно-технический прогресс в строительстве", Свердловск, 1988.

11. V Всесоюзный симпозиум "Малоцикловая усталость - критерии разрупения и структуры материалов", Волгоград, 1987.

12. Научно-техническая конференция "Повышение 1сачества п надежнЬсти строительных металлоконструкций", Челябинск, 1988.

13. Региональная научно-практическая конференция "Надежность и реконструкция - 88", Волгоград, 1988.

14. Научно-техническая конференция "Совершенствование методов расчета, проектирование и монтаж строительных конструкций", Свердловск, 1988.

15. Научно-производственный семинар "Проблемы обследования, испытания, усиления и реконструкции сооружений", Даугав-пмлс, 1989.

16. Конференция молодых ученых и специалистов "Научно-технический прогресс в строительстве", Москва, 1989.

17. Научно-техническая конференция "Оптимальные металлические конструкции", Свердловск, 1990.

18. Международная конференция "Сварныз конструкции", Ки-в, 1990.

19. 111 Всесоюзный симпозиум по механике разрушения "Тре-лностойкость материалов и элементов конструкций", Иитомир, 990.

20. Всесоюзная научно-техническая конференция "Испытания троительных метачлических конструкций в условиях действующих редприятий", Магнитогорск, 1991.

21. Российская научно-практическая конференция "Реконст-укция зданий и сооружений", Вологда, 1992.

22. XXVIII Межреспубликанский семинар "Актуальные пробле-ы прочности", Вологда, 1992.

23. XXIX Межреспубликанский семинар "Актуальные проблемы рочности", Псков, 1993.

24. ICF-3 Fracture mechanics: successes and problems, Ki-w, 1993.

25. Межгосударственная научно-техническая конференция Исследование действительной работы и усиление строительных онструкций прсмолеиных зданий и сооружений", Магнитогорск, 993.

26. Всероссийская научно-техническая конференция "Проч-ость и живучесть конструкций", Вологда, 1S33.

27. Межгосударственная научно-техническая конференция Состояние и перспективы развития научно-технического потен-иала Ккно-Уральского региона", Магнитогорск, 1094.

28. 3-я Международная конференция "Научно-технические роблемы прогнозирования надёжности и долговечности металли-еских конструкций и методы их решения", Санкт-Петербург, 1995,

Публикации. Основное содержание диссертации опубликованс в 46 работах. По результатам исследований получено б авторски? свидетельств на изобретение и 5 патентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введенш пятя глав, зашшчения, списка литературы, приложения. Содержание работы изложено на 418 страницах машинописного текста, 195 рисунках и 40 таблицах. Список литературы включает 22! наименования. Приложение изложено на 32 страницах и включае' копии авторских свидетельств и патентов, защищенных по тем* диссертации, акты внедрения результатов исследований, а так» перечень опубликованных автором работ по теме диссертации.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований:

- глнетики деформированного и напряженного состояния на турных подкраново-подсгропильиых ферм, ездовых балок кранов перегружателей, решетчатых конструкций, а также их моделей узлов и фрагментов;

- характеристик статической и циклической трещиностойкос ти сталей ВСтЗпс, ВСтЗсп, 09Г2С, 14Г2АФ для различных направ лений прокатки в диапазоне температур -70 Ч (+20)° С;

- кинетики формы и размеров усталостных трещин, развиваю щихся в условиях механической неоднородности;

- кинетики формы и размеров слоистых трещин дгч г-направ ления развивающихся в стали 14Г2АФ;

- характеристик статической и циклической трещиностойкос ти для г-направления стали 14Г2ЛФ в диапазоне.температур -70 (+20)° С;

- взаимодействия остаточных сварочных напряжений и напря

жений от внешней нагрузки на распространение усталостных трещин в условиях норыааьной и низких температур;

- перераспределение неходких сварочных напряжений в сечении элемента конструкт«! и в окрестности вериины трещшы в процессе ее распространения по сечению в условиях нормальной и низких температур;

- хладостойкости моделей сварных бачок, а также фрагментов сварных соединений с различными Формами концентраторов напряжений.

2. Методика оценки остаточного ресурса циклически нагруженных металлоконструкций, учитывающая наличие трещиноподобных дефектов, влияние остаточных сварочных напряжений и низких эксплуатационных температур.

3. Рекомендации по проектированию и изготовлению, а такие по усилению и дальнейшей эксплуатации циклически нагруженных металлоконструкций; новые конструктивные решения узлов, наиболее подверженных усталостному разрушению.

Содержание работы

Во введении изложена цель диссертационной работы, дано обоснование ее актуальности, а также изложен» основные положения, вынесенные на зачету.

Первая глава посвящена обоснованию задач исследований на основе анализа причин появления дефектов и повреждений элементов и узлов металлоконструкций и дефектоскопии сварных соединений.

Проведен анализ конструктивных решений обследованных зданий и сооружений предприятий черной металлургии.

На примере каркасов промышленных зданий, транспортерных галерей и кранов-перегружателей показано ужесточение режимов работы конструкций по сравнению с довоенным периодом строительства. Так, грузоподъемность кранов возросла с Юг30 тС до 640г750 тС, режим работы кранов изменился с 4К-7К до 7К-8К. По результатам визуальных обследований конструкций и отработанной методики обследований с применением записывающей аппаратуры показано, что циклически нагруженные конструкции эксплуатируются с многочисленными дефектами и повреждениями, наиболее опасными из которых являются трсщиноподобные дефекты и трещины.

Анализ режимов нагружения, условий эксплуатации, а также опубликованных данных по оценке технического состояния конструкций (Шкинев А.Н., Дмитриев Ф.Ф., Лащенко М.Н., Николаев Г.А. КунииЮ.С., Васильев A.A., Уваров Б. Ю., Горохов E.H., Кашу-тин Б.Н., Нищета С.А., Шашко Б.А., Ларионов В.В., Беляев В.Ф., Ханухов Х.М., Горпинченко В.Ы., Одесский П.Д., Егоров М.И., Нежданов К.К., Лужин О.В., Злочевский A.B., Махутов H.A.» Сабуров В.Ф. и др.) показал, что причинами появления дефектов в конструкциях до начала эксплуатации являются:

- низкое качество работ при изготовлении конструкций и высокая вероятность (0.4-0.5) наличия в сварных ивах трещино-подобных дефектов сварки размером 2-3 мм (Волченко В.Н., Яиден-ко Г.Л., Карзов Г.П., Тимофеев Б.Т., Леонов В.П., Fj3aHOB Н.П., Николаев Г. А., КуркинС.А., Винокуров В. А., Becher P.E., Lenoe E.W. и др.);

- неправильная транспортировка и складирование конструкций;

- низкое качество монтажных работ.

Отмечено, что в процессе дальнейшей эксплуатации конструкций имеет место накопление повреждений: возрастает количество общих и местных дефектов, имеющиеся трещины увеличиваются в размерах, зарождаются новые трещины.

