авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Cвершенствование конструктивно-технологических решений шарнирных соединений автодорожных мостов

-- [ Страница 2 ] --

Из всей совокупности значений напряжений , и , а также интенсивности напряжений (в наиболее характерных сечениях), представленных в диссертации, в реферате приведены для примера наиболее важные (в сравнении при плотном и неплотном положении шарнира в отверстии) поля напряжений и эпюры напряжений (рис. 1-5).

а) б)

Рисунок 1. Поля интенсивности напряжений (по Мизесу) в “проушине” при плотном (а) и неплотном (б) положении шарнира в отверстии (Nastran, P = 44,1 кН).

Рисунок 2. Эпюры нормальных напряжений по наиболее важным сечениям “проушины” при плотном положении шарнира в отверстии (Nastran, P = 44,1 кН).

Рисунок 3. Эпюры нормальных напряжений по наиболее важным сечениям “проушины” при плотном положении шарнира в отверстии (COSMOSWorks, P = 44,1 кН).

Рисунок 4. Эпюры нормальных напряжений по наиболее важным сечениям “проушины” при неплотном положении шарнира в отверстии (Nastran, P = 44,1 кН).

 Эпюры нормальных напряжений по-26

Рисунок 5. Эпюры нормальных напряжений по наиболее важным сечениям “проушины” при неплотном положении шарнира в отверстии (COSMOSWorks, P = 44,1 кН).

Установлено, что при плотном и при неплотном положении шарнира в отверстиях имеется большая неравномерность (по величине, градиентам перепада и концентрации) нормальных и касательных напряжений, а также интенсивности напряжений (по Мизесу), что не учитывается теорией “кривых брусьев”, используемой в настоящее время в практике проектирования шарнирных соединений. Поэтому считаем, что эта теория не применима для расчетов шарнирных соединений повышенной надежности и не может быть рекомендована для дальнейшего использования.

Наиболее опасным по напряженному состоянию являются диаметральные сечения вдоль и поперек “проушин”. Они отличаются наибольшей концентрацией напряжений с максимальными значениями на периметре отверстия.

При плотном положении шарнира в отверстии коэффициент концентрации нормальных напряжений по диаметральным направлениям поперек и вдоль сечения проушин составил 2,07 и 2,31, а при неплотном положении шарнира в отверстии соответственно 2,64 и 1,89. Это значит, что они обусловлены не только наличием концентратора в виде отверстия, но и характером передачи усилий на проушину от шарнира. Коэффициент концентрации нормальных напряжений увеличивается в поперечном сечении, а в продольном намечена тенденция к его снижению с увеличением диаметра отверстия. Соответственно поперечное сечение проушины признано наиболее опасным.

На основе выполненных исследований сделан вывод, что проверку прочности “проушин” следует выполнять по ограничению интенсивности напряжений (по Мизесу), а именно , где n коэффициент принимаемый в зависимости от величины и знака напряжений , и . Он может принимать по Мизесу значения от до . Это значит, что величины (по Мизесу) не должны выходить за контур эллипса, являющегося интерпретацией предельного контура упругости при плоском напряженном состоянии. Конструктивное условие обеспечивается либо заданием необходимой толщины монолиста проушин, либо применением кольцевых компенсаторов в зонах максимальных .

Третья глава посвящена результатам экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния шарнирных соединений.

Исследования запланированы и выполнены с целью проверки результатов теоретических исследований, изложенных в главе 2, а также получения дополнительных данных об особенностях механизмов деформирования шарнирных соединений вплоть до потери несущей способности.

Для достижения этой цели испытаны опытные образцы двух типов:

- масштабная модель из оргстекла;

- металлические образцы, являющиеся копией шарнирных соединений, запроектированных Филиалом ОАО ЦНИИС “НИЦ “Мосты”” и изготовленных на мостовом заводе ЗАО “Улан-Удэстальмост” для деформационного шва ДШИ-180 реконструированного мостового перехода через р. Селенгу на 124 км автомобильной дороги “Байкал”.

