автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние остаточных сварочных напряжений на несущую способность сжатых сварных стержней

I 7 09 9 0

МОСКОВСКИ»! ордена трудового красною 311.4,ж! инненерно-с'гроитеньлия институт им. И.ВЛСМК.'ШЫЗЛ

На правах ругссписи

вершинин вллдшир пьтроеич

УДК 621.791.05й:539.4.0И« Ш.073

влияние остаточных сварочшх КАПРЙлВДГЛ на

нглущп) способность сжатых евших стп>ЙНКЧ

05.23.01 - Строитолыше конструкций, здания я сооружения

Автореферат

диссертации на сскскагав утенок степей:? кандидата технических иду к

Москва - 1990

)

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамена инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Игнатьева Вера Семеновна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Злочевский Анатолий Борисович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Пименов Игорь Яотозич.

Ведущая организация - ШИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова.

Зада та диссертации состоится п О^ОГЭ^^кЯ 1990 года в часов на заседании специализированного совета

К.053.И.01 в МИСИ им. В.В.Куйбшева по адресу: 113114, Москва, Шлюзсвая наб., д,8, в аудитории й ш .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просии Вас принять участив в защите и направить отзыв в Ученый совет МИСИ им. В.В.Куйбышева по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д.2В,

Автореферат разослан "-^Ь * О/^С&^З) 1990 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Э.В.Филимонов

¡пнйЯ

НЕМ |

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

дел Актуальность работы. Одним из важных направлений научно-тех-

гсацкй 3

•"Шттеского прогрессе в области капитального строительства является повышение эффективности стальных конструкций на основе совершенствования методов их расчета.

Одним из путей совершенствования методов расчете конструкций является учет всех факторов, влиявднх на работу констругасна, в том числе и остаточных сварочных напряжений, которые веизбевно возникают при сварке.

В настоящее время можно считать установленным факт влияния остаточных сварочных напряжений на кесудув способность сжатия ств>-яней, работавдих на продольный изгиб. Вместе о том при проектирования сжатых стержней остаточные сварочные напряжения учитывается в недостаточной степени, а еоли учитываются, то, как правило, учет этот носит качественный характер.

Центрально и внеденгренно-схатыэ сварные стержня занимают значительное место в металлических конструкциях (колонны пропиленных зданий, пояса и решетка большепролетных ферм, стойки фахверка и т.п.). Эффективное использование этих конструкций правда воего зависит от обеспечения их высокой эксплуатационной надежности.

Количественный учет остаточных сварочных напряжений всегда приводит к повышению надежности схатых старяней работающих на продольный изгиб, а в ряде случаев является резервом снижения металлоемкости.

Енгпосказанноэ указывает на то, что определение областей я характера влзтгая остаточных сварочных напряааний на несущую способность стержней, работающих на продольный изгиб и разработка рекомендаций по подбору их сечения с учетом оотаточлкх свэрочнн*

Я

ичгф;и.бчий /¡э.чяг-.-тся актуальной задачей и имеет больиое практичос-соч виачеиие.

Нечы? риссетчатаи является повышение эффективности работы сяагих гтер:Е1ей на устойчивость путей учета остаточных сварочных шшряжеиий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить слядупцие

вопросы:

1. Выявить распределение температуры по толщине элементов двутавровых стержней при рекомендуешь режимах сварки поясных швов г з зависимости от этого определить напряженно-деформированное состояние ог сварки в стеркнях составного сечения для случаев:

я) когда распределение напряжений достаточно равномерно по толщине елементов стержня (полки и стенки);

б) когда распределение напряжений по толщине элементов су-ийптбсрно неравномерно;

2. Проанализировать работу стержня на продольный изгиб о учетом ссгаточаых сварочных напряжений;

3. Установить интервала измененияшбкостей, где остаточные сварочные напряжения существенно влияот на несущую способность стержня, и где это влияние незначительное и им можно пренебречь;

4. Разработать инженерный метод расчета сжатых стержней на ойшую устойчивость с учетом остаточных сварочных напряжений в зависимости от геометрических параметров сечения стергня, вида материала и параметров сварки;

5. Экспериментально проверить результаты расчета по разработанной методике при различных геометрических размерах элементов, величинах эксцентриситетов, механических свойствах материала и различных параметрах сварки стержней;

С. Разработать рекомендации и подготовить материал в виде ■таблиц р графиков, удобный для применения при расчетах сжатых

сварных стержней с учетом остаточных сварочных напряжений.

