автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Повышение выносливости подрельсовой зоны подкрановых балок снижением динамики воздействий колёс мостовых кранов

4858737

На правах рукописи

Лаштанкин Алексей Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ВЫНОСЛИВОСТИ ПОДРЕЛЬСОВОЙ зоны ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК СНИЖЕНИЕМ ДИНАМИКИ ВОЗДЕЙСТВИЙ КОЛЁС МОСТОВЫХ КРАНОВ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-ЗНОЯ 2011

Пенза 2011

4858737

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

заслуженный изобретатель России Неяаданов Кирилл Константинович

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Овчинников Игорь Георгиевич

- кандидат технических наук, доцент Васильев Александр Витальевич

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет»

(Национальный исследовательский университет)

Защита состоится «17» ноября 2011 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.01 при ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, Пенза, ул. Г. Титова, д. 28, корп. 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан «17» октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.184.01

С.В. Бакушев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Обследованиями установлено, что из всех элементов каркаса наименьшую выносливость и непродолжительный срок эксплуатации имеют именно подкрановые конструкции. В цехах с тяжелым режимом работы кранов (8К...7К) усталостные трещины в зоне поясного К-образного шва, соединяющего верхний пояс со стенкой балки, возникают через 1-3 года эксплуатации (0,7...0,8 млн. циклов). Большинство таких балок необходимо заменять, а вместо этого балки ремонтируют, что приводит только к кратковременному улучшению ситуации и к тому же требует полной или частичной остановки производственного процесса, а также влечет за собой убытки, превышающие затраты на ремонт и замену конструкций. Масса подкрановых конструкций достигает 30 % от массы каркаса здания. Быстрый выход из строя подкрановых балок обусловлен динамикой воздействий, генерируемых колёсами мостовых кранов. Колёса мостовых кранов, так как последние не снабжены рессорами, воздействуют на подкрановые балки жёстко. По исследованиям М.М. Гохберга, коэффициент динамичности при тяжёлом режиме работы мостовых кранов достигает своего экстремума Кдан =1,6, подвеска груза на тросах снижает его до Кдт =1,3. Если Кдгш =1, то динамические воздействия превращаются в статические, и проблема возникновения усталостных трещин отпадает.

Другой веской причиной низкой выносливости и образования усталостных трещин в подрельсовой зоне подкрановых балок является применение соединений с низким ресурсом.

Исследования В.Ф. Сабурова показали, что с увеличением числа циклов прокатываний колёс мостовых кранов наблюдается рост скорости возникновения усталостных трещин. Вероятность хрупкого, внезапного обрушения подкрановой балки, повреждённой усталостными трещинами, вместе с загруженным мостовым краном также возрастает.

Выносливость подрельсовой зоны балки зависит от числа циклов на-гружений и величины силовых воздействий Р, Т и от колёс мостовых кранов. Однако расчёту на выносливость не уделяется должного внимания.

Необходимо создание подкрановых конструкций, обладающих амортизирующими свойствами, с высокоресурсными соединениями и долговечностью, удовлетворяющей требованиям ОРД 00 ООО 89, то есть не менее 10 лет.

Цель исследований - увеличить надёжность эксплуатации подкрановых балок до 10 и более лет за счёт обеспечения подкрановых конструкций амортизирующей способностью, что повысит выносливость подрельсовой зоны, а также снизит динамику воздействий колёс мостовых кранов.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:

• разработать конструкцию подкрановой балки, обладающую амортизирующими свойствами, эффективно ослабляющими динамику воздействий колёс мостовых кранов;

• получить аналитические зависимости для сбалансированного сечения нового профиля подкрановой балки;

• изготовить крупномасштабные модели новой рельсобалочной конструкции для испытаний их на выносливость в стенде, имитирующем все подвижные динамические воздействия от колёс кранов Р, Т, М^,;

• провести усталостные испытания моделей рельсобалочных конструкций на базе 3...4 млн. циклов прокатывания колёс кранов до появления видимых усталостных трещин и проанализировать результаты;

• сравнить работоспособность и материалоёмкость предложенных сечений балок с «типовыми» сварными конструкциями;

• показать эффективность снижения динамики воздействий колёс мостовых кранов амортизирующей способностью подкрановых конструкций.

Автор защищает:

• способ снижения динамики воздействий колёс кранов приданием подкрановым конструкциям амортизирующих свойств;

• аналитические зависимости, позволяющие рационально распределить материал по сечению балки, и полученный на основе этих зависимостей сортамент новых балочных профилей [19];

• новый профиль сечения подкрановой балки, сортамент балок, гарантирующие надёжную эксплуатацию при накоплении не менее 6 млн. циклов проката колёс и обладающие амортизирующими свойствами;

• рельсобалочные конструкции, в которых рельс является элементом сечения балки и составляет с ней единое целое [18];

• результаты расчёта новых конструкций на выносливость в зависимости от размаха колебаний сдвигающих напряжений по опасным площадкам в подрельсовой зоне стенки;

• экспериментальные результаты изучения выносливости рельсобалочных конструкций с целью повышения их долговечности и работоспособности не менее 6 млн. циклов посредством придания амортизирующей формы верхней части балки и ослабления динамики воздействий.

Достоверность результатов обусловлена применением в исследованиях апробированных методов и средств измерения, а также совпадением теоретических и экспериментальных результатов.

Научную новизну работы составляют:

• снижение динамики воздействий от колес кранов на подкрановые конструкции путём придания им амортизирующих свойств;

• новые амортизирующие балочные профили [19];

• рельсобалочные конструкции, обладающие ресурсом надёжной эксплуатации 10... 15 лет и пониженной на 25% материалоёмкостью [18];

• экспериментальные линии влияния локальных колебаний в рельсобалочной конструкции с лоткообразным верхним поясом и эллиптическим рельсом при имитации воздействий мостовых восьмиколёсных кранов;

• способы рихтовки конструкций [17,20].

Практическое значение дкегертлциокшя работы заключается в повышении выносливости подкрановых балок по сравнению с существующими, позволяющем выровнять их работоспособность с работоспособностью других элементов каркаса здания, в увеличении технологичности изготовления, монтажа и ремонтопригодности подкрановых конструкций, а также в совершенствовании методов расчёта этих конструкций на выносливость. Новые конструкции, обладая повышенной в 3-4 раза выносливостью, имеют пониженную материалоёмкость.

Внедрение результатов. Результаты научных исследований используются проектными и производственными организациями, занимающимися обследованием, проектированием и строительством промышленных и гражданских зданий и сооружений (ООО «Фундамент», ООО «Основа»), В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства (ПГУАС) результаты применяются при выполнении курсовых и дипломных проектов, в научно-исследовательских работах студентов, при разработке научно-технической продукции по договорам с промышленными предприятиями, а также при чтении курсов лекций по дисциплинам «Металлические конструкции» и «Инженерные сооружения».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных конференциях:

- Всероссийская XXXI научно-техническая конференция: «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза: ПГАСА, 2001);

- Международная научно-техническая конференция: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза: ПГАСА, Приволжский Дом знаний, 2002);

- X Международная научно-практическая конференция: «Вопросы планировки и застройки городов» (Пенза: ПГАСА, 2003);

- II Международная научно-техническая конференция: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза: РААСН, ПГУАС, Общество «Знание» России, Приволжский Дом знаний, 2003);

- V Международный студенческий форум «Образование, наука, производство» (Белгород, 2011).

Публикации. Результаты диссертации отражены в 24 публикациях, в том числе получены 7 патентов РФ на изобретение и выпущено одно учебное пособии. 2 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Строительные конструкции» в Пензенском ГУАС в 2000-2011 гг. в рамках программы Госкомитета РФ по ВО «Архитектура и строительство» под руководством д-ра техн. наук, профессора, заслуженного изобретателя России К.К. Нежданова. Автор выражает признательность д-ру техн. наук, профессору Т.И. Барановой за оказанную помощь при работе над кандидатской диссертацией.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 4 приложений. Полный объём диссертации 213 страниц, включая 31 таблицу и 78 рисунков, список использованных источников содержит 129 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение отображает актуальность проблемы, связанной с темой диссертации, освещает основные цели и задачи исследований,

В первой главе акцент сделан на особенности работы подкрановых балок, развитие методики расчета на выносливость в отечественных нормах.

Особая заслуга в решении вопросов повышения выносливости подкрановых конструкций принадлежит следующим ученым: В.А. Балдину, Е.И. Беленя, A.B. Васильеву, Б.И. Васюте, И.И. Ведякову, В.М. Горпин-ченко, М.М. Гохбергу, Л.И. Кикину, Б.Н. Кошутину, И.И. Крылову, Ю.И. Кудишкну, В.В, Ларионову, К.К. Нежданову, В.Ф. Сабурову,

A.И. Склядневу, В.А. Туманову, В.А. Чумакову и др.

В частности, созданием новых конструктивных форм подкрановых балок и рельсов занимались A.C. Довженко, Н.С. Москалев, И.И. Крылов, И.И. Ведяков, В.А. Горпинченко, Н.В. Пышкин, У.П. Моисеев, В.В. Мысак, К.К. Нежданов, В.А. Чумаков, Б.Н. Васюта, В.А. Туманов, И.В. Попченков, М.А. Карев, A.A. Кузьмшнкин и др.

Основная тенденция в совершенствовании поперечных профилей балок - снижение местных напряжений в верхней части балки обеспечением "амортизирующими свойствами рельсов и верхней части балки. Для этого создаются новые конструктивные формы балок и рельсов, отличающиеся повышенной крутильной жёсткостью подрельсовой зоны и обладающие амортизирующими свойствами. Происходящее при этом снижение амплитудной составляющей и размаха 2х„ напряжений приводит к уменьшению касательных напряжений ниже предела выносливости и переводит балку в зону так называемой «неограниченной долговечности», что обеспечивает ее надежную работу в течение более 10 лет.

