ДОНБАСЬКАЯ ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

ПЕТРОСЯН ОЛЕГ МУРАДОВИЧ

УДК 624.014

ВПЛИВ ЕКСПЛУТАЦІЙНИХ ЧИННИКІВ НА НАПРУЖЕНИЙ СТАН ВЕРХНЬОЇ ЗОНИ СТІНКИ ПІДКРАНОВОЇ БАЛКИ.

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди.

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МАКІЇВКА2002

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Донбаській державній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник | доктор технічних наук, професор
Горохов Євген Васильович,
Донбаська державна академія будівництва і архітектури, ректор,
завідувач кафедри металевих конструкцій

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Пічугін Сергій Федорович, Полтавський державний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, завідувач кафедри конструкцій із металу, дерева і пластмас;

кандидат технічних наук,
Єрмак Євген Михайлович, доцент кафедри будівельних матеріалів, конструкцій та будівель
Українська державна академія залізничного транспорту

Провідна установа |

Одеська державна академія будівництва і архітектури, кафедра металевих і дерев'яних конструкцій (м. Одеса)

Захист дисертації відбудеться “30” травня 2002 року в 13.00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .085.01 у Донбасьский державний академії будівництва й архітектури за адресою: 86123, Донецька область, м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбасьскій державній академії будівництва й архітектури.

Автореферат розісланий “26” квітня 2002 року.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент А.М. Югов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Останнім часом, у ситуації корінних структурних змін в економіці і скорочення капітальних вкладень у промислове будівництво, на перший план висувається проблема реконструкції будинків і споруджень, необхідності підтримки в працездатному стані існуючого фонду металоконструкцій.

Підкранові конструкції є найбільше пошкоджуваними елементами каркаса промислового будинку. Натурні дослідження підкранових балок в умовах важкого і дуже важкого режимів роботи кранів виявили численні ушкодження верхньої зони стінки у виді тріщин, що з'являються вже в початковий період експлуатації. До 5 років накопичені ушкодження як правило виводять підкранові балки з ладу. Подібне положення є слідством рухливого характеру навантаження, дією значних зосереджених сил, а також визначається технічним станом конструкцій (відхилення кранових шляхів у горизонтальній і вертикальній площинах) і ходової частини мостових кранів (горизонтальний і вертикальний кути перекосів колеса, асинхронне вмикання електродвигунів крана і т.п.).

Це обумовлено недосконалістю конструктивної форми і імовірних методів розрахунку підкранових конструкцій, не повній мірі відбиваючих дійсну роботу конструкцій, з урахуванням дефектного стану як самих конструкцій, так і мостових кранів.

Розробка уточненої методики розрахунку верхньої зони стінки підкранової балки з урахуванням ушкоджень кранового шляху і ходової частини мостового крана й удосконалювання конструктивної форми на цій основі забезпечить підвищення довговічності і безпечної експлуатації балок, а також знизить експлуатаційни витрати.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана по координації з технічним комітетом по стандартизації ТК-78 "Технічна діагностика і контроль , що не руйнує ," (ТК-78 "ТДНК"), держбюджетної НИР Д-2-2-00 “Створення теоретичних і технологічних основ технічної діагностики і прогнозування технічного стану будівельних металевих конструкцій” (рег. № 0100U000929, Міністерство освіти і науки України).

Ціллю роботи є підвищення довговічності і надійності підкранових конструкцій шляхом удосконалювання методики розрахунку напружено-деформованого стану верхньої зони стінки підкранової балки з урахуванням експлутаційного стану ходової частини мостових кранів і підкранових шляхів і процесів переміщення мостових кранів.

Для реалізації поставленої цілі стояло вирішити ряд задач.

1.

2.

3.

4.

Об'єкти досліджень - сталеві зварні двотаврові підкранові балки.

Предметом досліджень є напруженодеформований стан верхньої зони стінки підкранових балок у процесі руху мостового крана.

Методи досліджень. Методи математичного моделювання на основі теорії щільного крутіння і варіаційних методів різницевих рівнянь, експериментальні методи.

Наукова новизна отриманих результатів.

-

-

-

-

Практичне значення роботи.