Научная новизна работы заклотается в следующем:

1. Показаны диапазоны изменения геометрических параметров стержней, при которых влияние остаточных сварочных напряжений наиболее существенно;

2. Разработана методика расчета остаточных напряжений при сварке поясных швов, когда сварочные напряжения а деформации распределены существенно неравномерно по толщине элементов

( ) 16 1ш);

3. Разработана методика подбора сечения сжатых стерхней при расчете на общув устойчивость с количественным учетом остаточных сварочных напряженна по двум вариантам:

а) для малых толщин элементов ( 16 мм);

б) для больших толщин элементов ( ¿у ) 16 ш).

Практическая ценность работы. Разработанная инженерная методика учета остаточных сварочных напряжений щм расчете сжатых стержней на устойчивость, как при центральном так п при вяацент-ренном сгатяи реализована в виде программы для расчета на ЭВМ в удобном для использования виде.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании металлических конструкций, в учебном процессе при изучении курса "Металлические конструкции" для всех специальностей, в работах аспирантов, работапдих з области металлических конструкций.

Внедрение результатов. По результата« исследований составлены "Рекомендации по учету остаточных сварочных напряжений при расчете сяатых сварных стержней на общув устойчивость", ?оториа разосланы заинтересованным организациям. Подготовлены ¡тредло>гекя>-по внесению изменений и дополнений в СНиП П-23--8 Iя Стальннв г-'н-струкции.

Апробация работы. Основнче результаты тлоротитескчх и г,>-«?.

рниентальшх исследований доложены на научно-технической конференции ШСИ ш.Б.В.КуШЗтаева (1986 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве" (Челябинск, 1986 г.), на научном семинаре отдела статической и динамической прочности ЩШпроект-оталькоиструхция зам. Н.П.Мельникова (1988 г.),на научном семинара кафедра Строительных конструкций МНИТ (1988 г.), на научных семинарах кафедры Металлических конструкций МИСИ им. В.В.Куйбышева (I985-1989 гг.).

Публикация. Но результатам исследований опубликовано пять статей.

Объем п структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка литературы и приложений. Обпскй объем работы 236 страниц, в т.ч. 145 страниц машинописного текста, 39 рисунков на 43 страницах, 7 таблиц, список литературы из 118 наименований, 36 страниц приложений.

На заютт выкосятся;

- анализ влияния остаточных сварочных напряжений на несущую способность сжатых стороной в зависимости от гибкости стерзия, фарш и геометрических параметров сечения, а также марки стали;

- методика определения сварочных напряжений при сварке поясных шов в элементах составного сечения с элементам большой толщины, когда распределение напряжений по толщине элементов от сварки нельзя считать равномерным;

- методика подбора сечения сжатых стержней при расчете на уотоЕчивооть с учетом остаточных сварочных напряжений по двум вариантам.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность выбранной теш, сформулированы цель работы, ее новизна и практическая ценность.

В первой главе сделан анализ опубликованных работ по существующим методам расчета сяатнх стеркаей на устойчивость а проанализированы результаты теоретических и экспериментальных исследований по вопросу влияния остаточных сварочных напряжений на работоспособность саагых отеркней. Выполнен обзор работ по исследовании сварочных напряжений и деформаций в элементах большой толщины. Сделан краткий анализ отечественных нормативных документов (СНяЛ П-23-81я Стальные конструкции и СНяП 2,05.05-84 Мосты и трубы) и нормативных документов ряда зарубежных стран (ГДР, ЕКМК, Канада, США, ФРГ, Франция, ЧССР, Япония) по вопросу учета остаточных сварочных напряжений при расчете сжатых стержней на устойчивость. Изложены вопросы, поставленные в диссертации.

