Введение к работе
Актуальность. Обследованиями установлено, что из всех конструкций каркаса наименьшую выносливость и живучесть имеют именно подкрановые конструкции, так как в настоящий момент времени выносливость их не обеспечена. 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). Большинству таких балок необходима замена, а вместо этого балки ремонтируют, что только кратковременно улучшает ситуацию, требует полной или частичной остановки производственного процесса и влечет за собой убытки, превышающие затраты на ремонт и замену конструкций. Масса подкрановых конструкций от массы каркаса здания достигает 30%. Быстрый выход из строя подкрановых балок обусловлен динамикой воздействий, генерируемых колёсами мостовых кранов. Колёса мостовых кранов воздействуют на подкрановые балки жёстко, без какого-либо смягчения, так как краны не снабжены рессорами. По исследованиям М.М. Гохберга коэффициент динамичности при тяжёлом режиме работы мостовых кранов достигает своего экстремума Кдт =1,6, подвеска груза на тросах, снижает его до Кдт =1,3. Если Кдш =1, то динамические воздействия превращаются в статические и проблема возникновения усталостных трещин пропадает.
Другой веской причиной низкой выносливости и образования усталостных трещин в подрельсовой зоне подкрановых балок является применение соединений с низким ресурсом.
По исследованиям В.Ф. Сабурова известно, что с увеличением числа циклов прокатываний колёс мостовых кранов скорость роста усталостных трещин увеличивается. Вероятность хрупкого, внезапного обрушения подкрановой балки, повреждённой усталостными трещинами, вместе с загруженным мостовым краном также увеличивается.
Выносливость подрельсовой зоны балки зависит от числа циклов нагружений и величины силовых воздействий Р, Т и Мкр 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 00 000 89, то есть не менее 10 лет.
Цель исследований - обеспечить надёжную эксплуатацию подкрановых балок в течение 10 лет снабжением подкрановых конструкций амортизирующей способностью и повышения этим выносливости подрельсовой зоны, снижением динамики 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, Мкр;
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 [патент № 2232125];
новый профиль сечения подкрановой балки, сортамент балок, гарантирующий надёжную эксплуатацию при накоплении не менее 6 млн. циклов проката колёс и обладающей амортизирующими свойствами;
рельсобалочные конструкции, в которых рельс является элементом сечения балки и составляет с ней единое целое [патент №2225827]
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 и гарантирования 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 результатов.
Научную новизну работы составляют:
снижение динамики воздействий от колес кранов на подкрановые конструкции, путём придания им амортизирующих свойств;
новые амортизирующие балочные профили [патент № 2232125];
рельсобалочные конструкции, обладающие ресурсом надёжной эксплуатации 10-15 лет и пониженной на 25% материалоёмкостью [патент №2225827];
экспериментальные линии влияния локальных колебаний в рельсобалочной конструкции с лоткообразным верхним поясом и эллиптическим рельсом при имитации воздействий мостовых восьмиколёсных кранов;
способы рихтовки конструкций [патент № 2225480, № 2235673]
Практическое значение диссертационной работы заключается в повышении выносливости подкрановых балок по сравнению с существующими, позволяющей выровнять их работоспособность с работоспособностью других элементов каркаса здания, технологичности изготовления, монтажа и ремонтопригодности, совершенствовании методов расчёта предложенных конструкций на выносливость. Предлагаемые новые конструкции, обладая повышенной в 3-4 раза выносливостью, имеют пониженную материалоёмкость.
Внедрение результатов. Результаты научных исследований используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ, а также чтении курсов лекций по дисциплинам «Металлические конструкции» и «Инженерные сооружения».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на различных конференциях:
Всероссийская XXXI научно-техническая конференция: «Актуальные проблемы современного строительства», г. Пенза, ПГАСА, 2001 г.;
Международная научно-техническая конференция: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика», г. Пенза, ПГАСА, Приволжский Дом знаний, 2002 г.;
X Международная научно-практическая конференция: «Вопросы планировки и застройки городов», ПГАСА, 2003 г.
II Международная научно-техническая конференция: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика», г. Пенза: РААСН, ПГУАС, Общество «Знание» России, Приволжский Дом знаний 2003 г.
V Международный студенческий форум «Образование, наука, производство», Белгород 2011г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы и в том числе получено 7 патентов Российской Федерации на изобретение.
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.т.н., профессора, заслуженного изобретателя России Нежданова К.К. Автор выражает признательность д.т.н., профессору Барановой Т.П. за оказанную помощь при работе над кандидатской диссертацией.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 4 приложений. Полный объём диссертации 213 страниц, включая 31 таблицу и 78 рисунков, библиографический список содержит 129 наименований.