Запропоновано методику розрахунку верхньої зони стінки підкранової балки з урахуванням експлуатаційного стану підкранових шляхів і ходової частини мостового крана, призначена для використання при проектуванні нових і посиленні існуючих підкранових балок. Визначено крок розставляння поперечних ребер жорсткості з умови напруженого стану верхньої зони стінки підкранової балки. Розроблено методику розрахунку напруженого стану підкранової балки на основі теорії щільного крутіння. Розроблено пакет прикладних програм, що реалізує розрахунок напруженого стану верхньої зони стінки підкранової балки з урахуванням переміщення мостового крана. Запропоновано конструктивні рішення підкранових балок із мінімізацією розтягуваючих напруг у верхній біляшовної зоні стінки балки.

Впровадження результатів роботи.

Отримані результати використані:

-

-

-

Особистий внесок здобувача.

Приведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно. Особистий внесок автора складається в наступному:

-

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи повідомлені на міжнародній конференції "Теорія і практика металевих конструкцій" (ДонецькМакіївка, 1997), на VII Української науковотехнічної конференції "Металеві конструкції" (Дніпропетровськ, 2000).

У повному обсязі закінчена дисертаційна робота докладувалась на розширеному засіданні кафедри "Металеві конструкції" Донбасьскої державної академії будівництва і архітектури (2002 р.).

Публікації. Основне утримання дисертації опубліковано в 5 друкарських роботах.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота включає введення, п'ять розділів, основні результати і висновки, 3 додатки, список використаних джерел, додатки. Дисертація викладена на 187 сторинках, у тому числі 148 сторінок основного тексту, 12 сторінок списку літератури, 41 повних сторінок із малюнками і таблицями, 27 сторінок додатка.

Стисле утримання роботи

В введенні обгрунтовувається необхідність проведення досліджень по темі дисертації, виявлена необхідність урахування експлутаційних чинників при розрахунку напруженого стану підкранових балок і розглянуті варіанти збільшення ресурсу підкранових балок. Визначено необхідність розробки й апробування методики розрахунку і конструктивних рішень проектованих і експлуатованих підкранових балок. Обгрунтовано актуальність, наукова і практична значимість дисертаційних досліджень.

У першому розділі на основі аналізу досліджень підкранових балок і їхніх пошкоджуваностей сформульовані основні принципи гаданого рішення проблеми, визначені ціль і задачі роботи.

Проведено аналіз пошкоджуваності підкранових балок. Узагальнення і систематизація результатів натурних досліджень дозволили виявити основні види дефектів і ушкоджень, що були обрані для дослідження їхньої впливи на напруженодеформований стан верхньої зони стінки підкранових балок.

Виконаний огляд методів досліджень (ЦНИИПроектстальконструкция, ЦНИИСК ім. Кучеренко, Макіївський ІБІ, Новосибірський ІБІ, МІБІ ім. Куйбышева, Липецкий ПІ та інші) виявив переваги експериментальних досліджень в умовах чинного виробництва над лабораторними. До переваг експериментальних натурних досліджень ставиться урахування умов експлуатації, важко відтворені при стендових іспитах: нерівномірність вертикального тиску коліс крана; зміна горизонтальних поперечних сил при переміщенні вантажного візка і зміні кутів перекосу ходових коліс; кінематичний і нерегулярний характер процесу навантаження.

У роботі проаналізовані основні теоретичні й експериментальні дослідження з проблеми уточнення методики розрахунку напруженодеформованого стану металевих підкранових балок, виконані Б.М. Броуде, Б.Б. Лампсі, Є.В. Гороховим, В.М. Горпинченко, Є.А. Мітюговим, К.К. Неждановим, С.Ф. Пічугіним, А.І. Склядневим, Ф. Зеевальдом, В.П. Федосеевом, І.Р. Руховичем, І.Є. Спенглером, Ю.І. Кудішіним, А.А. Апалько, Н.С. Москалевим, Г.А. Шапіро, І.К. Оксфорт, М.С. Подбелло та А.М. Подбелло, Б.А. Шемшурой, О.В. Колотовим, О.Ф. Іванковим, А.В. Прінь, В. М. Гончаровим і іншими. Подано аналіз нині чинної методики розрахунку напруженодеформованого стану верхньої зони стінки підкранових балок, що не враховує експлутаційний стан ходової частини мостового крана і підкранових шляхів.