Для перехода и соответствия модели из оргстекла параметрам натурного объекта были соблюдены необходимые критерии подобия и переходные соотношения.

Для определения возникающих напряжений были установлены тензорезисторы сопротивлением 200 Ом. Схема расположения тензорезисторов на модели из оргстекла представлена на рис. 6. В целях повышения достоверности результатов измерения тензорезисторы устанавливали на обеих плоскостях проушины. Отверстие в проушине принято неизменным, варьировался только диаметр шарнира для имитации условий плотной или неплотной постановки в отверстие “проушины”.

Рисунок 6. Схема расположения тензорезисторов на модели из оргстекла.

Измерения показаний тензорезисторов и анализ напряженно-деформированного состояния модели проводили с помощью тензометрической системы СИИТ-2, подключенной к персональному компьютеру.

Модель была установлена на специальном стенде, обустройства которого позволяли выдерживать требуемый режим загружения (рис. 5).

Рисунок 7. Испытательный стенд.

Рис. 8. Эпюры напряжений - сечение 3-3 и - сечение 1-1, при плотной постановке шарнира в отверстии проушины.

Рис. 9. Эпюры напряжений - сечение 3-3 и - сечение 1-1, при неплотной постановке шарнира в отверстии проушины.

Эпюры напряжений, полученные в результате выполненных экспериментальных исследований, (рис. 8-9) с высокой степенью сходимости соответствовали эпюрам напряжений полученным в результате теоретических исследований, с использованием программы COSMOSWorks, которая рекомендуется для применения при проектировании шарнирных конструкций мостов. Экспериментальные исследования показали, что при деформировании образцов под нагрузкой можно выделить три специфических стадии процесса:

- 0 – I. Происходит приработка образцов с компенсацией начальных геометрических отклонений и местным пластическим обмятием граней круговых отверстий “проушин” за счет изгиба шарнира. При разгрузке образцов фиксируются остаточные деформации в пределах 1мм. В целом металл соединения работает упруго;

- I – II. Образцы работают в пластической стадии и при их разгрузке наблюдаются остаточные деформации в пределах 2 мм. Круговые отверстия деформируются в эллипсоидные;

- II – III. Резко нарастают пластические деформации металла “проушин” и при нагрузке около 14 т происходит разрушение образцов (рис. 10).

Рис. 10. Диаграмма деформации опытных образцов из металла.

В результате выполненных экспериментов установлено следующее. Если при испытании заклепочных соединений на растяжение - вырыв металла, как известно, происходит по площадкам параллельным разрывному усилию, то в рассматриваемых опытных образцах “проушин” вырыв происходит под углом приблизительно 45 по отношению к продольной оси образцов (рис. 11). Объясняется это тем, что пластические деформации металла со скольжением дислокаций развиваются сначала в зонах с максимальной интенсивностью напряжений (по Мизесу). Теоретические эпюры напряжений , представленные в Главе 2, подтверждают эту закономерность

а) б)

Рис. 11. Разрушение образца с плотной (а) и неплотной (б) постановкой шарнира в отверстии проушины.

В четвертой главе изложены результаты анализа физико-механических и сварочно-технологических свойств современных конструкционных материалов с целью их адаптации к шарнирным соединениям конструкций мостов с позиций повышения надежности и технологичности.

В работе рассмотрены современные виды стального проката отечественного производства, отличающиеся высокими потребительскими свойствами:

- легированный, повышенной прочности базовых марок 12ХГН2МА и 12ХГНМДБА по ТУ 14-1-5446-2002;

- низколегированный для мостостроения базовых марок 10ХСНД и 15ХСНД по ГОСТ 6713;

- экономнолегированный (с микролегированием ванадием или ниобием) для мостостроения марок 10ХСНДА и 15ХСНДА по ТУ 14-1-5120-92;

- низколегированный для мостостроения марок 12Г2СД и 12Г2СБД по ТУ 14-1-5453-2002;

- низколегированный стойкий против атмосферной коррозии базовой марки 14ХГНДЦ по ТУ 14-15355-98

- низколегированный (с микролегированием церием) базовой марки 09Г2СЮЧ по ТУ 322-16-127-97.

