Файл: Прогрессивные стальные конструкции [сборник]..pdf

Разработанный на данных принципах прибор (ИОН-4М) позволяет с достаточной точностью исследо­ вать плоское напряженное состояние. Использование за­ висимости изменения мэгнитоупругого эффекта от отно­ сительной линейной деформации при раздельном изме­ рении позволяет определить абсолютные значения глав­ ных напряжений при известной их разности. В этом слу­ чае значения а( и а2 определяются из уравнений

откуда

где а — показания прибора при измерении разности

напряжений;

b — показания прибора при раздельном измере­

нии изменения мэгнитоупругого эффекта п направлении действия;

к\ — тарировочный коэффициент при измерении

разности напряжений; /г2 — тарировочный коэффициент, определяемый

по изменению мэгнитоупругого эффекта в за­ висимости от линейной деформации;

Е — модуль упругости.

Следует отметить, что прибор ИОН-4М разработан для исследования напряженного состояния в деталях ма­ шин, и для использования его при обследовании строи­ тельных металлических конструкций требуются дополни­ тельные исследования строительных сталей, которые про­ водятся нами. В настоящее время тарировка прибора, производится на образцах, выполненных из стали, иден­ тичной исследуемой детали, что трудно выполнимо для эксплуатируемых конструкций.

На изменение магнитоупругого эффекта существенное влияние оказывают содержание углерода и легирующих элементов в стали. При тарировке образцов, изготовленных из такой же стали, как исследуемая, это влияние ав­ томатически учитывается. При исследовании эксплуати­ руемых конструкций тарировочные коэффициенты при­

174

ходится определять теоретически, исходя из известного (определенного химическим анализом) содержания уг­ лерода и легирующих добавок.

Исследованиями установлено, что с увеличением со­ держания углерода проявление магнитоупругого эффек­ та падает (рис. 55). Высокой чувствительностью к про­ явлению магнитоупругого эффекта обладают стали с со­ держанием углерода до 0,75%.

Рис. 55. Изменение магиитоупругого эффекта

пзависимости от содержания углерода в

стали

Изменение магиитоупругого эффекта от содержания углерода может быть выражено эмпирической зависи­ мостью

Как известно, содержание углерода в обычных иелсгированных строительных сталях находится в пределах от 0,1 до 0,3%, т. е. в зоне проявления максимального магиитоупругого эффекта. Это позволяет измерять на­ пряжения в пределах от 0,75 кгс/см2 до предела упруго­

сти, однако требует создания тарировочных графиков с малыми интервалами по содержанию углерода.

Использование портативного прибора ИОН-4М для измерения напряжений позволяет значительно изменить существующую методику обследования металлических конструкций. Можно предложит^ следующую методику обследования:

175

— определение количества обследуемых однотипных конструкций, составление расчетных схем, сбор на­

грузок;

— расчет и определение зон максимальных напря­

жений;

— визуальный осмотр с нанесением отмеченных пов­

ский анализ);

—составление или выбор тарировочного графика;

—определение мест концентрации напряжений для максимально разгруженной (без демонтажа оборудова­ ния) конструкции прибором ИОН-4М по схеме определе­

ния разности напряжений;

—определение действующих напряжений для макси­ мально загруженной конструкции в намеченных зонах и местах обнаруженных повреждений и концентраций на­ пряжений;

—определение расчетных напряжений в тех же ме­

стах;

—обработка данных н сведение результатов выпол­ няется по форме 1.

Форма 1

При обследовании конструкций, находящихся в экс­ плуатации, часто не представляется возможным обследо­ вать все конструкции (значительная трудоемкость ис­ следований или труднодоступность).

Представляется важным выявление возможности по­ вреждений на необследованных конструкциях. Одиотип-

176

ные повреждения достаточно редкое явление, поэтому вопрос должен решаться, исходя из теории редких со­ бытий.

