автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Учет влияния конструктивно-технологических особенностей в расчетах общей устойчивости элементов сварных мостов

петербургский институт инженеров железнодорожного транспорта

КОРНЫЛЬЕВ Евгении Николаевич

На правах рукописи

удк 624.21.014.25 : 075

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ОСОБЕННОСТЕЙ В РАСЧЕТАХ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СВАРНЫХ МОСТОВ

05.23.15 Мосты и транспортные тоннели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

санкт-петербург 1991

Работа выполнена в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте на кафедре «Мосты и тоннели».

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Н. И. НОВОЖИЛОВА

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. Г. ДОИЛЬНИЦЫН,

кандидат технических наук, доцент А. А. ПАШКЕВИЧ

Ведущая организация — трест Мостострой-6.

Защита состоится «2Д» . . . . 199 2г.

в . Л2>. . часов . 2>.Р . минут на заседании специализированного совета Д 114.03.04 в Петербургском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: Санкт-Петербург, Московский пр., дом 9, аудитория 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан « .23 » . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 114.03.04,

кандидат технических наук И. М. ЧЕРНЕВ А

/AircrsErtst iis.v.otem

i. J.3. «»HIHI

итдвл ^ссартлцив

- I -

ОЕДАЯ ХАРАКТЕШСГЛа РАБОТЫ TO« ЙШК npOÖJTGM уСКОрОГШЯ НауЧНО—технического

прогресса а роота эффективности строительного производства является ошконяэ катерналоег.жости, повтгазнио технологичности строительных конструкций. В связи с'этим есэ большею значоние приобретают вопроси разработки п использования новых, более прогрессивных йорм сечений и конструктивных систем, а также совершенствования методов расчета конструкций.

Актуальность т е м и . В отечественном п зарубежном шстостроагаш весьма рациональным является герметически замкнутые коробчатые сечения, выполненные из стали повышенной прочности по современной технологии с шпммалыгам количеством сварных ивов малых катетов. На основе 15 летнего опыта эксплуатации пролетит строений с такого рода элементами в нашей стране разработаны типовые проекты металлических мостов с применением сварных коробчатых элементов замкнутого сочония из стаяи повышенной прочности. Однако, дал этой прогрессивной фарш сечения сварных элементов но регяены до конца вопроси влияния на пх действительную работу конструктивных и техпологячоских факторов, в частности, вопрос о влипши сварочных напряжений па общую устойчивость таких элементов;

Работа выполнена в соответствии с целевой комплексной программой по строительству и эксплуатации автомобильных дорог Ленинградской области на 1985-1390 г.г., раздел 04.02.03.10. Номер госрегистрацил ЖП860007200.

Целью работы является изучение влияния конструк-тиЕНО-технологических факторов на общую устойчивость элементов замкнутого коробчатого, сечония современных мостовых конструкций, выполненных из стали повышенной прочности, в частности,

- 2 _ ■.

влияния остаточных сварочных напряжений, разработка алгоритмов и программ расчета критических напряжений, а такие обоснование для рассматриваемого сечения значений коэффициентов продольного изгиба ( ^ ).

Научную новизну работы составляют:

- оценка величины и характера распределения сварочных напряжение по сеченио замкнутых коробчатых элементов пролетных строений пз стали повышенной прочности, изготовленных по современной технологии;

- экспериментально-теоретическое исследование влияния сварочных напряжений на действительную работу слсатых сварных элементов замкнутого коробчатого сечения на основе анализа полученных реальных диаграмм скатив элементов натурного поперечного сечения;

- разработка и реализация на 8Ш алгоритмов расчета критических напряжений для центрально- и внецентренно-снатшс замкнутых коробчатых элементов из сталей любой прочности с учетом влияния сварочных напряжений;

- определение значений коэ^Тищиептов продольного изгиба для схатых сварных: элементов замкнутого коробчатого сечения со-вреиоютх пролетных строений мостов из стали поытешю'л прочности.

П р а к т и ч в с -к а я значимость работы заключается в разработке методики и/программ расчета на ЗЕМ критических папрякениК центрально- и шецентренно-сжатых сварных элементов замкнутого коробчатого сечения с учетом сварочных напряжении, позволяюп5К получить гранки зависимости критических напряжений от гибкости пая таких элементов из стали повышенной п]ючност,1 для случаев г.ентрачького и впецентренного сгятия и

подготовить данные для корректировки таблицы коэффициентов продольного изгиба указанных элементов в СНпП 2.05.03-84 "Мосты и трубы".

