УДК 624.014.078
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПРОЧНОСТИ
СВАРНОГНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Саратовский Государственный Технический Университет
имени »
Аннотация. В статье рассмотрен способ усиления тонкостенного сварногнутого элемента. Для повышения несущей способности предлагается использовать современный материал – углеродное волокно. В результате получается элемент, который состоит из металла и углеволокна. Такой элемент имеет высокую несущую способность и устойчивость к коррозии. Способ усиления характеризуется простотой технологических операций.
Ключевые слова: усиление трубчатых элементов, углеродное волокно, устойчивость к коррозии, способ усиления металлических элементов, прочность стального элемента
INCREASE IN DURABILITY AND DURABILITY
SVARNOGNUTOGO OF ELEMENTS
Kizimova OlgaVladimirovna
The Federal State Educational Institutional of Higher Education «Yuri Gagarin State Technical University if Saratov, Russia, Saratov»
Аnnotation. In article the way of strengthening of a thin-walled svarnognuty element is considered. For increase in durability of a steel element it is offered to use modern material – carbon fiber. As a result we will receive an element from metal and carbon ch element maintains bigger loadings and has resistance to corrosion. The way of strengthening is characterized by simplicity of technological operations.
Key words: strengthening of tubular elements, carbon fiber, resistance to corrosion, way of strengthening of metal elements, durability of a steel element
Одним из основных материалов для изготовления строительных конструкций является металл. Металлические конструкции характеризуются высокой несущей способностью, небольшой собственной массой, надежностью работы при различных видах напряженного состояния. В настоящее время для изготовления металлических конструкций широко применяют тонкостенные профили. Для получения таких профилей используют листовую или полосовую сталь, что снижает стоимость конструкций. Недостаткам металлические конструкции из тонкостенных профилей является их низкая коррозионная стойкость. Наиболее распространенными способами защиты от коррозии являются покрытия с применением лакокрасочных материалов.
К строительным элементам, полученным из полосовой стали относится и сварногнутый элемент. Такой элемент получают из двух стальных полос сваренных по периметру герметичным швом с последующим раздутием с помощью сжатого воздуха. Процесс раздутия можно выполнять не только в заводских условиях, но и непосредственно на строительной площадке Для формирования объемного сечения на строительной площадке необходимо иметь компрессор мощностью 4-8 атм. Такой элемент имеет переменную по длине форму поперечного сечения от чечевицеобразного - в середине до плоского на концах (рис. 1).
Изготовление сварногнутого элемента можно вести на специализированном стане, который в 60–е годы применялся для изготовления плоскосворачиваемых труб [1]. Для производства предлагаемого элемента можно стан усовершенствовать с введением дополнительных технологических узлов [2]. Использование такого стана позволяет плоские заготовки уложить в пакет массой до 5 т и длиной соответствующей транспортному средству. Для удобства формообразования используется стационарный штуцер и универсальная струбцина для зажатия поперечных кромок в процессе раздутия. Изготовление такого элемента не требует сложного оборудования и характеризуется простотой технологических операций.
К недостаткам сварногнутого элемента можно отнести невысокую несущую способность, вследствие применения тонколистовой стали и малую коррозионную стойкость.
Рис. 1 Формы поперечного сечения по длине сварногнутого элемента
Проведенные экспериментально-теоретические исследования показали, что сварногнутый элемент можно использовать в конструкциях, работающих на сжатие и изгиб. Такой элемент имеет много общего с трубчатыми тонкостенными профилями: характер работы под нагрузкой; близкие по величине геометрические характеристики при одинаковой площади поперечного сечения. Рассмотрим применение сварногнутого элемента для стоек рамных конструкций.
Для получения качественных стоек из сварногнутых элементов при их изготовлении необходимо соблюдать следующие рекомендации (рис. 2):
- материал полос – малоуглеродистая сталь марок ВСт3пс6, ВСт3пс5 по ГОСТ 380-71*;
- геометрические параметры полос назначаются в следующих пределах: толщина tn = 1 ÷ 8 мм; ширина полос hn ≥ 100 tn, длина 7 hn ≤ ln 2000 hn;
- сопряжение по продольным и поперечным кромкам должно быть герметичным и прочноплотным.
Дополнительно на строительную площадку поставляются необходимые детали и опорные элементы.
Рис. 2 Характеристики сварногнутого элемента:
а) плоской заготовки; б) после раздутия
Для повышения несущей способности и коррозионной стойкости сварногнутого элемента, можно использовать инновационные строительные материалы высокого качества. К таким материалам можно отнести углеродное волокно, которое находит широкое применение при усилении строительных конструкций.
При использовании углеволокна для усиления сварногнутого элемента технологический процесс выполняется в следующей последовательности [3]. Сначала изготавливают основную заготовку из двух стальных полос одинаковой длины и толщины, герметично соединенных по продольным кромкам с открытыми поперечными кромками. Затем изготавливают дополнительную заготовку из углеродного волокна, пропитанную полимерным материалом, замкнутую по продольным кромкам и с открытыми поперечными кромками. Затем основную заготовку помещают внутрь дополнительной заготовки, получая плоскую матрицу. На поперечные кромки плоской матрицы устанавливают мягкий кондуктор со штуцером, позволяющим изменять форму матрицы. После чего создают избыточное давление воздуха между стальными полосами матрицы до проявления пластических свойств металла и образования замкнутого объемного сечения.
а) б)
|
|
Рис. 3 Двухслойный элемент - матрица
а) плоская матрица; б) создание избыточного давления; 1- две стальные (основная заготовка); 2 - углеволокно (дополнительная заготовка); 3 - мягкий кондуктор; 4 – штуцер; 5 - компрессор
При этом верхний слой матрицы (дополнительная заготовка из углеволокна) растягивается и плотно прилегает к стальным полосам основной заготовки. После снятия избыточного давления поверхность покрывают эпоксидной смолой для соединения слоев матрицы и образования двухслойного углеметаллического трубчатого элемента. После адгезии эпоксидной смолы образуется двухслойный углеметаллический сварногнутый элемент.
Рис. 4 Углеметаллический трубчатый элемент
6 - матрица после снятия избыточного давления, имеющая объемное замкнутое сечение
Предложенный способ изготовления позволяет получить двухслойный углеметаллический сварногнутый элемент, который обладает большой несущей способностью и жесткостью, за счет применения современных инновационных материалов, имеющих высокие показатели прочности. Строительный элемент, полученный таким способом, имеет повышенную сопротивляемость особым нагрузкам, поэтому его можно применять в конструкциях, подверженных воздействию высоких температур, сейсмическим и взрывным нагрузкам.
Кроме того, предложенный способ позволяет снизить металлоемкость и энергоемкость изготовления строительного элемента по сравнению с традиционными тонкостенными трубчатыми элементами той же прочности и жесткости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ. – М.: Недра, 1975, – 317 с.
2. Инновационный строительный элемент. Материалы Международной конференции/ Наука, Техника, Инновации 2014.-Брянск 2014.-С.41-46
3. , , Способ изготовления углеметаллического строительного элемента. Патент № 000 от 01.01.2001 г.
