КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

ІВАНОВ Анатолій Порфирійович

УДК 624. 014.2.001.4

ВИЗНАЧЕННЯ ФАКТИЧНИХ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

СТАЛЕЙ У КОНСТРУКЦІЯХ, ЩО ЕКСПЛУАТУЮТЬСЯ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та

споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України м. Київ.

Науковий керівник -

доктор технічних наук, професор Пермяков Володимир Олександрович,

Київський національний університет будівництва і архітектури,

завідувач кафедри " Металевих та дерев'яних конструкцій ".

Офіційні опоненти -

доктор технічних наук, професор Гордєєв Вадим Миколайович, ВАТ

"УкрНДІпроектстальконструкція", перший заступник голови правління;

кандидат технічних наук, доцент Городжа Анатолій Дмитрович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, доцент

кафедри " Електротехніки та електроприводу".

Провідна установа - Донбаська академія будівництва та архітектури, кафедра

металевих конструкцій Міносвіти і науки України, м. Макіївка.

Захист відбудеться 20 квітня 2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.04 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою 03037, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 19 березня 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., с.н.с. В.Г. Кобієв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Нині на діючих підприємствах просліджується тенденція до скорочення будівництва нових об'єктів і зниження вкладання коштів на реконструкцію та заміну зношених елементів конструкцій. Це призводить до відмови експлуатованих конструкцій приносячи, що в свою чергу спричиняє значні збитки. Відновлення ушкоджених конструкцій потребує не менших витрат, у порівняно з витратами на планомірну підтримку їх у нормальному стані. У цьому зв'язку існує необхідність більш цілеспрямовано використовувати ті обмежені кошти, що ще виділяються в статтях витрати підприємств, на підтримку експлуатаційної надійності будівельних конструкцій.

Практика підтвердила необхідність удосконалювання методів обстеження будівельних конструкцій, що дозволяють правильно оцінити властивості металу за дії різноманітних навантажень на досліджуваний об'єкт. Це пов'язано з тим, що згодом під час експлуатації конструкцій неминуче відбувається накопичення ушкоджень у структурі сталі на мікрорівні, що спричиняє зміну властивостей сталі. Тому питання удосконалювання методу досліджень і відповідно методології випробувань матеріалів, визначення реальних перетинів елементів конструкцій з метою одержання більш точних розрахункових значень залишається одним з актуальних завдань, які можна розв'язувати під час обстеження металевих конструкцій.

Нині визначення механічних характеристик сталей під час обстеження будинків і споруд провадиться за допомогою добору проб, як правило, у малонавантажених або взагалі не навантажених ділянках конструкцій. Це не дає можливості зробити правильні висновки про дійсні характеристики сталей в основних несучих елементах. До того ж, вирізання зразків призводить до послаблення конструкцій і необхідності ремонту після взяття зразків. Тому методи, засновані на використанні приладів і пристосувань, що дозволяють, оцінити тривкість сталі в найбільше відповідальних елементах конструкції без порушення цілісності, подають науковий і практичний інтерес.

Методи визначення властивостей металу з механічного руйнування зразків добре розроблені. На їхній основі базується нормування якості металу за декількома параметрами (міцність, пластичність тощо.). Визначення характеристик якості металу безпосередньо в конструкціях за допомогою неруйнівних методів розв'язують завдання визначення тільки одного параметра - твердості.

Неруйнівні методи дослідження якості металу на фізичній основі (ультра-звукові, електромагнітні тощо) дають якісну оцінку стану матеріалу, але при більш детальному вивченні досліджуваного параметру можна одержати кількіс-

ні показники. Така оцінка стану матеріалу є непрямою, і похибка цього показника досягає 15-20%.

Для досягнення окреслених цілей необхідно мати такий метод визначення властивостей металу, що відповів би на поставлене питання конкретно щодо кожного досліджуваного параметра за прямого впливу на випробовуваний матеріал.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася на кафедрі металевих і дерев'яних конструкцій Київського Національного університету будівництва й архітектури по держбюджетній темі: "Розробити прилад для визначення міцнісних характеристик матеріалу в сталевих конструкціях неруйнованим методом", відповідно до наказу Міністерства освіти України № 68 від 31.03.1992 р., номер м. р. UA 01003736P. Автор приймав безпосередню участь у виконанні цієї науково-дослідної роботи як співвиконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методики для визначення міцності металів у натурних умовах із застосуванням методу "зрізування різьби". Для досягнення зазначеної мети поставлені такі завдання.