Реализация результатов работы. Методика и программы расчета на ЭВМ критических напряжений сжатых элементов пролетных строений металлических мостов используются в производственном объединении "Ленавтодор" для расчета-элементов новых и эксплуатируемых конструтщий мостов, а таюте внедрены в учебный процесс на кафедре "Мосты и тоннели" Ленинградского инженерно-строительного института.

Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертационной работы долояены и обсуждены на:

- каэдународной конференции "Сварные'конструкции" (Институт электросварки игл. Е.О.Патона, Киев, сентябрь 1990 г.);

- научно-практической конференции "Прогрессивные технологии строительства транспортных сооружений" (дом ученпх АН СССР им. М.Горького, Ленинград,, март 1990 г.);

- Ш-ей научно-практической конференции "Прогрессивные технологии, в транспортном строительстве" (Дом ученых АН СССР игл. М.Горького, Ленинград, апрель 1991 г..);

- 45-ой (1988 г.), 47-ой (1990 г.) и 48-ой (1991 г.) научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов ЛИСИ;

- заседаниях кафедры ";,!осгы и тоннели" ЛИСИ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа

содорхлт 207 страниц, в том -числе 128 страниц основного текста, 42 рисунка и 18 таблиц, Слисок литературы на 18 страницах содержит 175 источников, в том число 20 работ иностранных авторов. Приложения представлены на 89 страницах.

На защиту выносятся:

- анализ влияния сварочных напряжений на работу сяатых элементов замкнутого коробчатого сечения;

- методика экспериментально-теоретического исследования л программы расчета на ЭК.! критических напряжений центрально- п впецентренно-сиатш: сварных элементов замкнутого коробчатого сечения с учетом сварочных напряжений;

- рекомендации по, корректировке значений коэффициентов продольного изгиба ( ) для заджнутых сварных элементов коробчатого сечения из стали пошианноЛ прочности, применительно к нормам по проектирование мостов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш и отмечается научная ношзпа и практическое значонио вопросов, ио-слодуемшс в диссертационной работо.

В первой главе рассмотрен опит применения в мостах сяатнх сварных стернней различных форм поперечного сече км, приведен обзор'и анализ современна исследований технологии их изготоакшшя и напря:шшо-деформцрованного состояния (НДС), сформулированы задачи исследования настоящей диссертации,

Объектом исследования япляатся сварные замкнутые коробчатые сечонкя элементов, которые в настоящее время широко используются в зарубежном мостостроении и начиняют примениться у нао в страно взамен коробчатых сече'шй с перфорированным нгсшим

—Б— ■ ;■'•••'•■

листом. Научные разработки этой.перспективной формы сечения многие.годы проводятся А.Г.Доильницьшым и Н.И.Соколовой в НИИ мостов ЛИШТа. По их данным в герметически замкнутых коробчатых элементах процесс коррозии на внутренних поверхностях происходит на порядок медленнее, чем в открытых элементах, поэтому отпадает необходимость наложения внутренняя: сварных, швов, необходимость окраски этих поверхностей в период эксплуатации, а также необходимость перфорации нижнего листа. Снижение количества сварных швов, объема наплавленного металла,сварных швов, расхода флюса, объема механизированной резки и расходов на окраску дает значительный экономический эффект по сравнению с коробчатыми перфорированными элементами мостовых ферм. В настоящее время в нашей стране находятся в эксплуатации четыре железно- • дорожных опытных пролетных строения с такого типа сечениями элементов, первое из которых сооружено в 1975 году. На основании анализа результатов наблюдений за этими мостам!!, проведенных учеными НИИ мостов ЛИИЗТа, а также обзора отечественных и зарубежных научных публикаций подтверлдаетя прогрессивность такой формы, сечения, при условии обеспечения герметизации внутренней полости элемента. Сечение формируется наложением четырех внешних сварных швов малых катетов, вместо восьми для сечения с перфорированным листом, что изменяет картину НДС в сечении элемента.' .