На підставі проведеного аналізу сформульовані основні напрямки досліджень.

В другому розділі дана характеристика чинників, що впливають на напружений стан верхньої зони стінки підкранової балки. Розглянуто варіанти взаємодії колеса крана з підкрановою рейкою й описані схеми взаємодії мостового крана з підкрановою конструкцією. Аналіз формул, приведених у нормативних документах, показав, що при визначенні крутного моменту від кранових навантажень не достатньо повно враховується дійсна робота кранової рейки і балки.

Місцевий крутний момент, прикладений до верхньої зони стінки укладається з:

(1)

місцевий крутний момент від вертикального кранового навантаження;

місцевий крутний момент від бічного впливу крана.

Натурні дослідження виявили, що ушкодження у виді тріщин в основному з'являються в зоні зварного шва між верхнім поясом і стінкою балки. Тому запропоновано розрахунок крутного моменту проводити щодо цієї зони. Таким чином, крутний момент від вертикального навантаження в зоні зварного шва визначається як:

(2)

де, вертикальне кранове навантаження;

ексцентриситет прикладання навантаження;

товщина стінки підкранової балки.

Для визначення ступеня впливу бічних впливів крана на була проаналізована спільна робота підкранової балки і рейки. У результаті запропонована розрахункова схема: верхній пояс поданий у виді балки, обмежений по довжині підкрановой панеллю, кріплення ребер жорсткості задані шарнірно. Поперечне горизонтальне навантаження через болти, завзяті і притискні планки (у залежності від конструктивного рішення) передається на верхній пояс балки. При розташуванні колеса крана:

-

-

довжина підкранової панелі;

, відстань від кріплення підкранової рейки до ребра жорсткості відповідно;

товщина верхнього пояса підкранової балки.

З огляду на деформації при крутінні поперечних перетинів підкранової балки, для визначення напруженого стану використана теорія щільного крутіння тонкостінних стрижнів. Дана теорія дозволила оцінити рівень компонентів напруг і знайти функції кутів закручування при щільному крутінні шляхом рішення диференціальних рівнянь методом початкових параметрів. Варіюючи засобами закріплення, початковими параметрами і вводячи додаткові зв'язки різноманітної жорсткості, можна уточнити напружений стан стінки підкранових балок, що знаходяться в експлуатації.

де Lпроліт підкранової балки;

zвідстань до аналізо-ваного перетину;

M1 і M2 місцеві крутні моменти від першого і другого колеса мостового крана відповідно;

am1 і am2 відстані до крутніх моментів М1 і М2 відповідно.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням напруженого стану верхньої зони стінки підкранової балки в натурних умовах.

Обобщив матеріали попередніх досліджень, автором виділені основні чинники, що впливають на експлутаційний стан підкранових конструкцій:

1)

2)

3)

Проаналізувавши чинники, що визначають умови експлуатації, для натурнолабораторного моделювання ушкоджень підкранових шляхів і ходової частини мостового крана в якості змінюваних параметрів визначені:

-

-

У якості об'єктів експериментальних досліджень використані підкранові балки складу готової продукції прокатного цеху № 2 ВАТМакеіївський металургійний комбінат". Тому що у даний час в Україні не існує серійно випускаємої функціонально-закінченої системи апаратно-програмних засобів моніторингу будівельних конструкцій, то складний напружений стан верхньої зони стінки підкранових балок при рухливому характері навантаження фіксувалося многоканальною універсальною мультипараметрическою системою моніторингу технічного стану будівельних конструкцій (УСМК-1), розробленої на кафедрі "МК" ДГАСА. Її відмінною рисою є збір інформації про напружено-деформований стан конструкції в реальному масштабі часу. Система моніторингу наймала показання з 64 каналів, мала верхню граничну частоту вхідних сигналів 30 Гц і виконував вибірку сигналу з періодом 13 мкс. Зв'язок між вимірювальними датчиками, датчиком переміщення мостового крана, структурними модулями УСМК1 і ЕОМ здійснювалася через локальну мережу ETHERNET. Для адаптації УСМК до планованого експерименту, за участю автора були розроблені датчик переміщення мостового крана і програми по перетворенню вихідних сигналів у масиви і криві розподіли відносних деформацій у верхній біляшовній зоні стінки балки від впливу рухливого кранового навантаження. Датчик переміщення закріплювався в зоні ходового колеса крана, що дозволило на основі підрахунку кількості оборотів визначити пройдену відстань і швидкість переміщення. Програмноапаратний комплекс УСМК підключався до мостового крана і подкрановойієї балки. Підключення УСМК (мал. 2) здійснювалося в мережу контрольного устаткування і приладів, організовану навколо центрального процесора (серверу). Система моніторингу дозволила одночасно і безупинно в часу фіксувати:

-

-

Блок-схема експериментальних досліджень дана на мал. 3. При вимірі напруженого стану верхньої біляшовної зони стінки в процесі руху мостового крана спочатку показання наймалися при "ідеальному" експлутаційному стані конструкцій, а потім моделювалися варіанти ушкоджень підкранових шляхів і ходової частини мостового крана. Ексцентриситет прикладання вертикального кранового навантаження моделювався зміною положення підкранової рейки щодо осі підкранової

Мал. 2 Універсальна система моніторингу будівельних конструкцій при експериментальних натурних дослідженнях.

балки. При цьому ексцентриситет підкранової рейки (виходячи з конструктивних особливостей) змінювався з кроком 10 мм. Максимальний ексцентриситет склав 40 мм. При проведенні експериментальних досліджень фіксувалися"плями контакту" підошви рейки з верхньою полицею балки. Виявлено, що тільки 10 % кранових рейок цілком контактували з балкою. Було встановлено, що в деяких випадках ексцентриситет додатка кранового навантаження при неповному опирании підошви рейки перевищував нормативний розмір ексцентриситета при зсуві рейки з вертикальної осі балки.

Мал. 3 Блок-схема експериментальних досліджень.

Експлутаційний стан ходової частини мостового електричного крана враховувалося зміною вертикального і горизонтального кутів перекосу коліс крана за допомогою набору прокладок, установлених між кінцевою балкою і блоком колісної пари. Кути перекосу варіювалися в межах 0,751,25.

Для виміру напружено-деформованого стану підкранової балки в опорної і двох рядових панелях по обидва боки стінки в районі верхнього зварного шва було встановлено по 6 розеток тензодатчиков із кроком 130-140 мм (мал. 4). У нижній зоні стінки були наклеєні по 2 тензодатчика.

Бічні впливи крана вимірювалися за допомогою датчиків, встанов-лених в області осей балансирних візків. Зняття показань проводилося при прямуванні крана в обох напрямках. Вимір положення ходових коліс мостового крана, кранових впливів і напруженого стану балки синхронізувалися в часу.

Мал. 4. Схема наліпки тензодатчиків у панелях балки.

Це дозволило грузнути залежності зміни напруженого стану підкранової балки з крановими впливами і точкою прикладання навантажень. Вимір залишкових зварювальних напруг виконувалося “MESTR-411”.

Аналіз експериментальних даних дозволяє вважати, що напруги від локальних навантажень вносять істотний внесок у загальний напружений стан стінки. Зіставлення отриманих даних указує, що істотний вплив робить крутний момент, що виникає внаслідок ексцентричного додатка кранового навантаження і бічних впливів мостового крана, на локальні нормальні напруги по осях x і y.

Проведені дослідження виявили істотні розходження в напруженому стані верхньої зони стінки підкранової балки в порівнянні з усіма чинними методиками - СНиП II-23-81*, СНиП II-23-81* з урахуванням дефектів і відхилень, теорії щільного крутіння. Вперше експериментально у верхній зоні стінок балок зафіксовані розтягувальні напруги розміром до 40% від абсолютного значення сумарних напруг у верхній юіляшовній зоні. Розтягувальні напруги з'являються при відхиленнях кранової рейки від нормативного положення і кутах атаки колеса крана більш 0,0004 рад. Таким чином, можна констатувати, що розтягувальні напруги від крутіння в сумі з залишковими зварювальними напругами можуть значно перевищувати розрахунковий опір стали і є причиною появи подовжніх тріщин в біляшовній зоні стінки подкранової балки.

