Остаточный ресурс циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами Еремин, Константин Иванович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Износ и повреждаемость карісасов фсмышленных зданий и сооружений предприятий черной металлур-Ч5И послереволюционной постройки связаны с их интенсивной ЗКС~ ілуатацией, особенно в шэнный и послевоенный периоды, отсут-ітвнем необходимых средств и времени на ведение ремонтно-вос-:тановительных работ, несовершенствами конструктивних решений і неграмотными приемами усиления, которые не учитывают реаяь-гые особенности работа конструкций, такие, как воздействия ци-їлических нагрузок, низких температур, концентрации напряжений і т.д. Следствием этого являются усталостные и хрупкие полреж-;ения и разрушения элементов и узлов металлических конструкций, оздаюздіе предаварийные и аварийные ситуации и ведущие к краткосрочным или длительным остановкам производства.

Наметившееся обновление производства и техническое пере-

00РУЖЄНИЄ ОТДеЛЬНЫХ ПреДПрИЯГИЙ СВЯеаЧЫ С Проблемой рЗЗ!*Єіг,Є-

кя новых технологических линий в существующих зданиях, напоивших механические, усталостные, коррозионные и др. повреж-ения.

В связи с ' чем необходимо оценить не только остаточную рочность, по и остаточный ресурс металлических кенструкшй, азрабогать. и осуществить эффективные приекы их усиления, что озволит существенно сократить периоды освоения новых техно-огнческнх процессов и снизить удельные затрати на единицу «пускаемой продукции по сравнению с новим строительством.

Кроме того, наметившаяся остановка отдельных цехов и аа-эдов дает возможность именно сейчас выполнить полную "ревизию"

существующего парка металлоконструкций, разработать предложения по возможному перепрофилированию зданий и сооружений, наметить необходимые объемы реыонтио-воссгановительных работ.

В связи с чем разработка эффективных приемов усиления металлоконструкции, учитывающих реальные условия эксплуатации и особенно циклическое воздействие нагрузок, а также оценка остаточного ресурса конструкций с трещиноподобными дефектами представляют собой в настоящий период актуальные проблемы в строительстве.

Вопросам оценки циклического ресурса металлических конструкций с трещшюподобиыми дефекта).ш па стадии роста усталостной трещины (с позиция механики разрушения) посвящено большое число исследований и многочисленные публикации последнего времени.

Тем не менее, в настоящее время проблему нельзя считать полностью изученной.

Недостаточная изученность проблемы оценки циклического ресурса на стадии роста усталостной трещины и отсутствие, в связи с этим, методов расчеию-экслериментального определения ресурса конструкций, обоснованных рекомендаций по выбору материалов, конструктивных форм несущих элементов и режимов эксплуатационного нагружения приводят к тому, что в строительстве все еще отмечаются эксплуатационные повреждения металлических конструкций (в том числе и катастрофического характера).

Цель работы - экспериментальные исследования особенностей действительной работы и влияния эксплуатационных факторов на остаточный ресурс с трещиноподобными дефектами.

Научную новизну работы составляют:

1. Результаты экспериментальных исследований и их анализ
з изучению:

режимов гагружения подкраково-подстропильных ферм, ездо-и балок кранов-перегружателей, транспортерных галерей;

локального и общего напряженно-деформированного сосгоя-ія натурных подкраново-подстропилыгых ферм, кранов-перегруаа-аей и их ездовых балок, наиболее нагружензшх узлов решетча-и конструкций, фрагментов сварных соединений;

влияния анизотропии прокатки, низких эксплуатационных мператур на характеристики статической и циклической трещино-ойкости сталей ВСтЗпс, ВСт?СП, 09Г2С, 14Г2АІ>;

кинетики формы и размеров слоистых трещин (2-паправле-е), развивающихся в стани 14Г2АФ;

параметров статической и циклической трещиностойкости, я z-направления стали 14Г2АФ;

сіигонности it хрупким разрушениям и долоиам моделей свар-х балок и фрагментов' сварных соединений с концентраторами зличной форш.

2. Инженерная методика оценки остаточного ресурса цикяиче-
и нагруженных 'металлоконструкция, учитывзщал реальные усло-

д эксплуатации - наличие в конструкции трещгаоподобных де-?тов, влияние остаточных сварочных напряжений и низких экс-/атационных температур.

3. Разработанные и внедренные способы усиления циклически
руженных металлоконструкций.

Практическое значение работы. Полученные результаты побили научной основой для оценки остаточного ресурса и усм-ІИЯ циклически нагруженных металлоконструкций злачий и соо-

ружений Магнитогорского металлургического комбината и Магнитогорского завода металлургического машиностроения, а тагам .для разработки новых конструктивных реиений наиболее нагруженных узлов реиетчатых циклически нагруженных металлоконструкцш' обладающих повышенной усталостной долговечностью.

