Введение к работе
Актуальность теї/а. КанЗольпее распространение б настоящее вреі/.я среди болтовых соединений металлоконструкций в практике провопленного строительства (многоэтапные производственные здані'л типа зтагерок ".пециального технологического назначения, транспортерне галереи, транспортные эстакада и г. п.) получили фрикционные соединения на высокопрочных болтах. Работа посвящена исследованию дополнительных резервов несупей способности данного типа болтових соединений. Конкретно исследуется работа фрикционных и фрикшонно-срезных соединенней на высокопрочных бслтах в различных температурных условиях эксплуатация.
Ваяяая роль в настоящее Бремя отводится реконструкции, перепрсандкрованик и расширению существующих предприятий. Существенным препятствием является отсутствие методик расчёта по уточнённым расчетным схемам, учитывающим все особенности работы элементов и соединений. В настоящее времл опыт эксплуатации болтовых фрикционных соединений з экстремальных условиях низких температур только начинает обобщаться. Материалы натурных обследований показывает, что с наличием сейсмики, низких текоіератур, малоциклового и динамического характера иагру^эния конструкций, при сценке эксплуатационной пригодности фрикционных соединений возникли серьёзные проблемы. Вэ-первых, в открытых металлоконструкциях (транспортёрные галереи, автомобильные эстакады) установлены болты климатического исполнения, не соответствующего температурным условиям эксплуатации данного региона. Во-вторых, обращено внимание на значительное ослабление болтов узловых фрикционных соединений в наиболее нагруженных элементах каркасов промышленных зданий. Из-за ослабления катяиэния или недонатяхения болтов во фрикционных соединениях, данные соединения работают как фрикционно-срег-ные, однако при этом обладают значительным запасом прочности. ІІи одно соединение с незатянутыми высокопрочными болтами не было разрушено ни по накладкам, ни по болтам. Не было обнаружено ни одного случая разрушения болта климатического "исполнения "У*.
Существующие методики расчёта не позволяют оценить эксплуатационную надёжность фрикционно-срезных соединений данного типа (уменьшенное расстояние от центра ближайшего
отверстия до края элемента, наличие концентратора напряжения в плоскости среза соединений, низких климатических температур эксплуатации). 'Поэтому применение уточнённой методики расчёта данных соединений способствует уменьшению затрат при проведении ремонтно-восстановительных работ.
Пелью работы является уточнение действительного поведения фрикциошю-среэных соединений в различном интервале температур в режиме статического нагружения.
Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:
- изучен процесс падения предварительного натяжения в
болтах в процессе работы соединения на смятие соединяемых
элементов и болта на срез в диапазоне температур +20 С ...
- обоснована возможность дополнительного нагрухения фрикционных соединений на высокопрочных болтах используя работу болтового соединения на смятие соединяемых элементов к ла срез болтов;
- исследовано поведение шарниров в стендах для испытания
при больиих нагрузках и даны рекомендации по улучшении работы
стендов.
На защиту выносятся:
- результаты анализа фактического состояния различных
. фрикционных соединений на высокопрочных болтах эксплуатируемых металлоконструкций горнодобывающих предприятий Севера;
- результаты исследований химико-механических свойств
высокопрочных болтов различного климатического исполнения
Магнитогорского метизного завода;
. - теоретическое и экспериментальное обоснование наличия дополнительных резервов несущей способности фрикционных соединений (допуская работу на срез болта и соединяемых элементов на смятие при статическом нагружении конструкций);
- утверждения, построенные го результатам экспериментальных
исследований, о том, что: попадание резьбы в плоскость среза
фрикционного соединения не является определяющим условием,
влияющим на несущую способность соединения при статическом
режиме нагружения конструкций во время работы соединяемых
элементов на'смятие и высокопрочных болтов-на срез; определягощт!
фактором, влияющим на несущую способность соединения, является
сравнительно небольшое значение соотношения e/d -1,3 (где е -
расстояние ст центра блихаїїсего отверстия до кра". соединения, d - дкаштр отверстия); разрушение есєх образцов при испытаниях а условиях низки?; температур происходит по соединяемым элементам; материал высокопрочных болтов имеет, супзственно больший запас прочности, чем используемые в строительстве стали;
уточнённая методика расчёта болтовых Срикционяо-срезных соединений, работающие в широком диапазоне климатических температур;
частные рекомендации по повторному натяжению ослабленных болтов з эксплуатируемых металлоконструкциях;
рекомендации по конструировании экспериментального оборудования.
Научная новизна работы заключается в тем, что:
впервые получены данные натурных обследований болтовых фрикционных соединений, эксплуатирующихся в условиях сложного характера нагружкия при низких климатических температурах;
получены экспериментальные данные по уровню деформатив-ности и характеру разрушения одноболтовых фрикционных соединений с различным уровнем натяжения высокопрочных болтов при работе на срез болтов и соединяемых элементов различной толшшы на смятие в диапазоне экспериментальных температур от +20до -50С;
впервые испытания болтовых соединенна проводились- в реальных климатических условиях эксплуатация, для охлаждения использовались естественно низкие температуры Севера России;
изготовлено экспериментальное оборудование отличающееся от аналогичных разрывных стендов улучшепныма характеристиками точности измерения деформации;
предложена уточнённая методика расчета, позволяющая оценить эксплуатационную пригодность фрикционных соединений при переходе их Ео фригащонно-срезные в статическом режиме нагруже-кия, в диапазоне положительных и отрицательных температур.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
- разработанная методика расчёта болтовых соединений
позволяет использовать запас несущей способности, заложенный в
природе фрикционных соединения, при проектировании усилений
металлокаркасов (реконструкция зданий, установка дополнитель
ного оборудования, увеличивающего суммарную нагрузку на соеди
нения), а такде для оценки эксплуатационной пригодности соеди-
нений с ослабленным уровнем усилия натяжения в болтах при статическом рекиые нагрузкения конструкций;
предложен метод восстановления фршшионного зійекта соединений с ослабленным натягением болтов для эксплуатируема конструкций;
Даны рекомендации для исследователей, использующих разрывные стенды с иарнирными соединениями.
Внедрение результатов работы осуществлено при разработке рекомендаций по эксплуатации соединений на высогапрочньк болтах каркасов производственных зданий, транспортёрных галерей и эстакад обогатительных фабрик разреза "Нервдгринский", Депутатского ГОКа и рудника "Депутатский". Полученные результаты использовались в учебном процессе строительного отделения Якутского госуниверситета.
Апробация работа Основные положения й материалы диссертаций докладывались на Международном коллоквиуме "Болтовые соединения в стальных строительных констру.щиях" (Москва, 1989 г.), на Всесоюзном семинаре "Повышение качества и надёжности строительных металлоконструкций" (Челябинск, 1983 г.), Всесоюзной школе-семинаре "Прогрессивные методы ведения проектных и исследовательских работ при реконструкции зданий и сооружений" (Киев, 1989 т.), на Всесоюзном семинаре "Вопросы оптимального проектирования конструкций и расчёт их "рационального-усиления" (Пенза, 1989 г. ), Республиканских конференциях молодых учёных и специалистов (1988-1990 гг.) в г. Якутске, на заседании секции НТО АОЗТ ШЭДШроектсталъ-конструкции им. Мельникова "Теоретические исследования", на научных конференциях Якутского госуниверситета (1988 -1992 гг.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы из 139 наименований и приложений. Работа изложена на 159 страницах, включающих 93 машинописных страниц основного текста, 53 страниц рисунков и таблиц.
По разделам работы научные консультации давал доктор технических наук, профессор ЕЕймиштав.