- Розробити методику визначення міцності металів у натурних умовах із застосуванням методу "зрізу різьби".

- Провести порівнянні випробування щодо визначенню міцності сталі за-пропонованим і стандартним методами з метою підтвердження вірогідності одержуваних результатів.

- Експериментально дослідити вплив різноманітних факторів на результати випробувань сталі методом " зрізування різьби".

- Провести натурні випробування сталей експлуатованих конструкцій за допомогою розробленого приладу.

Об'єкт дослідження - сталеві конструкції, що знаходяться в стадії експлуатації.

Предмет дослідження - матеріали сталевих конструкцій, механічні характеристики яких необхідно визначити.

Методи дослідження - експериментальне випробування властивостей сталей в конструкціях, що експлуатуються.

Наукова новизна одержаних результатів:

- у розробці методики визначення міцнісних характеристик сталі з застосуванням методу "зрізування різьби";

- в одержанні кореляційних залежностей між міцністю матеріалу методом "зрізування різьби" і механічною міцністю малоуглецевих і низьколегованих сталей визначених стандартними методами, "зрізування різьби" і механічною міцністю;

- у визначенні ступеня впливу напруженого стана в елементах конструкцій на результати визначення міцності сталі методом "зрізування

різьби", установлені механізму руйнації витка різьби у випробовуваному матеріалі.

Практичне значення одержаних результатів.

- Розробкою приладу і відповідних пристосувань для визначення міцнос- ті сталі в натурних конструкціях з їх метрологічною атестацією.

- Експериментальним підтвердженням ефективності розробленої методики визначення властивостей матеріалу в реальних конструкціях.

- Формуванням банку даних, що дозволяють визначити межу плинності і тимчасовий опір розірванню різноманітних сталей за результатами випробувань міцності металу методом "зрізування різьби".

Вірогідність отриманих у дисертації результатів, підтверджується достатнім обсягом статистичних оброблених експериментальним даних, використанням апробованого математичного апарата теорії можливостей під час проведення досліджень, а також задовільним збігом результатів випробувань методом "зрізування різьби" порівнянь з результатами стандартних випробувань зразків сталі на розтягання.

Результати наукових досліджень упроваджені. У виробничому об'єднанні "Спілка" застосована методика випробування міцності металу в експлуатованих конструкціях. В Алчевському металургійному комбінаті використані результати випробувань міцності металу підкранових конструкцій відділення сортообробки сортопрокатного стану, що дозволили прийняти оптимальне рішення по забезпеченню подальшої працездатності конструкцій.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом досліджуваний напружено-деформований стан витка різьби; розроблена методика і приладове забезпечення визначення міцності сталі методом "зрізування різьби". Розроблено методику опрацювання двомірного масиву при кореляційному аналізі різноманітних методів випробувань міцності металу.

Дисертантом розроблені і виготовлені: зразок випробувальної машини; пристосування для свердлення і нарізування різьби в отворі що забезпечують проведення випробувань у польових умовах із високої точності підготовчих робіт.

- Спосіб оцінювання механічних властивостей металу методом "зрізування різьби".

- Методика проведення й опрацювання результатів випробувань, включаючи прилад для випробування міцності металу (ІММ-23) із комплектом пристосувань свердлення отворів і нарізування різьби в елементах існуючих металоконструкцій. Була проведена велика кількість випробувань на різноманітних металах. Результати досліджень, викладені вище в пунктах

"Наукової новизни і практичної цінності досліджень", отримані особисто автором.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, подані в даній дисертаційній роботі, доповідались на:

- Всесоюзній координаційній нараді за рішенням галузевій науково-дослідній проблемі 055.01.121 в області металоконструкцій (Львів, 1983 р.);

- Всесоюзному семінарі "Індустріальні технічні рішення реконструкції будинків і споруд промислових підприємств "(Макіївка,1986 р.);

- Всесоюзній конференції "Сучасні методи, засоби контролю й обстеження антенних споруд" (Ташкент, 1986 р.);

- науково-технічній конференції "Підвищення якості надійності будівельних конструкцій " (Челябінськ 1988 р.);

- семінарі "Прогресивні методи ведення проектних і дослідницьких робіт під час реконструкції сталевих каркасів будинків і споруд " (Київ, 1989 р.);

- Республіканській конференції " Нетрадиційні системи сейсмозахистів будинків і споруд " (Севастополь 1990 р.);

- Всесоюзної науково-технічній конференції-91. "Випробування будівельних металевих конструкцій в умовах діючих підприємств" (Магнітогорськ,1991 р.);

- Міжнародної науково-технічної конференції "Нові методи розрахунку, матеріали і технології в будівництві" (Алчевськ, 1993 р.);

- Міжнародної науково-практичній конференції "Удосконалювання будівельних матеріалів технологій і методів розрахунку конструкцій у нових економічних умовах " (Сум, 1994 р.);

- Міжнародної конференції "Металобудівництво - 96" (Стан і перспективи розвитку) (Донецьк-Макіївка, 1996 р.);

- другій Всеукраїнській науково-технічній конференції "Аварії будинків і споруд і їхнє попередження ". (Київ, 1999 р.).