Среди причин дальнейшего увеличения дефектности эксплуатируемых конструкций отмечены:

- циклический характер загружения конструкций, вызывающий циклическое улругопластическое деформирование материала в • зонах концентрации напряжений и расположения исходных дефектов;

- наличие начальных напряжений в металлических конструкциях, например, остаточных сварочных напряжений;

- повреждения технологического оборудования, например, мостовых кранов;

- разрушение связей и соседних конструкций;

- температурные воздействия и др.

Повреждения сталышх конструкций непосредственно зависят от особенностей технологического процесса. Результаты выполненных обследований показали, что наибольшее количество повреждений наблюдается у циклически нагруженных металлоконструкций, эксплуатирующихся при воздействии низких температур климатического диапазона, в местах расположения агрегатов с повышенными динамическими воздействиями (клети прокатных станов, кузнечно-прессовое оборудование), у косых въездов, в зонах складирования заготовок и погрузки готовой продукции.

Показано многообразие режимов нагружения конструкций, индивидуальность восприятия нагрузок и деформирования каждой из них.

Отмечено, что в действующи конструкциях трещины развиваются как вдоль, так и поперек направления прокатки листов, а в толстолистовых конструкциях обнаружены трещины расслоя, развивающиеся в г-направлении. Значительная часть трещин развивается в зоне сварных соединений - в металле шва, либо в металле околошовной зоны при непосредственном воздействии остаточных сварочных напряжений. Обнаружено значительное число трещин, развивающихся перпендикулярно сварным швам в неоднородном поле остаточных сварочных напряжений.

Отмечено, что большинство конструкций, например, под/сра-ново-подстропильные фермы, не подлежат демонтажу. В связи с чем, в инженерной практике больной интерес представляет оценка остаточного ресурса циклически нагруженных металлоконструкций, содержащих трещиноподобние дефекты, а тагеке разработка методов их усиления и рекомендаций по дальнейшей эксплуатации.

На основании изложенного в настоящей' работе поставлены следующие основные задачи:

1. Исследовать кинетику деформированного н напряженного состояний в зонах конструктивной концентрации напряжений натурных конструкций, их узлов, моделей и фрагментов в условиях статического и повторного нагружеиия при эксплуатационных температурах.

2. Исследовать характеристики циклической и статической трешиностойкости основных зон сварных соединений в условиях нормальной и низких эксплуатационных температур.

3. Исследовать влияние анизотропии проката на характеристики циклической трещиностойкости основных строительных сталей в условиях нормальной и низких эксплуатационных температур.

4. Исследовать кинетику Форш и размеров усталостных тре-шдн, развивающихся в условиях механической неоднородности.

5. Изучить развитие усталостных и хрупких трещин в г-направлении в зависимости от температуры испытаний.

6. Исследовать влияние остаточных сварочных напряжений на рост усталостных трещин и изучить перераспределение сварочных напряжений по сечению элемента и перед вершиной трегзша в процессе ее роста при нормальной и низких температурах.

7. Изучить возможность хрупких разрушений и (или) доломов циклически натруженных металлоконструкций с трещиноподобны-ми дефекте.1.«!, а также подверженных усилению в процессе реконструкции.

3. Разработать расчетно-экспериментальную методику оценю? остаточного ресурса циклически натруженных металлоконструкций, учитывающую налччие в расчетно» сечении трещинолодобных дефектов, влияние остаточных сварочных напряжений, неоднородность механических свойств сварных соединений и материалов, а также влияние низких эксплуатационных температур.

9. Разработать рекомендации по усилению и дальнейшей эксплуатации циклически натруженных металлоконструкций.

10. Разработать рекомендации по проектированию и изготовлению металлических конструкций, подверженных в процессе эксплуатации циклическому нагружению, отличающихся повышенной усталостной долговечностью.

Во второй главе изложена методика и результаты экспериментальных исследований кинетики налршхешго-деформироЕанного состояния узлов, моделей и фрагментов циклически нагруженных металлоконструкций.'

Произведен выбор объектов исследования, в качестве которых выбраны:

1) подкраново-подстропильные фермы отделения непрерывной разливки стали (О! IPC) и конвертерного отделения кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) Магнитогорского металлургического комбината(ММК);

2) ездовые балки кранов-перегружателей, эксплуатируемых на Магнитогорском и Орско-Халиловском металлургических комбинатах и Петропавловской ТЭЦ-2 (Казахстан);

3) решетчатые конструкции из замкнутого гпутосЕарного профиля - фермы покрытия с подвесными кранами, пролетные строения транспортерных гатерей.

Выбранные объекты имеют различные конструктивные решения, но при этом одинаковые причины и закономерности появления и развития усталостных трещин.

• Дополнительному исследованию подвергли:

1) модели сварных двутавровых балок;

2) узлы решетчатых конструкции;

3) фрагменты сварных соединений.

Отмечено, что выбранные объекты исследования работают в особо тяжелых условиях. Например, подкраново-подстропильные фермы ОНРС ККЦ ШК в процессе эксплуатации загружаются кранами грузоподъемностью Q = 500/100/20 тН, вес крана 750 тН, режим работы 7К. Количество проходов крана через выбранную точку по данным Магнитогорского Гипромеза составляет: с полным ковшом N > 100-9450, с порожним ковшом - 35500-47250 циклов в год.

Поставленные дополнительные задачи экспериментального изучения НДС конструкций:

1. Выявление экспериментальным путем наиболее вероятных зон возможного разрушения конструкций.

2. Изучение воздействия эксплуатационных нагрузок на распределение деформаций и напряжений, величину и знак размаха напряжений дб , коэффициента асимметрии цикла нагрукения R в зонах возможного разрушения, а таюко в зонах, подверженных усилению.

3. Определение уровня концентрации напряжений в указанных зонах.

4. Изучение влияния повторного нагруг.епия, низких температур и конструктивных параметров на кинетику деформированного и напряженного состояний вен концентрации напряжений.

5. Определение начального уровня стабилизировавшихся остаточных сварочных напряжений и напряжений от постоянной нагрузки.

Для экспериментального изучения кинетики НДС материала конструкций выбран тензометрический метод. Испольговаку проволочные тензорезисторы с базой Б мм, скомпонованные в прямоугольные тензорозетки, а также цепочки фольговых теизорезисто-ров с базой 0.5'2.0 мм. Регистрирующая аппаратура - СИИТ-3, АИД-2М. Погрешность, обусловленная усреднением измеряемой деформации габаритами тензорезисторов, не превышала 3-5Х.

Для измерения остаточных сварочных напряжений такие использовалась малобаэнат тензометрия. Применялся метод локальной разгрузки металла в исследуемых зона:. Переход от измеренных деформаций к напряжениям при статическом и повторном нагружении осуществлялся в рамках теории A.A. Ильюшина -В. В. Москвитина с использованием разработанных в Магнитогорс-

кой горнометаллургической академии программ для IBM ЭВМ.

Анализ экспериментальных данных по изучению кинетики НДС в исследуемых аонах конструкций, моделей и узлов показал, что фактическое напряженно-деформированное состояние конструкций (сечений, узлов) меняется в процессе эксплуатации за счет появления повреждений, элементов усиления, дополнительных связей. При этом в пределах одной конструкции либо ее части (отсек, сечение, узел) материал в каждой из исследуемых зон деформируется при "индивидуальном" режиме - индивидуальны величина и знак размаха напряженийд6 и коэффициента асимметрии цикла нагружения R.