Анализ литературных данных показал, что суаествуияио метода расчета строительных металлоконструкций на устойчивость учитывают з недостаточной степени наличие в конструкциях остаточных сварочных напряжений (учитывает приближенно, отмечая лишь качественную сторону).

Обзор исследований по определению сварочных напряжений в деформаций в элементах большой толщины, разработанных как советскими, так и зарубежным исследователями (В.А.Винокуровым, К.М.Гатов-ским, И.М.йдановым, В.С.Игнатьевой, В.И.Кахненко, Д Й.обеп1ка£- и др.) показал, что распределение сварочных напряжений и деформаций в стержнях составного сечения с элементами большой толщины изучено недостаточно а для более полного изучения требуется проведение дополнительных исследований.

Анализ исследований по вопросу влияния остаточных сварочных напряжений на устойчивость сжатых сторю;ей (работа Я.Л,Августина, Г.Е.Бельского, А.В.Геииерллнга, Х.Кихари, Х.Лун, БД'.Матаенко, В.В.Охигина, Н.О.Окерблана, Л.Толла, М.Р.Хорна, Л.П.!Гелесге?гко я др.) показал, что проведенные исследования носят частный характер.

В цех, как правило, установлена липь качественная сторона влияния остаточных напряжений на обчув устойчивость, что привело к тому, что в литературе нет единого мнения по атому вопросу.

Краткий обзор отечественных и зарубежных норм проектирования металлических конструкций показал, что в ряде нормативных документов (СЬ'иЦ 2.05.03-84 Мосты и трубы, нормативные документы ГДР, ЕШК и др.) при расчете ежатах стержней на устойчивость учитываются остаточные сварочные напряжения. Однако при этом недостаточно точно учитывается геометрические характеристики стержней, режим сварки к прочность стали, как факторы вляящив на величину и характер распределения остаточных сварочных напряжений, что делает этот учет скорее качественным, чем количественным.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований распределения температуры при сварке по толщине элементов в тавровых соединениях. Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с результатами расчета по теории распространения тепла при сварке Н.Н.Рышшша для случая наплавки валика на поверхность массивного тела и показали возможность использования этого расчетного случая определения температур! в стержнях составного сечения с большей толщиной полки.

Как эксперимент, тал и расчет показали, что при толщине полки двутавра ^ > 16 мм и сварке с минимально допустимых® по технологическим требованиям зсагеташ швов полка по толщине прогревается весьма неравномерно. При меньшей толщине полок можно считать» что полка прогревается равномерно по толщине.

Далее во второй главе излагается методика определения временных и остаточных сварочных напряжений, Методика разработана для нажеследупцих случаев: ■ ■

I. Стерши с "малыш" толцинами элементов ( 4 К мм),когда распределение остаточных напряжений по толишнз элементов можно

считать равномерным;

2. Стержни с "большими" томдагали элементов, когда остаточный сварочные напряжения по толщине элементов распределяется неравномерно.

Разработанная методика позволяв? определить Сварочные напряжения л деформации в элементах составного сечения при различных комбинациях составлявших сечение полос, различных соотношениях ух геометрических размеров н различной'посладовательноста ншмднеичя сварных свов.

Далее во второй глазо излагается разработанной автором аналитический метод расчета временных и остаточных сварочных иа!1р:1?.о)тй з дзугаврових стержнях с элементами болыаой то.таиш. Расчет вапол-яоп в предположении справедливости условий плоской дрДормацкя. Сечения, удалеггшо ог концов стержня можно считать находящимися б условиях плоской деформации. Данный метод является развитием метода "фиктивных температур", разработанным на кафэдро металлических конструкций ЖЗЛ им.В.В.Куйбышева В.С.Игнатьевой.