Публікації. За результатами досліджень зроблено 11 публікацій, у тому числі 9 статей і 2 авторських посвідчення. П'ять статей опубліковано у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаних джерел. Загальний обсяг 185 с., із них 94 с. основного тексту, 81 рис., 33 таблиці, найменувань використаних джерел 151, на 14 ст. та двох додатків на 5 ст.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині дане обгрунтування актуальності і практичної цінності роботи. Сформульовані мета, завдання, новизна і методи досліджень.

У першому розділі наведений огляд робіт, у яких розглянуті результати дослідження властивостей сталей у різноманітних видах прокату. Розглянуто

фактори, що впливають на мінливість якості сталі. Це питання гостро постало під час проведення реконструкції будинків промислових підприємств, під час обстеження будинків і споруд із сталей, що відпрацювали нормативний термін експлуатації. Якість сталі, з якої виконані несучі конструкції, багато в чому визначає витрати на підтримування конструкцій будинків у межах висунутих вимог щодо виявлення реальної якості сталі на цей факт звертали увагу багато вчених. До них варто віднести О.І. Кікіна, Є.І. Беленю, М.П. Мельникова, В.В. Кузнєцова, Є.В. Горохова, В.М. Гордєєв , А.Д. Городжа, М.М. Лащенка, Б.Ю. Уварова, В.Н. Валя та інших авторів. У роботах В.О.Балдіна, В.В. Кураєва, П. І Соколовського, М.Р.Урицького, В.І. Новикова, Д.О. Смоляренка, П. Д. Одесь-кого й інших. добре висвітлені якості будівельних сталей різних років випуску.

Визначення якості сталі у діючих конструкціях завжди становило труднощі. Всі методи визначення міцності сталі поділяються на руйнівні та неруйнівні. Найбільш ефективні - неруйнівні методи: вони зберігають працездатність конструкцій. Простий метод, такий як метод Польді - Хюте дає малу точність. Більш точні методи: твердість поверхневого шару; склерометричні методи тощо. З одного боку громіздкі при роботі з ними, з іншої - потребують ретельної підготовки досліджуваної поверхні. Проте найголовніше, що це все ж таки непрямі методи.

Проведений аналіз свідчить, що існуючі методи і прилади для визначення механічної міцності металу без руйнації через твердість поверхневого прошарку викликають певні труднощі практичного застосування їх на експлуатованих конструкціях.

Найбільш ефективним методом для визначення міцності сталі, у працюючих конструкціях є метод “зрізування різьби” (захищені авторськими свідоцтвами [10, 11]). Суть методу полягає в тому, що в елементі конструкції свердлиться отвір невеликого діаметру (діаметр отвору 4.15 під різьбу М5) і в ньому нарізають різьбу. У цю різьбу вгвинчується випробний гвинт (міцність матеріалу гвинта повинна бути в два і більше разів вищою); до нього прикладається навантаження і з'єднання доводиться до руйнування (рис.1).

За максимальною силою, витраченою на руйнування і площею витків різьби, вилучених із випробовуваного матеріалу, визначається міцність сталі за методом "зрізування різьби". Міцність випробуваного матеріалу визначається за формулою:

, (1)

де - міцність металу за методом “зрізування різьби”;

- максимальна сила руйнації витків різьби;

- кільцева площа зрізаних витків;

- діаметр випробного гвинта;

- висота зрізаного витка різьби;

- кількість витків різьби, що одночасно зрізаються.

Рис. 1. Схема випробування міцності металу

методом “зрізування різьби”

Розробка цього методу до його практичного застосування в польових і лабораторних умовах дозволить визначити механічну міцність сталі із достатньою вірогідністю.

Другий розділ присвячений розробці методиці проведення іспиту і відповідно контрольованих вимірювальних засобів. Контрольований вимірювальний засіб для визначення міцності металу методом "зрізування різьби" дозволяє перетворити обертальний рух електричного двигуна в лінійне переміщення випробного гвинта руйнуючого сполучення з витками різьби (рис.2).