Порівняльний аналіз експериментальних і теоретичних даних показав, що кінематичний характер завантаження підкранової балки крановими навантаженнями відрізняється від статичного. У межах розмірів дефектів і ушкоджень, визначених в існуючих нормах експлуатації, фактичні напруги при рухливому характері загруження перевищують розрахункові до 30 %. Проте, при перевищенні фактичних відхилень над нормативними, напруги при прямуванні крана в 1,52 разу більше розрахункових опорів (табл. 2).

Табл. 2 |

Теоретично | Експериментально

по СНиП

II-23-81 |

по СНиП

II-23-81 з урахуванням відхилень | по теорії щільного крутіння | "ідеальний" стан | з урахуванням дефектів і ушкоджень

№ розетки

R3 | R4 | R3 | R4 | R3 | R4 | R3 | R4 | R3 | R4

Х, МПа | 77,93 | 77,93 | 77,93 | 77,93 | 72,05 | 72,05 | 69,33 | 69,61 | 88,07 | 72,77

-61,24 | -63,47 | -69,47 | -67,64

У, МПа | 67,66 | 67,66 | 98,42 | 98,42 | 68,47 | 68,43 | 79,45 | 84,89 | 149,25 | 158,81

-35,27 | -34,43 | -59,07 | -63,15

xy,
МПа | 36,52 | 36,52 | 44,21 | 44,21 | 28,42 | 28,04 | 35,09 | 32,14 | 69,85 | 57,06

-46,89 | -52,81 | -69,91 | -70,83

Особливістю рухливого додатка навантаження є те, що розтягуваючи напруги, у перетині панелі балки декілька віддалені від точки додатка кранових навантажень. Це обумовлено характером розподілу епюр напруг по панелі підкранової балки в процесі руху крана: епюри локальних напруг мають великий розмір, але обмежені по ширині розподілу, у той час як напруги від місцевого крутіння менше по розмірі, але розподілені на істотно більшу відстань по довжині балки.

Приклад зміни напруг У при переміщенні колеса мостового крана поданий на мал. 5.

Мал. 5 Зміна напруг y у верхньої зоні стінки підкранової балки в процесі руху мостового крана.

Четвертий розділ. У даній главі виконаний порівняльний аналіз результатів експериментальних досліджень підкранових балок із даними теоретичного розрахунку компонентів напруженого стану по теорії щільного крутіння, що виявив хиби запропонованої моделі. При порівняльному аналізі теоретичних даних використовувалися перетини в панелі балки і схеми навантаження, аналогічні експериментальним.

Тому на основі результатів експериментальних досліджень запропонована уточнена розрахункова схема, що враховує спільну роботу підкранової рейки, верхнього пояса і стінки підкранової балки.

Навантаження від мостового крана передається на балку через кранову рейку. Тому що число рейкових кріплень по довжини цеху нескінченно велико, а відстань між ними мало в порівнянні з довжиною, то кранова рейка подана у виді нескінченно довгої балки, що лежить на суцільній пружній підставі. Підставою для такої балки служить верхній пояс підкранової балки (мал. 6).

Мал. 6 Схема до розрахунку балки на пружній підставі.

Вирішуючи диференціальне рівняння балки на пружній підставі відповідно до прийнятої схе-ми наванта-ження, одер-жимо функції прогину під-кранової рейки при дії наванта-жень від двох коліс мостово-го крана відповідно:

(17)

(18)

де, і функції прогину рейки від і відповідно;

і навантаження на підкранову рейку від першого і другого колеса мостового крана відповідно;

момент інерції кранової рейки;

коефіцієнт постелі підстави;

і відстань від і до аналізованого перетину відповідно;

відстань між колесами мостового крана;

Оскільки пружною підставою для кранової рейки є верхня полиця підкранової балки, то на балку передається розподілений тиск:

(19)

де, k коефіцієнт, що відбиває характер взаємодії рейки з полицею.

При наявності дефектів і ушкоджень ходової частини мостового крана або не рівнобіжності кранових шляхів, з'являється бічна сила. Бічна сила викликає додатковий розподілений момент , що крутить:

(20)

де, висота кранової рейки; ширина підошви рейки;

відстань від бічної сили до аналізованого перетину.

Отримане навантаження від кранової рейки прикладається до пояса підкранової балки, розрахункова схема якого задана як пластина, що має ребра жорсткості (мал. 7). Лінія сполучення стінки і ребер жорсткості з верхньою полицею виконана у виді жорстко затисненої крайки. При крутінні кут між поясом і стінкою на невеличких відстанях залишається прямим, що дозволяє вважати деформації в полку і верхньої зоні стінки підкранової балки рівними.