Реиение задачи ло определению доля остаточных сварочных н.чл-ряжсний в двутавровом стержне с элементаш больсой толалки сводится к опродзленио напряженно-деформированного состояния в полке и стенхо, как отдельно существующих системах, а затем к решенаю задачи о совместности деформаций по линии ах сопряжения.

Полка рассматривается как пластина ограниченных размеров с наплавленным на се поверхность валлхоц. Определение напряжений выполняется в слэдуюцей последовательности:

I. В соответствии с методом "фиктивных температур" определяется расчетный момент времени t/l (время остывания металла шве до 600°С) и соответствующее ецу распределило температуры. Считается, что пластическая состаилгтг,ал внутрекзих времшшх деформаций сфорглрсзолась к выбранному моменту врмзнз »'

2, Определяются временные напряжения в расчетный момент времени ^ ;

3. Определяются остаточные напряжения от пластической составлявшей интенсивности временных условных напряжений (внутренних деформаций).

В соответствии с принятой гипотезой плоской деформации для решения поставленной задачи рассматривалось напряженно-деформированное состояние слоя, развившееся в плоскости 20У. Для этого из средней части (по длине) полки плоскостями перпендикулярными оси ива, вырезался элемент толщиной (¿х..

• В соответствии с изложенным, вывод расчетных формул (3), (4) велся по следующей схеме. В начале, предполагая неограниченность элемента в направлении осей 2 и У , температура и напряженно-деформированное состояние определялись как в бесконечном слое толщиной (¿х. от мгновенно действуюцего линейного источника тепла длжной сСх . Затем определялись температура и напрлж-знно-д&фор-шрованиоэ состояние, учитывая ограниченность размеров пластины в направлении осей 2. н У . Для этого кромки пластины загружались напряжениями, причем напряжения подбирались такими, чтобы выполнялись граничные условия л условия равновесия (I) и (2)

^ 4 Ш\ъ)=о

¡фЩЫа-О (-2) л -¿/г о *

Дополнительные напряжения определяются от ряда фиктивных источников и стоков тепла, расположенных вдоль осей 1 я У о учетом граничных условий я условий равновесия (I) и (2) для составлявших напряжения.

В результате преобразований были получены: Формулы распределения температуры п элементе с размерами сЬэс к $г* I \

(3)

с-Ж: г- г__<$в?-п

где 0. - тепловая нагрузка/ Лх/аР;

А - коэффициент теплопроводности, Дх/см.с.°С;

Iу - расчетный момент времени, с;

ОС - коэффициент температуропроводности, с-^/с;

проекции на ось у и ссь 2 расстояния от исследуемой точки тешерагурнэго поля (%4 ; у, ) до источника толла ( У ; Л ). см;

£ - л), вн --и.+(/^4. ; б(ф -л); АЧ*

Лг- =>0,1,2,3,4,,..К; К - параметр, значение которого задается в зависимости от условий задачи и требуемой точности решения.

В соответствии с методом "фиктивных температур" после определения распределения температуры определяется временные напряжения в расчетный момент времени {■/, . Определяется гшстотеская состав лящая интенсивности временных условных напряжений (внутренних деформаций) и определяются остаточные напряжения как функция пластической составляющей внутренних деформаций.

В результате преобразований были получены формулы распределения составлявших остаточных напряжений в элементе о размерчмя С^х « ^ * ¿^:

H

- а(в(т); C(m); 0; *ljjj ; t°°_ j(6¿-6t(T))( и 11-exphriP+zj (4)

WW I-— "

0)11.

mso M

* 0; -¿)+б(С(т);0; -А; -

/»гО

= - Т^Г [М^ * «ffe -Лт/Е,- ] ,

ÎZ

где: 6^-6т(Т)~ величина, соответствующая произведению пластической составлявшей интенсивности временных внутренних деформаций на модуль упругости ; Ит~ коэффициент, определяемый по формуле

(5)

в которой 1пл- расстояние от фиктивного источника тепла до границ! развития пластических деформаций;

^¿/пех - максимальное значение пластической составлящей интенсивности напряжений;

6*1 - наперед заданное значение интенсивности напряжений на границе развития пластических деформаций;

- ехр(-нг- г1};

1 - текущая координата, сы;

Р>1 - целые переменные, щшымаивда значения. О, +1,-1;

- коэффициент лнне&кога расширения, 1/0 ;

С

Е - модуль нормальной упругости, Ша;

уЦ - коэффициент Дгассона;

£Г - объемная теплоемкость, Дз/сы8.°С.