На основе анализа информационных материалов определены их достоинства и недостатки с точки зрения применимости для шарнирных соединений мостовых конструкций повышенной надежности и технологичности.

Результаты анализа показали, что в уникальных конструкциях, концентрированно воспринимающих значительные усилия, предпочтителен прокат толстолистовой, свариваемый из легированной стали повышенной прочности марок 12ХГН2МА и 12ХГНМДБА по ТУ 14-1-5446-2002, разработанный институтом «ЦНИИчермет» совместно с ОАО «Уралсталь». В данном прокате, как и в указанных выше видах низколегированного проката, для обеспечения высоких потребительских свойств существенно снижена массовая доля вредных примесей серы и фосфора, а также осуществлено микролегирование ниобием при прогрессивных технологиях выплавки, прокатки и термообработки, что отвечает современным тенденциям развития металлургии.

В современных шарнирных соединениях мостовых конструкций могут применяться шарниры двух типов по особенностям металлургического производства:

1. Из сортового проката в виде круга диаметром до 200мм включительно.

2. Из поковок диаметром фактически до 500мм включительно, изготавливаемых ковкой и горячей штамповкой из слитков, блюмов и заготовок с установок непрерывной разливки стали.

Требования к материалам шарниров мостовых конструкций, регламентированные действующим в настоящее время актуализированным СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы», распространяются только на поковки из ограниченного количества марок углеродистых, низколегированных и легированных сталей IV группы (с контролем потребительских свойств и твердости для партии поковок). Отсутствуют полностью требования к сортовому прокату. Вместе с тем сортовой прокат в наибольшей мере адаптирован к потребительским свойствам толстолистового проката, например по ГОСТ 6713. Более сложным является вопрос об обеспечении необходимых для мостостроения потребительских свойств поковкам. По ГОСТ 8479 “Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали” предусмотрена поставка поковок по пяти группам (I - V) в зависимости от видов испытаний, условий комплектования партии и единичных характеристик. Однако для мостостроения практический интерес представляют только IV и V группы, отличающиеся комплексным подходом к контролю потребительских свойств.

Анализ причин, имевших место при разрушении шарниров в различных конструкциях, например в спортивном комплексе в Крылатском города Москвы (отмеченных в п.1 диссертации), показал, что контроль потребительских свойств, указанных в актуализированном СНиП «Мосты и трубы», является необходимым для каждой поковки (группа V).

Кроме тог установлено, что для шарнирных соединений уникальных мостовых сооружений, обладающих наивысшим уровнем ответственности, и для всех соединений конструкций северных А и Б исполнений необходимы дополнительные проверки, регламентируемые по требованию потребителя п.1.3 ГОСТ 1.3, а именно на наличие флокенов, внутренних несплошностей УЗД, макро и микро структуры, величины зерна. Очевидно, что такой контроль необходим после окончательной термической обработки поковок, в соответствии с требованиями ГОСТ 8479.

В четвертой главе рассмотрены также вопросы о рациональных соотношениях потребительских свойств металлов шарнира и соединяемых им конструкций из толстолистового проката. Для такого анализа использованы данные сертификационных (в соответствии со стандартами России) испытаний конструкций, получивших широкое распространение за рубежом в ответственных мостовых сборно-разборных пролетных строениях. Для примера на рис. 12 представлены результаты испытания металлов шарнирного соединения на ударную вязкость KCU.

Обращает на себя внимание, что металл элементов соединяемых шарнирами, обладает заметно более высокой ударной вязкостью, чем металл шарниров. Это представляется правильным, поскольку напряженное состояние металла и при плотном, и при не плотном положении шарниров в отверстиях отличается повышенной концентрацией напряжений.

Фактические значения ударной вязкости значительно превосходят минимально допустимые для указанных выше марок стали (аналогов) по отечественным стандартам.