Для створення на випробному гвинті 1 необхідного зусилля, а також для зміни цього зусилля із заданою швидкістю використовується електродвигун 2, на валу ротора якого насаджена шестерня 3, що є вхідним елементом ротора 4.

Вихідним елементом редуктора є ходовий гвинт 5, на якому обертальний рух перетвориться на лінійне переміщення силової балки 6, що являє собою нерівноплечий важіль. Цей важіль є підсилювачем сили для випробного гвинта. Індикатори 7 і 8 дозволяють реєструвати зусилля на випробному гвинті 1 та його переміщення. Співвідношення плечей важеля силової балки становить 1:8,

що за силовими характеристиками дозволяє мати зусилля на короткому плечі до 10 кН. Швидкість навантаження випробовуваного матеріалу становить 1мм/хв, що забезпечується п'ятисхідчастим редуктором. Навантаження різьби у випробовуваному матеріалі створюється поздовжньою силою через випробний гвинт.

Рис. 2. Конструктивна схема пристрою для

створення зусилля на випробному гвинті

До конструкції випробного гвинта висуваються вимоги: міцності характеристики матеріалу випробного гвинта повинні в два і більше разів перевищувати механічну міцність випробовуваного матеріалу; випробний гвинт повинен бути суворо прямовисним до поверхні випробовуваного матеріалу в процесі роботи; різьба гвинта й отвори у випробовуваному матеріалі повинні бути виконані із заданою точністю.

Конструкція випробного гвинта являє собою деталь, що складається з трьох взаємозалежних частин. Перша частина - напрямна, друга - різьбова (ця частина виконується якомога точніше за розмірами четвертого квалітету). Третя частина випробного гвинта являє собою тяговий штревель, що закінчується різьбовою частиною і шліцом для вигвинчування його у випробовуваний матеріал. Така конструкція гвинта дозволяє одержати від випробування до випробування постійну площу витків що зрізаються, яка визначається за формулою:

, (2)

де - номінальний діаметр різьбового з`єднання;

- зовнішній діаметр випробного гвинта;

- номінальний крок різьби.

Для забезпечення одноманітності свердління отворів і нарізування різьби у випробовуваному матеріалі елементу конструкції був розроблений ряд пристосувань із основою на електромагніті, що забезпечують високу точність отриманих результатів. Контроль точності виготовлення різьби у випробовуваному матеріалі здійснюється калібром пробки, що дозволяє здійснити контроль параметрів різьби з точністю не нижче 2%.

Атестація приладу для створення зусилля показала гарні результати: максимальна похибка становить склала 0,86% за навантаження 2 кН, в інших випадках похибка не перевищує 0,5%.

У третьому розділі розглянуто результати експериментальних досліджень структури сталі на різноманітних етапах деформування витків різьби у випробовуваному матеріалі. Практично показано, що руйнація витка різьби відбувається через вигин до вичерпання несучої здатності матеріалу, а далі витки різьби зрушуються, причому матеріал цілком деформований.

Запис діаграми руйнації різноманітних матеріалів за тривкістю свідчить, що характер кривої руйнації однаковий, відрізняється тільки силою руйнації випробовуваного матеріалу. На діаграмі під час випробування будь-якого матеріалу (рис. 3-4) можна виділити характерні ділянки: пружна стадія деформування (ділянка AB), що завершується точкою B, до якої деформування було пропорційне зростанню сили.

Далі матеріал під впливом навантаження переходить у пружно пластичне деформування (ділянка BD) і сягає максимальної сили в точці D, що відповідає межі міцності матеріалу - зрізу. Матеріал пливе, руйнуючи різьбове з`єднання.

Зміни діаметру гвинта спотворюють вигляд діаграми руйнування витків різьби, але показник міцності залишається незмінним.

Пружна деформація супроводжується зміною відстані між атомами в кристалічній решітці. Спостерігається складна деформація зерен фериту і перліту з переважним витягуванням уздовж напрямку прикладання навантаження. За зняття навантаження атоми повертаються на старе місце.

Таким чином, пружна деформація не викликає ніяких залишкових змін структури сталі. У процесі пластичної деформації змінюється структура і властивості сталі. Метал зміцнюється. За напружень напругах близьких до межі міцності виникають мікротріщини, збільшуються деформації зерен фериту і перліту в підставі зуба різьби.

Сталь деформувалася, відбулися необоротні процеси в їх структурі.