После определения составляющих остаточного сварочного напряжения в полке н стенка определяется напряженно-деформированное состояние во всем сечении в целом. Для этого учитывается совыэст-ность деформаций полок ж стенки по линии их контакта.

В конце главы приводятся результаты расчетов остаточных напряжений встерянях с элементами большой толщины. Показано, что продольная составляющая достигает предела текучести материала, величина юлишаой СГд" и поперечной <зу'л составляющих остаточного сварочного напряжения незначительна при толщинах полок двутавров до 40 мм и дальнейший расчет допускается производить как для одноосного напряженного состояния.

В результате аиалвза результатов расчета получена зависимость уровня и характера распределения продольной составляющей остаточного напряжения в полках двутавров от распределения температуры .

Анализ расчетшх данных доказал, что если полка двутавра при сварке прогрелась до температуры Т Ъ 300°С, то можно считать распределение остаточных напряжений по толщине полки достаточно равномерным при любой то ляда а полки, а напрякенное еостояшге в полках блазюгм к одноосному.

■ В третье?, главе, излагается разработанная в диссертации методика расчета ежатах стержней на устойчивость с учетом остаточных сварочных напряжений. В основу методики ноложеи метод двух расчетных сечений предложенный А.В.Геымврлянгом. Используя изложенную

методику был проведен анализ работы сггятых етергшей при наличии остаточных сварочных напряжений.

Анализ работы сжатых стержней при наличии остаточных сварочных напряжений и деформаций показал, что напряженно-деформированное состояние оставшееся после сварки, перераспределяет напряжения от внешних воздействий в сечении стержня, приводит к соответствущему изменении первого и второго расчетных сочешй, а вместе с этим и изменения величины критической силы.

Анализ процесса взаимодействия деформаций от внешней нагрузки о деформациями от сварки (рле.1) показал, что сечение стержня с остаточнюи напряжениями можно разделить на две области: область I и область П (рис.1). В области I происходит упругая разгрузка -растягивашие остаточпне напряжения (внутренние деформации) складывается с сжимающими напряяенилш (деформациями) от внешней нагрузки. Во Л-й области снимающие остаточные напряжения суммируится со сжикавдшз напряжения!® от внешней нагрузки. При этом возможно, что когда материал в области П уже работает в упруго-пластической стадии (суммарные деформация уже превышают деформации, соответ-ствутщие проделу текучести материала стержня), в области I материал еще продолжает работать упруго. Эти особенности взаимодействия остаточных напряжений н напряжений от внешних воздействий были учтены (положены в основу) при разработке инженерной методики.

Далее в третьей главе излагается инженерная методика расчета скатых стершей на общую устойчивость с учетом остаточных сварочных напряжений, В соответствии с характером распределения в сечении остаточных сварочных напряжений рассматривается два слутач:

а) стержни с "малыми" толщинами элементов ( ¿у 4 16 мм), когда распределение остаточных сварочных напряжений по толщине достаточно равномерное;

б) стержни с "бслышмп" толщинами элементов ( ^ > 1С мм),

ш

X

шйии

ШШht.

йзсЛ. Процесс взаимодействия деформации от сварки с деформациями от внеиней нагрузки

а) эпюры деформаций от продольной силы , момента <?я и от аварки ; б) сумарная ©пира деформаций.

когда распределение остаточных сваротаых напряжений по толщине элементов нельзя считать равномерным.

