В начальной стадии испытания все образцы пригружались на 10-15 минут нагрузкой, равной 0,5Р для обычных балок равного поперечного сечения. Прогибы балок фиксировались прогибомерами Максимова (ПМ-3) и индикаторами часового типа.
Схема загружения балок при испытании представлена на рис. 10. Для исследования местной устойчивости тонкой стенки балки было установлено 45 индикаторов часового типа по схеме, представленной на рис. 13.
Вертикальные деформации балок в плоскости действия внешних нагрузок измерялись в пяти точках: на опоре, в середине балки и в зоне промежуточных ребер жесткости (рис. 13). Были определены численные значения главных растягивающих напряжений при работе балки до уровня закритической деформации стенки. Величины деформаций измерялись тензометрами, наклеенными по направлению предполагаемого действия главных растягивающих напряжений.
Испытательные нагрузки прикладывались с шагом 40 кН, по ступенчатому режиму загрузки, т. е. нагрузка каждый раз сбрасывалась до нулевого значения, балка «отдыхала» и затем производилась ее нагрузка до очередной ступени. Последующие отсчеты показаний тензорезисторов брались по истечению 15-ти минутной выдержки.
Рис. 13 - Схема размещения индикаторов по стенкам балок и номера узлов на
нижнем поясе балки, в которых измерялись вертикальные деформации
Определение напряженного состояния предварительно напряженных балок осуществлялось по методике, соответствующей принципу независимости действия сил. Каждый раз ординаты эпюр предварительных напряжений, полученных экспериментальным путем, суммировались с соответствующими ординатами эпюр напряжений от внешней нагрузки.
Проверка достоверности полученных экспериментальных данных в каждом отдельном случае проводилась методами теории вероятности: уровень малых вероятностей принят равным 0,05; средняя квадратическая ошибка измерений - равная 9,0 МПа; достоверный интервал измерений - 10,0 МПа.
Определение функций, «выбросов» измерений проводилось по известному количеству замеров относительных деформаций и принятому значению квадратической ошибки измерений, по формуле
,
где х* - предполагаемый «выброс» значений измерений; х - среднее арифметическое значение приемлемых результатов измерений; σ - средняя квадратическая ошибка измерений; t - функция, характеризующая «выброс» измерений.
Экспериментальные исследования подтвердили теоретические выводы о характере распределения предварительных нормальных напряжений в анкерном поясном листе и стенке балки. Несовпадения результатов не превысили 15 %.
Разрушение всех исследуемых балок происходило в результате потери местной устойчивости стенки в приопорной зоне, повлекшей потерю местной устойчивости верхнего пояса и опорного ребра в месте их сопряжения (рис. 14).
Рис. 14 - Потеря местной устойчивости элементов в приопорных зонах предварительно напряженной балки НБ-3 и эталонной балки Э-4
Проведенные испытания показали, что предварительные напряжения уменьшают численные значения нормальных и касательных напряжений, а также снижают деформации стенки балки из плоскости изгиба.
По высоте поперечного сечения стенки положительный эффект от действия предварительных нормальных растягивающих напряжений наиболее ощутим в зоне наибольших сжимающих напряжений, где отмечается значительное повышение местной устойчивости стенки балки. В результате экспериментальных исследований установлено, что по длине балки наибольший эффект от предварительного напряжения наблюдается в зоне действия максимального изгибающего момента. Общая деформативность предварительно напряженных балок в 1,5-2 раза ниже эталонных ненапряженных балок, имеющих аналогичное сечение (рис. 15).
Рис. 15 - Значения вертикальных прогибов балок в натурном, численном экспериментах и теоретическом расчете при испытательной нагрузке Р = 80 кН
НБ-3 – предварительно напряженная балка, исследованная в натурном эксперименте;
НБ-3чис – эта же балка, рассчитанная в численном эксперименте; НБТ – данная балка, в теоретических расчетах; Э-4 – обычная балка без предварительного напряжения, эквивалентная по геометрическим характеристикам балкам НБ-3 и НБ-3чис.
Перемещения стенки балки из плоскости изгиба в зоне наибольших сжимающих напряжений в момент потери несущей способности в 4-5 раз меньше перемещений стенки в эталонных балках (рис. 14).
Следует отметить характерную особенность, заключающуюся в том, что при всех нагрузках, перемещения стенки предварительно напряженных балок в верхней зоне меньше перемещений нижней зоны в 1,8-2,0 раза. Это наглядно подтверждает значительное влияние предварительного напряжения на повышение устойчивости стенки в зоне чистого изгиба. Местная устойчивость стенки предварительно напряженных балок повышается в среднем в 3 раза по сравнению с ненапряженными эталонными балками.
Сопоставление результатов натурных испытаний с результатами численного эксперимента подтверждают полученные теоретические выводы, используемые для определения напряженного и деформированного состояния балок предварительно напряженных изгибом тавра. Несовпадения значений исследуемых величин не превысили 15 %.