Во второй главе представлен обзор результатов исследований подкрановых балок, обоснован выбор моделей и метод их испытания на выносливость.

Первые эксперименты по изучению усталостных повреждений балок проводились на действие сосредоточенной пульсирующей нагрузки, зафиксированной в одном из сечений испытываемых моделей. Продольные усталостные трещины в сжатой зоне удавалось получить лишь при большом количестве циклов нагружения и при близких к пределу текучести напряжениях, которые не возникают в реальных подкрановых балках.

В 70-х годах прошлого века были созданы новые способы испытания и стенды, имитирующие Есе подвижные циклические воздействия от колёс мостовых кранов. Произошел переход от фиксированного загружения к загружению подвижными силами от колес крана, что явилось качественно новой ступенью в изучении действительной работы подкрановых балок.

Первую установку такого типа создал М.М. Гохберг при участии

B.Н. Юшкевича. Его машина была разработана в Ленинградском политех-

инческом институте .им. Калинина. Эта установка была предназначена для испытания главных балок мостового ¿рака, которые имеют мощные коробчатые сечения с малыми усилиями от поперечного изгиба. Особенностью этой установки было то, что испытываемая балка имела сплошное опиранис по нижнему поясу. В результате этого из плоского напряжённого состояния стенки исключаются компоненты напряжений от поперечного изгиба. Основным недостатком установки являлось то, что на ней можно было испытывать только небольшие модели высотой 200. ..300 мм и длиной до I м, при этом наблюдался значительный разброс в величине воздействий.

Усталостные трещины в поясных швах были получены при локальных напряжениях, меньших предела текучести материала, то есть способ испытания приближен к действительной работе, но ещё далёк от реальности.

Дальнейшие исследования выносливости при испытаниях подвижной нагрузкой с имитацией реальных условий загружения подрельсовой зоны и силовых воздействий крана на балку проводились в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - Н.С. Москалевым, В.М. Горпинченко и в Пензенском ИСИ- К.К. Неждановым. В результате работы этих ученых было установлено, что применяемые сварные балки, выполненные в виде двутавра, обладают недостаточной выносливостью. Получены линия регрессии и предел выносливости зоны сварного соединения верхнего пояса со стенкой (рис. 1), связывающие величину наибольших локальных касательных напряжений в поверхностном слое стенки балки со стороны эксцентриситета и число циклов нагружений до появления усталостных трещин.

' Ваш с покипи из тадрой и прокотхье о Сбарте банка

® Оариис баш. исхлюченя из статистической обработки

Рис. 1. Линии регрессии для сварных и прокатных балок На основании экспериментальных результатов В.М. Горпинченко, К.К. Нежданова, В.П. Федосеева был получен предел выносливости Я =15 МПа на базе 2x106 млн. циклов нагружения, используемый в СНиП II-

23-81* до настоящего времени. Однако, как показывают эксперименты и практика, усталостные трещины возникают и при 3...4 млн. циклов воздействий колёс кранов; следовательно, подкрановые конструкции необходимо рассчитывать на выносливость при пределе выносливости, полученном при 6x106 циклах нагружений (10 лет с накоплением 600 тыс. циклов нагружений в год), то есть й„=46,9 МПа с учётом тройного рассеяния.

Выносливость для балок под краны тяжёлого режима работы является определяющей. Предел выносливости у прокатных тавров и двутавров Л„=88 МПа при 6x106, то есть в 1,88 раза выше, чем у сварных.

Следует отметить, что в сварных швах подрельсрвой зоны техническими условиями допускаются концентраторы напряжений: дефекты сварных швов в виде подрезов, непроваров, шлаковые включения и так далее.

Работоспособность прокатных балок в 3...4 раза выше, чем сварных балок, а при новых арочных профилях она повышается в 10.. .20 раз. Поэтому необходимо как можно шире применять имеющийся прокат и выпускать специальные профили рельсов и балок. Использование прокатных профилей при проектировании подкрановых конструкций затруднено малыми размерами существующего сортамента. Следует расширить сортамент и начать прокатывать профили больших размеров, но при этом возникают трудности из-за отсутствия поточных технологических линий.

Один из эффективных путей повышения выносливости балок -разработка новых конструкций с использованием профилей, полученных прокатом. Такие профили можно получать на существующем листогибочном оборудовании, часто простаивающем из-за отсутствия заказов. Соединения должны быть высокоресурсными на заклепках с внедряемым сердечником или на легированных болтах с гарантированным натягом. Ожидается повышение долговечности составных балок в 10...20 раз по сравнению со сварными без увеличения материалоёмкости, а также снижение трудоёмкости их изготовления и монтажа.

Применение замкнутого профиля верхнего пояса по сравнению с поясом двутавровой балки в десятки раз повышает моменты инерции при изгибе и кручении. Такой пояс сглаживает подвижные импульсные воздействия от колёс кранов за счёт амортизирующих свойств. Величина локальных напряжений в подрельсовой зоне уменьшается и не превышает предела выносливости, что делает балку не подверженной усталостным разрушениям и позволяет сохранить работоспособность в течение 30...50 лет.

В предлагаемой автором конструкции пояс и прилегающая к нему часть стенки заменены лотком (рис. 2); поэтому устойчивость стенки повышена, что позволило уменьшить толщину стенки и снизить материалоёмкость.

Толщина листа заготовки для проката профильных элементов везде одинакова, то есть половина толщины стенки равна толщине четвертинки и толщине отгиба /. Толщину затяжки назначаем г3=1,2/. Высоту стенки к„ принимаем 0,8 от высоты к балки, а диаметр лотка Д, = 0,2А.

Для максимального снижения материалоёмкости заготовку надо трансформировать таким образом, чтобы профиль получил максимальный момент сопротивления Вся площадь сечения А должна распределяться в

определенных пропорциях, между стстшой Аа, лотками 2АЛ и свесами 2Ас: поэтому введём коэффициент материалоёмкости стенки балки К. Тогда КА - материалоемкость стенки балки.

Заклепка с ммкощим

к - высота сечения А - площадь сечения q - линейная плотность Ь - ширина балки 6СВ - ширина свеса /св - толщина свеса

- толщина стенки ¡„ - толщина лотка 'мт - толщина затяжки Д, - внешний диаметр лотка к„ - высота стенки

Рис. 2. Составная балка из прокатных элементов

Площадь сечения двух лотков равна: 2АЛ-лОЛ1Л,

где £>Л=0,2А =0,25/гст - диаметр лотка (И=1,25И„ - высота балки);

1„=0,51„ - толщина лотка, равна половине толщины стенки;

2А=ъО-(=-Ап=-КА. 2 8 8

Площадь сечения свесов 2 Д.„ = А - А^ - 2Ад = А Собственные моменты инерции двух лотков J2l¡ =

1,25 КАНг

1280

Расстояние от оси дг до центра тяжести каждого из лотков

а,=Ы 1 °'2

,2 л Гибкость стенки Я = -

■ г

Я

Высота стенки - = => й = -ЛСАЯ. / /г

'ст "и

Высота всей балки А = 1,25/гст = 1,25^КАЛ.

г 1,253К2А2Х( 8>

Тогда собственные моменты инерции лотков: --——-- л— :

1280 V л)

Запишем главный момент инерции балки, пренебрегая в запас прочности собственными моментами инерции свесов:

* 12 12) " л 1000 I п

Заменяя А„, Аш Ат получаем:

12

1-я 1+

1,253КгА2Х + ....-1 %—

1280

У. = КАИ1

5,3 • I О"2 - 0,275 + 0,001592 + 0,001525 + 0,00479 - 0,00389 +

4 К

Jx = \,гsгк1A2л

-0,21917 +

_1_ 4 Л"

^ 1 _

Поделив Л на — = — \,25ы КАЛ, получим момент сопротивления

1¥х =2,5^л/^я[-0,21917А'1,5 +0,25Л"0,5]. Взяв производную по К, найдем экстремум ¥/х

ак

= 2,5 А-Цл

I

-0,32876/Г2 +0.125Л" 2

= 0.

Отсюда коэффициент материалоемкости стенки Л=0,38022, то есть для максимального снижения материалоёмкости на стенку необходимо использовать 38,02% стали от всей площади сечения.

Подставив Л" в полученные формулы, получим:

Площади сечения: стенки ЛСГ=0,38022Л;

двух лотков 2А„=0,1493 Ы; свесов 2ЛСВ=0,47047Л.

Главный момент инерции 3, = 0,09902А2Л.

Момент сопротивления Жх = 0,25693А^ АЛ .

Минимальная площадь сечения в зависимости от момента сопротивления и гибкости

А = 1

15,1485307

Пояс с лоткообразными элементами снижает динамические воздействия подобно рессоре. Момент сопротивления пояса при изгибе и кручении по сравнению с поясом обычной двутавровой подкрановой балки в десятки раз больше. Материалоёмкость данной балки по отношению к обычной двутавровой меньше на 25-30%. Трудоёмкость изготовления также ниже, так как не требуется постановка вертикальных рёбер жесткости; необходимы только опорные рёбра.

Успешное применение соединений на заклёпках с внедряемым сердечником и болтов (шпилек) с гарантированным натягом в значительной мере зависит от решения вопросов, касающихся трудоёмкости и затрат при выполнении следующих операций: образование отверстий, подготовка соприкасающихся поверхностей, затяжка болтов (шпилек) на величину заданного крутящего момента.

Разработан сортамент эффективных гнутых профилей, а также подкрановых балок, составленных из этих профилей и эллиптических рельсов. Рельс включен в состав сечения подкрановой конструкции.

