Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на большой прогресс в создании хладостойких конструкций, проблема хрупкой прочности при низких температурах окончательно не решена. Об этом свидетельствуют аварии конструкций с хрупким разрушением элементов, происходящие по сей день, в зимний период, особенно при их динамическом нагруже-нии. Анализ аварий показал, что фактор динамического воздействия присутствует в 20% случаев хрупких разрушений, которые происходят при монтаже и эксплуатации конструкций, особенно в сооружениях относящихся к 1-ой группе по условиям работы, согласно СНиП 11-23-81*. а также в крановых металлоконструкциях. Расчеты хрупкой прочности элементов стальных конструкций, подверженных динамическим воздействиям, выполняемые по существующим методикам, имеют ряд недостатков. Для строительных металлоконструкций, с учетом особенностей их эксплуатации и монтажа, фактор динамической, ударной нагрузки остается до сих пор недостаточно изученным, что не позволяет определять температурные границы хрупкого разрушения.
Эта проблема актуальна, в том числе, и для фланцевых соединений на высокопрочных, предварительно затянутых болтах, как эффективного и перспективного вида болтовых монтажных узлов, решению которой посвящена настоящая работа.
Диссертация выполнялась как часть научно-исследовательской работы кафедры металлических конструкций Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета в рамках научно-технической программы "Архитектура и строительство" Госкомитета по высшему образованию Российской Федерации.
Цель работы. Определить хладостойкость фланцевых соединений при динамических нагрузках, и установить максимальное повышение критических температур для элементов стальных конструкций от эксплуатационных ударных воздействий с разработкой алгоритма расчета хрупкой прочности.
Задачи исследования.
-
На основе анализа отказов стальных строительных конструкций определить основные параметры динамических воздействий и оценить смещения критических температур в реальных условиях.
-
Разработать физическую модель снижения хрупкой прочности
при воздействии динамических нагрузок и низких температур.
-
Теоретически исследовать для фланцевого соединения соотношение энергий изменения формы и объема, влияющего на вид разрушения.
-
На основе экспериментальных исследований крупноразмерных образцов установить влияние ударной нагрузки и температуры на прочностные и деформационные свойства элементов конструкций с щелевидными концентраторами и фланцевых соединений в зависимости от толщины и марок сталей.
-
Дать алгоритм расчета динамической прочности при низкой температуре для исследованных конструктивных форм.
-
По результатам проведенных исследований определить величины смещения критических температур при воздействии динамических нагрузок и дать рекомендации по назначению этих величин в расчетах строительных металлоконструкций на хрупкую прочность.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлены максимальные границы параметров динамического воздействия (энергии и времени удара), возможного при эксплуатации стальных строительных конструкций.
-
Для стальных элементов получено соотношение энергий изменения формы и объема, имеющее периодический характер в ударных волнах деформаций, индуцирующее процессы вязкого, либо хрупкого разрушения.
-
Определены теоретические зависимости запаса пластичности (относительного утонения в зоне зарождения разрушения) для интервала температур квазихрупких разрушений.
-
Предложена физическая модель для определения величины повышения критических температур в стальных элементах при действии динамических нагрузок, и установлено максимальное повышение критических температур стальных строительных конструкций для условий эксплуатации с динамическим нагружением.
Практическая значимость.
-
Предложена методика расчета хрупкой прочности при низких температурах и динамических нагрузках с учетом известной статической хладостойкости для стальных элементов строительных конструкций.
-
Развит алгоритм расчета хрупкой прочности фланцевых сое-
динений с учетом марки стали и толщины проката и распространен на случай динамического нагружения, что позволяет рекомендовать такие монтажные узлы для элементов первой группы по условиям эксплуатации (группа по СНиП I1-23-81*) при температурах до -60С.
-
Даны рекомендации по назначению величин повышения критических температур в расчетах на хрупкую прочность элементов стальных строительных конструкций для случая действия динамических нагрузок на эти конструкции при эксплуатации.
-
Указанная в первом пункте методика, позволяет уменьшить трудоемкость и стоимость лабораторных исследований хладостойкое различных конструктивных форм за счет проведения испытаний только при статическом нагружении.
Реализация исследований. Результаты диссертации, которая выполнялась в рамках научно-технической программы "Архитектура и строительство" Госкомитета по высшему образованию Российской Федерации по темам: "Разработка теоретических основ и методики применения деформационного критерия для оценки хрупкой прочности стальных конструкций" (1993г.), "Совершенствование методов расчета хрупкой прочности элементов стальных конструкций, подверженных воздействию динамических нагрузок" (1994-1997гг.), переданы в виде отчетов в Головной научно-технический совет этой программы.
Новосибирскому филиалу ОАО НИШ "Промстальконструкция" переданы для использования рекомендации по расчету хрупкой прочности фланцевых соединений при низких температурах эксплуатации, подверженных воздействию динамических нагрузок ударного характера, а так же методика расчета динамической прочности элементов стальных строительных конструкций по известной статической хладостойкости и указания по корректировке критических температур в расчетах на хрупкую прочность при наличии фактора динамической нагрузки.
Апробация работы. Основные части диссертации были доложены на научно-технических конференциях НГАСУ (Ранее НГАС) - Новосибирск - в 1993-1997ГГ-, на международном научно-техническом конгрессе "Молодежь и наука - III тысячелетие" в МВТУ им. Н.Э.Баумана в 1996г. (получен диплом II степени); на VI украинской научно-технической конференции "Металлические конструкции" в 1996г.(Киевский университет строительства и архитектуры, Николаевский сельскохозяйственный институт). Полностью работа доложена в декабре 1997г. на научном семинаре кафедры металлических конс-
трукций НГАСУ, и в марте 1998г. на научном межкафедральном семинаре секции строительных конструкций НГАСУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Обь ем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка использованных источников и четырех приложений. Диссертация изложена на 266 листах и включает 149 страниц машинописного текста, 101 рисунок, 23 таблицы. Список использованных источников представлен в количестве 133 наименований, из них 11 иностранных.