Рассмотрены и проанализированы вопросы образования сварочных напряжений, а также методы их определения и регулирования. Как известно, основный возмущающим фактором, определяющим НДС является нагрев изделия:при сварке, поэтому в основу расчетных схем для оценки сварочных напряжений положены данные.о соответствующих температурных полях,.основы общей теории которых были заложены.H.H.Рыкалиным и подучили дальнейшее развитие в трудах

Н.О.Окерблома, Г.А.Николаева, В.А.Винокурова, а.а.Казикирова, Н.Н.Прохорова, В.И.Ыяхненко и др. Методы расчетного определения сварочных напряжений разработаны в трудах Г.А.Николаева, Н.О.Окер-блома, К.Ы.Гатовского, В.С.Игнатьевой, Г.Б.Талыпова и др.

Задачу о влиянии сварочных напряжений на общую устойчивость элементов впервые теоретически решил методом приведенного сечения Л.Н.Тер-Мкртичьян. Продолжение и развитие эти вопросы получили в работах Л.П.Шелестенко, Н.И.Нобожиловой, И.В.Торопова, Я.Августина, А.Хубера, Л.Бидла, Р.Осгуда и др. На основании экспериментальных и теоретических исследований сварных стержней открытого сечения (двутаврового и Н - образного) установлено, что для стержней налой гибкости ( X 6 40) несущая способность определяется величиной предела текучести и сварочные напряжения на изменение критических сил практически не влияют; для гибких стержней ( Л, > 110) сварочные напряжения также не сказываются на величине критических напряжений, определяемых по формуле Эйлера. Влияние сварочных напряжений наблюдалось в диапазоне средних гиб-костей ( 40<Л< 110) и особенно при Л = 90, где максимальное снижение критических напряжений достигало 29 %.

На снижение влияют, главным образом, сварочные напряжения сжатия, величина которых зависит от технологии сварочных работ, геометрических параметров сечения, прочности стали и,по данным института электросварки им. Е.О.Патона,для коробчатого сечения может достигать 90 % от предела текучести. Эти напряжения шгут значительно снизить область упругой работы элемента. Экспериментальные исследования сжатых сварных стержней двутаврового сечения, проведенные под руководством Л.Н.Тер-Мкрти чьяна, показали снижение их предела пропорциональности до 50 % в сравнении с аналогичными элементами без сварочных напряжений.

Вопросы устойчивости элементов в упруго-пластической области разработаны в трудах А.В.Гемлерлинга, Г.Е.Вельского, В.В.Иинаджа-на, Б.М.Броуде, С.Д.Лейтеса, В.И.Ыоисеева, В.Д.Клвшникова, К.Вке-ка, Е.Хвалла, Дж.Б.Двайта и др. Проблеме обеспечения общей устойчивости элементов конструкций металлических постов посвящены работы А.А.Потапкина, Н.И.Новожиловой, Л.П.1!1елестенко, Д.Незерко-та, Г.Иульца и др. Экспериментальные исследования общей устойчивости сварных коробчатых элементов проводились, судя по публикациям, значительно реже и главным образом на моделях, что не позволяло учесть особенности принятой технологии изготовления и специфику распределения сварочных напряжений по сечению реальных элементов современной конструктивной форда.

Для.оценки влияния сварочных напряжений на общую устойчивость элементов коробчатого сечения применительно к мостостроению, автором исследуются сварные замкнутые коробчатые элементы, выполненные по современной заводской технологии, из стали повышенной прочности марки ЮХСНД,реального сечения, соответствующего элементам, примененным в опытном пролетном строении через р.Ловать, а также в типовом проекте Гипротрансмоста (серия 1293).

Во второй главе приведены материалы теоретических исследований критических напряжений сжатых стержней коробчатого сечения, работающих в упруго-пластической области с учетом влияния сварочных напряжений. Разработаны алгоритмы и составлены программы расчета на ЭВМ позволяющие решить, следующие задачи:

- определение значений критических напряжений центрально-сжатых стержней на основании теории приведенного модуля;

- определение значений критических напряжений центрально-сжатых стержней на основании теории касательного, модуля;

-е- -

- определение значений критических напряжений внецентренно-схатых стержней.

При решение данных задач приняты допущения:

1. Рассматривается плоская форма изгиба.

