Введение к работе
Актуальность темы. Необходимость повышения технико-экономической эффективности и конкурентноспособности отрасли производства стальных конструкций вызвала тенденцию к применению принципиально новых форм сооружений, решений узлов и соединений, а также эффективных видов проката. В связи с разработкой в последние годы прогрессивных методов производства стали возникла проблема использования для строительных конструкций проката с сильной анизотропией свойств и необходимость учета такой анизотропии при проектировании и расчете конструкций.
Традиционно стальной прокат при работе в конструкциях рассматривался как изотропный материал. Обычно имеющаяся в толстолистовом прокате анизотропия свойств по сечению, которая выражается в сильном снижении механических свойств, в первую очередь пластических, по толщине проката (так называемые z-свойсгва), нормами проектирования и изготовления конструкций учитывалась недостаточно, что привело в ряде случаев к хрупким слоистым разрушениям элементов конструкций из такого проката, особенно в условиях их эксплуатации при низких климатических температурах. В то же время в последние годы в отечественной практике освоены методы производства проката, при которых специально создаваемая анизотропия улучшает его эксплуатационные свойства. Такие способы обработки касаются прежде всего создания сталей с композитным строением, к которым можно отнести, например, прокат со структурой типа конструктивной анизотропии.
Анализ аварий вскрыл основные факторы, способствующие разрушению элементов из анизотропного проката. Причиной обсуждаемого типа анизотропии являются структурные особенности металла, обусловленные технологией выплавки и прокатки современных сталей обычного качества, главным образом наличие в сталях большого количества прокатанных неметаллических включений, играющих роль трещиноподобных дефектов. Ввиду особенностей структуры при расчете элементов конструкций из анизотропного проката в случае нагрузок, действующих по направлению, близкому к z, существующие нормативные подходы не всегда соответствуют действительному поведению конструкций и не исключают
возможность разрушения элементов по хрупкому механизму.
Проблема широкого внедрения анизотропного проката в строительстве недостаточное отражение этого вопроса в нормативной литературе вызва. необходимость совершенствования методов учета анизотропии в стальне прокате, которые отражали бы реальные условия работы материала и позв лили разработать рекомендации по применению исследуемого проката строительных конструкциях.
Целью диссертационной работы является разработка методов оцен> работы анизотропного проката в стальных конструкциях, позволяющ учитывать структурные особенности материала и наличие в нем трещиноп добных микродефектов, а также повышать работоспособность проката обсу даемого типа в конструкциях.
Научную новизну работы составляют следующие результаты, выносим] на защиту:
разработка с учетом особенностей структуры и механизма разрушен математической модели анизотропного толстолистового проката для рас<-тов по методу конечных элементов (МКЭ);
разработка алгоритма решения задачи тел с трещинами и вырезами : ПЭВМ IBM PC АТ-286 по МКЭ с использованием сингулярных изопараме рических элементов;
- предложены типы образцов (отличные от ГОСТ) для оценки z-свойс
стального проката обычного качества с анизотропией свойств;
- установлен минимально допустимый уровень характеристики относ
тельного сужения \j)z, позволяющий применять толстолистовой прок повышенной и высокой прочности обычного качества в сварных констру циях;
- результаты экспериментальных исследований проката с конструктивні
анизотропией;
- рекомендации по применению анизотропного проката в строительш
конструкциях.
Практическое значение работы состоит в том, что разработанная в не методика позволяет решать широкий круг конкретных задач по расчету эл ментов конструкций из анизотропного проката на ПЭВМ. Разработан] рекомендации по назначению сталей повышенной и высокой проч
ностн в СНиП 11-23-81*; показаны пути положительного использования анизотропии проката на примере проката с конструктивной анизотропией.
Внедрение результатов. Материалы исследования использованы при выборе материала для стационарного покрытия Большой Спортивной Арены стадиона в Лужниках (г.Москва), а также при создании стальных каркасов зданий, предназначенных для эксплуатации в Северных районах нашей страны.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-технических конференциях ( МИСИС, г.Москва, 1994г.; г.Санкт-- Петербург, 1996г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 научные статьи.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы; изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 18 таблиц. Список литературы включает 121 наименование.