Глава 4. Методика инженерного расчета балок, предварительно напряженных изгибом тавра.
В главе представлена методика инженерного расчета балок предварительно напряженных изгибом тавра. Предложенная методика предназначена для расчета разрезных однопролетных балок, предварительно напряженных изгибом тавра с шарнирным закреплением опорных узлов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования работы балок, предварительно напряженных изгибом тавра позволяют сделать следующие выводы.
1. Предложенный новый способ создания предварительного напряжения посредством изгиба тавра дает высокий уровень начальных растягивающих напряжений в стенке балки на большей части ее длины. Исключения составляют приопорные участки длиной до 0,1 пролета балки, где начинается падение значений предварительного напряжения.
2. Найдены оптимальные параметры сечения, определяющие несущую способность и создающие правила формообразования поперечного сечения балки - коэффициенты распределения материала по поясам и стенке, коэффициент асимметрии сечения, момент инерции, момент сопротивления, статический момент половины сечения, соотношение площади сечения поясов и стенки в напрягаемых элементах и др. Установлены оптимальные геометрические размеры поперечного сечения. Наиболее рациональным сечением для данных балок будет несимметричный двутавр с более развитым верхним поясом.
3. Балки в процессе изготовления получают начальный выгиб, равный в зависимости от места приложения нагрузок создающих предварительные напряжения 1/420 ÷ 1/450 длины балки, и направленный в сторону, противоположную прогибам от внешних нагрузок. Обратный выгиб балки, предварительно напряженной изгибом тавра снижает величину прогиба балки от действия внешней нагрузки, по отношению к прогибу обычной балки от 28 % до 35 %.
4. Определена предельная несущая способность предварительно напряженных балок, характеризуемая максимальными значениями нормальных напряжений в крайних точках сечения, равных расчетному сопротивлению материала элементов. Напряжения в нижней зоне стенки равны пределу текучести малоуглеродистой стали, в поясах из высокопрочной стали - удвоенному расчетному сопротивлению материала стенки. Наибольший эффект от предварительного напряжения может быть получен в случае, когда под действием внешних нагрузок полностью преодолены предварительные напряжения и ликвидирован обратный выгиб балки.
5. Экспериментальные исследования предварительно напряженных балок, выполненные при помощи численного эксперимента на программном комплексе "Лира 9.4" и на натурных образцах, свидетельствуют о хорошей сходимости экспериментальных значений исследуемых параметров с теоретическими предпосылками (отклонения составляют не более 15 %).
6. Анализ влияния сварочных напряжений на характер распределения напряжений и деформаций по высоте стенки показывает, что величина предварительных напряжений уменьшается исключительно в зоне источника тепла. Высота зоны термического воздействия не превышает 25 мм.
7. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования стальных тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра позволяют рекомендовать их в качестве разрезных, шарнирно опертых балок покрытий и перекрытий каркасов многоэтажных зданий общественного и административного назначения, ригелей зданий промышленного и сельскохозяйственного назначения, прогонов покрытий для теплой и холодной кровли, балок рабочих площадок промышленных зданий, а также балок, поддерживающих инженерные сооружения.
Список работ, опубликованных по теме диссертации.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Иодчик, стальная балка, предварительно напряженная изгибом тавра [Текст] / , // Вестник гражданских инженеров. СПбГАСУ - 2009. - 1(18). - С. 18-21.
2. Иодчик, расчет стальной предварительно напряженной балки [Текст] / , // Вестник ТОГУ - 2013. № 2 (29). – С. 151-158.
3. Иодчик, стальной балки, предварительно напряженной изгибом тавра [Текст] / , // Вестник ВСГТУ - 2013. № 5 (44).
Статьи в сборниках трудов, другие публикации:
1. Иодчик, сварная балка предварительно напряженная изгибом [Текст] / // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. трудов. Хабаровск: изд-во Хабаровского гос. техн. ун-та. - Вып. 1. 1997. - С. 53-57.
2. Иодчик, стенки на стадии изготовления балки, предварительно напряженной изгибом [Текст] / // Научные чтения памяти проф. . Хабаровск: изд-во Хабаровского гос. техн. ун-та, 1997. - Вып. 1. - С. 39-42.
3. Иодчик, параметры сечения металлической сварной балки, предварительно напряженной изгибом [Текст] / // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. трудов. Хабаровск: изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, вып. 5. 2006. - С. 64-67.
4. Иодчик, элементов стальной балки, предварительно напряженной изгибом [Текст] / // Дальний Восток: Проблемы развития архитектурно-строительного комплекса: материалы региональной научно-практической конференции. (Научные чтения памяти проф. ). Хабаровск: изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2010. - Вып. 11. - С. 264-268.
Подписано в печать 10.09.2013.
Формат 60×84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать цифровая.
Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 162.
Отдел оперативной полиграфии издательства
Тихоокеанского государственного университета.
680035, Россия, 36
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