2. Справедлива гипотеза.плоских селений.

3. Кривизна сжатого стержня описывается приближенным выражением »

х-

Р " с1хг

4. По длине стержня его поперечное сечение не меняется.

5. Ось стержня изгибается по синусоидальному закону:

у- у»

где - прогиб в середине стержня.

Для открытых сечений (двутавровых и Н образных) из малоуглеродистой стали известны решения подобной задачи П.Н.Поликарповым и Н.И.Новожиловой энергетическим методом, путем математической обработки реальных диаграмм сжатия на основании теории приведенного модуля. Однако, такая обработка связана с трудоемкими операциями определения положения нейтральной оси в кавдой точке диаграммы сжатия, что не позволило рассмотреть другие формы сечений элементов, в частности замкнутые коробчатые. На основании указанного подхода автором разработаны алгоритмы определения критических напряжений для коробчатого сечения.

Для каждого значения осевого напряжении ( ) центрально-сжятсго стержня в упруго-пластической области работы можно найти соответствующее значение гибкости, при котором происходит потеря устойчивости, по формуле (I), предварительно определив по формуле (2) величину приведенного модуля.

■ , А ЭС

С)

(2.)

7

где £1 - приведенный модуль;

О п. - момент инерции 11 -ой -элементарной площадки поперечного сечения стержня, в пределах которой £х ~ СОК5£

И К

[х = - модуль деформации;

¿7 - момент инерции поперечного сечения стержня, относительно оси, проходящей через центр тяжести.

Положение нейтральной оси определяется на диаграмме сжатия (рис. I) деформациями с?катия и растяжения волокон ( <5, и &2 ), а также соответствующими им напряжениями ( и 61 ) при условии равенства эпюр сжатия и растяжения С Л< и /1г ).

Составляющие приведенного модуля по элементам сечения, определяются следующими зависимостями, полученными автором:

Е 4 Г*!*) (3)

Г м; I I .1 —.. —. .......... I II .1 —......—. II '

СЧ)

4£ (Ч^Зф^а-Ч'«)**^) С5)

чЕ6

(Б)

Рис. I Расчетная схема поперечного сечения центрально-сжатого коробчатого элемента.

где

-U-

ЧГ'*ТГ>

ioi и Eon. - модули деформаций для- конкретных значений ( б"0 + 6"t )

Зависимость = на участке бпи, + бтее определяется

путем аппроксимации результатов эксперимента или задается стандартной функцией.

Исходными данными вводимыми в программу PIA3T , реализу- ■ щую данный алгоритм на языке Ф0РТРАН-1У, являются механические характеристики материала и сварного элемента, а также геометрические характеристики его поперечного сечения. Выходные данные -значения критических напряжений в упруго-пластической области и соответствующие этим напряжениям значения гибкости.

Для определения нижней границы значений критических напряжений сварных стержней коробчатого сечения, была использована методика, основанная на теории касательного модуля. Зависимость методу напряжениями и деформациями, а также точное выражение для касательного модуля были приняты в трактовке Н.К.Снитко, который для инженерных расчетов допускает применять уравнение основанное на простой параболической зависимости, в свое время предложенной Ф.Шенли и подтвержденной экспериментальными исследованиями.

ег^ (6V )Л Г) . "

2 ас t С7)

+ V (6"" - w^-euo

Методика определения критических напряжений Енецентренно-сжатых стержней коробчатого сечения разработана на основании

теории приведенного модуля. Однако, в этом случае вследствие эксцентриситета ( 6 ) увеличение нагрузки сопровождается увеличением прогиоа ) и величины момента внутренних сил ( Мс ). Процесс изменения напряжений происходит монотонно и на выпуклой части сжато-изогнутого стержня упругая разгрузка отсутствует. Площадь эпюры растяжения к^ показана на рис.1. Значении припе-денного модуля по длине стержня различны, поэтому их расчет производился на конце стержня, где значение модуля максимально, и г, середине - где это значение минимально (при одинаковых концевых опиракиях). Как и в случае центрального сжатия С { вычисляется по формуле (2), как сумма значений составляющих приведенного модуля, определяемых по формулам (3 -г 6). Значения и ¿г выкис-ля-отся для конкретного значения б"0 в диапазоне напряжений между' пределами текучести и пропорциональности из условия равенства моментов внешних и внутренне сил. Момент внешних сил определяется по формуле:

Ма'^-(е^)

При расчете Е/ на конце стержня £ = 0, при расчете ь середине стержня значение прогиба определяется по формуле:

ь

Я У

— (8)

Л ху. АкЧ

Выражение момента внутренних сил для коробчатого сечения имеет взд

2Г) ^-¿-(-^---ТУ

2 сб.