Отмечено, что в зонах обнаруженных и возможных усталостных разрушений размах напряжений от циклического загружения конструкций достигает величины л€> = 0.6Н.0 бт (&т - предел текучести стали), что с учетом существующих напряжений от собственного веса и стабилизировавшихся остаточных сварочных напряжений свидетельствует о циклическом упругопластическом деформировании материала в указанных зонах.

Элементы усиления сами являются концентратором напряжений и при неправильном усилении, выполненном без учета особенностей работы конструкций и деформирования материала при циклическом нагрукении, являются источником усталостных разруиений.

Упругопластическое деформирование материала в зонах концентрации напряжений, а также в зонах выполненного усиления стабилизируется к 5-10 циклу нагружения как при положительной, так и при низких температурах и остается практически неизменным вплоть до появления трецин усталости. •

При этом в зонах концентрации напряжений и в зонах выполненного усиления стабилизировавшиеся напряжения для инженерных расчетов могут быть определены умножением номинальных напряжений 6Н на коэффициент концентрации упругих напряжений

На примере узлов решетчатых конструкций показано, что коэффициент концентрации упругих напряжений зависит от конструктивных параметров (толщины соединяемых элементов, формы сварного шва), характера действующих усилий (растяжение, растяжение с изгибом и др.) и не зависит от температуры испытаний.

Для расчетной оценки Ы. & на основе экспериментальных данных могут бить получены уравнения регрессии, учитывающие зависимость«^ от конструктивных факторов. Так, на примере монтажных фланцевых соединений решетчатых конструкций, выполненных из замкнутого гнутое®арного профиля (ГСП), показано, что в воне обрыва ребер жесткости -

бп~о(ес - бн

(1)

о(& ' = 7,09 + 0,1- Ь^/Ыт. 0,16 ЬР/1

РЖ. ■

ст

(2)

в зоне сопряжения фланца со стержнем -

В случае появления дополнительных изгибиых напряжений (крепление подвесного крана на хомутах), значения сАа в указанных зонах возрастают до 40% за счет изгиба поясов. Для инженерных расчетов получена экспериментальная зависимость = f (Р*р) , аппроксимированная экспонентой

©Ге£ —0,91 ехр(0,003 Ркр) з (4)

где С Г'кр 3 - кн, результирующее крановое усилие на узел;

— -Г

с(бс - . относительный коэффициент концентрации упру-

гих напряжений, определенный при совместном действии на ферму нагрузок от крана и от покрытия;

с^б; - при действии на ферму только нагрузок от покрытия, вызывающих осевое растяжение в узле. Измерения экспериментальным путем стабилизкровавиихся остаточных сварных напряжений (после 100 циклов нагружешш), выполненные на узлах решетчатых конструкций и фрагментах сварных соединений в зонах концентрации напряжений, показали, что уро-

_ .сн . О"*

вень о ест достигает величины 0.65-Ю. 75 От . гдеот - предел текучести основного металла.

Анализ экспериментальных данных по изучению кинетики НДС в вершинах заваренных трещин (традиционный в настоящее время способ усиления конструкций с трещиной), полученных при испытаниях натурных конструкций, показал, что в большинстве случаев материал в вершинах заваренных трещин деформируется в упру гопласгической стадии, что, в свою очередь, говорит о неэффективности усиления конструкций путем простой заварки треицин

без выполнения специальных мероприятий, таких, как засверловка вершин с радиусом отверстия не менее радиуса пластической зоны в вершине трещины, выполнение накладок и т.д.

Отмечено, что в производственных условиях обнаружить визуально трещину в ряде конструкций практически невозможно из-за затрудненного доступа к конструкции, особенности конструктивного решения ее узлов, загрязнения конструкций и т.д. На основе анализа многолетних наблюдений и экспериментальных данных по изучению деформатизности конструкций с трещинами показано, что признаком наличия существенных усталостных повреждений, необнаруженных визуально, является повышенная деформатив-ность конструкций либо изменение схемы ее деформирования.

В третьей главе изложена методика и результаты экспери-

ментального изучения влияния низких температур и анизотропии проката на трешшгостойкость сталей и зон сварного соединения.

Анализ результатов обследований эксплуатируемых конструкций, выполненный в главе 1, и изучения напряженно-деформированного состояния элементов и узлов конструкций, выполненный в главе 2, показал:

1. В сварных конструкциях трещины развиваются в металле шва, в металле околошовной аоны и в основном металле.

2. В основном металле трещины'развиваются ¡«ж вдоль, так и поперек направления прокатки листов, а в толстолистовом прокате обнаружены трещины в г-направлении - слоистые трещины.

3. Среди факторов, наиболее влияющих на процесс роста усталостных трещин, отмечено влияние низких температур климатического диапазона и остаточных сварочных напряжений. При этом наличие и увеличение размера пластической зоны в вершине раз-

вивающейся трещины, в свою очередь, вызывает перераспределение остаточных сварочных напряжений по сечению элемента конструкции и перед вершиной растущей трещины.

Анализ опубликованных результатов определения характеристик циклической и статической трещшостойкости основных зон сварного соединения при нормальной и низких температурах (Ларионов В.В., Горицкий В.М., Ханухов K.M., Воронецкий Л.Е., Влочевский А.Б., Чудновский А.Д., Трощенко В.Т., Покровский В.В., Ярема С.Я., Осташ О.П., Махутов H.A., Кошелев П.Ф., Одесский П.Д., Kawasaki Т., Clark W.G. и др.) свидетельствует о недостаточной изученности данного вопроса и необходимости постановки дополнительных исследований в диапазоне климатических температур.

Выполнен анализ результатов исследований по изучении влияния остаточных сварочных напряжений (doer) на развитие усталостных трещин (Труфяков В.Л., Бабаев A.B., Бабаев A.A., Мель-ничукП.П., Злочевский A.B., Ларионов В.В., Игнатьева В.С., Кулахметьев P.P., Глинка Г., Холл У., Parker А., Налагала Т. и др.). Отмечается, что процесс развития трещины приводит к перераспределен™ бссг но сечению элемента и перед вершиной трещины. Рассмотрены инженерные модели учета бест при оценке ресурса на стадии роста трещины, основанные на:

- принципе линейной суперпозиции поля напряжений от внешней натрувкн и исходного поля остаточных напряжений (Хонда И., Коцоньда С., Глинка Г.);

- использовании эффективного коэффициента интенсивное"!! напряжений (КМН) и эффективного коэффициента асимметрии цикла R (Махненко В.М., Починок В.Е., Chang: J.);

- введении поправочных функций (как правило, эмпирических) при расчете значений КИП с учетом наличия остаточных сварочных напряжений (Труфяков В.И., Hsnel J.I., З.шчевский A.B., Мель-ничукП.П., Шувалов А.Н., Ribichi E.F., Stcnesifer R.B.).