Средняя вероятность появления повреждения (Р) при

выявлении k повреждений в т обследованных конструк­ циях из общего числа конструкций л

Приняв распределение Пуассона, определим вероят­ ность появления повреждений во всех оставшихся кон­ струкциях:

л - ( п —т)р

(166)

Вероятность появления повреждения в одной кон­ струкции

Как правило, обследованию подвергаются конструк­ ции, эксплуатирующиеся в течение длительного проме­ жутка времени. Распространяя . вероятность появления повреждения на все время эксплуатации t, математиче­

ское ожидание появления повреждений за время

kb.t

(168)

вероятность появления хотя бы одного повреждения

период появления повреждения определяется из условия

Вычисление вышеуказанных вероятностей дает воз­ можность оценить состояние конструкций без обследова­ ния и обосновать необходимость обследования. Решение же вопроса о нахождении и устранении повреждений должно зависеть от существа повреждения.

§ 17. Усиление металлических конструкций под нагрузкой

Выше были указаны три основные причины прекра­ щения эксплуатации конструкции. Устранение этих при­ чин весьма трудоемко, зачастую связано с полной заме­ ной конструкций и остановкой технологического процес­ са. Периодические обследования металлических конст­ рукций выявляют степень их надежности и эксплуата­ ционной способности. При выявлении повреждений, со­ здающих вероятность отказа конструкций, следует ре­ шать вопрос об их усилении или замене. Решение этого вопроса зависит от конструктивных особенностей и эко­ номических соображений. При этом немалую роль игра­ ют количественные оценки живучести конструкций.

Под живучестью конструкции или сооружения в це­ лом понимают свойство сохранять несущую способность при наличии отказов и повреждений отдельных элемен­ тов [48]. Из определения ясно, что живучесть тесно свя­ зана с надежностью и долговечностью. Определить живу­ честь можно по формуле полной вероятности:

(171)

где G(A) — вероятность безотказной работы;

Р(Г|)— вероятность каждой гипотезы, связанной

сотказом элементов;

— вероятность безотказной работы прпГ| гн-

потезе.

Гипотезы, связанные с отказом элементов, должны со­

ставлять полную группу несовместимых событий:

П

Очевидно, аварийность есть величина, противополож­ ная живучести

Огромную роль при решении вопроса об усилении или замене конструкций играет степень нарушения нормаль­ ного технологического процесса при различных вариан­

178

тах. Как правило, усиление конструкций не связано с дли­ тельной остановкой производства, что является для пред­ приятия решающим фактором, поэтому оно должно яв­ ляться основным мероприятием при увеличении срока службы и надежности конструкций.

Усиление может проводиться по следующим схемам:

—при полной разгрузке или демонтаже конструк­

ций;

—под нагрузкой при частичной разгрузке;

—тюд полной нагрузкой без разгрузки.

Усиление при полной разгрузке или демонтаже с точ­

ки зрения расчета и конструирования не представляет интереса, так как мало отличается от проектирования обычных конструкций. С точки зрения технологии метод полной разгрузки равносилен замене конструкции. Этот метод трудоемок, неэкономичен и применяется на прак­ тике сравнительно редко.

Основным методом усиления является усиление под нагрузкой [14]. Он наиболее приемлем в случае эксплуа­ тации, но требует значительных исследований в области надежности во время усиления, совместной работы ста­ рого и нового материала, усовершенствования методики расчета усиленных конструкций.

Усиление под нагрузкой может осуществляться сле­ дующими основными способами:

—подведение новых конструкций или элементов;

—постановка дополнительных связей, ребер, диа­ фрагм и т. д.;

—увеличение сечений элементов;

—усиление соединений элементов;

—изменение конструктивной схемы;

—искусственное регулирование напряжений.

Выбор способа или совокупности способов усиления зависит от конструкции, конкретных условий эксплуата­ ции и причин усиления.

В настоящее время в периодической литературе и мо­ нографиях опубликовано значительное количество при­ меров усиления конкретных конструкций, однако боль­ шинство из них носят характер (прецедентов. Анализ и разработка рекомендаций по усилению конструкций до сих пор не проведены. Значительные трудности возника­ ют из-за разнообразия конструкций, эксплуатационных условий и причин усиления (характера повреждения). .