Проведено порівняльні випробування міцності металу різними методами (стандартним - на розтяг і методом “зрізування різьби“).

Рис. 3 Загальний вид діаграми випробування

сталі методом "зрізування різьби"

Рис. 4 Діаграми руйнування різноманітних матеріалів

методом "зрізування різьби":

1-сталь 17Г1СУ; 2- сталь 10Г2С; 3- сталь Вст3пс;

4-чавун; 5- мідь; 6- алюміній.

Методика порівняльних випробувань передбачала випробування міцності металу спочатку методом “зрізування різьби”, а потім цей зразок випробовувався на розривній машині з одержанням відповідних показників міцності випробовуваного матеріалу. Оброблення одержаних результатів випробування міцності металу дозволило одержати кореляційну залежність для маловуглецевих і низьколегованих сталей для двох аналізованих методів.

Основні показники кореляційної залежності (коефіцієнт кореляції і надійність кореляції, див. рис.5-6) коливаються в невеличких межах, надійність розглянутих залежностей досить висока.

Результати оброблення даних наведено в таблицях 1 і 2.

У процесі електронного опрацювання результатів випробувань міцності сталі двома методами використано методику вибраковування випадкових значень у групі парних вимірів за критеріями вибраковування парних даних із ряду спостережень на виконання умови:

, (3)

де - межа текучості сталі фактичної;

- межа текучості сталі отриманої за лінією регресії;

- коефіцієнт Стьюдента;

- похибка розсіювання перемінної, що визначається за

формулою:

, (4)

У четвертому розділі наведено результати оцінки міцності металу методом “зрізування різьби“, виявлені фактори, що впливають на результати визначення міцності, сталі в конструкціях. Математично методом кінцевих елементів розглянуто задачу впливу напруженого стану в елементі конструкції під час випробувань міцності металу.

Отримано розподіли напруження в зоні отвору від дії поздовжніх і поперечних сил. Результати розв`язання задачі показали, що місцевий вплив від

Рис.5 Залежність тимчасового опору Рис.6 Залежність тимчасового опору

розриванню маловуглецевої сталі розриву низьколегованої сталі

від міцності, визначеної методом від міцності, визначеної

“зрізування різьби” (після вибрако- методом “зрізування різьби”

вування даних) (після вибраковування даних)

Таблиця 1

Показники кореляційної залежності випробувань сталі на міцність

за Держстандартом (ГОСТ 1497-84*) і методом "зрізування різьби".

Таблиця 2

Оцінні показники ліній регресії

пристрою щодо створення зусилля поширюється під усією площиною основи приладу. Напружений стан у цьому випадку дещо нижчий від дії зосередженої сили, отриманої від дії випробного гвинта.

За допомогою математичної моделі одержано картину напруженого стану витка різьби в момент переходу від пружних деформацій до пластичних (рис.7).

На розрізі випробовуваного матеріалу показаний розподіл напруг у витку різьби від дією поперечної сили, що являє собою випробний гвинт під навантаженням. Тут чітко розрізняються зони розтягу і стискання під час вигину. За вичерпання несучої здатності матеріалу, матеріал пливе і далі відбувається зсув деформованого металу.

За умов роботи матеріалу в конструкції в межах пружних деформацій напружений стан у конструкціях не повинен впливати на результати визначення міцності металу. Ці передумови були експериментально перевірені на елементах конструкцій, що перебували під силовим впливом із напруженим станом заданого рівня. Міцність металу визначалася до навантаження конструкції й у конструкції під силовим впливом у межах пружних деформацій. Міцність металу, одержана в різних станах конструкцій, не відрізняється. За випробування міцності металу, що перебуває в стадії пружно пластичного деформування, міцність матеріалу, відрізняється від вихідної і величина її більше, ніж у не деформованого металу.

Проведені випробування міцності матеріалу в кроквяних фермах, підкранових балках, колонах, працюючих на сприйняття силових впливів, дозволили визначити розрахунковий опір сталі, вище, чим визначений точніше, ніж у будівельних нормах і правилах.

Рис. 7. Розподіл напруг за висотою витків різьби у

випробовуваному матеріалі за тиску на вітках

Р = 250 МПа

Особлива увага при визначенні міцності матеріалу конструкцій підкранових балок зверталася на можливість визначення міцності металу зварного шва на місці з'єднання полички балки зі стінкою (кутовий зварний шов). Це дозволило встановити дійсний стан металу шва (міцність металу зварного шва вище основного металу на 19 %, а пластичність матеріалу на 40 % менша).

