При испытании образцов колонн использовались рычажные системы (рис. 1), описанные в [1, 2 и др.]. В процессе испытаний пришлось конструировать рычаг. Его расчетная схема и окончательный вид представлены на рис. 2, 3 соответственно. Два швеллера (поз. 1) свариваются прерывистым швом с шагом 200-300 мм. На одном конце рычага приварены два равнополочных уголка 2 с отверстиями для крепления с платформой, на другом – пластина 4 (паз необходим для установки упоров). Пластины 5, 6, 7, 8 служат для усиления опорной части рычага: предотвращают отрыв пластины 4 от швеллеров и отрыв нижней полки швеллера от стенки. Для установки упоров пластина 5 изготовлена с вырезом, а ширина пластины 6 – меньше длины паза. Ограничители 3 служат для фиксации колонны.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Перед испытаниями проверяются прочность рычага, болты (крепления платформы с рычагом и соединения планки к стойке) на срез и смятие и сварные швы по металлу шва и по основному металлу по границе его сплавления с металлом шва.
Нагрузка, действующая на конструкцию, определяется по формуле (1):
где Q – вес платформы и испытательной нагрузки, q – вес 1 пог. м рычага, l1, l2 из рис. 2.
Продольная сила, действующая на стойку:
Расчет на прочность рычага осуществляется по формуле (3):
M/W £ Rg (3),
где M – максимальный изгибающий момент (определяется по формуле (4)), W – момент сопротивления рычага (берется из сортаментов для двух швеллеров), R – расчетное сопротивление металла на растяжение, сжатие, g – коэффициент условия работы.
Число болтов n определяется по формуле (5) из [3]:
где Nбmin – меньшее из расчетного усилия для одного болта, вычисленное по формулам (6) (расчет на срез болта) и (7) (расчет на смятие элементов, соединяющих болт), g – коэффициент условия работы конструкции.
Nбср = RбсрgбAбnср (6),
где Rбср – расчетное сопротивление болтов срезу (зависит от класса прочности болтов); gб – коэффициент условий работы соединения, Aб – площадь сечения болта по ненарезной части; nср – число расчетных срезов одного болта (для расчета болта крепления платформы с рычагом nср = 2, для расчета болтов соединения планки с упорами к стойке nср = 1).
Nбсм = RбсмgбdSt (7),
где Rбсм – расчетное сопротивление смятию элементов соединяемых болтами (зависит от вида, толщины проката и марки стали), d – диаметр стержня болта, St – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.
Расчет сварных соединений производится по металлу шва (4) и по основному металлу по границе его сплавления с металлом шва (5):
N/bшkшlш
£ Rсвушgсвушg (4),
N/bсkшlш
£ Rсвусgсвусg (5),
где kш – катет шва; bш, bс – коэффициенты глубины проплавления шва, lш – расчетная длина шва, gсвуш, gсвус – коэффициенты условий работы сварного соединения; Rсвуш – расчетное сопротивление срезу (условному) металла шва; Rсвуш – расчетное сопротивление срезу (условному) металла границы сплавления шва.
Рис. 5 Рис. 6
В результате испытаний выявлено, что вышеперечисленных расчетов недостаточно (в месте опирания рычага и упоров происходит отрыв полок швеллеров рычага от стенок). На рис. 4, 5 показаны разрушения рычага обычного и усиленного пластиной 8 (см. рис. 2). В результате дополнительного усиления опорной части рычага пластинами 5 и 7 (см. рис. 2) испытания проводятся успешно и рычаг выдерживает необходимую нагрузку.
Библиографический список
- Иванов А. Ю. Прочность внецентренно сжатых колонн, усиленных обоймами / Итоги строительной науки: Материалы IV международной научно-технической конференции / Под общ. ред. д-ра техн. наук Б. Г. Кима. Владимир: ВООО ВОИ, 2005 – 23 – 25. ISBN 5-93907-022-1.
- Иванов А. Ю., Михайлов В. В. Испытание моделей усиленных колонн / Итоги строительной науки: Материалы V международной научно-технической конференции / Под общ. ред. д-ра техн. наук Б. Г. Кима. Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007 – С. 104 – 108. ISBN 5-89368-753-1.
- Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведерников и др.; Под общ. ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 560 с.