В соответствия с разработанной методикой расчет сяатого стер-шя на устойчивость с учетом остаточных сварочных напряжений, как для случая "а" так и для случая "б" выполняется в два этапа в следующей последовательности:

1. На первом этапе решения по известным '¿сходным данным .V (нормальная сила), е (эксцентриситет приложения силы ^ ), и ¿р (расчетная длина стержня) подбирается сечение стержня без учета сстаточных сварочных напряяений;

2. На втором этапе решения определяются остаточные сварочные напряжений и проверяется несущая способность сжатого стержня с учетом остаточных сварочных напряжений, а в случае необходимости корректируется ранее подобранное сечение.

Далее в третьей главе излагается инженерная методика расчета несущей способности сжатых стержней с элементами малой толщины с учетом остаточных сварочных напряжений.

Условно считаем, что остаточные напряжения сжатия распределены по всей площади стержня и критические напряжения потери устойчивости снияенн на величину остаточных напряжений сжатия

. Несущую способность такого стержня определяем по форму-

ляющей остаточного напряжения с учетом совместности деформаций полки и стенки.

Остаточные напряжения растяжения способствуют повнконив устойчивости стержня. Учог остаточннх напряжений рчетлжзнпя прсиз-

водим следующим образом. Из стержня выделяется "условный стержень". Сечение условного стержня представлено на рис.2,а (область П -только та часть сечения, где действуют остаточные напряжения растяжения). Определяются все необходимые геометрические характеристики "условного стергшя" и расчитывается его несущая способность по формулам:

при центральном сжатии сг}1^^ ^

при внецентреином сжатии ^«ггМ] ^с

Несущая способность стержня "в целом" УУ" с учетом совместного действия остаточных напряжений сжатия и растяжения равна

У/'= Щ •* (8)

где - "определяется по формуле (6).

Далее излагается методика проверки местной устойчивости элементов стержня (отешш и полки) с учетом остаточных напряжений. Предлагаемая методика базируется на основных положениях методики СНиП П-23-81*.

В стой же главе приведены результаты расчетов на ЭВМ несущей способности стержней о элементами малой толщины с учетом остаточных напряжений по разработанной в диссертации програлгме. Проведен анализ полученных результатов. Результаты анализа отражены в обоих выводах.

Далее излагается инженерная методика расчета сжатых стержней с элементами большой толщины на устойчивость с учетом остаточных напряжений. Методика расчета сгатых стершей с элементами большой толщины базируется на основных положениях методики описанной выше и так же ведется в два приема, но при этом сохраняет и свои особенности. Основной особенностью является учет неравномерности распределения остаточных напряжений по толщине полок дзутавров.

Рис.2. К расчету сжатых стержней на устойчивость с учетом остаточных сварочных напряжений:

а) в элементах талой тслпгинм:

б) в элементах большой толщины.

Как и в предыдущей случае сначала учитываются остаточные -напряжения сжатия, а затем растяжения по формулам (6) и (7).

Для учета остаточных напряжений растяжения из стержня также выделяется "условный стержень" (часть П на рис.2,б, т.е. та часть сечения стержня, где действую остаточние напряжения (растяжения) и определяется его несудал способность по формулам (7). При определении геометрических характеристик условного стержня следует учитывать не всю толщину полки , а только ту часть, где дейст-вух>т остаточные напряжения растяжения ! ) - рис. 2,6.

Произведены расчеты остаточных напряжений в стержнях двутаврового сечения с элементами большой толщяш и выполнена количественная оценка ах влияния на несущую способность таких стержней. Результаты анализа отражены в общих выводах.

В конце главы приводится сопоставление результатов расчета несущей способности шаршрнозазфеплеюшх двутавровых стержней при внец«таранном сжатии по разработанной в диссертации инженерной методике для двух случаев (стержни с малыш и большими толщинами элементов) с результатами расчета по другим методикам (СНиП Е-23-81к, СНиП 2.05.03-84, нормативные документы ГДР, ЕКМК, Канада, США., ФРГ, Франции, ЧССР, Японии).