Таким чином, причина утворення тріщин у металі зварного шва, очевидно, цим і пояснюється: метал працює в складному в напруженому стані із знакоперемінними впливами.

ВИСНОВКИ

Виконані дослідження дозволяють сформулювати такі основні висновки, що визначають наукову новизну і практичну значимість дисертаційної роботи:

1. У результаті аналізу існуючих вимірювальних приладів та пристроїв

сконструйований і виготовлений вимірювальний комплекс ІММ-23 для визначення міцності властивостей матеріалів у лабораторних і польових умовах на конструкціях, що перебувають в експлуатації.

2. Розроблений випробний комплекс, до складу якого входить прилад ІММ-23, (пристрій для створення зусилля), ряд пристосувань для забезпечення точного свердління отвору і виконання різьби в ньому, дозволяє розв'язати задачу випробування металу в лабораторних і польових умовах.

Щодо польових випробувань міцностних властивостей матеріалу в конструкціях окреслений вимірювальний комплекс випробувань на площині аркушевого і фасонного прокату, а також проведені випробування металу в ріг. Особливо слід відзначити великі можливості комплексу визначення міцності металу зварного шва в будь-якому положенні його в просторі.

3. Розроблена методика "зрізування різьби" за допомогою спеціальних пристосувань дозволяє проводити випробування міцності металу безпосередньо на експлуатованих конструкціях із високою збіжністю відтворюваністю отриманих результатів.

4. На підставі методу "зрізування різьби" при визначенні міцності характеристик металу рекомендовані - відносно прості кореляційні залежності лінійного вигляду, що дозволяють визначити межу текучості, часу опору розриву з досить високою точністю за надійності результатів 0,95, складено

таблиці переходу від результатів випробувань металу методом "зрізування різьби" до стандартного.

5. За результатами випробувань міцності металу в обстежуваних конструкціях визначається дійсний розрахунковий опір, сталі, що дозволяє реально оцінити несучу здатність конструкцій.

6. На підставі аналізу відповідних нормативних документів і статистичного опрацювання результатів, виконаних за здавальними даними випробувань готової продукції різноманітними металургійними заводами, встановлено, що реальна міцність металу вище вимог, зазначених у стандартах. Виявлення цього запасу в кожному конкретному випадку являє собою досить трудомістке завдання, розв'язання, в даний час відсутнє. Це вказує на доцільність застосування прямого методу визначення основних характеристик металу з метою одержання економічних проектних рішень.

7. Запропоновано інженерну методику визначення основних механічних характеристик металу (тимчасовий опір розриву і межа текучості) методом "зрізування різьби" у комбінації з визначенням непрямих характеристик що є, по суті, беззразковим методом визначення прямої характеристики металу під час проведення механічних випробувань.

8. Використання запропонованого методу дозволяє встановити за результа-

тами проведення польових і лабораторних дослідів таке: металеві конструкції, експлуатовані протягом тривалого часу (понад 20 років), а також (будинки, що перебувають в екстремальних умовах, із надлишковими тепло виділеннями, підприємства хімічної промисловості, металоконструкції вантажопіднімальних кранів тощо), піддаються старінню, тобто механічні властивості матеріалу конструкцій погіршуються. З огляду на відзначені вище причини використовувати паспортні дані про матеріал таких конструкцій слід з певною обережністю.

9. Встановлено, що концентрація напружень у зоні отвору може досягати

3 , де - рівень нормальних напруг. Зона концентрації напруг поширюється на відстані в 15,5 мм. Свердління наступних отворів для випробувань методом "зрізування різьби" з метою вилучення перекриття зон концентрацій припускається з кроком понад чотири діаметри вихідного діаметру.

ПУБЛІКАЦІЇ

1. Иванов А.П. Определение прочности металла в стальных конструкциях без отбора проб// Бюллетень строительной техники – М.:1990, №4 -С.13-14.

2. Нiколаєвcький С.П., Іванов А.П. Дослідження властивостей матеріалу беззразковими неруйнівними методами в умовах напруженого деформованого стану// Будівництво України, 1994, № 4 - С.27-29.

3. Иванов А.П. Переход к показателям прочности стали на растяжение по результатам испытания методом “среза резьбы ” //Сборник научных трудов. Віп.9 - Алчевск: ДГМИ, 1999.- С.186-190.

4. Воронин В.П., Иванов А.П., Филимонов В.В. О причинах аварий покрытия мартеновского цеха.// Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник. Вип.51. - К.:, НДІБК, 1999. - С.60-64.