Отмечено, что отсутствуют инженерные модели, позволяющие учитывать кинетику неоднородного поля бос г при оценке ресурса .конструкции на стадии роста усталостной трещины в условиях нормальной и низких температур. Показано, что существующие нормативные методы расчета сварных решетчатых конструкций на прочность и выносливость не учитывают: реальное напряженное состояние узлов в зонах конструктивной ютнценграции напряжений, наличие в сварных швах трещиноподобных дефектов, зарождение из дефекта усталостной трещины и ее дальнейшее развитие с учетом влияния низких температур и остаточных сварочных напряжений.

На основании выпэиэложешюго а данной главе поставлены следующие основные задачи:

1. Исследовать характеристики циклической и статической трещиностойкости сталей и зон сварных соединений в условиях нормальной и низких эксплуатационных температур.

2. Исследовать, влияние анизотропии проката (включая з-на-правление) на изменение характеристик циклической и статической трещиностойкости.

3. Исследовать кинетику формы и размеров слоистых трещин и трещин, развиваэдцихся в условиях механической неоднородности.

4. Исследовать влияние неоднородного поля остаточных сварочных напряжений на рост усталостных трещин и изучить перераспределение остаточных сварочных напряжений по сечению элемента и перед вершиной трещины в процессе ее роста при нормальной и низких температурах. ,,

Для исследований выбраны' стали:

- малоуглеродистые стали двух степеней раскисления ВСтЗспб (ГОСТ 14637-79) и ВСтЗкп2 (ГОСТ 380-71) производства Магнитогорского металлургического комбината (ШК),' толщина проката 10-25 мм. Сталь ВСгЗкп2 выбрана для исследований как аналог стали СтО, примененной в циклически нагруженным конструкциях в эксплуатируемых зданиях довоенной постройки;

- низколегированная сталь 09Г2С (ГОСТ 19282-73 ) производства ММК, толщина проката 8г25 мм; ...

- низколегированная сталь 14Г2АФ (ГОСТ 19282-73 ), тонной 40 мм, примененная в подкраново-подстропильных фермах кислородно- конвертерного цеха ШК. . ''.'.Приведены химический состав, температурные зависимости

прочностных характеристик (6Т . ¿я), пластических свойств (УХ, $7.), ударной вязкости (КСи, КСУ) для различных направлений вырезки образцов' из основного металла, а также для металла шва и металла околошовной зоны.

В процессе эксперимента измерение приращений длины усталостных трещин осуществляли визуально по рискам, нанесенным на образец перпендикулярно фронту развитая трещины.' Для фиксации фронта поверхностной трещины использовалась красящая жидкость.

При проведении низкотемпературных испытании охлаждение образцов осуществляли с- использованием контактного метода. Этот метод обеспечил проведение длительных низкотемпературных циклических и статических испытаний. исследуемых. образцов и •фрагментов сварных соединений.

Характеристики статической трещиностойкости (Ксз) определяли с использованием 7 - интеграла, значения которого находили по методике, предложенной Бегли и Лендиссм.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что исследуемые низколегированные стали 09Г2С и 14Г2АФ чувствительны к. анизотропии проката. Так, в стали 09Г2С толщиной' 25 мм в диапазоне размаха коэффициента интенсивности напряжений д.К = 20-60 Ша/м" усталостная трещина растет быстрее вдоль направления прокатки листа в 2.9-5.1 раза, чем поперек. С уменьшением толшзпш проката степень влияния анизотропии на разницу в скорости роста усталостной трещины возрастает. В то же время исследуемые малоуглеродистые стали менее чувствительны к анизотропии проката. Так, в стали ВСтЗсп'толщиной 25 мм в диапазоне лК = 20 - 60 Шэл'м трещина,растет быстрее вдоль направления прокатки лишь в 1.1-1.5 раза, чем поперек направления прокатки.

Понижение теш'ераягури-испытаний с +20° С до -70° С приводит к замедлешп) скорости распространения усталостных трещин во всех зонах сварного соединения исследуемых сталей и исследуемых направлений прокатки до двух раз.

С понижением.температуры испытаний с +20° С до -70° С отмечено уменьшение критических значений коэффициента интенсивности напряжений Ксз до 2.0-2.5 раз. Анизотропия проката также .влияет и на статическую - трещиностойкость (Кс^) исследуемых стачей во всем диапазоне низких температур (до -70° С) независимо от марки исследуешх стапей.,

С цель» изучения кинетики.формы и размеров слоистых трещин, развивающихся-в -2-направленйи, из натурных подкраново--подстропильных ферм вырезались фрагменты сварных крестовых соединений с ..существующими трещинами.- Из части отобранные

фрагментов изготовили заготовки для ультразвукового прозвучи-вания. Часть заготовок поместили в водный раствор ГезО, через который Оьш пропущен ток силой в 300 А, что позволило получить окраненную трещину. В дальнейшем трещину с незначительной частью прилегающего металла Еырезали из заготовки и подвергали вскрытию. По замерам видимой на изломе окраски установлено, что слоистые трещины, развивающиеся в 2-направлении, в начальной стадии своего развития по форме близки к полузллипсу. со ступенчатым фронтом. Соотношение осей идеализированного полуэллипса а/2с = 0.45.

Из вырезанных в подкраново-подстропильных фермах фрагментов изготовлены также образцы для изучения скорости распространения трещин в 2-направлешш. Эксперимент показал, что в диапазоне д К = 20-30 МПа1м трещина в г-направлении развивается в 7.8.*8.2 раза быстрее, чем вдоль направленна прокатки листов, что говорит о низкой циклической трещшюстойкости исследуемой стали 14Р2АФ в г-направлении.

Снижение температуры испытаний от +20° С до -70° С приводит к уменьшению значений КСз ь г-направлении в 2 раса, в то время, как для другого направления - вдоль прокатки лиаь в 1.5 раза, что говорит о большей чувствительности г-напрааления стали к понижению температура.

Исследования механических свойств и ударной вязкости' показали, что в г-направлении у стали 14Г2АФ пластичность близка к нулю, а значения КСи в 2-направлении во всем диапазоне температур от +20° С до -70° С не выше порога хладноломкости Тхл * 3 кгс-м/см2.

Для изучения кинетики формы и размеров усталостных трещин, развивающихся в условиях механической неоднородности, были изготовлены и испытаны образцы с продольным сварным швом, в которых трещина развивалась в металле околошовной зоны, металле шва и в основном металле.

Установлено, что как для отожженных, так и для неотожжен-ных образцов всех серий условно стабилизировавшееся соотношение полуосей поверхностных трещин, развивающихся в условиях механической неоднородности, лежит в пределах а/2с = 0.36.L0.40 при относительном прорастании трещины в глубину a/t = Q.35f0.85.

Изучение влияния пластической зоны у вершины трещины на перераспределение неоднородного поля растягивающих остаточных сварочных напряжений показало, что уровень остаточных напряжений непосредственно в вершине развивающейся трещины снижается в 3-4 раза по сравнению с начальным. При этом остаточные сварочные напряжения, нормальные к сварному шву, снижаются в вер-кине трещины практически до нуля.

С понижением температуры испытаний с +20° С до -70° С степень релаксад "J остаточных сварочных напряжений непосредственно в вершине развивающейся трещины уменьшается за счет уменьшения размера пластической золы в 1.4г2.0 раза, что приводит к относительному увеличению их роли в процессе развития трещины. Так при температуре -70° Си а К = 30т35 МПаШ скорость развития усталостной трещины в неоднородном поле растягивающих сварочных напряжений возрастает в 1.2fl.4 раза по сравненш с температурой +20° С и тех же условиях испытания.