й)

-чз-

Нри б^-б'пц на выпуклой части стержня имеет место упругая разгрузка. Кроме того, при 6Г0 >6^ значение , удовлетворяющее уело пи'О Ма= М; может значительно превьлать значение ( £>о~ £1 пи, ) (рис.X). В этих случаях выражение для момента внутренних сил оудет ишм, а именно:

М -!А °< ( 6« ^ N + 1 QkfSii. - -Х±Л +

, Ы . , ьк

где = - д - , - -д—

|-> ~ расстояние от центра тяжести Ач *, Аг до нейтральной оси;

^"^г." расстояние между центрами тяжести эпюр А* и А2 ;

А - площадь поперечного сечения стержня.-Вы"Исло!шо момента внутренних сил производится при условии равенства площадей эпюр сжатия и растяжения на диаграмма, т.е. Д4= At •

Исходными данными, вводимыми n програчшу расчета PLAST 2 являются геометрические характеристики сечения, пределы текучести и пропорциональности материала и сварного элемента, а также значение эксцентриситета приложения нагрузки. Реализация программы позволяет установить функциональную зависимость 6"мг^СЛ]при различных значениях эксцентриситетов.

В третьей главе' приведет денные экспериментальных исследований о влиянии сварочных напряжений на работу сжатых спарных элементов замкнутого коробчатого сечения. Репены следующие задачи:

- построение диаграммы сжатии материала (стиль .'.-.арки ICXGi/O по результатам механических испытаний стальных цилиндров {\'.ьч:л-

ДО-

ров) высотой 20 мм. и диаметром 10 мм.;

- определение величины и характера распределения сварочных напряжений по сечению замкнутого коробчатого сварного элемента;.

-построение диаграммы сжатия сварного элемента по результатам испытаний на центральное сжатие натурных элементов замкнутого коробчатого сечения.

Влияние сварочных напряжений на работу элемента оценивается в результате сравнения диаграмм сжатия материала и сварного элемента, а также анализа эпюр сварочных напряжений. В результате испытаний крешеров, проведенных на машине Р-5, по показаниям электротензодатчиков, наклеенных на боковой поверхности крешеров, были установлены характеристики диаграммы сжатия: бщ^ = 350 Ша, бтек. = 400 Ша, а также зависимость 6-£ (6) в упруго-пластической области.

Измерение остаточных сварочных напряжений по сечению элемента производилось механическим способом основанным на освобождении металла от внутренних напряжений, вследствие его разрезки на продольные (вдоль сварного шва) полосы малой ширины. Измерения производились в двух сварных элементах высотой 400 мм., поперечное сечение которых изображено на рис.2 , при помощи тензодатчи-ков с базой измерения 5 мм. Датчики наклеивались в среднем по высоте образца сечении, в центре условной полоски шириной 30 мм. • Таким образом, сварочные напряжения определялись в 62 точках сечения, на основании чего были построены эпюры сварочных напряжений, представленные на рис.2.

Испытания сварных элементов коробчатого сечения на осевое сдатие проводились на прессе Ж1С-500. Шли испытаны три образца малой гибкости, несущая способность которых определялась пределом текучести, чао позволило обойтись без шарнирного опирания, а использовать плоские опорные плиты приваренные по контуру сечения

испытываемых элементов. В процессе испытаний измерялись следующие параметры:

- абсолютное укорочение сварного элемента при помощи ком-пресоометров М1 4 М4, которые представляют из себя устройство, состоящее из металлической штанги, подвешенной к верхней опорной плите и опирающейся на головку мессуры, установленной на нижней опорной плите;

Рис. 2 Эпюры измеренных сварочных напряжений (Ша) ("+" - растяжение, "-" - сжатие) и геометрические характеристики поперечного сечения.

- продольные деформации - тензодатчиками, наклеенными по трем сечениях казвдой грани элементов.