В третьей главе приведена методика испытания балок на выносливость, описаны подготовка и проведение усталостных испытаний.

Испытания моделей балок выполнялись на стенде для испытания балок на выносливость (рис.3), созданном К.К. Неждановым на кафедре «Инженерные конструкции» Пензенского ЙСИ (в настоящее время кафедра «Строительные конструкцию) ПГУАС) и усовершенствованном автором.

Стенд обеспечивает:

- возможность испытания балок в 1/2 натуральной величины (рис.4);

- условия испытания, близкие к реальным условиям эксплуатации;

- высокую производительность испытаний;

- возможность непрерывной эксплуатации в автоматическом режиме;

- возможность контроля накопления циклов нагруження;

- возможность расширения функций и видов нагружений [15].

Стенд позволяет проводить испытания, эквивалентные загружению одновременно десяти балок. Фактически испытываются две балки пролетом 3 м, но каждая из балок испытывается в пяти зонах; поэтому можно считать, что испытывается десять эквивалентных балок.

Блок балок 3 длиной 3 м совершает возвратно-поступательные движения между верхним и нижним восьмиколёсными кранами. Балки 10 устанавливаются с вертикальным уклоном стенки 1:10 для имитации горизонтальной составляющей нагрузки от колёс крана, равной 7=0,1/".

Характеристики экспериментальной балки, показанной на рис. 5:

•Концентрация напряжений уменьшена до минимума (около единицы), так как все элементы балки соединены между собой болтами с гарантированным натягом, обладающими наивысшим ресурсом.

• Арочный рельс, верхний пояс и часть корытообразной стенки балки составляют замкнутую полость. Поток усилий обтекает наиболее повреждаемую зону с двух сторон и передаётся наклонными элементами в малонапряжённую зону стенки, так как локальные напряжения затухают пропорционально кубу расстояния от зоны контактного взаимодействия колеса и рельса.

•Увеличены (в 30...50 раз) крутильные характеристики верхней зоны, чем обеспечено резкое снижение локальных напряжений от кручения.

•Повышены моменты инерции (в 5... 10 раз) и сопротивления (в3...5 раз) балки без увеличения площади поперечного сечения.

• Верхней части балки придана амортизирующая способность, а следовательно, уменьшены динамические воздействия.

Сэснд вид сверху

Рацчз В-В

Рис. 3. Стенд для испытания подкрановых балок на выносливость: 1 - верхняя модель крана, 2 - нижняя модель крана, 3 - блок балок, 4 - механизм

привода, 5 - рама, 6 - устройство нагружения, 7 - балансир, 8 - колёса-катки, 9 рельс, 10 - подкрановая балка, 11 - продольная балка крана, 12 - поперечная балка крана, 13-электродвигатель, 14-редуктор, 15-маховик, 16-шатун, 17 - вертикальная стойка, 18 - горизонтальная балка, 39 - тяга, соединяклдая верхний кран с рамой, 20 - тяга устройства нагружения, 21 - зубчатая муфта, 22 - динамометр

Характеристики релъсобалочной конструкции Главные моменты инерции:

13048 см4, Зу= 858 см4. Момент сопротивления:

1РХ= 606 см3, №у=- 86 см3. Момент инерции при кручении верхнего пояса: Увп кр= 24,8 см4. Высота Я=43 см. Ширина 5=20 см. Площадь сечения А=53,6 см2.

Характеристики рельса ^Рш=5,9 см, 6=11,3 см, •Л рел=30,3см4.

Рис. 4. Испытываемая модель балки

Для измерения деформаций в элементах балки на нее наклеивались розетки (рис. 5) из трёх тензорезисторов с базой 5 мм. Розетки объединялись в разъёмы, которые сообщались со стопозиционным переключателем: и автоматическим измерителем деформаций.

В ходе исследований данные о деформациях участков конструкции были получены с тензорезисторов, расположённых симметрично по обе стороны стенки балки (см. рис. 5), при приближении, прохождении над датчиками и удалении от них колёс кранов. По относительным деформациям ех, еу, 845° были вычислены все компоненты напряжений.

Фасад Обратная сторона Фасад

< Ь

Рис. 5. Расположение розеток тензорезисторов на экспериментальных балках

При проведении испытаний величина силы, от каждого колеса принималась из условия значений <ту=200 МПа, контролировалась динамометрами и составила: по вертикали Р=280 гН, по горизонтали Т= 28 гН. Испытания выполнялись при относительно высоком уровне напряжений ч;2тгЛ=100 МПа (предел выносливости сварных балок 46,9 МПа, прокатных 88 ¡МПа). Картины изменения напряжений в экспериментальных балках показаны на рис. 6, 7, 8, местоположение розеток Р-1.. .Р-10 - на рис. 5.

Деформации в ветвях арки рельса (применен уголок 80x8 для простоты изготовления) от воздействия колёс фиксировались розетками Р-1 и Р-6. Наибольшей величины достигали главные сжимающие напряжения сгиа,-соответственно 130 МПа и 140 МПа (см. рис. 6).

ё «И--1—------11 ^

£ 60 ^

-Чаиху -*-1эи 1,2тах -м-51дта 1 -

Рис. 6. Изменение напряжений в рельсе при испытаниях балок на выносливость

(розетка Р-1, Р-6)

Позиции, см

»-в]дта х -с-у -а~Уэи ху ~н-1аи 1,2тах -"-1 2 -<-¡34 2тах}

Рис. 7. Изменения напряжений в наклонной части балки (розетка Р-2, Р-7)

-160 -180

Позиции, см

- ^¡дта X 5;дта у -¿г- 1а'- ху 1аи 1,2тзх -а- 5!д-па 1 :;'сгпа 2 -- !зи 2тах |

Рис. 8. Изменения напряжений в стенке балки (розетка Р-3, Р-8)

14

Напряжённое состояние наклонных элементов стенки балки (см. рис. 5) описывается розетками Р-2 и Р-7, наиболее близко расположенными к верхнему поясу балки (см. рис. 7), и розетками Р-3 и Р-8 (см. рис. 3), находящимися вблизи перехода наклонных элементов в вертикальные. В наклонных элементах все компоненты напряжений больше, чем в рельсе, так как толщина ветви рельса 8 мм, а толщина наклонного элемента 2 мм. Концентраторы в районе Р-2 и Р-7 невелики: угол гиба составляет 13;>°, сопряжение выполнено по радиусу 10 мм. На гладком участке, где наклеены датчики, концентраторы отсутствуют; следовательно, в месте наклейки тензорезисторов появление усталостных трещин возможно лишь при напряжениях, близких к пределу текучести. В зоне закругления величину напряжений нам измерить не удалось; и хотя концентрация напряжений не велика, но она присутствует (наклеп, остаточные напряжения от гиба) и неблагоприятно влияет на выносливость.

В розетках балки Р-2 и Р-7 (см. рис. 7) максимальные напряжения составили: 02=207 МПа, оу=204 МПа и а2тах-Ю2 МПа.

В балке усталостная трещина возникла в месте расположения Р-2 после прохождения 3,3 млн. циклов. Обычные сварные балки выдерживают только 700-800 тысяч циклов при таком же уровне напряжений. Долговечность подкрановых балок из гнутых профилей примерно в 4 раза выше

В розетках Р-3 и Р-8 (симметричны относительно оси балки) наблюдается еще большее снижение всех компонент напряжения. Всплески размазываются, и линии влияния становятся плавными. Это свидетельствует о затухании всех напряжений. Градиент затухания в составных балках высок, так же, как и в сварных балках; поэтому в зоне перехода наклонного элемента в стенку возникновение усталостных трещин невозможно.

Усталостные испытания подтвердили высокую долговечность составных балок, предел выносливости для которых можно принимать как для прокатных балок сплошного сечения, то есть Д,=88 МПа на базе 6 юга. циклов с учётом тройного рассеяния.

Четвертая глава посвящена определению фактического распределения напряжений в арочном рельсе.

Изготовлены крупномасштабные модели рельсов (рис. 9, 10). Арка рельса гнулась на листогибочном станке из листа толщиной 4 мм, глава рельса - квадрат 24x24 мм.

Измерение деформаций и описание напряжённого состояния рельса производились аналогично ранее проведённым в моделях балок (см. главу 3).

Силовое воздействие от гидродомкрата (от колёс крана в реальных конструкциях) сначала воспринимает глава рельса; поэтому воздействия имеют более локальный характер. Наибольшей величины достигают, как: и ожидалось, главные сжимающие напряжения а^и ау.

Далее усилие передается на арку, где по ветвям уходит в основание арки и в затяжку. В нижней части ветвей арки напряжения распределяются

15

на большую длину и. соответственно. на балку передаются не локально, а равномерно распре,целёнло (картина распределения напряжений повторяет распределение напряжений б балке).

Рис. 9. Геометрические размеры модели рельса, испытываемой статически

Проведённый опыт подтвердил предположения о том, что арочное сечение рельса позволит разделить силовые потоки, сгладить амортизацией динамические воздействия и тем самым повысить выносливость.

Рис. 10. Расположение тензорезисторов на исследуемых зонах рельса

В пятой главе рассмотрены проблемы в цепи «кран - подкрановая балка - каркас здания».

Предложены пути повышения технологичности и работоспособности подкрановых конструкций.

Научно обоснована необходимость использования прокатных профилей при компоновке рамных подкрановых конструкций.

Разработана портальная подкрановая конструкция, все элементы которой - прокатные, даже при пролётах 1 = 12 м и грузоподъемности кранов <3кр = 50... 100 т. В конструкции достигнуто снижение пролётных моментов на 25...30%, материалоёмкости - на 15... 18%. Одновременно выносливость повышена в 3...3,5 раза, трудоёмкость снижена в два раза, а та!же обеспечена рихтовка каркаса, здания.