В четвертой главе исследована хладостойкость моделей и Фрагментов моделей сварных циклически нагруженных конструкций.

поскольку при понижении температуры эксплуатации возможны хрупкие разрушения и (или) доломы конструкций с. трещинсподоб-ными дефектами, я также- усиленных конструкций.

Проанализированы результаты исследований хладостойкости фрагментов конструкций, выполненных целым рядом авторов: Сильвестров A.B., Биркйев В.В., Серенсен C.B., Мельников Н.П., Ларионов В.В., Баско Е.М., Беляев Б.Ф., Горицкий В.М., Михайлов A.B., Колельман Л.А., ГиренкоВ.С., Иванова B.C., Одесский П.Д., Губайдулин Р.Г., Тиньгаев А.К., Козлов А.Г., Синя-говская А.Б., Рубаева К,Д., Черепанов Г.П., Махутов H.A., Ко-гаев В.Т. и др.

Отмечено, что для выбранных конструкций и исследуемых сталей необходимы дополнительные исследования хладостойкости.

Для исследований выбраны крупномасштабные модели сварных двутавровых балок как наиболее часто применяемых форм циклически нагруженных конструкций, например, в ездовых балках кранов-перегружателей. Кроме того, исследованию подвергли центрально растянутые элементы. Объекты исследования выполнены из сталей 09Г2С, ВСтЗсп, ВСгЗкп, произведенных на ШК.

Анализ конструктивных решений и опубликованных данных показал, что наиболее характерными концентраторами напряжений являются: одиночное ребро (сплошное и составное), приваренное лобовыми швами, и накладка, приваренная лобовыми и фланговыми швами. В связи с чем, в объектах исследований применены именно эти концентраторы напряжений.

Охлаждение фрагментов и моделей балок производил», в термостатах. В качестве хладагента использовали жидкий азот либо гили, углекислоты со спиртом или ацетоном. Объекты переохлаж-

дали в термостатах на 5-10° С, при этом испытания начинали при строго заданных температурах.

Испытания проведены в диапазоне температур от +20° С до -90° С, при этом фрагменты сварных соединений испытаны при статическом осевом напряжении, модели балок - при трехточечном изгибе.

После завершения испытаний замеряли уменьшение толщины образцов в месте зарождения трещины, выполнена фрактография изломов. В ходе испытания моделей балок производили запись диаграмм "нагрузка-прогиб", а по завершении испытаний измеряли угол излома сжатого пояса модели.

По результатам испытаний с использованием различных методик определены критические температуры, соответствующие переходу материала из вязкого состояния в квазихрупкое - Т1--р и из квазихрупкого состояния в хрупкое - Тгкр (табл.1-4).

В результате анализа полученных экспериментальных данных установлено, что из всех выбранных форм объектов исследовании наименьшей хладостойкостью обладают сварные крупномасштабные модели, затем фрагменты с концентратором в виде составного ребра и, далее, фрагменты с концентратором в виде сплошного одиночного ребра. Наименьшая хладостойкость моделей объясняется увеличением влияния остаточных сварочных напряжений с понижением температуры испытаний.

Разница между значениями критических температур, определенными по результатам испытания моделей и фрагментов с одинаковым концентратором напряжений, существенна и лежит в пределах 15-40° С, что говорит о необходимости корректировки подхода к оценке хладостойкости сварных конструкций по результатам испытания.центрально растянутых фрагментов.

Таблица 1

Сопоставление порогов хладноломкости ТХл и критической температуры Т1кР, образцы вдоль прокатки

Сталь 1 | Порог хладно-| ЛОМКОСГИ.Тхл | °С 1 | Критическая температура Т1кр>°С

1 1 (фрагменты | фрагменты с составным ребром 1 | образцы с | трещиной 1 (Лс)

1 кси 1 1 I кст 1 | ребро;,-' | I |

ВСтЗкп 1 "13 1 1 1 1 1 1 -8 | 1 | +3 | -2.5

ВСтЗсп 1 | -28 ! | +25 1 1 1 -37 I 1 | -37 | -68.5

09Г2С | -3? 1 | +15 1 1 1 -63 | -68 | -69

Таблица 2

Сопоставление порогов хладноломкости ТХл и критических температур Тхкр и Тгкр, образцы вдоль прокатки

Сталь г | Порог хладноломкости 1 Тхл, | ■ Образцу с трещиной (Jc)

> 1 1 кси | КСУ Т1кр , °С 1 Тгкр. °С 1

ВСтЗсл 1 ...... 1 1 -27 | 1 [ +20 -63.5 1 | -84 1

09Г2С 1 ! 1 -18 ! +13 -26.5 1 | -55

Таблица 3

Сопоставление порогов хладноломкости Тхл. определенных по температурным зависимостям КСи для различных зон сварного соединения, образцу вдоль прокатки

Сварное соединение стали Порог хладноломкости, °С

Основной металл г 1 Околошовная зона 1 Металл ива

ВСтЗсп -28 | -24 1 -20

09Г2С -37 1 | -23 -6?

Таблица 4

Сопоставление порогов хладноломкости Тхл и критической температуры ?2кр. образцы вдоль просатки

■......1....... таль ¡Порог хладноломкости 1 Тхл, °С ....... 1 .........- ............. '-'-■ - | Критическая температура Т | 2кр,°С

I г 1 1 |модели(фрагменты |фрагменты |образцы с ^балок |с одиночн,|с составным!трещиной | ) ребром | ребром | (Лс) II I I

1 1 кси 1 КСУ

1 >3кл| -13 ( - 1 1 -1 1 1 1 | -18 | -16 1 1 | -13 1

1 :тЗсп| -28 1 +25 I -21 | 1 1 |-75 | -62 1 1 ! | ' -90 1

1 )Г2С | -37 +15 | -41 1 1 1-88 Г "78 1 I -92

Наименьшей хладостойкостью обладает объекты исследований, выполненные из стали ВСтЗкп, наибольшей - из стали 09Г2С.

В сварных соединениях наименьшей хладостойкостью обладает металл шва либо металл окалошовной зоны, что объясняется влиянием трещиноподобних дефектов сварки и физико-химическими превращениями в процессе сварки.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил рекомендовать для реальной практики следующий подход. В случае понижения температуры эксплуатации ниже критической Тцср необходимо "облегчение" режима эксплуатации конструкций (ограничение грузоподъемности кранов, уменьшение скорости перемещения крана и груза, уменьшение числа проходов крана по конструкции, ограничение сближения кранов и т.д.). В случае понижения температуры эксплуатации ниже критической Токр целесообразно запретить эксплуатацию циклически нагруженных металлоконструкций с треиинояодобнымл дефектами.

В пятой главе приведена блок-схема и расчетно-экспериыен-таньная методика оценки остаточного ресурса циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами, учитывавшая наличие в конструкции трещиноподобних дефектов или существующей усталостной трещины, климатические изменения температуры эксплуатации и влияние остаточных сварочных напряжений на процесс развития усталостной трещины.

