CC BY
21Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова
2012, №1
Зинькова В. А., ст. преп.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЫ
vikzinkova@mail.ru
Предложена методика проведения экспериментального исследования узловых соединений трубчатых элементов ферм, позволяющая выявить особенности работы нового узлового соединения, провести сопоставительный анализ предложенного конструктивного решения с типовым, а также с результатами численного исследования.
Ключевые слова: узловое соединение, узлы ферм, гнутосварной профиль, профили стальные гнутые замкнутые, трубчатая ферма, эксперимент, напряженно-деформированное состояние, экспериментальные исследования.
С целью исследования напряженно-деформированного состояния и совершенствования бесфасоночных узловых соединений трубчатых элементов ферм, выявления специфических особенностей нового конструктивного решения по сравнению с типовым, а также проведения сопоставительного анализа полученных данных с результатами численных исследований, выполненных с помощью программного комплекса «Лира» испытываются натурные модели узловых соединений типовых и новых ферм.
Рассмотренные конструктивные решение представлены в следующих вариантах (рис.1): типовой и авторский, защищенный патентом РФ. Как показали результаты численных исследований [1], в типовом решении действие нагрузок вызвало деформирование стенки пояса в месте крепления раскосов в направлении действующих усилий раскосов. Помимо этого происходит сплющивание боковых стенок пояса под растянутым раскосом и выпучивание - под сжатым рас-
косом. В новом решении наблюдается небольшое деформирование стенок пояса в зоне крепления к ним раскосов, что обусловлено спецификой самого конструктивного решения узлового соединения, а, следовательно, и его работой в составе фермы [2].
Для проведения экспериментальных исследований на заводе в полном соответствии с технологическими особенностями производства [3,4] из стали марки Ст3пс6-1 было изготовлено по два образца каждого из вариантов. Расчетное сопротивление сталей определялось на основании сертификата на металл по ГОСТ [5]: ^„=240 МПа, Яцп=360 МПа. Труба профильная принята согласно ТУ 14-001-00244676-03: для пояса -800x800x3 мм ^ = 9,01 см2), раскоса -500x500x2,5 мм (Аг = 4,71 см2). Сварные швы выполнены полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа по ГОСТ [6] без видимых дефектов.
т И -!.......£.......!- 1ВМ
"0 Т I 395 395 110
Рис. 1. Конструктивные решения узловых соединений: а - типовое, б - авторское, в - расчетная схема
Для возможности моделирования граничных условий и равномерной передачи нагрузки, а так же придания жесткости сечению торцов стержней решетки, к образцам привариваются фланцы, представляющие собой листовые элементы с отверстиями под болты, подкрепленные ребрам жесткостями.
Испытания образцов проводятся на спроектированном и изготовленном специализированном стенде (рис.2), который позволяет воспроизводить в образце распределение усилий схожее с
работой узла в натурной ферме. Стенд представляет собой пространственную стальную конструкцию, состоящую из двух плоских параллельно расположенных силовых рам (1), скрепленными между собой продольными связями (2), обеспечивающими общую жесткость и устойчивость пространственной конструкции. Через силовые рамы осуществляется болтовое крепление узла внутри стенда.
Нагружение свободного торца пояса и растянутого раскоса осуществляется через систему
Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова
2012 №1
тяжей (3), передающих растягивающие усилия, а сжатого - непосредственно через фланец раскоса по средствам болтового соединения, гидравлическими домкратами (4) с грузоподъемностью 160 кН и 100 кН, которые приводятся в действие через ручные насосные станции. В процессе эксперимента величины нагрузок регистрируются приборами, класса точности 1.5 и 2.5. Величина усилий в раскосе составляет 10% от усилия в поясе (рис 1в). Нагрузка прикладывается ступенями, равными 20% от расчетной нагрузки, с выдержкой на каждой ступени для снятия показаний. Испытания проводятся в упругой стадии работы материла.
Нагружение проводится с предварительным центрированием нагрузки на сжатые стержни. Равномерное усилие в фланцевых соединениях обеспечивается контролем момента затяжки болтов.
2
1
Рис. 2. Общий вид испытательного стенда
Для вычисления деформаций применяется тензометрический метод с применением одиночных проволочных прямоугольных тензорезисто-ры типа КФ5П1-5-100-Б12 с базой 5 мм по ГОСТ [7]. Тензодатчики сопротивления (рис. 2) наклеиваются в зонах конструктивной концентрации напряжений, предварительно выявленных с помощью программного комплекса «Лира» [1], а также по периметру сечения торцов стержней для контроля точности центрирования и значения нагрузки. Наличие тензодатчиков на симметричных стенках стержней узла позволяет добиться достоверности результатов. Для достоверности работы прибора в период испытаний устанавливаются дополнительные контрольные датчики. Для компенсации температурной погрешности с измерительным плечом моста включают компенсационный датчик. Выборочное тарирование тен-зорезисторов проводится на стальной балке равного сопротивления.
Подключение тензорезисторов выполняется по полумостовой схеме. Регистрация деформаций осуществляется универсальным многоканальным измеритель-регистратором «Терем-4.1», который позволяет накапливать базу данных. Для балансировки моста, увеличения разрешающей способности АЦП при изменении сигнала выполня-
ется калибровка прибора с использованием магазина сопротивлений.
Максимальные искривления боковых стенок пояса из плоскости узла фермы фиксируются многооборотными индикаторами часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,001 мм.
Обработка экспериментальных данных осуществляется с использованием программного комплекса «Microsoft Excel», реализованного в среде Windows.
Результаты проведенных испытаний устанавливают деформации и напряжения, возникающие в зонах концентрации напряжений, дает возможность получить эпюры распределения деформаций в рассматриваемых сечениях образцов, а также эпюры изменения величины деформаций от различной нагрузки.
Анализ экспериментальных данных, сопоставление их с результатами численных исследований позволяют откорректировать расчетную модель узлового соединения в вычислительном комплексе «Лира», сделать необходимые выводы, а также выполнить корректировку методов расчета узловых соединений трубчатых элементов ферм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.А.Соколов. Численные исследования напряженно-деформированного состояния узловых бесфасоночных соединений трубчатых элементов ферм / А.А.Соколов, В.А. Зинькова, К.И.Логачев / / Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.
- 2007. - №8. - С.45-46 .
2. Пат. 2329361 Российская Федерация, МПК7 Е 04 С 3/08. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы (варианты) [Текст] / Зинькова В.В., Соколов А.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова.
- № 2006140596/03, заявл. 16.11.06; опубл. 20.07.08, Бюл. № 20 - 3с.: ил.
3. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций [Текст] : СП 53101-98: утв. Госстроем России : ввод. в действие с 01.01.99. - М., 1998 - 59 с.
4. Общие правила проектирования стальных конструкций [Текст]: СП 53-102-2004 : утв. ЦНИИСК им. Кучеренко: ввод. в действие с 01.01.2005. - М., 2005 - 184 с.
5. ГОСТ 380-94. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. Межгосударственный стандарт [Текст]: - Введ. с 1998-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1998 - 184 с.
6. ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия. [Текст]: - Введ. с 1987-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1998 - 25 с.
7. ГОСТ 21616-91. Тензорезисторы. Общие технические условия. [Текст]: - Введ. с 1992-0101. - М.: Изд-во стандартов, 1992 - 49 с.