Кроме того, для контроля местной устойчивости с помощью меесур ¡45 4 М8 измерялись поперечные деформации. По три тензодат-чика типа 5Ш-10-100-Б-12 наклеивались в сечении каждой грани, причем оцин из них на максимальном удалении от сварных швов, а два других в местах, где были замерены максимальные сжимашие сварочные напряжения. Для снятия показаний применялся прибор ИДЦ-1.

Нешарнирное опирэние образцов приводило к необходимости

обеспечошя Апшимапьш-вовгдшюго зхссцентрясптета приложения испытательной нагрувкд, при котором сжатие мо:-лю считать центральным, ограничиваюсь учетом специального коэффициента запаса по устойчивости. С ¡этой долью бшш проводены пробные установи! и предварительные испытания пссладуешх элементов в предолах упругой областл работы л определены относительные деформации при различных уровнях нагрухенпя, По этим деформациям бшш подобраны уравнения плоскости,'дздя чего бил использован метод наименьших квадратов, применительно к коробчатым элементам без учета депланации сечений, и найдены эксцентриситеты приложения испытательной нагрузки дат каздой установки.

Относительные эксцентриситеты приложения 'внешней нагрузил .вычисленные по деформациям, изморенным с помощью компрессомет-ров приведены в таблице I.

Таблица I

ув координата образца ОС: У

Образец й I +0,033 +0,057

Образец И-2 +0,041 =0,010

Образец й 3 +0,019 +0,025

Кроме того, величина относительного эксцентриситета была вычислена по деформациям, измеренным с помощью электротен-зодатчлков, причем полученное максимальное значение (0,067) хотя п превышает аналогичное, определенное с помощью компрес-сометров, хорошо согласуется с критерием Янсена о возможном случайном эксцентриситете слатых элементов пролетных строений мостов, а такяе с данными других исследователе", анализ кото-

рых проведен автором.

Учет начальных несовершенств сварных элементов (начальных погибай в средних по высоте сечениях граней) производился путец корректировки диаграммы сжатия, в частности значения предела пропорциональности, с использованием методики, разработанной в ЦЯИИСе Л.П.Швлеотепко. Предел пропорциональности, зафиксированный в процессе испытания сварных образцов увеличивался на величину Дб , вычисляемую по формуле:.

где ^-в - начальная погибь грани;

"Ь - толщина листа грани;

- 1фитическов напряжение плоской пластинки из неограниченно упругого материала, определяемое по формуле (12);

Л - высота грани;

& - ширина грани;

т) - коэффициент поперечной деформации.

РГ кзигЕ

Ьо —т~ . (12)

К - коэффициент, зависящий от величины 0-/2 .

I

В результате обработки результатов испытаний сварных колош: и корректировки диаграммы сжсатая с учетом замеренных начальных несовершенств (погибай), установлено значение для предела пропорциональности б'пц =242,3 МПа, что определяет сгасхо-нле области упругой работы сварных элементов из стали данной марки ( бпи, = 350 Ша) на ЗО-'. Величина сшиегтя предела пропорпиональпости согласуется с величию?- измеренных ссароч-

ных напряжений снятия в поперечной сечении элементов, что позволяет предположить причину этого снижения как результат суммирования остаточных сварочных напряжений элемента с сжимающими напряжениями от испытательной нагрузки.

В четвертой главе приведены результаты математической обработки реальных диаграмм сжатия и получены значения критических напряжений и коэффициентов продольного . изгиба ( ^ ) в зависимости от' гибкости для сварных элементов ' замкнутого коро'бчатого сечения, применяемых в мостостроении.

На рис. 3 приведены результаты расчета критических напряжений центральпо-чжатых упруго^Елаотичоских элементов рассматриваемого сечения методами приведошюго и касательного модулей . с учетом и баз учета сварочных напряжений. Анализ результатов позволяет определить область максимального влияния сварочных напряжений на величину критических напряжений и количественно оценить это влияние, "а'также оценить расхождение значений критических напряжений, вычисленных на основании теорий приведенного и касательного модулей. Дня исследуемого сечения максимальное снижение б*««» (до 13$) установлено в диапазоне гиб-костей Хб(б5-г 75)> ;

Расчет внецеитренно-с&атнх стержней замкнутого коробчатого сечения выполнен для различных значений относительных эксцентриситетов. Так определение с Ш= 0,0001 имело своей целью сопоставление результатов полученных по методике расчета внецентрепно-сжатнх стершей с результатами, полученными для случая центрального сжатия. Графики, приведенные в диссертации показывают достаточное согласование этих результатов.