Б принципе результаты расчета по предлагаемой методик© не противоречат результатам расчета по другим методикам. Однако имеется количественное различие. В предложенной методике учтены остаточные сварочные напряжения в зависимости от геометрических параметров стержня, режима сварки и материала стержня. В то время как в других методиках принято условное значение остаточных сварочных напряжений в сечении стержня.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию несущей способности центрально и Енецентрегшо-скагых стержней. Целью экспериментальных исследований являлась проверка теоретически найденных закономерностей влияния остаточных сварочных напряжений

на несущую способность сварных стержней при продольном изгибе.

Экспериментальные исследования проводились па сварных двутавровых стержнях из иизкоуглеродисгой стали (ВСтЗсп). Стержни испы-тнвались нп внецеятренное сяатив с эксцентриситетом, как о плоскости параллельной плоскости полок, так и в плоскости стояки. Всего было испытано 6 стержней.

Испытания стержней проводились в гидравлическом прессе МАН--500. Яда измерения огносительннх деформаций использовались теязо-резистора, которые наклеивались в среднем сечении и у опор. Прогибы измерялись прогибомералш системы Максимова с ценой деления 0,1 мм. Стержни имели шар"'*' чое онирание в плоскости изгиба, что обеспечивалось специальными ножезымл опорами. Механические характеристики металла исследуемых стержней определялись путем испытания' на растяжение стандартных образцов, вырезанных из полок и стенок двутавра.

Кроме того в этой же глазе приводятся результаты экспериментальных исследований других авторов Шелостенко Л.П., Геммерликг A.B., Сухов А.Г.). Шелесгенко Л.П. провел испытания двутавровых стержней из малоуглеродистой стали на центральное сжатие (18 стертой ).Геммарлинг A.B. провел испытания двутавровых стержней из низколегированной стали НЛ-2 на внедентренное сжатие (ГЗсггержной). Сухов А.Г. провел испытания двутавровых стержней из малоуглеродистой стали на внецсятрешюэ сжатие (8 стержней). Всего анализировались результаты испытаний 47 стержней.

При сопоставлении результатов экспериментальных я теоретических исследований для каждого стержня учитывались фактические механические свойства стали и параметры режима сварки стержней. Сопоставление результатов эксперимента с. результатами расчета несущей способности, выполненного по разработанной методике, показали удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных.

ОСНОВНЫЕ ШВО.Ш

1. Разработана методика оценки влияния ост&точных сварочных напряжений на. обдую устойчивость сжатых сварных стержней работающих как при центральном, так и при внецентреяном сжатии, позволившая выявить зависимость несущей способности сжатых сварных стержней от соотношения величины топловложения О- при сварке, геометрических параметров и механических свойств материала стертая. Ддн-ная методика учета остаточных сзарочных напряжений применима при проектировании конструкций из кизкоутлеродастых л низколегированных сталей (сталей не склонных к образованию закалочных структур).

2. Анализ работ, посвященных исследовании влияния оотаточных сварочных напряжений на общув устойчивость сварных стержней показал, что несмотря на установленный факт влияния кет единого мнения в оценке степени атого влияния.

3. Обзор технических условий и норм проектирования металлических конструкций показал, что в зарубежных странах остаточныа сварочный напряжения и остаточные сварочные деформации.учитывается нормами проектирования ко, как правило, до настоящего времени этот учет носит скорее качественный характер, чем количественный. В СССР оататочнив сварочные напряжения учитывается кормами

СБкП 2.05.03-84, однако при этом учитывается лишь их отрицательное влияние (снижены sa счет остаточных сварочных к аир тений коэффициенты продольного изгиба у ).

