Файл: Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf

напряжения проявляют свое влияние в наибольшей степени) предла­ гаемые расчетные сопротивления усталости либо совпадают, либо они ниже регламентированных, установленных ранее на основании испытания образцов небольшого сечения без учета влияния оста­ точных напряжений. Однако, поскольку знакопеременные напряже­ ния, близкие к симметричному циклу, в рассматриваемых конструк-

являются условными. Напряжения от нормативных нагрузок суще­ ственно превышают фактические, определяющие циклическую повреждаемость конструкций, что, в конечном счете, порождает необоснованные требования к выполнению и обработке сварных со­ единений вплоть до механической зачистки всех стыковых и нахлесточных швов растянутых и сжато-растянутых элементов (напри­ мер, в пролетных строениях железнодорожных мостов).

Для большинства рассматриваемых конструкций характерен не­ стационарный режим нагружения с меняющейся по величине ам­ плитудой напряжений. При таком режиме нагружения накопление повреждаемости зависит не только от уровня переменных напряже­ ний, но и от продолжительности действия напряжения данного раз­ маха по отношению к общему числу циклов. Поэтому дальнейшее совершенствование расчета на усталость сварных металлоконструк­ ций должно связываться с установлением их действительной нап­ ряженности, изучением нестационарности и изменчивости нагру­ жения во времени, подобно тому, как это практикуется в машино­ строении [140]. Работы, проведенные в последние годы, позволили получить спектры эксплуатационных напряжений в таких конструк­ циях, как подкрановые балки, краны, экскаваторы, драги, телеви­ зионные мачты и др.

Изучение напряженности подкрановых балок в 42 пролетах различных цехов металлургических и машиностроительных заводов, проведенное ЦНИИ «Проектстальконструкция» [11, 12, 15], по­ казало, что наиболее частая нагрузка составляет только 0,3—0,6 нормативной нагрузки одного крана. Повторяющиеся напряжения в балках не превышают 800—1000 кГ/см2. При этом такие напряже­ ния наблюдаются редко. Чаще в балках действуют меньшие напря­ жения различной величины (рис. 117). Обследованные подкрано­ вые балки были запроектированы по прежним нормам и рассчитыва­ лись на вертикальное воздействие двух кранов [11, 12, 15].

В связи с образованием усталостных трещин в районе угловых швов верхних (сжатых) поясов подкрановых балок ИЭС им. Е. О. Патона совместно с ЦНИИПСК были проведены исследова­ ния напряженного состояния балок в различных условиях работы. В этих исследованиях применялись более совершенные методики за­ меров напряжений и обработки результатов.

Было установлено, что при проходе крана по балке в зоне на­ хождения катка крана возникает местный крутящий момент, кото­ рый вызывает закручивание верхнего пояса подкрановой балки в промежутке между ребрами жесткости. Величина и направление местного крутящего момента зависят от направления движения кра­ на. Дополнительные переменные напряжения от действия местно­ го момента в верхнем поясе подкрановых балок могут достигать 500 кГ/см2, а в верхней части стенки — 850 кГ/см2.

В то же время еще раз была подтверждена возможность сниже­ ния общих нагрузок для расчета подкрановых балок на усталость до величины, равной 0,6 нормативной. При этом сжатая часть

196

балки должна проверяться на усталость с учетом действия местного момента [491.

Значительные работы по изучению распределения накоплен­ ных частот крановых нагрузок проводились лабораторией эксплуа­ тационной прочности в Дармштадте — Эберштадте (ФРГ) [185, 275]. В работе [275] изучались действительные напряжения в балках

2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 0 2 А 6. 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 4 'б 8 0 2 4 6 8

Рис. 117. Кривые частот повторяемости напряжений в подкрановых балках:

/ — дворы изложниц; 2 — шихтовые дворы; 3 — печные пролеты; 4 — разливочные пролеты; 5 — отделения раздевания слитков .

коробчатой конструкции четырех кранов одного из металлургиче­ ских заводов. Напряжения записывались с помощью контактного датчика, в котором возникал электрический сигнал, как только на­ пряжения достигали определенного уровня. Наблюдения длились от двух до восьми недель. Экстраполяция проводилась на 50-лет­ ний период! Было установлено, что часто повторяющиеся напря­ жения не превышают 600—900 кГ/см2 и вызываются нагрузками,' составляющими 0,4—0,6 нормативной нагрузки одного крана [15, 275].

Основная цель работы [185] заключалась в определении распре­ деления накопленных частот нагрузок для различных групп кранов с отличающимися режимами работы — перегрузочных, транспорт­ ных, разливочных, стрипперных, монтажных и др. Напряжения за­ мерялись проволочными тензодатчиками, установленными посредине

197

нижнего пояса крановой балки. Для регистрации напряжений использовался разработанный в лаборатории пленочный осцилло­ граф, работающий без усилителя. Осциллограф мог в течение четы­ рех — шести недель регистрировать напряжения непрерывно. По­ лученные распределения накопленных частот основных нагрузок упрощены введением идеальных типовых графиков. В соответствии

ент Р изменялся в пределах 0,15—0,80. При больших значениях Р расчет рекомендуется выполнять исходя «из условий обеспечения циклической прочности на воздействие эквивалентных нагрузок. При небольших Р допускаемые напряжения целесообразно прини­ мать исходя из статической прочности и расчет выполнять по максимальным нагрузкам.

Изменчивость напряжений в пролетных строениях железнодо­ рожных мостов изучалась сотрудниками Иллинойсксго универси­ тета [99, 244]. Напряжения замерялись с помощью самопишущих приборов. Анализ этих данных показал, что максимальные напряже­ ния в пролетных строениях возникают только при проходе наибо­ лее тяжелых поездов, составляющих малый процент общего числа проходящих составов. Характер распределения частот максималь­ ных деформаций, полученный в этих исследованиях, показан на рис. 118.

Расчет на усталость сварных элементов железнодорожных мо­ стов в Советском Союзе выполняется с учетом нестационарности,

198