Автором проведены расчеты критических напряжений с экс- . центрпситетали, измеренными в процессе проведения испытаний па сжатие сварных элементов и оценено влияние эксцентричности

Рис. з. График зависимости критических напряжений от гибкости центрально-сжатых стержней коробчатого сечения

—-—»—— данные обработки диаграммы сжатия материала методом приведенного модуля; —«—» данные обработки диаграммы сжатия материала методом касательного модуля;

-- данные обработки диаграммы сжатия сварной колонны методом приведенного

модуля;

—----данные обработки диаграммы сжатия сварной колонны методом касательного

модуля;

—I—%— - теоретическая зависимость Эйлера.

-го-

та снижение б*р , Так, в предположении упругой разгрузки на выпуклой части сечения установлено наибольшее снижение величины критического напряжения до 8% при гибкоотях -г 7о). Такое предположение обосновано тагае и анализом экспериментальных в теоретических исследований отечеотвенныхи зарубежных ученых, лосвящеаныг оценке возможного влияния конструктивных и случайных эксцентриситетов. '■'

Вычисление коэффициентов продольного изгиба центрашю-сяатюс элементов произведено как

; («)

Отеь ^с.

где б'чгр — критическое налряиэяие, полученное в результате расчета центрально-сяатнх стержней, ^ либо шепвнтренно-ояатнг ощ = 0,0001;

Кс - специальный коэффициент запаса по устойчи-:

. ' ' ВОСТИ. ' •''.'.

Анализ значений I? , вычисленных дош элементов рассматри- , ваемой формы с учетом и без учета сварочных напряжений и сравнение их с коэффициентами, рекомендуешь ШиП погазалп, что коэффициента продольного изгиба, полученные автором превышают аналогичные значения СНиП в зоне средних гибк.остеХ "!)\.£(30 + 80), причем максимальное превышение достигает 14$ при Я - 70 (рис.4). В зонах малых и больших, гибкостей значения полученных коэффициентов совпадают с имеющимися. Увеличение рассматриваемых коэффициентов автор объясняет влиянием форг.га поперечного сечения, что в строительных нормах для случая центрального сжатия пе учитывается. 1 -.'

■Р-Н

0,30

0 10 20 30 40 50 60 70 00 90 100

Рис. 4 Значения коэффициента продольного изгиба ( ), расчитаннш для центрально-сжатых стержней замкнутого коробчатого сечения :

— по теории приведенного модуля без учета сварочных напряжений;

по теории касательного модуля без учета сварочных напряжений;

----- по теории приведенного модуля

с учетом сварочных напряжений;

------ по теории касательного модуля

с учетом сварочных напряжений;

« ■ ■ - по СНиП 2.05.03-64 без учета сварочных напряжений;

--по СЭМ1 2.05.03-84 с учетом

сварочных напряжений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и вывода

На основании обзора и анализа имеющихся научных публикаций о влиянии сварочных напряжений на общую устойчивость сварных стержней, а также экспериментально-теоретического исследования, проведенного в диссертационной работе, установлено следующее: - ' ;

1. Влияние сварочных напряжений на величину критических сил упруго-пластических стержней замкнутого коробчатого сечения, применяемых в современном мостостроении, в зависимости от конструктивно-технологических факторов до настоящего времени количественно не оценено. Коэффициенты продольного изгиба { <| ) предлагаемые действующим СНиП 2,05.03-84 "Мосты и трубы" для элементов свардрх мостов получены, главным образом, по результаты испытаний сварных стершей открытых сечений (двутавровых

и Н-образных) и не учитывают специфику очертания эпюр сварочных напряжений по сечению коробчатых стержней, изготовляемых по современной технологии.