Произведено сравнение новых конструкций с традиционными подкрановыми балками, и показана их высокая эффективность.

Предложены пути снижения трудоёмкости при ремонте цехов и кранов.

У

Фасад Обратная сторона

Фасад

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИЯ

1. Разработаны новые подкрановые конструкции (получены патенты РФ на изобретение), безотказно работающие в течение 10-15 лет. Увеличение работоспособности балок достигауто благодаря следующему:

- устранены концентраторы напряжений в конструкциях;

- элементам конструкций приданы амортизирующие свойства;

- рельсы включены в сечение балок, обеспечивает их эффективную работу.

2. Получены аналитические зависимости, позволяющие оптимально распределять материал по сечению балки для максимального снижения материалоёмкости конструкций.

3. Разработан сортамент составных балок с оптимальным распределением материала по сечению и возможностью изготовления на существующем прокатном и листогибочном оборудовании.

4. В конструкциях применен новый профиль рельса - арочный, обладающий амортизирующими свойствами и высокими прочностными характеристиками (при той же площади сечения, что и у обычных рельсов, момент сопротивления 1УХ у арочных рельсов больше в 2-3 раза, - в 3-4 раза, Л -в 2-5 раз, - в 10-13 раз).

5. Разработан сортамент рельсобалочных конструкций с арочными рельсами, входящими в состав балок, профиль сечения сбалансирован вместе с рельсом относительно горизонтальной оси X. Такие конструкции обладают повышенной выносливостью, долговечностью и пониженной материалоёмкостью. Применение арочного профиля рельса и лоткообраз-ных поясов балки позволит удалить зону перехода лотка в стенку от места приложения динамических импульсных воздействий колёс крана на значительное расстояние, что делает невозможным образование усталостных трещин в этой зоне, так как градиент затухания напряжений в составных балках высок, так же, как и в сварных балках.

6. Проведены усталостные испытания балок с лоткообразными поясами и арочными рельсами. Исследовано локальное напряженно-деформированное состояние элементов конструкции при подвижном сосредоточенном действии нагрузок от колёс, имитирующем воздействия мостовых кранов. Локальные экспериментальные напряжения в верхней части балки составили Тгшах ^ Ю2 МПа > Ду = 88 МПа (предел выносливости балок с поясами из прокатных тавров при б млн. циклов нагружений); поэтому усталостные разрушения ожидались в районе 3-3,5 млн. циклов нагружений, что и произошло при 3,3 млн. циклов прокатываний колёс.

7. Разработанные методы расчёта прочности и выносливости новых конструкций хорошо подтверждаются экспериментом.

8. Показана необходимость использования прокатных профилей при неразрезной схеме подкрановых балок. Разработана портальная подкраноная конструкция, все элементы которой прокатные при пролётах до 12 м и грузоподъёмности кранов Qкp до 100 т.

9. Научно обоснована возможность применения разработанных

составных профилей с арочными рельсами в качестве подкрановых балок для кранов тяжелого режима работы и грузоподъемностью 100... 350 т.

10. Предложены пути снижения трудоемкости при ремонте мостовых кранов и подкрановых путей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Нежданов К.К., Туманов В,А., Лаштанкин А.С Совершенствование экспериментальных исследований подкрановых конструкций // Материалы Возрос. XXXI науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современного строительства». 4.2. - Пенза: ПГАСА, 2001.

2. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Подкрановые балки из прокатных элементов // Сб. ст. Междунар. науч.-тех», конф. «Эффективные строительные конструкции: теория и практика». - Пенза: ПГАСА, Приволжский Дом знаний, 2002.

3.Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Портальная подкра-ноиая конструкция: ИЛ №103-03 / Пензенский ЦНТИ. - Пенза, 2003.

4. Нежданов К.К., Туманов В.А., Туманов A.B., Лаштанкин A.C. Рельсовый блок: ИЛ №107-03 / Пензенский ЦНТИ. - Пенза, 2003.

5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Туманов A.B., Лаштанкин A.C. Жестко«; соединение подкрановой балки с колонной: ИЛ №114-03 / Пензенский ЦНТИ.-Пенза, 2003.

6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Подкрановая балка. ИЛ №115-03 / Пензенский ЦНТИ. - Пенза, 2003.

7. Нежданов К.К., Туманов В.А., Туманов A.B., Лаштанкин A.C. Фундамент внецентренно сжатой колонны: ИЛ №118-03 / Пензенский ЦНТИ. -Пенза, 2003.

8. Нежданов К.К., Туманов В.А., Туманов A.B., Лаштанкин A.C. Рель-собалочная конструкция: ИЛ №123-03 / Пензенский ЦНТИ. - Пенза, 2003.

9. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Стенд для испытания подкрановых балок на выносливость: ИЛ №126-03 / Пензенский ЦНТИ. -Пенза, 2003.

10. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Результаты испытаний на выносливость балок составного сечения // Материалы X Междунар. науч.-прак. Конф. «Вопросы планировки и застройки городов». - Пенза: ПГАСА, 2003.

11. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Гнутые профили для изготовления долговечных подкрановых балок, // Сб. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. «Эффективные строительные конструкции: теория и практика». -Пенза: РААСН, ПГУАС, Общество «Знание» России, Приволжский Дом знаний, 2003.

12. Нежданов К.К., Карев М.А., Лаштанкин A.C. Рельсобалочная конструкция из нового эллиптического профиля // Сб. ст. III Междунар. науч.-техн. конф. «Эффективные строительные конструкции: теория и практика». - Пенза: РААСН, ПГУАС, Общество «Знание» России, Приволжский Дом знаний, 2004.

13. Нежданов К.К., Гарькин И.Н., Лаштаикин A.C. Амортизация как фактор повышения выносливости подкрановых балок [Электронный ресурс] // V Международный студенческий форум «Образование, наука, производство». - Белгород, 2011.

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

14. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Обеспечение требуемой выносливости подкрановых балок гашением динамики воздействий колес мостовых кранов амортизаторами // Строительная механика и расчет сооружений. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 2011. - №1.

15. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Решение проблемы выносливости подрельсовой зоны стенки подкрановых балок амортизацией // Региональная архитектура и строительство. - Пенза: ПГУАС, 2011,- №2.

Патенты на изобретения

16. Нежданов К.К., Туманов В.А., Маскаев A.C., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Стенд для циклических испытаний балок на выносливость подвижными крутящими моментами: пат. РФ на изобретение RU №2213334 С2, Бюл. №27 от 27.09.2003.

17. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Фундамент для внецентренно нагруженной колонны: пат. РФ на изобретение RU №2225480 С2, Бюл. №7 от 10.03.2004.

18. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Транспортная рельсобалочная конструкция: пат. РФ на изобретение RU №2225827 С2, Бюл. №8 от 20.03.2004.

19. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Балка, пат. РФ на изобретение RU №2232125 С2, Бюл. №19 от 10.07.2004.

20. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Портальная подкрановая конструкция: пат. РФ на изобретение RU №2235673 С2, Бюл. №25 от 10.09.2004.

21. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Жесткое соединение подкрановых балок с колонной: пат. РФ на изобретение RU №2235676 С2, Бюл, №25 от 10.09.2004.

22. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Рельсовый блок: пат. РФ на изобретение RU №2235677 С2, Бюл. №25 от 10.09.2004.

Учебно-методические работы

23. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Новые конструктивные решения однопролетной рамы промышленного здания: учебное пособие. - Пенза: ПГАСА, 2002. - 168 с.

24. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. Новые конструктивные решения однопролетной рамы промышленного здания [Электронный ресурс]: учебное пособие к дипломному и курсовому проектированию. - Пенза: ПГАСА, 2002. - 168 с. Составители электронной версии: Попченков И.В., Паглеванян А.Г., Иванкина H.H., Боровкова И.В.

Лаштанкии Алексей Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ВЫНОСЛИВОСТИ ПОДРЕЛЬСОВОЙ ЗОНЫ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК СНИЖЕНИЕМ ДИНАМИКИ ВОЗДЕЙСТВИЙ КОЛЁС МОСТОВЫХ КРАНОВ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 10.10.2011 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №132.

Издательство ПГУАС Отпечатано в полиграфическом центре ПГУАС 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28 E-mail: office@Dgiias.ru www.pgiias.ni

Содержание.

Введение.

1. Особенности циклической работы подкрановых конструкций.

1.1. Характерные черты работы подкрановых балок и рельсового пути

1.2. История развития подкрановых конструкций.

1.3. Конструктивные формы подкрановых систем.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. Проблема имитации динамических воздействий мостовых кранов.

2.1. Обзор экспериментальных исследований выносливости подкрановых балок.

2.2. Выбор балок для испытаний на выносливость.

2.3. Выводы по главе 2.:.

3. Испытания амортизирующих подкрановых балок на выносливость.

3.1. Цели,и задачи экспериментального исследования.

3.2. Модернизация стенда имитирующего подвижные циклические воздействия колёс мостовых кранов.

3.3. Экспериментальные подкрановые балки.

3.4. Компоновка единого экспериментального комплекса: балка-стенд - измерительная аппаратура.

3.5. Методика обработки данных, полученных при испытаниях.

3.6. Результаты усталостных испытаний амортизирующих балок, составленных из гнутых профилей.

3.7. Выводы по главе 3.

4. Испытание фрагмента арочного рельса с затяжкой.

4.1. Цели и задачи экспериментального исследования.

4.2. Подготовкак и проведение испытаний.

4.3. Результаты испытаний фрагмента арочного амортизирующего рельса с затяжкой.