5. Ираклиевский В.Д., Иванов А.П. Механическая прочность стали, определенная методом “среза резьбы” в сопоставлении со стандартом.// Конструкции гражданских зданий: Сборник научных трудов. - К.:, КиївЗНІЕП, 1999.- С.109-113.

6. Иванов А.П. Исследования структуры стали при определении прочности металла методом "среза резьбы".// Сборник научных трудов Вып.11. - Алчевск: ДГМИ, 2000. - С. 285-289.

7. Иванов А.П. К вопросу применения метода среза резьбы в действующих конструкциях // Мат. Всесоюзного семинара "Индустриальные технические решения для реконструкции зданий и сооружений промышленных предприятий". Макеевка:, 1986. - С.4-5.

8. Иванов А.П. Взаимосвязь прочности стали, определенной методом "среза резьбы" и методом испытания на растяжение // Новые методы расчёта,

материалы и технологии в строительстве: Материалы межведомственной научно-технической конференции. Алчевск: ДГМИ, 1993. - С.131-136.

9. Иванов А.П. К испытанию прочности стали методом “среза резьбы”// Материалы конференции “Металлостроительство-96 (Состояние и перспективы развития)": Донецк – Макеевка: ДГАСиА, 1996. – С.83-85.

10. А. С. 953512 СССР. Устройство для испытания металлов на прочность / Коммунарский горно-металлургический институт: Авт. изобрет. И. В. Изосимов, А.П. Иванов - Заявл. 21.01.81, N3238129/ 25-28. Опубл. в Б.И., 1982, №31.

11. А.С.1633326 СССР. Винт для определения прочности металла методом среза резьбы /Коммунарский горно-металлургический институт: Авт. изобрет. А.П. Иванов - Заявл. 22.09.88, N4485788 / 28. Опубл. в Б.И., 1991, №9.

У публікації [2] авторові належать експериментальні дані дослідження впливу напруженого стану в конструкціях на міцності властивості матеріалу, аналіз одержаних результатів. У публікації [4] авторові належать результати дослідження міцності матеріалу в конструкціях покриття і надколонників каркасу мартенівського цеху, порівняльний аналіз одержаних результатів та нормативних даних чинних стандартів. У публікації [5] авторові належить збір даних, визначення основних залежностей результатів випробувань маловуглецевих і низьколегованих сталей двома методами: методом "зрізування різьби" і на розтяг відповідно до Держстандарту ( ГОСТ 1497 - 84*).

АНОТАЦІЯ

Іванов А.П. Визначення фактичних механічних характеристик сталей у конструкціях, що експлуатуються. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2001.

Дисертація висвітлює методику проведення іспиту і відповідно контрольованим вимірювальним засобам. Контрольований вимірювальний засіб для визначення міцності металу методом "зрізування різьби" дозволяє перетворити обертальний рух електричного двигуна в лінійне переміщення випробного гвинта руйнуючого сполучення з витками різьби.

Проведено дослідження механізму руйнації витка різьби під час визначення міцності сталі. Проведено порівняльні випробування різноманітних сталей методом "зрізування різьби" і стандартним методом, отримані перехідні рівняння регресії переходу від одного виду випробування до іншого (стандартного).

Досліджено вплив напруженого стану в елементах конструкцій на результат міцності сталі в працюючих конструкціях.

Наведено результати випробувань міцності сталі в різноманітних конструкціях промислових будівель. Визначено умови застосування методу "зрізування різьби" під час випробування різноманітних конструкцій.

Ключові слова: міцність, метод зрізування різьби, кореляційна залежність, випробна машина, виток, випробний гвинт, напружений стан, маловуглецева, низьколегована сталь.

АННОТАЦИЯ

Иванов А.П. Определение фактических механических характеристик сталей в эксплуатируемых конструкциях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросам разработки методики испытания прочности материала методом "среза резьбы" в сопоставлении со стандартными методами получения переходящих зависимостей от одного вида испытания к другому.

Содержание диссертации. Во введении обоснованы актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, дана ее общая характеристика.

В разделе 1 выполнен анализ работ, посвященных исследованию прочности, стали и показана необходимость оценки прочности при обследовании зданий и сооружений перед их реконструкцией. Сделан анализ существующих без образцовых методов по оценке прочности металла непосредственно в конструкциях, предложен новый метод, сформулированы основные задачи исследований.

В разделе 2 предложена разработанная методика проведения испытания и соответственно контролируемых измерительных средств. Контролируемое измерительное средство для определения прочности металла методом "среза резьбы" позволяет преобразовать вращательное движение электрического двигателя в линейное перемещение испытательного винта разрушающего соединения с витками резьбы. Разработанный испытательный комплекс позволяет решить задачи испытания металла в лабораторных условиях.