Влияние климатических температур учитывается путем суммирования приращений длины трещины, определенных в течение периодов с условно постоянней (например, среднемесячной) температурой с использованием соответствующих данной температуре ха-

рактеристик циклической трещиностойкости. Ресурс конструкций исчерпывается периодом, при котором сумма приращений длины трещины равна ее критическому размеру, определенному из условий вязкого либо хрупкого разрушений.

Последовательность периодов с условно постоянной температурой принимается соответствующей климатическим температурным изменениям в заданном районе, при этом размер начального дефекта назначается по результатам визуального или дефектоскопического контроля, либо на основании априорной информации об обследованиях конструкций или узлов аналогичного типа.

Учет влияния неоднородного поля остаточных сварочных напряжений при оценке ресурса металлоконструкций на стадии роста усталостной трешмиы выполняется , с использованием поправочной функции ^сст для значений коэфицпента интенсивности напряжений (КИН), полученных от действия внешней нагрузки

Кто*,факт. ~ Нтш,&н '(^осг ^

Значения ¿¡1>сг ""-лучены путем сопоставления значений КИН, определенных с учетом наличия остаточных сварочных напряжений, и КИН от внешней нагрузки и представлены в графическом виде.

Показало, что наиболее приемлемым методом определения коэффициента интенсивности напряжений при оценке остаточного ресурса конкретной конструкции является тензометрический метод, отработанный на кафедре "Испытания сооружений" МГСУ. Метод основан на измерении деформаций малобазными (0.5 мм) тензорезис-торами и дальнейшем определении напряжений в окрестности вершины трещины.

По разработанной методике выполнен расчет остаточного ресурса монтажного фланцевого соединения сварной фермы, выполненной из прямоугольного гнутосварного профиля и воспринимающей нагрузки от двух подвесных кранов. Принято, что ферма эксплуатируется при влиянии низких климатических температур. В качестве расчетного выбрано сечение по зоне обрыва ребер жесткости.

На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по усилению и дальнейшей эксплуатации циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами, а также рекомендации по проектированию и изготовлению металлических конструкций, подверженных в процессе эксплуатации циклическому нагружешш.

Основные выводы по работе

1. Зонами обнаруженных и возможных усталостных разрушений в исследуемых циклически нагруженных металлоконструкциях являются зоны концентрации напряжений, зоны с накопленными в процессе эксплуатации механическими повреждениями, а также зоны ' усиления, выполненные без учета особенностей работы конструкций при циклическом нагрукении.

2. В зонах усталостных разрушений исследуемых подкраново-подстропилышх ферм, ездовых балок кранов-перегружателей, пролётных строениях транспортёрных галерей размах напряжений от цигашческого загружения конструкций достигает величины А о = 0.6- 2.0£?т, что с учетом существующих напряжений от собственного веса и стабилизировавшихся остаточных сварочных напряже-

Я5

иий говорит о циклическом упругопластическом деформировании материала в указанных зонах.

3. В исследуемых подкраново-подстропильных фермах, ездовых бачках кранов-перегружателей в пределах одной конструкциии материал в каждой из исследуемых зон деформируется при индивидуальных по знаку и величине размахе напряжений л б и коэффициенте асимметрии цшиа патружепт Я, при этом фактическое. напряженно-деформированное состояние сечений и узлов конструкций меняется в процессе эксплуатации за счет появления повреждений, элементов усиления, дополнительных связей.

4. Признаком наличия существенных усталостных повреждений, не обнаруженных визуально, является повышенная деформативность конструкции либо изменение схемы ее деформирования.

5. Понижение температуры от +20° С до -70° С приводит к замедлению скорости распространения усталостных трещин во всех зонах сварного соединения исследуемых сталей, например, для стали 09Г2С при Л К = 40-45 МПа \Гм - до двух раз.

6. Исследуемые низколегированные стали 09Р2С, 14Г2АФ чувствительны к анизотропии проката, например, для стали 09Г2С при д К = 20 -60 усталостная трещина вдоль направления прокатки листа растет в 2.9г5.1 раз быстрее, чем поперек. Исследуемые малоуглеродистые стали ВСтЗсп, ВСтЗпс менее чувствительны к анизотропии проката.

7. Для всех исследуемых сталей ВстЗсп, ВсТЗпс, 09Г2С, 14Г2ЛФ и направлений прокатки статическая трешзшостойкость (Кс) при понижении температуры ' от +20° С до -70° С уменьшается до двух раз.

8. В г-налравлении исследуемой стали 14Г2АФ при д К = 20 -

30 МПа/м трещина развивается в 7.8т8.2 раза быстрее, чем вдоль направления прокатки. /

9. При понижении температуры от +20° С до -70° С статическая трещиностойкость (Кс) исследуемой стали 14Г2Ф в г-направлении снижается до 2 раз, в то время, как вдоль направления прокатки - до 1.5 раз.

10. При развитии усталостной трещины в неоднородном поле растягивающих сварочных напряжений наблюдается их релаксация за счет развития пластической зоны при увеличении уровня коэффициента интенсивности напряжений. С понижением температура от +20° С до -70° С степень релаксации остаточных сварочных напряжений непосредственно в вершине развивающейся трещины уменьшается в 1.4т2.0 раза.

11. В случае понижения температуры эксплуатации ниже критической температуры Такр для конструкций с. трещиноподобными дефектами целесообразно рекомендовать "облегчение" режима эксплуатации (ограничить грузоподъемность крана, уменьшить скорость перемещения крана и груза и др.). В случае понижения температуры ниже критической Тгкр целесообразно запретить эксплуатацию конструкций.

12. Разработача инженерная методика оценки остаточного ресурса.циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами, позволяющая учесть климатические изменения температур, влияние остаточных сварочных напряжений и механической неоднородности сварных соединений на рост усталостных трещин.

■15. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению металлических.конструкций, подверженных в процессе эксплуатации циклическому нагружению.

14. Разработаны и внедрены рекомендации по усилению и дальнейшей эксплуатации циклически гагруженных металлоконструкций с трещилоподобиыми дефектами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Оценка циклической долговечности сварных соединений в климатическом диапазоне температур / Л.В. Злочевский, А.Н. Шувалов, Х.Н. Ханухов, К.И. Еремин // Трещиносойкость материалов и элементов конструкций: Тр. II Всесоюз. симпозиума по механике разрушения. - Киев: ИПП АН УССР, 1985. - Т. III. - С. 33-34.

2. Оценка скорости роста усталостной трещины при наличии остаточных сварочных напряжений /A.B. Злочевский, К.И. Еремин, П.П. Мелышчук, А.Н. Шувалов // Конструкционная прочность и механика разрушения. - Л.: ЛДНТП, 1986. - С. 62-67.

3. Ханухоз Х.М., Шувалов А.Н., Еремин К.И. Циклическая грещиностойкость элементов сварных металлоконструкций в усло-зиях низких температур // Сварочное производство. - 1986. -I В. - С. 19-21.