4.4. Выводы по главе 4.

5. Пути решения проблем, возникающих в цепи: кран - подкрановая балка - каркас здания.

5.1. Эффективность перехода от разрезных подкрановых балок к рамным неразрезным подкрановым конструкциям.

5.2. Амортизирующая портальная подкрановая конструкция.

5.3. Анализ выносливости подрельсовой зоны подкрановой балки для. двух кранов грузоподъёмностью 225т.

5.3.1. Сварная двутавровая балка.

5.3.2. Методика расчёта подкрановой балки из прокатных профилей с лоткообразными поясами и эллиптического профиля рельсами ЭКР140 сверху и снизу сечения.

5.3.3. Сравнение вариантов рассчитанных балок.

5.4. Рельсобалочная конструкция.

5.5. Уменьшение трудоемкости при ремонте цехов и кранов.

5.6. Выводы по главе 5.

На основе анализа результатов обследований промышленных зданий выявлено, что очень актуальным вопросом, в настоящее время, являются установление повреждения сварных подкрановых конструкций, которые продолжают прогрессировать и даже приводят к аварийным ситуациям. Среди» многих факторов, снижающих долговечность и надёжность подкрановых балок, наиболее важные: отсутствие рессор у мостовых кранов и низкий ресурс сварного соединения,верхнего пояса со стенкой [21, 51].

Экстремальность создают динамические; подвижные воздействия колёс мостовых кранов-[104, 105].

Замена клёпаных соединений- с высоким ресурсом сварными соединениями с низким ресурсом.

По данным М.М. Гохберга ресурс качественного сварного соединения с К-образной разделкой кромок, проплавлением на всю толщину, стенки и вогнутой1 поверхностью швов и плавными без подрезов переходами от шва к стенке в четыре раза меньше; чем у соединения высокопрочными легированными болтами!

Это связано с тем, что подкрановые конструкции являются наиболее нагруженными и- повреждаемыми элементами каркасов зданий, так как работают в экстремальных условиях.

До- настоящего времени подкрановые конструкции, к сожалению, делают сварными и при тяжёлом режиме работы кранов 8К, 7К. Конструкции получаются недолговечными с низкой ремонтопригодностью.

Выносливость подрельсовой зоны этих конструкций во много раз ниже, чем других элементов каркаса здания и не превышает 5-6 лет. В' цехах с тяжёлым режимом работы кранов, (8К, 7К) усталостные трещины возникают (0,7.0,8 млн. циклов)- через 1-3 года эксплуатации. Масса подкрановых конструкций достигает 30% от массы каркаса.

Последние 20 лет практически не выделялись ресурсы на обновление металлургических комбинатов. В настоящее время, во многих эксплуатируемых балках накоплено число циклов нагружений приведшее к возникновению усталостных трещин в подрельсовой зоне стенок подкрановых балок. Особенно много трещин появилось непосредственно под стыками рельсов у опорных рёбер жесткости [26]. То есть там, где динамика воздействий колес выше! При этом возникают трещины, как в самом шве, так и рядом с ним. Эксплуатация балок с трещинами запрещена [19, 20], так как они быстро развиваются и опасность аварии нарастает!

Большому числу балок с интенсивной эксплуатацией необходим ремонт или замена. Эти мероприятия требуют полной или частичной' остановки производственного процесса, так как технология ремонта не отработана:

Ремонт производят с использованием малоресурсных сварных соединений. Процесс не механизирован. Применяется ручная сварка, поэтому такой1 ремонт может ■ применяться как временный для предотвращения обрушения конструкций. Усталостные трещины появляются вновь через 1-2 месяца эксплуатации. За каждый день простоя предприятие терпит убытки, превышающие затраты на ремонт и замену подкрановых конструкций. Простой» же цеха в течение одной недели приносит убытки на сумму, которая-превышает стоимость всех его конструкций [27].

Основная причина возникновения усталостных трещин - динамика воздействий колёс кранов, ужесточенная отсутствием-рессор. Их вызывают' динамические, подвижные, циклические импульсные воздействия-от колес крана. Выносливость зависит от числа циклов и величины импульсных воздействий Р,Т и Мкр колёс мостовых кранов:

Если динамика воздействий отсутствует, то возникновение усталостных трещин невозможно!

Обследования- интенсивно эксплуатирующихся балок и анализ литературных данных показали- [3, 8, 13, 17], что исследованиям балок при циклических подвижных воздействиях уделяется большое внимание, однако, до настоящего времени полностью- не решена проблема повышения выносливости и эффективности конструкций. Выполнение их из прокатных элементов без сварки в несколько раз повышает выносливость и снижает остроту проблемы [13, 14].

Срок службы такой конструкции главным образом определяется сопротивляемостью усталостным разрушениям подрельсовой зоны подкрановой балки. Естественно, что обеспечить необходимую выносливость балки возможно, зная и совершенствуя её слабые места, которые выявлены эксплуатацией. В этой области ведутся* обширные исследования, в настоящее время разработана методика расчёта; на выносливость [57, 59, 105].

Колесо крана; рельс, верхняя часть балки работают как. единый механизм, и от работоспособности каждого элемента зависит работоспособность узла в целом., В настоящее время; этот важный узел:лишен амортизаторов,.колеса крана двухребордные, сопротивление: движению- велико [78]. Эта энергия тратится на разрушение рельса, узлов балки; и крана:

Несовершенна форма; сечения; сварных: подкрановых балок, так как сварной шов находится в самой напряженной зоне, и форма рельса, поэтому локальные напряжения в зоне соединения верхнего пояса со стенкой велики и амрртизирующие свойства у сечения отсутствуют [26, 53, 105].

Задача повышенияшыносливости балок продолжает оставаться важной в обеспечении бесперебойной работы мостовых кранов в цехах металлургической промышленности.

Действующие балки в основном разрезные, рельсьг и тормозные балки-не работают в составе её сечения, крепления их ненадёжны.

Динамические, 1 подвижные, циклические воздействиям от колёс крана вызывают, усталостные разрушения» во всех элементах подкрановых конструкций. В первую очередь разрушаются и изнашиваются рельсы и их узлы. Процесс ускоряется вследствие высокой концентрации напряжений от сварных швов [53] из-за возрастания локальных воздействий, при неправильном назначении рельса [61].

При анализе процесса конструирования? подкрановых конструкций в настоящее время, выявлены следующие противоречия:

1. Мостовые краны лишены каких-либо амортизаторов, что ужесточает динамику воздействий. Динамичность возрастает в несколько раз;

2. Узлы конструкций также не снабжены амортизирующими устройствами и не могут компенсировать внешние динамические воздействия;

3. Повреждения в балках возникают от усталости, поэтому основное внимание следует уделять расчёту подкрановых балок на выносливость;

4. Выносливость зависит в первую очередь не от грузоподъёмности^ крана, а от локальных воздействий Р\ос,, Г/ос, М\ос колёс кранов; передающихся через рельс, тем не менее, мощность рельса до»сих пор-назначают от грузоподъемности крана [34], также- необходим прокат более мощных рельсов;

5. Прокатные профили, обладающие по сравнению со сварными в три раза большей выносливостью, почти не применяются в,подкрановых балках. Необходим научно обоснованный поиск новых конструктивных форм высокой выносливости, которые могли бы эффективно работать при циклических подвижных воздействиях так, чтобы обеспечить их удобство в обслуживании и надёжную эксплуатацию в течение 10 лет. То есть работоспособность балок должна быть повышена не менее, чем в пять раз! Минимальный срок'службы подкрановых балок — 10 лет [101]. Накопление циклов приблизительно 0,6.0,7 млн./год. То есть для гарантирования^ минимального срока эксплуатации (тяжелый режим работы кранов 8К) - 10*лет необходимо, чтобы подрельсовая зона стенки выдерживала ориентировочно 0,6 млн. /год х-10лет = 6 млн. циклов прокатывания колёс кранов.

Цель исследований - увеличить надёжность эксплуатации, подкрановых балок до 10 и более лет за счёт обеспечения подкрановых конструкций амортизирующей способностью, что повысит выносливость подрельсовой зоны, а таюке снизит динамику воздействий колёс мостовых кранов, (изменение характеристики цикла и величины напряжений).

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:

• разработать конструкцию подкрановой балки, обладающую амортизирующими свойствами, эффективно ослабляющими динамику воздействий колёс мостовых кранов;

• получить аналитические зависимости для сбалансированного сечения нового профиля подкрановой балки;

• изготовить крупномасштабные модели новой рельсобалочной конструкции для испытаний их на выносливость в стенде, имитирующем все подвижные динамические воздействия от колёс кранов Р, Т, Мкр;

• провести усталостные испытания моделей- рельсобалочных конструкций на базе 3.4 млн. циклов прокатывания' колёс кранов до появления' видимых усталостных трещин и проанализировать полученные результаты;

• сравнить работоспособность и материалоёмкость предложенных сечений-балок с «типовыми» сварными конструкциями;

• показать эффективность снижения динамики воздействий колёс мостовых кранов амортизирующей способностью подкрановых конструкций:

Автор защищает:

• способ снижения динамики воздействий колёс кранов приданием подкрановым конструкциям амортизирующих свойств;

• аналитические зависимости, позволяющие рационально распределить материал по сечению балки, и полученный на основе этих зависимостей сортамент новых балочных профилей [126];

• новый профиль- сечения подкрановой балки, сортамент балок, гарантирующие надёжную эксплуатацию при накоплении не менее 6 млн. циклов проката колёс и обладающие амортизирующими свойствами;

• рельсобалочные конструкции, в которых рельс является элементом сечения балки и составляет с ней единое целое [125]

• результаты расчёта новых конструкций на выносливость в зависимости от размаха* колебаний сдвигающих напряжений по опасным, площадкам в подрельсовой зоне стенки;

• экспериментальные результаты изучения выносливости рельсобалочных конструкций с целью повышения их долговечности и работоспособности не менее 6 млн. циклов, посредством придания амортизирующей формы верхней части балки и ослабляющей динамику воздействий;

Достоверность результатов обусловлена применением в экспериментальных исследованиях апробированных методов и средств измерения и совпадением теоретических и экспериментальных данных. Научную новизну работы составляют:

• снижение динамики воздействий от колес кранов на подкрановые конструкции, путём придания им амортизирующих свойств;

•> новые амортизирующие балочные профили [126]; рельсобалочиые конструкции, обладающие ресурсом надёжной эксплуатации 10-15'лет и пониженной на 25% материалоемкостью [125];

• экспериментальные линии- влияния локальных колебаний: в рельсобалочной конструкции с лоткообразным, верхним поясом . и; эллиптическим рельсом при; имитациш воздействий мостовых восьмиколёсных кранов; способы рихтовки конструкций [124, 127] .