2. Экспериментальные исследования, проведенные автором на натурных элементах малой гибкости, по геометрическим размерам сечения, свойствам материала и технологии изготовления подобных сжатым элементам современных типовых пролетных строений металлических мостов, позволили оценить их исходное папряленно-деформированное соотояние, а в соответствии о этим и действительную работу элементов. Величины продольных начальных сварочных напряжений и характер их распределения по сечению были получены после механической разрезки коротышей от исследуемых коробчатых элементов на продольные полосы малой ширины.

3. Получении автором реатьные диаграммы сжатия трех сварных коробчатых элементов малой гибкости и натурного поперечного сечения тюд-^ердпли сют^еиие предела пропорциональности и области

упругой работ сварных элементов до 20% по сравпеииго с пределом пропорциональности их материала., установленным испытаниями крешеров. В первую очередь, снижение предела пропорциональности было зафиксировано в тех точках поперечного сечения коробчатых элементов, где имели место максимальные начальные сварочные напряжения сжатия, причем величина' снижения примерно соответство-вача уровню этих сварочных напряжений.

4. На. основе использования получению: раалышх диаграмм сжатия сварных коробчатых элементов и теорий приведенного и ка-са?с.тгдого «»дуля автором разработаны алгоритмы и программы расчета на ЭВМ критических напряжетй для центрально- и внецентреи-но-сжатнх сваршк коробчатых элементов, изготовленных по современной технологии, пригодные .для расчета элементов из сталей любой прочности. По результатам расчетов построены графики зависимости критических напряжетй от гибкости для элементов замкнутого коробчатого сечения, показавшие снижение критических напряжений из-за влияния сварки до 13^ в диапазоне габкостеЯ

Хе (65 -I 75).

5. Автором определены коэффициенты продольного изгиба () для сварных элементов замкнутого коробчатого сечения современных пролетных строений мостов. В области средних шбкостей

(от 50 до 90) установленные коэМйгионти повышают значения ^ , имегацисся в тайлице СНнП .для сварных стержней, прячем для гиб-костеИ ^ & С 8С + 0о) это увеличите составляет 14 Таким образом в этой области, для рассматриваемых элементов может бить получена экономия металла. Для элементов меньоях к бэль-ких гпбкостс* полученные значения коэ^.-шнентов согласуется с установленными деПствуглми нормативами.

-2Y-

Осповпш положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Новожилова Н.И., Коршкьов E.H., О нишши сварочных напряжений на об;цуй устойчивость сторгаей в связи с формой поперечного сечения //Вопрооы кадшглостп мостовых конструкций: Ыеквуа. темат;сб'."тр./ ЛШ1, Л., 1988, с;43-54

Ыовояилова Н.И., Корншьов E.H. О влиянии технологии п.?го-товлешш па напрякегао-деформдфоватюе состояние коробчатых элементов сварных ьгас?ов//Строитэлъпая механика сооружений и мостовых конструкций: Матеуз.томат.об^тр./ ЛИСИ, Я., 1990, с,24-28

Новогллова П.Н;,Коряыльов E.H. Елияшзо сварочных палржэлпк r.a общух> устойчивость мостовых элементов в ааьиоп.гасти от формы • их подарочпого сечения и от прочности стали// Ссарныз конструкции: Твз.дота.мзздукардекф;/ ИЭС, Кяов, 1990, о.103-104

Иовохилова H.H., Корзкпьоз Е.Н.' Учет кокструктивпо-тохноло-гпчеоксг параметров в "расчетах общей устойчивости слатых неупру-гех моментов сварных костов//Йптенсификация строительства: Тэз. до1сл.регаоЕальн;каучи;'Т0Х11.коиф;/ Владимир, 1988,' с.117^118 -

Корнилов E.H.,Новожилова Н.И. К расчету устойчивости свар-кых (¿сотовых элементов коробчатого сечепия с учетом реальной диаграммы сжатия.//Повышение эксплуатационной надеглости автомобильных дорог и мостов в нечерноземной зоне FGI-CP: Медвуз.темат. сб.тр./ ЛИСИ, Л., 1991, с.60-55

Подписано к печати УГ. 12.91г. Объев 1,5 п.д.

Начать офсетная. 1умаго для кножиг. апп. еоргат fcux84 I/I6

1итза>. и.и экз. саказ Бесплатно.

Fi.i i.tjTöpCyprcKcro ин-та ина. л.д. тр-га, 19uu3I .С.Петербург; >гковс;:ии пр.