З огляду на конструктивні особливості подкрановой балки, для рішення практичної задачі визначення компонентів напруженого стану використовується варіаційний метод одержання різницевих рівнянь.

Мал. 7 Схеми до визначення напруг у підкрановий балці.

а) від дії вертикального кранового навантаження;

б) від дії бічного кранового навантаження.

У даному методі функція прогинів, що задовольняє диференціальному рівнянню при заданих граничних умовах, заміняється аналітичним вираженням, що щонайкраще апроксимірує цю функцію. Це дозволяє зводити інтегрування основного диференціального рівняння СофиЖермен у приватних похідних до рішення системи лінійних алгебраїчних рівнянь або до рішення звичайного диференціального рівняння.

На основі рівняння потенційної енергії деформованої пластини, за допомогою методу центральних різниць і апроксимації отримана функція прогинів . Для визначення в довільній точці підкранової балки складена система звісно різницевих рівнянь . У результаті диференціювання отримана залежність розподілу прогинів у підкрановий балці:

(21)

де, , .

Використовуючи вираження (21) одержимо значення моментів , , , на підставі яких визначимо компоненти напруженодеформованого стану підкранової балки:

; ; (22)

Розрахунок напруг по даному методі провадився за допомогою розробленої програми, що дозволила врахувати рухливий характер навантаження.

Верхня зона стінки підкранової балки може розглядається як стінка балка, жорстко затиснена по лінії сполучення з верхнім поясом і ребрами жорсткості, і завантажена по верхньому контурі. У запропонованій розрахунковій схемі використане традиційне конструктивне рішення поперечного ребра жорсткості. При перебуванні загального рішення рахується, що ребра жорсткості перекривають усю висоту стінки підкранової балки. У розрахунку враховується вплив усіх ребер жорсткості, розташованих по довжині підкранової балки.

Мал. 8

Для упорядкування сіткових рівнянь область, зайнята балкою стінкою, покривається двома сітками суцільний і допоміжної (мал. 8). У напрямку осі X крок сіток дорівнює hx, у напрямку осі Y hy. Вузли допоміжної сітки розміщаються в центрі осередків основної сітки .

З умови мінімуму функціоналу W, знаходяться приватні похідні від отриманої суми по переміщеннях u и v в вузлах основної сітки. У результаті утворюється система 2N лінійних алгебраїчних рівнянь щодо дискретних значень переміщень у панелях балки:

(23)

Тому що переміщення і є незалежними, то остаточно похідна по переміщенню виглядає в такий спосіб:

(24)

Виконуючи обхід всіх N вузлів сіткової області підкранової балки, утворуються система 2N лінійних алгебраїчних рівнянь щодо дискретних значень переміщень і . Використовуючи співвідношення Коші, визначаються деформації у верхній зоні стінки підкранової балки при проїзді мостового крана.

За результатами зіставлення експериментальних даних із теоретичними (мал ), можна відзначити, що виявлен деякий розкид при зіс-тавленні даних. Проте, виявлені розбіжності за-кономірні і по-яснюються за-лежністю роз-ташування прик-ладаємих навантажень по довжині балки. Так розмір похибки менше на початку балки і збільшується до її середини.

Мал. 9 Порівняння експериментальних даних з уточненою моделлю.

Зіставлення уточненої моделі з іншими розрахунковими передумовами і моделями (мал. 10) виявило цілком задовільний збіг напруг.

П'ята глава. Як показали дос-лідження, від-стань між ребра-ми жорсткості впливає на розмір розтягуючих напруг, від місцевого крутіння. Тому пропонується регулювати напружений стан верхньої зони стінки балки розставлянням поперечних ребер жорсткості.

Для визначення впливу кроку розставляння ребер було перелічено декілька типорозмірив панелі підкранової балки. Відстань між ребрами підбиралося з урахуванням навантажень від чотирьох і багато колісних кранів. Ширина що прораховуються панелей варіювалася від 600 мм до 1250 мм. Точки, у яких визначалися напруги, бралися по всієї довжині відсіку. Відстань між ними скла-дало 35-105 мм у залежності від конструктивної схеми. Це доз-волило, оцінить характер розподілу напруг при проїзді кранових коліс.