 Результаты испытаний материалов-54

Рис. 12. Результаты испытаний материалов шарнирного соединения на ударную вязкость: 1 - металл “проушин”; 2 - металл шарниров; 3 - минимально допустимые значения ударной вязкости толстолистового проката по ГОСТ 6713 для “проушин”; 4 - минимально допустимые значения ударной вязкости металла поковок по ГОСТ 8479 в зависимости от диаметра.

В пятой главе изложена оценка технико-экономической эффективности результатов диссертационной работы, исходя из условия исключения отказа шарнирных соединений на протяжении всего срока эксплуатации.

Одной из причин отказа может быть разрушение шарнирных соединений, например в узлах сопряжения вант с пилонами и балками жесткости современных, крайне дорогостоящих пролетных строений вантово-балочной системы. Возможность такого разрушения подтверждает отмеченная в аналитическом обзоре авария конструкций спорткомплекса “Крылатское” в г. Москве.

Отказ шарнирных конструкций в пролетных строениях мостов будет сопряжен с необходимостью сложных и дорогостоящих ремонтных работ при полном или частичном закрытии моста. При современной высокой интенсивности движения автотранспорта это приведет к колоссальным материальным издержкам.

Подобные отказы исключаются достоверностью научных результатов по оценке напряженно-деформированного состояния шарнирных соединений, изложенных в диссертации, и адаптацией к использованию в шарнирных соединениях современных конструкционных материалов с высокими физико-механическими, структурными и сварочно-технологическими свойствами.

Что касается повышения технологичности, результаты исследования показали следующее. Монтаж и сборка, а так же замена после окончания срока службы шарнирных соединений с неплотной постановкой шарнира в отверстии значительно проще, чем с плотной постановкой. Шарнирные соединения с неплотной постановкой шарнира в отверстиях “проушин” целесообразно применять в сборно-разборных конструкциях мостов. Вместе с тем, поскольку коэффициент концентрации напряжений в шарнирных соединениях с неплотной постановкой шарнира не превышает 20% относительно шарнирных соединений с плотной постановкой шарнира в отверстиях, то их можно использовать и в капитальных конструкциях, с учетом всех рекомендаций и предпосылок, которые были разработаны в ходе выполнения данной диссертационной работы.

Экономический эффект от применения шарнирных соединений с неплотной постановкой шарнира в отверстиях проушин может быть очень большой за счет сокращения сроков строительства мостовых сооружений поскольку в разы упрощается монтаж и сборка шарнирных соединений с неплотной постановкой шарнира в отверстии, а также повышается удобство замены после окончания срока службы соединения.

Результаты исследования направлены на повышение надежности работы шарнирных соединений при эксплуатации, недопущения их разрушения. Экономический эффект за счет повышения надежности оценивается исходя из транспортных убытков. возникающих за время ремонта поврежденных частей шарнирных соединений моста. по методике, изложенной в работе Васильева А.П., Дингеса Э.В., Когазона М.С. и др. “Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т.II.” (Под редакцией Васильева А.П.) – М.: Информавтодор, 2004, с. 486-487, при двух возможных вариантах:

Вариант 1. Повреждения не привели к существенному перераспределению усилий в пролетном строении и к искажению его продольного профиля до состояния, затрудняющего движение автотранспорта. При этом движение по мосту не закрывается, но его интенсивность сокращается за счет ремонтных работ (“выгораживания”, по крайней мере, одной полосы движения автотранспорта для размещения технологического оборудования и безопасности).

Вариант 2. Повреждения существенные, приведшие к значительному перераспределению усилий в пролетном строении опасному для его несущей способности, а также к искажению продольного профиля, затрудняющего нормальную эксплуатацию автотранспорта. При этом движение по мосту закрывается на время ремонтных работ и переключается на соседние мосты.

Если позволяет характер повреждений шарнирных соединений, то первый вариант выполнения ремонтных работ предпочтительнее.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.