4. Математический эксперимент и эксперименты, выполненные на стерших натурных размеров, показали:

- наиболее существенное влияние остаточных сварочных напряжения на несущую способность стержней проявляет в интервале гибясс-тей X »60-150, При гибкоотях X < 30 влияние практически не проявляется, при гибкост/ос X > 150 ргшавдее значение имзет снижение величины коэйидиента <р ;

- полояитзльное влияние остаточных сварочных напряжений на несущую способность стержней установлено при расположении эксцентриситета приложения продольной силы в плоскости стенки двутавровых стержней и стертаой коробчатого сечония. Так, например, при гибкости стержня X = 90 несущая способность повивается на 5-7$,

как при центральном так и при внецектренном сжатии;

- отрицательное влияние установлено в слтчае расположения эксцентриситета в плоскости параллельной полкам двутаврового стержня, т.к. при этом краевые волокна догружаются величиной сжимающих остаточных сварочных напряяений и б"сг. >,<5*6^ и допустимая величина снижается за счет бос* . При гибкости стержня А = 90 несущая способность понижается на 10—12л. как при центральном, та» п при внеценгренном сжатии;

- с увеличением площади поперечного сечения элементов в результате снижения относительной величины тепловлохения уменьшается влияние остаточных сварочных напряжений на несущую способность стержней. При рекомендуемых нормами режимах сварки строительных конструкций, при толщьнах более 30 мм влияние остаточных сварзчш.т напряжений на величину несущей способности становится незначительным;

■ - наибольшее влияние установлено для толщин I изменяющих«ч в пределах от 4 до 16 мм (4 < ^ 4 16). Толщина менее 4 мм,требующие особых технологических приемов в сварке металлических конструкций в диссертации не рассмотрены;

- повышение предела текучести основного металла и металла тип приводит к увелпчвпию влияния остаточных сварочных папряжоггкй

на несущую способность стержней. Гак, например, увеличение предела текучести основного металла с 230 МПя до 440 !»Ша приводит-к увеличению несущей способности стержней коробчатого сечения я двутпг*-ровнх стержней при эксцентриситета, раополокэнпоч в плюкютп

стенки в интервале гибкостей 40 ^ X 4 120 с 2-10% до 3,5-12,5% и к снижению несущей способности двутавровых стержней при эксцентриситете, расположенном в плоскости параллельной плоскости полок в интервале гибкосгей 40 Л S 120 с ä-12% до I7-2Q?.

основное содержание диссертационной работы отражено в СЛЕДУЩК пуешкащях

1. Игнатьева B.C., Вершинин В,П., Барышев В.Ы. Влияние остаточных сварочных напряжений на местную устойчивость стенки балки// Металлические конструкции: Сб.тр./ Моск.инж.-строит.ин-г им.В.В. Куйбышева - М.; МИСИ, 1984. - С.91-103.

2. Игнатьева B.C., Бяршев B.W., Еершинин В.П. к др. Экспериментальные исследования внецентренно-сжатых колонн с односторонними поясными швами // Металлические конструкции: Сб.тр. / Моск.инж.-строит.ин-т им.В.В.Куйбышева. - М.: МИСИ, 1935 - С.22-27.

3. Барышев В,Ы., Искендиров В.Г., Игнатьева B.C. Вершинин В.П. Области применения сварных элементов с односторонними пв.ами в строительных стальных конструкциях // Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве: Тез. докл. Всесоюзн.науч.-техн.конф. - Челябинск, 1986. - С.231-232.

4. Вершинин В.П. Распределение температуры в элементах таврового соединения при сварке под флюсом. Ы., ISQ9. - бс. - Деп. во ВНИИНШ Госстроя СССР 05.04.1989, у 9393.

5. Игнатьева B.C., Вершинин В.П. Учет остаточных сварочных напряжений при подборе сечения сжатча сварных стержней. М,, I98S-19 с. - Деп. во ВНШНТПИ Госстроя СССР 05.(К. 1989, № 9894.

Л-38208 Подписано в печать 07.06.90 Формат 60x84 I/16 Печ.о$с. И-292 Объём I уч.-изд. л. Т. 100 Заказ Бесплатно

Ротапринт МИСИ им. В.В. Куйбышева