Мал. 10. Порівняння напруг по різноманітним методикам.

Аналіз зміни напруг для різноманітних розмірів відсіку дозволяє зробити такі висновки:

1)

2)

Максимальні значення напруг, що розтягують, у середині панелі й у зоні ребер жорсткості не збігаються. Проте часте розставляння ребер жорсткості призводить до збільшення напруг, що розтягують, у середині підкранової панелі й у зоні ребра жорсткості. Тому, відстань між поперечними ребрами жорсткості з умови напруженого стану верхньої зони підкранової балки склало , проти зазначених у СНиП II-23-81* .

На підставі виконаних досліджень розроблена методика розставляння поперечних ребер жорсткості для знову проектованих і подкрановых балок, що знаходяться в експлуатації, з умови напруженого стану верхньої зони стінки. Методика поширюється на сталеві двотаврови зварні підкранови балки, що відчувають рухливі навантаження від мостових кранів. Розрахунок розставляння поперечних ребер жорсткості доповнює і розвиває основні положення СНиП II-23-81* і Посібники по проектуванню сталевих конструкцій (до СНиП II-23-81*) у частині визначення геометричних розмірів кранової панелі балки. Основні положення методики:

1)

2)

(25)

3)

(26)

Для подальшого розрахунку вибирається крутний момент із найбільшим значенням.

4)

(27)

де, наближений поліном четвертого ступеня, що враховує розподіл напруг від моменту, що крутить, по довжині панелі балки в процесі переміщення мостового крана.

5)

6)

7)

(28)

де, залишкові зварювальні напруги.

На основі проведених досліджень була розроблена конструктивна схема балки, що враховує крок розставляння поперечних ребер жорсткості (мал. 11).

Мал. 11 Схема балки, що враховує крок ребер жорсткості.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в роботах:

1

2

3

4

5

Особистий внесок автора в даних публікаціях.

У [1] і [2] виконана постановка задач досліджень і аналіз експлутаційних чинників, що впливають на напружений стан конструкцій, у [4] розробка методики й особиста участь у проведенні експериментальних досліджень, опрацювання отриманих результатів і їхній аналіз.

АНОТАЦІЯ

Петросян О.М. Вплив експлуатаційних чинників на напружений стан верхньої зони стінки підкранової балки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню напруженого стану верхньої зони стінки підкранових балок з урахуванням дефектів і ушкоджень підкранових шляхів і ходової частини мостових кранів у процесі руху крана. Для визначення компонентів напруженого стану підкранової балки запропонована розрахункова схема, що використовує теорію щільного крутіння, яка враховує деформації при крутінні поперечних перетинів балки. Виконано експериментальні дослідження напруженого стану верхньої зони стінки підкранових балок у натурних умовах у процесі прямування мостового крана з урахуванням эксплутаційного стану конструкцій. В результаті експериментальних досліджень зафіксовані розтягувальні напруги, від локального крутіння у верхній зоні стінки балки, що у сумі з залишковими зварювальними напругами можуть перевищувати розрахунковий опір стали. Запропоновано уточнену розрахункову схему, що враховує спільну роботу кранової рейки, верхнього пояса, стінки підкранової балки і експлутаційного стану конструкцій. Виконано дослідження впливу кроку розставляння поперечних ребер жорсткості на напружений стан верхньої зони стінки біля зварювального шву. Розроблено методику розставляння поперечних ребер жорсткості для знову проектованих і підкранових балок, що знаходяться в експлуатації, з умови напруженого стану верхньої зони стінки. Запропоновано рекомендації по конструюванню підкранової балки з регулюванням напружено-деформованого стану верхньої зони стінки.

Ключові слова: підкранова конструкція, балка, експлутаційний стан, момент, що крутить, розрахункові моделі, напружений стан, ребра жорсткості, конструктивна форма.

АННОТАЦИЯ

Петросян О.М. Влияние эксплутационных факторов на напряженное состояние верхней зоны стенки подкрановой балки. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - “Строительные конструкции, здания и сооружения”. Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 2002.

Диссертация посвящена исследованию напряженного состояния верхней зоны стенки подкрановых балок с учетом дефектов и повреждений подкрановых путей и ходовой части мостовых кранов в процессе движения крана.