Практическое значение диссертационной' работы заключается* в повышении выносливости подкрановых балок по сравнению с существующими, позволяющей сохранять их работоспособность в течение 10 и более лет, увеличении; технологичности изготовления^ монтажа и ремонтопригодности, совершенствовании^ методов? расчёта предложенных конструкций; на выносливость. Жрактическая значимость работы возрастает в связи с тем, что предлагаемые новые конструкции, обладая повышенной в 3-4 раза выносливостью; имеют пониженную материалоёмкость.

Внедрение результатов; Результаты научных исследований используются проектными и производственными организациями, занимающимися обследованием, проектированием, и строительством промышленных и гражданских зданий и сооружений (000 «Фундамент», ООО «Основа»). В'Пензенском государственном университете архитектуры и строительства (Г1ГУАС) результаты применяются при выполнении курсовых^ и дипломных проектов, в научно-исследовательских работах студентов, при разработке научно-технической продукции по договорам с промышленными предприятиями, а также при чтении курсов лекций по дисциплинам

Металлические конструкции» и «Инженерные сооружения».

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных конференциях:

- Всероссийская XXXI научно-техническая конференция: «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза: ПГАСА, 2001);

- Международная научно-техническая конференция: «Эффективные-строительные конструкции: теория и практика» (Пенза: ПГАСА, Приволжский Дом знаний, 2002);

- X Международная' научно-практическая конференция: «Вопросы, планировки и застройки-городов» (Пенза: ПГАСА, 2003);

- II Международная научно-техническая конференция: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза: РААСН,- ПГУАС, Общество «Знание» России, Приволжский Дом знаний, 2003);

- V Международный студенческий форум «Образование, наука, производство» (Белгород, 2011).

Публикации. По теме диссертации- опубликованы 24 печатные работы, в том числе получены 7 патентов РФ на изобретение и выпущено одно • учебное пособии. 2 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертационная» работа- выполнялась на кафедре «Строительные конструкции»'в-Пензенском ГУ АС в 2000-2011 гг. в рамках программы Госкомитета РФ по ВО «Архитектура и строительство» под руководством д-ра техн. наук, профессора, заслуженного изобретателя России К.К. Нежданова. Автор выражает признательность д-ру техн. наук, профессору Т.И. Барановой ид-ру техн. наук,' профессору Туманову В.А. за оказанную помощь прт работе над кандидатской диссертацией.

Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 4 приложений. Полный объём диссертации 213 страниц, включая 31 таблицу и 78 рисунков, библиографический список содержит 129 наименований.

5.6. Выводы по главе 5

1. Предложены пути повышения работоспособности подкрановых конструкций с одновременным повышением технологичности и автоматизации их изготовления

2. Научно обоснована необходимость использования прокатных профилей при компоновке рамных подкрановых конструкций.

3. Разработана портальная подкрановая конструкция, все элементы которой - прокатные, даже при пролетах I = 12 м и грузоподъемности кранов С>Кр = 50.225 т. В конструкции достигается снижение пролетных моментов на 25.30%, материалоемкости на 15. 18%. Одновременно выносливость повышается в 3.3,5 раза, трудоемкость снижается в два раза, а также обеспечена рихтовка каркаса здания.

4. Произведено сравнение новых конструкций с традиционными и показана их высокая эффективность.

5. Предложены пути снижения трудоемкости при ремонте цехов и кранов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выносливость подкрановых балок цехов чёрной и цветной: металлургии, при тяжёлом режиме работы мостовых кранов 8К.7К, несмотря на. большой объём проведённых теоретических; и экспериментальных исследований, остаётся; недостаточной, что приводит к преждевременному возникновению усталостных трещин в подрельсовой зоне стенок балок, и увеличивает вероятность обрушения: подкрановой; балки вместе с мостовым краном.

Для повышения: выносливости и работоспособности' подкрановых, конструкций решены следующие задачи.

1. Разработаны, новые подкрановые конструкции (получены патенты РФ на изобретение), безотказно работающие в течение 10-15 лет. Увеличение работоспособности балок достигнуто благодаря следующему:

- устранены-концентраторы напряжений в конструкциях; - элементам конструкций приданы амортизирующие свойства;

- рельсы включены в сечение балок, что обёспечивает их эффективную работу.

2. Получены аналитические . зависимости, позволяющие оптимально распределять материал по сечению балки для максимального снижения материалоёмкости конструкций. :

3. Разработан сортамент составных- балок с оптимальным распределением материала по сечению»и возможностью изготовления на существующем прокатном и листогибочном оборудовании:

4. В'конструкциях применен новый профиль рельса — арочный, обладающий амортизирующими свойствами и ' высокими- прочностными характеристиками (при той же: площади сечения, что и у обычных рельсов, момент сопротивления ¡¥х у арочных рельсов больше в 2-3 раза, ^- в 3-4 раза, Л~ в 2-5 раз, ^-в 10-13 раз).

5. Разработан сортамент рельсобалочных конструкций с арочными рельсами, входящими в состав балок, профиль сечения которых сбалансирован относительно горизонтальной оси X. Такие конструкции обладают повышенной выносливостью, долговечностью и пониженной материалоёмкостью. Арочный профиль рельса и лоткообразный пояс балки позволяют перенести зону перехода лотка в стенку на значительное расстояние от места приложения динамических воздействий колёс крана, что делает невозможным образование усталостных трещин в- этой зоне, так как градиент затухания напряжений напряжений, в составных балках высок, так же, как,и в сварных балках.

6>. Проведены,усталостные испытания балок, с лоткообразными поясами и. арочными рельсами. Исследовано локальное напряжённо-деформированное' состояние элементов конструкции при подвижном сосредоточенном действии-нагрузок от колёс, имитирующем воздействия мостовых кранов: Локальные экспериментальные напряжения м верхней -части балки составили т2тах ^ 102 МПа > = 88 МПа (предел выносливости балок* с поясами из. прокатных тавров при 6 млн. циклов-нагружений); поэтому усталостные разрушения ожидались.в районе 3-3-,5 млн. циклов нагружений, что* и произошло* при»1 3;3 млн. цикловч прокатываний колёс.

7. Усовершенствованная^ методика расчёта выносливости и прочности новых амортизирующих подкрановых балок подтверждена результатами1 длительных циклических испытаний.

8. Научно обоснована возможность применения! разработанных амортизирующих, составных профилей вчкачестве подкрановых балок для кранов тяжёлого режима работы и грузоподъёмностью до 225 т.

9. Предложены пути снижения трудоёмкости при ремонте мостовых кранов и подкрановых путей.

10. Материалы работы применяются на производстве и в учебном процессе.

11. Разработаны способы снижения динамики воздействий колёс мостовых кранов, снабжением подкрановых балок амортизирующими свойствами.

12. Амортизирующие составные подкрановые балки имеют высокоресурсные соединения, поэтому гарантируют надёжную интенсивную эксплуатацию при накоплении 6 и более миллионов циклов прокатывания колёс кранов.

1. Абрамян Б.Л. Арутюнян Н.Х., Кручение упругих тел. М.: Физико-математическая литература, 1963-687 с.

2. Афанасьев; Н.Н; Статическая теория усталостной прочности металлов.-Киев, 1953;

3. Бабкин В.И. Оценка циклической трегциностойкости сварных1 подкрановых балок: тяжелого: режима работы: Диссертация на соискание ученойстепени кандидата технических:наук. — Mi:: 1986.

4. БалдинВ.А. Расчет стальных конструкций по расчетным предельным состояниям. -М.: Госстройиздат, 1956.

5. Бать A.A. О расчете на выносливость. — Строительная механика и расчет сооружений; 19591— № 5.

6. Бать A.A., Кошутин Б.Н. Режим эксплуатации подкрановых балок и мостовых кранов. Строительное проектирование промышленных предприятий №1.-Mi: 1Госстройиздат, 1961.

7. Беленя Е.И; Пути развития стальных каркасов промышленных зданий.-М;: Стройиздат, 1952. .

8. Беленя H.H. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1976.-600 с.

9. Бирюлев В.В. и др. Проектирование металлических конструкций. Специальный курс/ Под ред. В.В. Бирюлева. — Л.: Стройиздат, 1990.--432 с.10!: Богинский: К.С. и- др. Мостовые и металлургические краны; М.: Машиностроение, 1970 - 300 с.

10. Броуде Б.М: Распределение сосредоточенного давления в металлических балках. — М;: Стройиздат, 1950.-95 с.

11. Валь В.Н. Исследование вертикальных воздействий мостовых кранов на подкрановые балки: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М.: 1970.