4. Прочность и долговечность узлов сварных ферм с подвес-[ыми кранами, эксплуатирующимися при воздействии низких темпе->атур / A.B. Злочевский, Б.Ф. Беляев, К.И. Еремин, А.Н. Шува-юв // Прочность материалов и конструкций при низких темпера-■урах: Тр. 11 Всесоюз. конференции. - Киев: ИПП АН УССР, 986. - Ч. 1. - 45 с.

5. Моделирование усталостного ресурса узлов сварных ферм, воспринимающих циклические нагрузки подвесных кранов /

A.B. Злочевский, Ч.И. Еремин, И.В. Левитанский, А.Н. Шувалов// Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тр. VI Всесоюз. конференция. - Новополоцк, 1986. - С. 149-150.

6. Изучение кинетики формы поверхностных трещин, развивающихся в неоднородном поле растягивающих сварочных напрякений/ К.И. Еремин, А.Н. Шувалов, Х.М. Ханухов, K.M. Гимерверт // Трещиностойкость строительных металлических конструкций: Сб. науч. тр. / ЦНИИпроектстальконструкция. - М., 1986. - С. 144151.

7. Малоцикловая прочность материалов и элементов сварных конструкций из высокопрочных сталей при низких климатических температурах / х.М. Ханухов, O.A. Бродач, Н.И. Пидгурский, К.И. Еремин, А.Н. Шувалов // Прочность материалов 'й конструкций при низких температурах: Тр. II Всесоюз. конференции. -Киев: ИЛИ АН УССР, 1936. - Ч. II. - 52 с.

8. Еремин К.И., РылыадМ.А., Шувалов А.Н. Кинетика поверхностных трещин, развивающихся перпендикулярно шву // Малоцикловая усталость - критерии разрушения и структуры материалов: Тр. V Всесоюз. симпозиума. - Волгоград, 198?. -Ч. I. - С. 129-131.

9. Циклические испытания фланцевых соединений сварных ферм из гнутосварных профилей / К.И. Еремин, И.В. Левитанский,

B.В. Севрюгин, З.П. Абрам // Автоматическая сварка. - 1987. -N 1. - С, 56-59.

'10. Еремин К.И., Ганиза О.И. Методика оценки долговечности циклически нагруженных конструкций в процессе реконструк-

ции // Проектирование, строительство и реконструкция промпред-приятий в условиях технического перегэоружения. - Челябинск,

1987. - С. 16-17.

11. Еремин К.И., ¡Зувалов А.П., Емельянов О.В. Использование остаточных сварочных напряжений для продления срока эксплуатации сварных ферм // Проектирование, строительство и реконструкция промпредлриятий в условиях технического перевооружения. - Челябинск, 1987. - С. 40-41.

12. Еремин К.И., Ханухов Х.М., Шувалов А.11. Перераспределение растягивающих сварочных напряжений в процессе развития усталостной трещины // Механика разрушения материалов: Тр. 1 Всесоюз. конференции. - Львов, 1987. - 193 с.

13. Экспериментальная проверка усовершенствованных строительных ферм покрытий типа "Молодечио" / И.В. Левитанский, В.В. Севрюги», З.П. Абрам, С.М. Кузьменко, К.И. Еремин // Экспериментальные исследования и испытания строительных металло-конструкщш: Всесоаз. науч.-техн. совещание. В.О. Союзметал-лостройНИИпроект. - Львов, 1987. - 20 с.

14. Емельянов О.В., Шувалов А.Н., Еремин К.И. Оценка остаточного ресурса циклически нагруженных металлоконструкций по результатам обследования // Повышение качества и надежности строительных металлоконструкций. - Челябинск, 1988. - С. 8-10.

15. Еремин К.И. Определение цшиического ресурса конструкций с учетом влияния остаточных сварочных напряжений // Научно-технический прогресс в строительстве. - Свердловск,

1988. - С. 8-9.

16. Остаточный ресурс сварных циклически нагруженных конструкций / К.И. Еремин, А.В» Злочевский, О.В. Емельянов.

A II. Шувалов // Надежность и реконструкция - 88. - Волгоград,

1988. - С. 29-30.

17. Оцет« долговечности сварных строительных металлоконструкций с позиций механики разрушения /К.И.' Еремин, М.И. Егоров, Б.А. Шашко, В.Д. Науменко // Совершенствование методов расчета, проектирования и монтажа строительных конструкций. -Свердловск, 1989. - С. 9-10.

18. Анализ фактической нагруженности транспортерных галерей по результатам натурных испытаний / К.И. Еремин, А.К. 'Юрин, М.Ф. Сафронов, Б.А. Шатко, В.И. Цингауз // Проблемы обследования, испытания, усиления и реконструкции сооружений. - Даугаз-пилс, 1939. - С. 35-37.

19. Изучение возможности усиления транспортерных галереи "жесткими" затяжками / К.И. Еремин, А.К. Юрин, Б.А. Шашко, В.И. Цингауз // Научно-технический прогресс у строительстве. -М., .1989. - С. 153-154.

20. Учет влияния подвесного крана при оценке ресурса ферм покрытия / К.И. Еремин, И.В. Левитанский, В.В. Севр/огни, З.П. Абрам, С.!,'. Кузьменко // Научно-технический прогресс в строительстве. - М., 1989. - С. 134-136.

21. Методические особенности длительных низкотемпературных (до -196 С) испытаний материалов /Х.М. Ханухов, Н.И. Лид-гурский, К.И. Еремин, С.А. Бродяч // Заводская, лаборатория. -

1989. - M 5. - С, 71-74.

22. Ерэмил К.И., Емельянов C.B., Науменко В.Д. Исследование прочности и долговечности узлов решетчатых конструкций с оптимальшлии поперечными сечениями // Оптимальные металлически- конструкции. - (-рердловск, *1990. - С. 25-26.

23. Еремин К.П., Нищета С.А., Ананьин Ю.Л. Результаты статических испытаний сварных двутавровых изгибаемых элементов в диапазоне температур +20-(-90) С // Оптимальные металлические конструкции. - Свердловск, 1990. - С. 26-27.

24. Результаты экспериментальных исследований прочности при циклических загружениях транспортерных галерей Магнитогорского меткомбината / К.И. Еремин, С.Л. Нищета, Ю.Л. Ананьин, С.11. Щетинин // Сварные конструкция: 1р. Международ. конференции. -Киев, 1990. - С. 202-203.

25. Оценка хладостойкости конструкций по температурным зависимостям - интеграла / К.И. Еремин, С.А. Нищета, Ю.л; Ананьин, М.И. Егоров, В.Д. Науменко // Трещиностойкость материалов и элементов конструкций: Тр. III Всессюз. симпозиума по механике разрушения. - Киев, 1990. - Ч. 2. - 35 с.

26. Еремин К.И., Беляев Б.Ф., Шувалов А.Н. Особенности упругопластического деформирования зон концентрации напряжений фланцевых узлов из гнутосварного профиля // Прочность, надежность и долговечность строительных конструкций. - Магнитогорск, 1990. - С. 101-10Ь.

27. Экспериментальные исследования хладостойкости моделей I фрагментов сварных конструкций / К.И. Еремин, С.А. Нищета, Э.А. Ананьин, М.И. Егоров, В.Д. Науменко, В.А. Шашко // Проч-гость, надежность я долговечность строительных конструкций. -Магнитогорск, 1990. - С. 152-160.

