Введение к работе
Актуальность проблемы Дальнейший подъём российской экономики неизбежно будет связан с модернизацией промышленных предприятий. Модернизация повлечет необходимость приспособления к новым условиям работы (увеличение крановых нагрузок, подвеска технологического оборудования и т п ) строительных конструкций эксплуатируемых зданий, значительная часть которых претерпела к настоящему времени определенный износ Одним из приемов продления срока службы конструкций является их усиление Усиления требуют основные несущие элементы каркаса, в том числе и стальные стропильные фермы. Среди методов усиления таких ферм одним из наиболее применяемых является метод увеличения сечений отдельных стержней путём присоединения к ним на сварке стержневых элементов
Сварка серьезно влияет на работу стержней как в процессе их усиления, так и усиленных имеют место тепловые ослабления, временные и остаточные напряжения и деформации Величины их в значительной степени определяются факторами технологии сварки тепловложением, протяженностью швов, расположением по длине и в сечении, порядком наплавки Комплексно, проблемно влияние технологических параметров сварки на работу стержней ферм не исследовалось Этим объясняется разноречивость известных указаний по сварочным технологиям усиления стержней ферм. В этом же и причина разных, рекомендуемых в различных источниках без привязки к конкретным технологиям сварки, усилий в стержнях, предельно допускаемых при усилении- их предлагают ограничивать величинами, равными 0,4.. 0,8 от расчетной несущей способности Учитывая засорение покрытий производственной пылью, дефекты в стержнях, фермы могут работать за пределом расчетной несущей способности, находясь, фактически, в аварийном состоянии В этой связи выполнение вышеуказанных рекомендаций требует обязательную, порой значительную, разгрузку ферм от части постоянной нагрузки, т е разборку части покрытия.
Отсюда и важность разработки рациональных сварочных технологий усиления стержней ферм, выявления критериев безопасного проведения его при заданных нагрузках
Цель исследований Повышение надежности работы стальных ферм покрытий, находящихся под нагрузками, близкими к предельным, на основе разработанных рациональных сварочных технологий усиления стержней
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
выполнены теоретические исследования влияния сварочных режимов технологий на напряженно-деформированное состояние нагруженных стержней стальных ферм,
разработаны классификации уровней напряженно-деформированного состояния усиливаемых стержней стальных ферм на основе теоретически обоснованных моделей, привязанных к технологиям сварки,
получены критерии определения предельных уровней напряжений сжатия и растяжения в стержневых элементах ферм, при которых возможно их усиление с применением сварки,
получены рациональные сварочные технологии усиления стержней ферм при максимально возможном уровне нагружения металла стальных ферм,
разработаны рекомендации по безопасному применению сварочных технологий усиления эксплуатируемых стальных ферм,
разработаны методики расчета сварочных напряжений и деформаций для случаев усиления сжатых стержней,
разработаны методики определения тепловых ослаблений сваркой сечений сжатых и растянутых элементов стальных ферм.
Методы исследования. Поставленные задачи решены путём проведения теоретических и экспериментальных исследований
Все теоретические исследования базируются на математическом аппарате теории теплопроводности и теплообмена. Исследования тепловых ослаблений сечений проводились с использованием положений теории распространения тепла при сварке академика Н Н.Рыкалина. В основу исследований сварочных напряжений и деформаций, развивающихся в сжатых усиливаемых стержнях, положен метод «фиктивных температур» профессора В С Игнатьевой
Экспериментальные исследования и промышленная апробация теоретических положений работы осуществлялись с применением стандартных и широко апробированных методик испытания и аппарата математической статистики.
Научная новизна работы заключается в разработке
концепции регулирования технологическими приёмами сварки прогибов и тепловых ослаблений усиливаемых стержней ферм покрытий с целью улучшения их работы как в процессе усиления, так и усиленных,
теоретических основ сварочных технологий, применительно к усилению стержневых элементов стальных ферм, работающих на уровнях, близких к предельным, расчетным,
классификации уровней напряженно-деформированного состояния усиливаемых стержней стальных ферм на основе теоретически обоснованных моделей, привязанных к технологиям сварки,
методик расчета безопасности проведения сварочных работ при усилении стержней стальных ферм покрытий в зависимости от конкретных схем усиления,
методик определения тепловых ослаблений, сварочных напряжений и деформаций в усиливаемых стержневых элементах стальных ферм.
На защиту выносятся
1. Теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные концепции регулирования сварочных прогибов и тепловых ослаблений стержней стальных ферм покрытий, выполняемого под нагрузкой технологическими приёмами в процессе их усиления
-
Теоретически обоснованные и экспериментально проверенные методики определения напряженно-деформированного состояния усиливаемых стержней стальных уголковых ферм, работающих в условиях предельного загружения.
-
Критерии расчета безопасности проведения сварочных работ по усилению стержней ферм покрытий зданий и сооружений
-
Рациональные технологии сварки для случаев усиления стержней стальных ферм покрытий методом увеличения сечений.
5 Расчетные методики определения ослабляющего воздействия сварки на металл усиливаемых стержней ферм покрытий
Практическая ценность работы. Разработаны сварочные технологии, позволяющие производить усиление стальных уголковых ферм покрытий промышленных зданий и сооружений методом увеличения сечений стержней при уровнях действия нагрузок, близких к предельным расчетным величинам. Это позволяет экономить значительные материальные и трудовые ресурсы за счет отказа от остановки производства, демонтажа и повторного монтажа конструкций покрытия и кровли зданий.
Апробация работы Результаты работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах.
- на научно-техническом семинаре кафедры «Металлические конструк
ции» МИСИ им В В Куйбышева, Москва (1978 г ),
- на научно-техническом семинаре техсовета «ВНИКТИСталь-
конструкция», Москва (1981 г ),
на научно-техническом семинаре кафедры «Металлические конструкции» МИСИ им. В В Куйбышева, Москва (1981 г.);
на научно-техническом семинаре Всероссийской выставки «Сварка цветных металлов и сплавов», ТолПИ, Тольятти (1986 г.);
на региональной научно-технической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья», ТолПИ, Тольятти (1999 г ),
на диссертационном Совете Тольяттинского регионального научного центра «Ноосферные знания и технологии» РАЕН, ТолПИ, Тольятти (1999 г);
на Всероссийской научно-технической конференции «Сварка - XXI век», ТГУ, Тольятти (2002 г ),
на научно-техническом семинаре кафедры «Оборудование и технологии сварочного производства» ТГУ, Тольятти (2002 г.);
на международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», технический университет, Волгоград (2002 г.);
на Всероссийской с международным участием конференции «Сварка на рубеже веков», МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва (2003 г.),
на семинаре научно-технического Совета ТГУ, Тольятти (2003 г );
на Всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья», ТТУ, Тольятти (2004 г );
на Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья», ТГУ, Тольятти (2005 г.);
на 2-й международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленных и транспортных комплексов», ЭЛПИТ-2005, ТГУ, Тольятти, (2005 г.),
на семинаре научно-технического Совета ТГУ, Тольятти (2006 г );
на научно-техническом семинаре кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства» ДГТУ, Ростов-на-Дону, (2006 г );
- на расширенном научно-техническом семинаре кафедры «Металлические конструкции и испытания сооружений» КазГАСА, Казань, (2006 г ).
Публикации По результатам работы над диссертацией автором опубликовано 46 печатных работ, включая 10 в реферируемых изданиях, в том числе монографию и 2 патента на изобретения.
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 323 листа, в том числе 119 рисунков и 24 таблицы Список литературы состоит из 244 наименования