12. Васильев A.B. Разработка конструкций соединений на нестандартных крепежных элементах для восстановления подкрановых балок с усталостными трещинами: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пенза, 1998.

13. Васюта Б.Н. Подкрановая балка со сменной подрельсовой частью. Диссертация, на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Новосибирск: Новосибирский ИСИ, 1990:—186 с.

14. Вериго М.Ф.,. Крепкогорский С.С. Общие предпосылки' для корректировки^ Правил расчета: железнодорожного' пути на< прочность и предложения по изменению Правил. Тр. ВНИИЖТ, 1972, 24, №7, с. 4-50.

15. Гордеев В.А. Рельсовые пути' тяжелых транспортных устройств.— М.: Транспорт, 1981.- 159 с.

16. Горпинченко В.М. Разработка метода расчета на выносливость и создание- надежных и эффективных конструкций балок- для подвижной нагрузки: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М.: ЦНИИСК, 1983.- 328 с.

17. ГОСТ 4121-76* Крановые рельсы.19.' ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения: Введен с 01.07.1984:

18. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и? оснований.21". Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных-машин. — JL: Машиностроение, 1970 520 с.

19. Гохберг М:М. Усталостная прочность крановых металлических конструкций. Диссертация на* соискание учёной.' степени доктора технических наук. Л.: Ленинградский ПИ, 1956.

20. Довженко A.C. Повышение вибрационной прочности сварных подкрановых балок путем усовершенствования конструктивной формы// Материалы по стальным конструкциям. — М.: 1958, №2, с. 195-209.

21. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975 —456 с.

22. Кириченко А.И. Подкрановые пути. М.: Машиностроение, 1996 — 119 с.

23. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во, времени./ Под редакцией А.П. Гусенкова; 2-е издание переработанное и дополненное -М.: Машиностроение; 1993—364!с.

24. Кочергова, Е.Е. Пути- повышения долговечности подкрановых балок. «Промышленное строительство», 1966, №9; — с: 18-21.

25. Крылов И.И:, Чумаков: В.А. Восстановление работоспособности эксплуатируемых подкрановых балок. — «Известия ВУЗов. Строительство и архитектура», 1987, №1.

26. Крылов. И.И. Железнов A.A. Устойчивость стенок в сварных подкрановых балках с усталостными* трещинами «Известия ВУЗов. Строительство», 1993, №1. — С. 13.

27. Кудишин Ю.Н. Некоторые особенности работ сварных подкрановых балок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М'.: 1967.

28. Лампси Б.Б. Металлические тонкостенные несущие конструкции при локальных нагрузках. -М.: Стройиздат, 1979.- 272 с.

29. Лампси Б.Б. Напряжения в тонкостенных металлических стержнях при поперечных нагрузках: Автореферат диссертации на соискание ученой' степени кандидата технических наук. М.: 1985.

30. Ларионов В.В., Бабкин В.И. Развитие усталостных трещин в. подкрановых балках/ Трещиностойкость строительных металлических конструкций. Сборник научных трудов. М1, ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова, 1986. - 208 с.

31. Металлические конструкции. В 3-х томах. Т-1. Общая часть. Под общей редакцией Кузнецова В.В. М.: 1998.

32. Металлические конструкции. В 3-х томах. Т-2. Стальные конструкции зданий и сооружений. Под общей редакцией Кузнецова В.В. М.: 1998.

33. Металлические конструкции. В 3-х томах. Т-3. Стальные сооружения, конструкции из алюминиевых сплавов. Реконструкция, обследование, усиление и испытания конструкций зданий и сооружений. Под общей редакцией Кузнецова В.В: — М.: 1998.

34. Металлические конструкции: (Справочник проектировщика)./Под ред. Н.П. Мельникова — М.: Стройиздат, 1980:— 776 с.

35. Митюгов' Е.А. Исследование кручения верхнего пояса и местного изгиба стенки, в металлических подкрановых балках: Автореферат диссертации' на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1970.

36. Москалев Н.С. Приближенный метод определения напряжений в стенке подкрановой балки от действия местной крутящей нагрузки.//Научные доклады высшей школы. Строительство. 1953. №3.

37. Муханов K.K. Металлические конструкции: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1978.-572 с.

38. Мысак В.В. Особенности расчета и технологии изготовления подкрановых балок с поясами из широкополочных тавров. Автореферат диссертации, на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М>:МИСИ, 1985.-21 с.

39. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Бороздин А.Ю. Долговечные подкрановые конструкции: Учебное , пособие. Пенза: Пензенский ГУАС, 2010. — 80 с.

40. Нежданов* К.К. Исследование выносливости сжатой, зоны стенки сварных стальных подкрановых балок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М.: 1974. -133 с.

41. Нежданов К.К. Реферативный сборник. Общие вопросы строительства. М. 1974, выпуск 121

42. Нежданов- К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчёта. Диссертация на соискание учёной степени- доктора технических наук. — Пензенский ИСИ, Пенза, 1992. — 353 с.

43. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчёта. Монография. —Пензенский ГУАС, Пенза, 2008. 288 с.

44. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузьмишкин A.A. Расчёт на выносливость двутавровых подкрановых балок с К-образными сварными швами в подрельсовой зоне стенки // журнал «Строительная механика и расчёт сооружений» №4, М.: 2007. С. 66-70

45. Нежданов К.К., Туманов В.А. Эффективные профили рельсов транспортных конструкций. М.: Госстрой России. ФГУП ВНИИНТПИ: -№11843, 2002.-115 с.

46. Нежданов К.К., Туманов В.А., Епифанов^ А.Р*. Определение локальных напряжений в стенке балки под рельсом. «Известия ВУЗов, Строительство», 2002, №11.- С. 124-131.

47. Нежданов К.К., Туманов В.А., Попченков И.В. Арочные профили рельсов Долговечные рельсобалочные конструкции. Госстрой России. ФГУП ВНИИНТПИ. 2001, №11828. - 118 с.

48. Нежданов К.К., Туманов В.А., Карев М.А. Расчёт на выносливость зоны соединения верхнего пояса и стенки подкрановой балки. «Известия ВУЗов, Строительство», 2001, № 8.- С. 139-143.

49. Нежданов К.К., Туманов В.А., Лаштанкин A.C. новые конструктивные решения однопролетной рамы промышленного здания. -Учебное пособие. ПГАСА. Пенза, 2002, 168 с.

50. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Долговечные подкрановые конструкции. Пенза, ПГАСА. 2000 — 176 с.

51. Незальзов O.P., Савело В.М. Экспериментальное изучение причин образования усталостных трещин в стенках подкрановых балок. Металлические конструкции: Межвузовский.тематический сборник трудов. -Л3.: ЛИСИ, 1978.

52. Николаев Г.А. и др. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1982. 272 с.

53. Новоселов A.A. Казарновский B.C. Исследование местногонапряженного состояния балок с тавровым поясом. «Известия ВУЗов, Строительство и архитектура», 2000, № 9 С. 139-143.

54. НиТУ-125-55. Стальные конструкции: -М.: 1955.

55. Один И.М. Инженерные задачи расчета крановых металлоконструкций. М.: Машиностроение, 1972. —120 с.

56. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в. машиностроении ициклическая прочность металлов. -М.: Машгиз, 1962.

57. Патент 57-34199. Япония МКИ. В 66 С 6/00. Направляющие балки для» мостового крана. / К.К. Хитаати Сэйсакусё. — Заявлен 06.11.1974. Опубликован 21.07.1982.

58. Патрикеев А.Б. Некоторые закономерности«усталостных повреждений* сварных подкрановых балок. «Проблемы прочности», 1983, №7.

59. Патрикеев А.Б. Усталостные разрушения^ стальных подкрановых балок и методы их предотвращения. Проблемы разрушения металлов. -М.: 1977.

60. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В'.В. Справочник по сопротивлению материалов: Наукова Думка, Киев, 1975. — 704 с.

61. Попчёнков И.В. Новые профили крановых рельсов и прочность рельсобалочных конструкций. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Пенза 2000. — 1<74 с.

62. Пособие по проектированию стальных конструкций: к СНиП П-23-81* -М.: 1989- 150 с.

63. Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов. М.: НИИЖБ, 1971 -313 с.

64. Руководство по проектированию стальных подкрановых конструкций. Гоотрой СССР. М.: 1976. - 112с.

65. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка метода расчетной оценки, долговечности подкрановых путей производственных зданий: Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. ЮурГУ, Челябинск, 2002. - 388 с.

66. Сахновский' М.М. Справочник конструктора1 строительных сварных конструкций. — Днепропетровск, "Промшь", 1975.

67. Сахновский М.М. Технологичность строительных- сварных стальных конструкций. Киев, Будивельник, 1980. - 264 с.

68. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности./ Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А.; Под ред. Патона Б.Е. — М.: Машиностроение. 1996. 576 с.

69. СеренсенС.В. и др. Несущая ¡способность и расчёты! деталей машиш на прочность. Справочное пособие. -М.: Машиностроение, 1975. 488 с.

70. Серенсен C.B., Гард М.Э., Козлов JI.A. Машины, для испытания на усталость. Расчёт и конструирование. Под ред. акад. Серенсена C.B. — М.: Машгиз, 1957.-404" с.

71. Серия 1.426.2-5. Стальные подкрановые балки для объектов черной металлургии. Выпуск 1. Разрезные .подкрановые балки пролетами 12 и 24 м под мостовые электрические краны специального назначения« грузоподъемностью до 450 т.

72. Серия 1.426.2-7. Балки подкрановые стальные под мостовые опорные краны. Выпуск 5. Балки пролетом 12 и 18 м разрезные под краны общего назначения грузоподъемностью 80- 500 т.

