Введение к работе
Актуальность.Снижение трудоемкости монтажных работ при повышении надежности узлов и соединений стальных конструкцнй остается до сих пор актуальной задачей в специфических условиях строительства Крайнего Севера. Одним из путей решения этой проблемы является применение вместо сварных в стальных конструкциях зданий и сооружений срезных и фрикциопно-срсзных соединений на высокопрочных болтах.
Проблема замены сварных соединений строительных металлоконструкций на болтовые впервые была поставлена и обоснована в конце 70- X годов академиком Н.П.Мелышковым. Но одним из основных сдерживающих факторов решения этой проблемы явилось отсутствие сведений о действительном поведении болтовых монтажных соединений, современных методов их расчета, рекомендаций по проектированию, нормативно-технической документации по изготовлению и монтажу конструкций с болтовыми соединениями. В связи с этим исследованиям действительного поведения монтажных соединений строительных металлоконструкций уделяется повышенное внимание 13 настоящее время в результате комплексных экспериментально-теоретических исследований нтюведенных в I ІНРІРЇпро-ектстальконструкции им. Мельникова и НИПИПромсталькопструк-шга решена научная проблема создания расчстно-теоретической базы
TTTinPTfTlTTinRP НИП изГПТЛІІTTf^HI'TCT и \ЛоТГТП ITf ТТОИ f^fSOT^VLT бrtTTT/*^TlT»TY ("*Лf*ТЇТЇ-
НРНИй В чАСТНОСТИ и^VчeHо деЙСТВИтельНОе ПОТІР7ТРНИР fbnaHTTPRKTX ҐТІПТГК'ТТИПННМХ (ГІПиКТТИПТ-ГНО-ГПР^НЬТХ ГПезНЫХ сПР7ШНРШТЙ в РТІТИ-
ТТ&Ґ*ІҐҐ\\ ЇЖ и гтт/лг*іЛтїтгтг TTf""^T> Г\\ Л ХЛГ^^и^ТЖ\ if 0"V IT""} ГЧЛТ ГЛТУ^ГТТТ rw {*\^Ґ\Ґ^ТY/\ТЪ а ITQ ТТ/*ТТ/^/"*/*Ч/"\б
пятыпгтт, и эітїґЬрїґті-тш-тгтїч ггпиллриртптя дрґЬппміттгтпнїїпгп тгрит^-птта
прочности метода предельных состояний при их расчете.
При проведении натурных обследований мсталлокопструкций горнодобывающих предприятий Якутии было обращено внимание на то, что из-за ослабления натяжения или недотяжения болтов во фрикционных соединениях некоторые из них работают как фрикционно-срезные. Во многих ослабленных соединениях восстановление проектного натяжения связано с большими затратами, т.к. болты в них проворачиваются и расположены в труднодоступных местах.
При изучении спектра нагрузок выявлено, что отдельные узлы воспринимают воздействие повторных нагрузок небольшой частоты, по высокого уровня. Работа болтовых соединений под такими нагрузками остается до сих пор малоизученной в силу выраженных эффектов концентрации напряжений, перераспределения усилий, напряжений и деформаций в наиболее нагруженных зонах, возможности хрупких разрушений на ранних стадиях нагружения при низких температурах. В результате натурных обследований выявлено, что существенная неопределенность в работу соединений под этими нагрузками вносится уменьшенным расстоянием от центра отверстия до края соединяемого элемента (1.3 d), наличием резьбы болта в плоскости среза, низких климатических температур, применением болтов климатического исполнения У вместо ХЛ, коррозией и термоциклированием материалов.
Вышеизложенное предопределяет актуальность данного исследования.
Целью диссертации является исследование работы фрикционных, фрикционно-срезных и срезных болтовых соединений строительных металлоконструкций в условиях малоциклового нагружения и низких климатических температур.
Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:
изучены фактическое состояние соединений в условиях эксплуатации и факторы, влияющие па их малоцикловую долговечность ;
разработана экспериментальная установка для малоцикловых испытаний;
экспериментально изучена малоцикловая прочность фрикционных, фрнкционно-срезных и срезных соединений;
произведена вероятностная оценка ослабления усилий высокопрочных болтов в зависимости от их количества , характера нагружения и др. факторов;
разработана методика оценки малоцикловой прочности соединений, эксплуатирующихся при температурах ниже минус 40С.
Научная новизна работы заключается в том, что:
впервые получены данные натурных испытании малоциклопой прочности фрикционных, фрнкционно-срезных и срезных соединений в температурном диапазоне от + 20С до минус 60 С;
впервые малоцикловые испытания болтовых соединений проводились в реальных климатических условиях эксплуатации, для охлаждения использовались естественные низкие температуры Севера России;
изготовлено экспериментальное оборудование, отличающееся от аналогичных наличием привода для проведения малоцикловых испытании в любых агрессивных средах, температурных условиях;
получены экспериментальные данные по кинетике форм и размеров усталостоых трещин;
предложена методика расчета сдвпгоустойчивых соединений на высокопрочных болтах на малоцикловую прочность при низких температурах.
Достоверность результатов проведенных исследований определяется:
использованием общепринятых расчегных предпосылок и методов обработки экспериментальных данных;
хорошим совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, их соответствием данным натурных наблюдений, а также других авторов.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
результагы проведенных исследований позволяют оценить эксплуатационную пригодность фрикционных соединений с ослабленным уровнем натяжения в болтах при малоцикловом нагружснии конструкций;
даны рекомендации для исследователей малоцикловой прочности конструкций и их соединений, использующих стенды для испытаний крупногабаритных образцов;
предложенная методика расчета позволяет прогнозировать долговечность и оценить эксплуатационную надежность работающих на сдвиг соединений на высокопрочных болтах в условиях высокого уровня повторно-статических нагружений и при температурах эксплуатации ниже минус 40 С.
Внедрение результатов работы осуществлено при разработке рекомендаций по эксплуатации соединений на высокопрочных болтах каркасов производственных зданий, транспортёрных галерей и эстакад обогатительных фабрик разреза "Нерюнгринский", Депутатского ГОК и рудника "Депутатский". Полученные результаты использовались в учебном процессе для студентов строительных специальностей Якутского госуниверситета.
Апробация работы и публикации. Основные положения и материалы диссертации докладывались на Международной научной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлоконструкций и методы их решения"
(Санкт-Петербург, 1995), на Всероссийской иаучно-практической кон
ференции "Проблемы надежности строительных конструк
ций" (Якутск, 1996), на Всесоюзной школе-семинаре "Прогрессивные
методы ведения проектных и исследовательских работ при рекон
струкции зданий и сооружений" (Киев, 1991), на научно-
практической конференции "Повышение качества и надежности
строительных металлоконструкций" (Сумы, 1991), республиканских
конференциях молодых ученых и специалистов 1984-1997 гг., научных
конференциях Якутского госуниверситета 1989-1997 гг.
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 работах.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 123 наименований.
Работа изложена на 128 машинописных страницах, включающих 94 страницы основного текста, 32 страницы рисунков и таблиц, 2 приложений.
Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и проектирования Якутского государственного университета и в ЦНИИ-Проектстальконструкция им. Мельникова.
На защиту выносятся:
результаты анализа фактического состояния фрикционных соединений металлоконструкций горнодобывающих предприятий Севера;
результаты верояаностной оценкн ослабления усилий высокопрочных болтов;
результаты экспериментальных исследований малоцикловой прочности фрикционных, фрикционно-срезных и срезных соединений;
уточненная методика расчета болтовых соединений, работающих на сдвиг, на малоцикловую прочность;
рекомсндации но конструированию экспериментального оборудования;
рекомендации по эксплуатации соединений на высокопрочных болтах, подверженных малоцикловому нагружению.