В разделе 3 представлены результаты экспериментальных исследований структуры стали на различных этапах деформирования витков резьбы в испытательном материале. Практически показано, что разрушение витка резь-

бы происходит через изгиб до исчерпания несущей способности материала, а далее витки резьбы сдвигаются, причем материал полностью деформируется.

Приведены результаты сопоставительных испытаний прочности металла различными методами (стандартным - растяжение, ГОСТ 1497-84* и методом

"среза резьбы"). Методика сопоставительных испытаний предусматривала испытание прочности металла первоначально методом "среза резьбы", а затем этот образец испытывался на разрывной машине с получением соответствующих показателей прочности испытательного металла. Обработка полученных результатов испытания прочности металла позволила получить

корреляционную зависимость для малоуглеродистых и низколегированных сталей для двух рассматриваемых методов. Коэффициент корреляции и надежность корреляции колеблются в небольших пределах, надежность рассматриваемых зависимостей достаточно высокая. При обработке результатов испытаний прочности стали двумя методами использована методика выбраковки случайных значений в ряде парных измерений.

В разделе 4 рассмотрена задача влияния напряженного состояния в элементе конструкции при испытании прочности металла. Получены распределения напряжения в зоне отверстия от действия продольных и поперечных сил. Экспериментально установлено, что в пределах упругих деформаций напряженное состояние в конструкциях не влияет на результат определения прочности металла.

Разработанная методика "среза резьбы" с помощью специальных приспособлений позволяет проводить испытание прочности металла непосредственно на эксплуатируемых строительных фермах, подкрановых балках и других конструкциях с высокой сходимостью и воспроизводимостью полученных результатов.

На основании метода "среза резьбы" при определении прочности характеристик металла рекомендованы относительно простые корреляционные зависимости линейного вида, позволяющие определить предел текучести, времени сопротивления разрыву с достаточно высокой точностью при надежности результатов 0,95, составлены таблицы перехода от результатов испытания металла методом "среза резьбы" к результатам прочности стали по действующему стандарту.

По результатам испытания прочности металла в обследуемых конструкциях определяется действительное расчетное сопротивление, стали, что позволяет реально оценить несущую способность конструкций.

На основе анализа соответствующих нормативных документов (СНиП II-23-81) и статистической обработки результатов, выполненных, по сдаточным

данным испытаний готовой продукции различными металлургическими завода-

ми установлено, что реальная прочность металла выше требований, указанных в стандартах. Выявление этого запаса в каждом конкретном случае представляет собой достаточно трудоемкую задачу, решение которой в настоящее время отсутствует. Это указывает на целесообразность применения прямого метода определения основных характеристик металла с целью получения экономичных проектных решений.

Предложена инженерная методика определения основных механических характеристик металла (временное сопротивление разрыву и предел текучести) методом "среза резьбы" в конструкция являющаяся, по сути, без образцовым методом определения прямой характеристики металла при проведения механических испытаний.

Ключевые слова: прочность, метод среза резьбы, корреляционная зависимость, испытательная машина, виток, испытательный винт, напряженное состояние, малоуглеродистая, низколегированная сталь.

SUMMARY

Ivanov A. P. The definition of actual mechanical performance of kinds of steel in maintained constructions. - Manuscript.

The thesis for a competition of a scientific degree of the Candidate of Technical Sciences by Specialty 05.23.01 - Building constructions, buildings and structures - Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv, 2001.

The thesis is devoted to development of a technique of a strength testing of a material by a method "of a shear of a thread " under operating conditions of constructions. The gear for creation of a gain on the test screw is developed, the constructions of a series of accommodating permitting considerably are offered to increase an exactitude of manufacture of an orifice with a thread in a tested material. The researches of the mechanism of destruction of a coil of a thread are conducted at the definition of strength, steel. The comparative trials various of kinds of steel by a method " of a shear of a thread " and standard methods are conducted, the transitional equations of a regression of passage from an outcome of one aspect of a trial to other (standard) are obtained.

The influence of the intense condition in the elements of constructions on an outcome of strength of steel in working constructions is investigated. The test data’s of strength of steel in various constructions of industrial buildings are reduced. The conditions of application of a method " of a shear of a thread " are defined at a trial of various constructions.

Key word: strength, method of a shear of a thread, correlation assotiation, test machine, coil, test screw, intense a condition, carbonic steel, alloyed steel.