73. Серия 1.462-8. Стальные подкрановые балки под краны специального назначения для объектов черной металлургии. Выпуск 1. Разрезные подкрановые балки пролетами 12 и 24.

74. Скляднев А.И. Трещиностойкость стальных балок при- действиициклических подвижно-циклических и катучих нагрузках. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. -Липецк, 1999.-39 с.

75. СНиП< 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. 36 с.

76. СНиП II.B.3-62. Стальные конструкции. -М.: 1962.

77. СНиП II.B.3—72. Стальные конструкции. Нормы проектирования — М.: Стройиздат, 1974. 70 с.

78. СНиП П-23-81* Стальные конструкции/ Госстрой России: — М.: ГУТГ ЦПП, 2002. 96 с.

79. Соколовский П.И. Малоуглеродистые и низколегированные стали.— М.: Металлургия, 1966.-216 с.

80. Справочник по кранам//Под ред. А.И. Дукельского. -Л.: Машиностроение, 1971. — 400 с.

81. Справочник по кранам: В' 2 т. T.I. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций// В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др.: Под общ. ред. М.М. Гохберга.-М.: Машиностроение, 1988, с. 536.

82. Справочник по кранам: В 2 т. Т.П. Характеристики ^конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы.Техническая эксплуатация» кранов.// М'.П. Александров, М.М. Гохберг. -М.: Машиностроение, 1988, 559 с.

83. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений//Под ред. A.A. Уманского- М.:

84. Стройиздат, 1973. — 1 кн 600 е., 2 кн -416 с.i

85. Стрелецкий HiH.' Повышение- эффективности монтажных соединений на высокопрочных болтах. В кш:„ Материалы по металлическим конструкциям.-М-.: Стройиздат, 1977.

86. Стрелецкий Н.С., Гениев А.Н. и др. Металлические конструкции: Учебник для вузов/Под общ. ред. Н.С. Стрелецкого.—М.: Стройиздат, 1961. — 706 с.

87. Стрелецкий Н.С., Стрелецкий Д.Н. Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций. М.: Стройиздат, 1964. - 239 с.

88. Техническая эксплуатация стальных конструкций производственных зданий (ОРД 00 000 89. Издание официальное. Введено в действие 05.08.1989). М.: Министерство черной металлургии СССР, 1989. -98'с.

89. Тимошенко С.П., Тудьер Дж. Теория упругости: Пер. с англ./ Под ред. Г.С. Шапиро 2-е изд. - М.: Наука, 1979 - 560 с.

90. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение- металлов* при многоцикловом'нагружении. Киев, Наукова Думка, 1981'.

91. Уваров Б.Ю., Кудишин Ю.И., Смирнов В.И. Исследование действительного, напряженного* состояния подкрановых балок и их элементов. В сб.: Металлические конструкции. — М.: Стройиздат, 1966.

92. Ужик Г.В. Прочность металлов.^ в машиностроении.— М.: Машгиз, 1958.

93. Федосеев В.П. Экспериментально-теоретическое исследование усталостной* прочности сжатой зоны стенки^ сварной« подкрановой балки. — Автореферат диссертации на соискание* ученой степени кандидата технических наук. — М:: 1975.

94. Форрест П.Г. Усталость металлов. М.: Машиностроение, 1968.352 с.

95. Ш.Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Т.1.- М.: Машиностроение, 1974.-471 с.

96. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Т.2. М.: Машиностроение, 1974. — 368 с.

97. Хомутинников Н.И., Морозов К.Д. Металлические конструкции промышленных зданий. Ленинград - Москва: Госстойиздат, 1933. - 536 с.

98. Чесноков A.C., Княжев А.Ф. Сдвигоустойчивое соединение на высокопрочных болтах. М.: Стройиздат, 1974.

99. Чумаков В.А. Увеличение ресурса* эксплуатируемых подкрановых балок путем подкрепления пояса» продольными ребрами: Диссертация* на: соискание ученой степени кандидата технических наук. М:: 1987.

100. Шемшура Б. А. Разработками расчет на* выносливость сварных подкрановых балок с учетом напряженного- состояния и асимметрии нагружения. Автореферат диссертации на* соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: ЦНИИСК, 1985. - 20*с.

101. Ширманов B.C. Устойчивость стенки двутавровой балки под воздействием сосредоточенной нагрузки. Строительная механика и расчет сооружений. 1980, №6.

102. Шишов> К.А. Прогнозирование повреждаемости стальных подкрановых конструкций и повышение их выносливости в условиях реконструкции:. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Одесса: 1987.

103. Г191 Школьник JIM: Методика усталостных испытаний. Справочник. Металлургия.-М.: 1978.

104. Юшкевич В:Н. Исследование крановых балок с рельсом над стенкой: Диссертация1 на соискание ученой степени кандидата технических наук. JL: 1985.

105. Яковлев В:Ф. О применении' теории, Герца-Беляева к расчету контактных напряжений' в боковых выкружках головки рельса и гребня^ колеса. Тр. ЛИИЖТ, 1963, вып. 210, с. 21-75

106. Якушев A.M. Деформации сварных подкрановых балок в условиях тяжелого режима работы мостовых кранов. — «Промышленное строительство», 1964, №4.1. Патенты на изобретения.

107. Нежданов К.К., Туманов В.А., Маскаев A.C., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Стенд для циклических испытаний балок на выносливость подвижными крутящими моментами. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2213334 С2 Бюл. №27, от 27.09.2003.

108. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Фундамент для внецентренно нагруженной колонны. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2225480 С2 Бюл. №7, от 10.03.2004.

109. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C., Туманов A.B. Транспортная рельсобалочная конструкция. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2225827 С2 Бюл. №8, от 20.03.2004.

110. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Балка. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2232125 С2 Бюл. №19; от 10.07.2004.

111. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Портальная подкрановая конструкция. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2235673 С2 Бюл. №25, от 10.09.2004.

112. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Жесткое соединение подкрановых балок с колонной. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2235676 С2 Бюл. №25, от 10.09.2004.

113. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин A.C. Рельсовый блок. Патент Российской Федерации на изобретение RU №2235677 С2 Бюл. №25, от 10.09.2004.

114. УТВЕРЖДАЮ» о^щтор по научной работе государственного архитектуры1. А<? г.? строительствау.''--' ,дЩн^прЬф^чл. корр. РААСН,1. Прошин А.П.200ІГ.1. АКТ

115. На проведение лабораторных усталостных испытаний экспериментальных подкрановых балок в стенде, имитирующем циклические подвижные воздействия мостовых кранов.1. Состав комиссии:

116. Научный руководитель лаборатории' «Выносливость подкрановых конструкций» д. т. н., проф., засл. изобретатель Росси

117. Заведующий лаборатории кафедры «Строительные конструкции»

118. Начальник отдела охраны труда и техник: безопасности Пензенского государственного университета архитектуры и строительства

119. Ответственный за эксплуатацию «Стенда для циклических испытаний балок на выносливость» аспирант1. Нежданов К.К.1. Байшев М.И.1. Митрофанов А. А.ш1. Лаштанкин А.С.

120. Описание экспериментальных балок

121. Для испытаний изготовлены две разрезные балки из стали СтЗсп5 длиной Зм. Рельс выполнен арочным. Геометрические размеры балок, предназначенных для испытаний, показаны на рисунке. П. 1.1.

122. Рисунок П. 1.1. Поперечное сечение экспериментальной балки.

123. Характеристики рельса: Размеры рельса: /грел=5,9 см, ¿рсл=11,3 см. Момент инерции относительно оси х :ЛРел=30,3 см4.

124. Площадь всего сечения: А=53,6 см .

125. Краткое описание характеристик стенда

126. Испытываемые балки загружаются двумя восьмиколёсными кранами.

127. Общая теоретическая производительность стенда.

128. Два- независимых счетчика (механический и электромагнитный) позволяют в любой момент контролировать количество циклов нагружения.

129. Величина.сил контролировалась по индикаторам часового типа, у становлеї 11 іьіх на динамометрах и результатам поверки (см. таблицы ШК1-Ш11.2):

130. Непосредственный пуск возвратно-поступательного движения испытываемых балок.

131. Открыть силовой шкаф и перевести тумблер питания, подав питание на пускатель и контроллер;

132. Перевести ручку контроллера из нейтрального положения в первое;

133. Нажать кнопку «пуск» пускателя и этим- запитать силовой двигатель и включить в цепь ротора магазин, сопротивлений, размещенный рядом с контроллером. Двигатель включается, приводя балки в возвратно-поступательное движение с минимальной скоростью;

134. При нажатии кнопки «Пуск» включилась система автоматики, и реле времени. Реле времени заблокировало защиту по силе тока. По мере разгона двигателя пусковые токи уменьшаются, и с выдержкой 30 секунд реле времени вновь включает защиту по силе тока;

135. Прекращение работы стенда производится:- автоматикой, при аварийном выключении;- исследователем при нажатии кнопки «Стоп»;- исследователем при переводе ручки контроллера в нулевое положение;- отключением рубильника на распределительном щите.

136. Результаты испытаний балок в стенде

137. При проведении испытаний велся журнал испытаний, в котором фиксировались количество циклов нагружения, даты, время проведения испытаний, отметки замечания по проведению испытаний, в которых отмечались неполадки в работе, износ рельсов.

138. В процессе испытаний происходило истирание рельсов и производилась их замена: ;0108.2002. — произведена замена верхних рельсов;0209.2002. — произведена замена нижних рельсов;15.09;2002; —произведена замена верхних рельсов.

139. Испытание производилось до появления усталостных трещин в балке.

140. При накоплении каждых 500 тысяч циклов производилась смазка узла соединения; двигателя и быстроходного вала редуктора. И по мере необходимости доливалось масло в редуктор.