28. Исследования хладноломкости строительрых сталей 09Г2С I ВСтЗсп /К.И. Еремин, В.Д. Науменко, Б.А. Шишко, Л.А. Зимина, :.А. Голеняев // Сталь. - 1990. - N 2. - С. 82-84.

29. Ананьин 10.А., Нищета С.А., Еремин К.И. Оценка влияния

технологических воздействий на работу стальных подкрановых балок // Испытания строительных металлических конструкций в условиях действующих предприятий: Тр. Всесою'э. науч.-техн. конференции. - Магнитогорск, 1991. - С. 5-7.30. Методика и результаты испытаний подкраново-подстропильных ферм Магнитогорского металлургического комбината / К.И. „ремин, С.А. Нищета, Ю.А. Ананьин, Б.Ф. Беляев, В.Д. Нау-менко, С. А. Сычев: Тр. Всесоюз. науч.-техн. конференции. -Магнитогорск, 1991. - С. 20-22.

31. Еремин К.И., Беляев Б.А., Шувалов А.Н. Влияние конструктивных параметров на концентрацию напряжений во фланцевых узлах из прямоугольного гнутосварного профиля //Автоматическая сварка. - 1991. - N 9. - С. 15-18.

32. Усиление подкраново-подстропильных ферм кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического, комбината по результатам натурных испытаний / К.И. Еремин, С.А. Нищета, В.Д. Науменко, Э.Л. Шаповалов, Б.Ф. Беляев // Реконструкция зданий и сооружений //.Тр. Российской науч.-практич. конференции. - Вологда, 19S2. - С. 25-27.

33. Еремин К.И., Науменко В.Д., Шаповалов Э.Л. Влияние анизотропии проката на статическую и циклическую трещиностой-кость сталей 09Г2С и ВСтЗсп // Физика и механика длительной прочности и усталости материалов и элементов конструкций: Тр. XVIIL Межреспуб. семинара "Актуальные проблемы прочности". - Вологда, 1992. - С. 59-60.

34. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния металлических конструкций угольного крана-перегружателя / К.И. Еремин, С.А; Нищета, Ю.А. Ананьин,

В.H. Хонякин, А.H. Языкова // Прочность, надежность и долговечность строительных конструкций. - Магнитогорск, 1992. - С. 76-90.

35. Изучение напряженно-деформированного состояния под-краново-подстропильных ферм ККЦ ММК / К.И. Еремин, С.А. Нищета, Ю.А. Ананьин, Б.Ф. Беляев, С.А. Сычев // Проблемы реконструкции и усовершенствования промышленной среды предприятий черной металлургии. - Магнитогорск, 1992. - С. 82-93.

36. Еремин К.И., Шаповалов Э.Л., Науменко В.Д. Влияние анизотропии проката на статическую и циклическую трещиностой-кость сталей 09Г2С и ВСтЗсп // Сварочное производство. -1992. - N 12. - С. 2-3.

37. Еремин К.И., Шаповалов Э.Л. Механические свойства металла холодногнутого профиля // Функционально-механические свойства материалов и их компьютерное проектирование: Материалы XXIX Межреспуб. семинара "Актуальные проблемы прочности". - Псков, 1993. - С. 291-292.

38. Eryomln К.I., Belyaev B.F., Nischeta S.A. Evalution of under-crane ana under-rafter truss life using full-scale test results // Fracture mechanics: successes and problems. Collection of Abstracts. ICF - 8. - Kiev, 1993. - 512 p.

39. Some peculiarities of model and section failures of welded structures designs at temperatures range +20-(-110) С/ K.I. Eryorr'n, S.A. Nischeta, M.I. Yegorov, V.D. Naumenko, E.L. Shapovalov // Fracture mechanics: successes and problems. Collection of Abstracts. ICF - 8. - Kiev, 1993. - P. 551-552.

40. Оценка состояния металлоконструкций каркаса и фундаментов кузнечно-прессового цеха МЗММ /К.И. Еремин, Л.В. Белов,

CA. Нищета. B.H. Хонякин // Исследование действительной работы и усиление строительных конструкций промышленных зданий и сооружений: Тр. Межгосудар. науч.-техн. конференции. - Магнитогорск. 1993. - С. 3-4.

41. Методика и результаты изучения деформированного состояния рудничного крана-перегружателя методом геометрического нивелирования / К.И. Еремин, С.А. Нищета, Д.В. Белов, В.Н. Хонякин // Исследование действительной работы и усиление строительных конструкций промышленных зданий и сооружений: Тр. Межгосудар. науч.-техн. конференции. - Магнитогорск, 1993. -С. 7-8.

42. Еремин К.И., Шаповалов Э.Л., Науменко В.Д. Сравнение механических свойств металла в различных зонах холодногнутого профиля // Исследование действительной работы и усиление строительных констру1сций промышленных зданий и сооружений: Тр. Межгосудар. науч.-техн. конференции. - Магнитогорск, 1693. -С. 20-33.

43. Прочностные свойства стали 16Г2АФ в z-направлении / К.И. Еремин, Э.Л. Шаповалов, В.Д. Науменко, Б.Ф. Беляев // Прочность и живучесть конструкций: Тр. Всероссийской науч.-техн. конференции. - Вологда, 1S93. - С. 56-57.

44. Еремин К.И., Нищета С.А. Проблемы и перспективы реконструкции промышленных 8даний и сооружений Южно-Уральского региона /•/ Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона. - Магнитогорск, 1994. -С. 109-110.

.45. Еремин К.И., Белов Д.В. , Нищета С. А. Опыт подведения Фундамента под колонну в условиях действующего цеха // Проч-

ность, надежность и долговечность строительных конструкций. Магнитогорск, 1994. - С. 20-30.

46. Еремин К.И., Нищета С.А. Реконструкция и усиление промышленных зданий с металлическим каркасом: Учеб. пособие. -Магнитогорск, 1994. - 56 е.-

47. А. с. N 1544912 СССР, МКИ Е04В1/58. Стыковое соединение растянутых гнугосварных стержней.

48. Л. с. N 1673705 СССР, МКИ Е04В1/58. Стыковое соединение растянутых гнугосварных стержней.

49. А. с. N 1671812 СССР, МКИ Е04В1/58. Стыковое соединение растянутых гнугосварных стержней.

50. Л. с. N 1767115 СССР, МКИ Е04В1У58. Стыковое соединение растянутых стержней.

51. А. с. N 1783087 СССР, МКИ Е04В1/38. Стыковое соединение растянутых гнутосварных стержней.

52. А. с. N 1789624 СССР, МКИ Е04В1/38, 1/58. Стыковое соединение растянутых стержней.

53. Госпатент N 1834957 СССР, МКИ Е04В1/58. Стыковое соединение растянутых гнутосварных стержней.

54. Госпатент N 1834958 СССР. МКИ Е04В1/58. Стыковое со-эдинение растянутых гнутосварных стержней.

55. Госпатент N 1834959 СССР, МКИ Е04В1/58. Стыковое со-здинение р;

/