Реализация научных исследований. Результаты научных исследований и методика оценки остаточного ресурса циклическі нагруженных металлоконструкций нашли практическое применение:

1. на Магнитогорском металлургическом комбинате при оценке технического состояния к усиления иодкраново-подстропильнш ферм ККЦ; галерей . У-55, И-26, У-55, У-146, М-30, перегрузи' И 21, кранов-перегружателей N 2, N 4, N 5 КХП ШК; мартеновского цеха )) 2; адьюстажа листопрокатного, сортопрокатного v. проволочно-штрипсового цехов; вагоноопрокидывателей КХП ШК; несущих конструкций каркасов станов 300-1, стала 500, станг 2350;

2. на Магнитогорском заводе металлургического машиностроения при оценке технического состояния и усилении элементов каркаса и фундаментов кузначно-прессового цеха;

3. на Орско-Халиловском металлургическом комбинате npv оценке технического состояния крана-перегружателя N 1;

4. в ЕЭО "Целинэнерго", Петропавловская ТЭЦ-2 (Казахстан) при оценке технического состояния металлоконструкций угольногс крана-перегружателя, мостовых кранов и подкрановых конструкції!¹

5. на Ваймакском медно-серном комбинате при усилении корпуса крупного и среднего дробления дробильно-сортировочнгС фабрики;

Ъ) в Ваймакском РТП при оценке остаточной прочности и ос-

таточного ресурса усиленных стропильных .ферм гаража на 50 автомашин;

7. в ЦНШпроектстальконструкцій им. Мельникова при оценке остаточного ресурса узлов решетчатая конструкций, подкраново-подстропильных ферм, а такие при отработке и внедрении методики и установки для длительных низкотемпературных испытаний сплошных лабораторных и тонкостенных крупноразмернах образцов. Методика охлаждения совместно с установкой для длительных низкотемпературных испытаний демонстрировались на ВДНХ СССР и награждены дипломом II степени;

8. в ЦРИИСК им. В.А. Кучеренко при исследованиях хладо-стойкости конструктивных решений колонн двутаврового сечения и крупномасштабных фрагментов из гнутого профиля.

Апробация диссертации. Основные результаты работы были доложены и получили одобрение на следующих семинарах, конференциях и симпозиумах:

1. 45-Я (1983), 47-я (1985), 48-я (1986). 49-я (1987), 51-я (1989), 53-я (1991) научно-технические конференции Магнитогорского горно-металлургического института им. Г.И.Носова.

2. XLV (1986) научно-техническая конференция ШСИ км. В. В. Куйбышева.

3. II Всесоюзный симпозиум по механике разрушения "Трещи-ностойкость материалов и элементов конструкций", Житомир, 1985.

4. VI Всесоюзная конференция "Экспериментальные исследования инженерных сооружений", Новополоцк, 1966.

5. Научно-технический семинар "Конструкционная прочность и механика разрушения", Ленинград, ДДНТП, 1986.

6. II Всесоюзная конференция "Прочность материалов и конструкций при низких температурах", Киев, 1986.

7. Научно-техническая конференция "Проектирование, строительство и реконструкция промпредприятий в условиях технического перевооружения", Челябинск, ЧДНТП, 1987.

8. 1-я Всесоюзная конференция "Механика разрушения материалов", Львов, 1987.

9. Всесоюзное научно-техническое совещание "Экспериментальные исследования и испытания строительных металлоконструкций", Львов, 1937.

10. Научно-техническая конференция "Научно-технический прогресс в строительстве", Свердловск, 1988.

11. V Всесоюзный симпозиум "Мадоцнкловая усталость - критерии разруиення н структуры материалов", Волгоград, 1987.

12. Научно-техническая конференция "Повышение ісачества и надежности строительных металлоконструкций", Челябинск, 1988.

13. Региональная научно-практическая конференция "Надежность и реконструкция - 88", Волгоград, 1988.

14. Научно-техническая конференция "Совершенствование методов расчета, проектирование и монтаж строительных конструкций", Свердловск, 1988.

15. Научно-производственный семинар "Проблемы обследования, испытания, усиления и реконструкции сооружений", Даугав-пилс, 1989.

16. Конференция молодых ученых и специалистов "Научно-технический прогресс в строительстве", Москва, 1989.

17. Научно-техническая конференция "Оптимальные металлические конструкции", Свердловск, 1990.

18. Международная конференция "Сварные конструкции", Ки-в, 1990.

19. 111 Всесоюзный симпозиум по механике разрушения "Тре-лностойкость материалов и элементов конструкций", Ннтомнр, 990.

20. Всесоюзная научно-техническая конференция "Испытания тронтельных метачлическнх конструкций в условиях действующих редприятий", Магнитогорск, 1991.

21. Российская научно-практическая конференция "Реконст-укция зданий и сооружений", Вологда, 1992.

22. XXVIII Межреспубликанский семинар "Актуальные пробле-ы прочности", Вологда, 1992.

23. XXIX Межреспубликанский семинар "Актуальные проблеми рочности", Псков, 1993.

24. ICF-3 Fracture mechanics: successes and problems, Ki-w, 1993.

25. Межгосударственная научно-техническая конференция исследование действительной работы н усиление строительных онструкций прсмолешшх зданий и сооружений", (Магнитогорск, 993.

26. Всероссийская научно-техническая конференция "Проч-ость и живучесть конструкций", Вологда, 1993.

27. Межгосударственная научно-техническая конференция Состояние и перспективы развигил научно-технического потен-иала Кино-Уральского региона", Магнитогорск, 1994.

28. 3-я Международная конференция "Научно-технические роблемы прогнозирования надёжности и долговечности метаяли-еских конструкций и метод» их решения", Санкт-Петербург, 1995,

Публикации. Основное содержание диссертации опубліковане в 46 работах. По результатам исследований получено б авторски? свидетельств на изобретение и 5 патентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введенні пятя глав, вшивочения, списка литературы, приложения. Содержание работы изложено на 418 страницах машинописного текста_; 195 рисунках и 40 таблицах. Список литературы включает 22! наименования. Приложение изложено на 32 страницах и включає* копии авторских свидетельств и патентов, запущенных по темі диссертации, акты внедрения результатов исследований, а такжі перечень опубликованных автором работ по теме диссертации.