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

В разделе 1 выполнен обзор научно-технической и нормативной литературы по трем направлениям: методы исследований действительной работы подкрановых балок; теоретические и экспериментальные исследования по уточнению методики расчета напряженнодеформированного состояния металлических подкрановых балок; анализ повреждаемости подкрановых конструкций.

В разделе 2 дана характеристика факторов, влияющих на напряженное состояние верхней зоны стенки подкрановой балки. Рассмотрены варианты взаимодействия колеса крана с подкрановым рельсом и описаны схемы взаимодействия мостового крана с подкрановой конструкцией. Проанализирована совместная работа подкрановой балки и рельса. В результате уточнена формула для определения местного крутящего момента. Для определения компонентов напряженного состояния подкрановой балки предложена расчетная схема, использующая теорию стесненного кручения, учитывающую деформации при кручении поперечных сечений балки.

В разделе 3 выполнены экспериментальные исследования напряженного состояния верхней зоны стенки подкрановых балок в натурных условиях. Экспериментальные исследования проводились в процессе движения мостового крана. Это позволило увязать зависимости изменения напряженного состояния подкрановой балки с вертикальными и боковыми воздействиями крана и точкой приложения нагрузок. Было установлено, что при перемещении мостового крана по балке возникают локальные растягивающие напряжения от кручения, величиной до 40% от абсолютного значения суммарных напряжений в верхней околошовной зоне стенки, которые в сумме с остаточными сварочными напряжениями могут превышать расчетное сопротивление стали.

В разделе 4 на основе результатов экспериментальных исследований предложена уточненная расчетная схема, учитывающая совместную работу кранового рельса, верхнего пояса, стенки подкрановой балки и эксплутационное состояние конструкций. Для решения практической задачи определения компонентов напряженного состояния использовались дифференциальные уравнения балки на сплошном упругом основании и вариационный метод разностных уравнений.

В разделе 5 выполнено исследование влияния шага расстановки поперечных ребер жесткости на напряженное состояние верхней околошовной зоны стенки. Установлено, что расстояние между ребрами жесткости из условия минимизации растягивающих напряжений от локального кручения составляет . Разработана методика расстановки поперечных ребер жесткости для вновь проектируемых и находящихся в эксплуатации подкрановых балок из условия напряженного состояния верхней зоны стенки. Предложены рекомендации по конструированию подкрановых балок с регулированием напряженнодеформированного состояния верхней зоны стенки.

Ключевые слова: подкрановая конструкция, балка, эксплутационное состояние, крутящий момент, расчетные модели, напряженное состояние, ребра жесткости, конструктивная форма.

ANNOTATION

O.M. Petrosyan. The influence of servicing factor on stressed state of the wall upper zone of crane girder - Manuscript.

The candidate of Technical Sciences dissertation in speciality 05.23.01 “Building Structures, Building and Structures”. Donbas State Academy of Building and Architecture, Makeyevka, 2002.

The thesis is devoted to investigation of stressed state of the wall upper zone of crane girders subject to defects and damages of crane tracks and running gear of single-girder travelling cranes in the process of crane’s movement. For determination of the components of stressed state of crane girder there was suggested the calculating scheme using the theory of strained twisting, taking into account deformations at beam’s cross-sections twisting. There were carried out experimental investigations of stressed state of the wall upper zone of crane girders in natural conditions in the process of single-girder travelling crane movement taking into account maintenance condition of structures. in the result of experimental investigations there were fixed extended stresses from local twisting in the upper weld affected zone of the beams wall, which add up to weld residual stresses can exceed the designed steel resistance. There was suggested the elaborated calculating scheme taking into account collaborating work of crane rail, upper zone, wall of upper zone of crane girder and servicing condition of structures. there was carried out the investigation of arrangement pitch of dihedral stiffening ribs influence on stressed state of upper weld affected zone of the wall. There was worked out the method of arrangement of dihedral siffening ribs for newly designed and being in operation crane girders from the condition of stressed state of the wall upper zone. These were suggested recommendations on crane girders design with stressed deformed state of wall upper zone control.

Keywords: crane construction, beam, maintenance state, torque, design models, tension, edge of a rigidity, constructive shape.