Испытания стальных рам со страховочными тяжами

Внедрение: 2015 г.

Учеными из Брянской государственной инженерно-технологической академии выполнены экспериментальные исследования и расчетная оценка живучести стальной двухпролетной рамы (рисунок 1), оборудованной страховочными тяжами.

Рисунок 1. Твердотельная модель рамы при установке четырех грузов в каждом пролете: 1 – крайние стойки, 2 – средняя стойка, 3 – балки, 4 – силовой пол, 5 – вспомогательные стойки, 6 – прогоны, 7 – тяжи, 8 – грузы, 9 – пластины, 10 – шпильки.

Рисунок 2. Образец рамы.

По проведению эксперимента планировалось динамическое испытание рамы путем быстрого удаления средней стойки (рисунок 2). Предусматривалось три варианта установки грузов на раму: первый – по одному грузу в середине каждого пролета; второй – по два груза; третий – по четыре груза. Для каждого состояния загрузки следовало с помощью механического воздействия стержнем Т (см. рисунок 2) вывести из работы конструкции среднюю стойку. Если на текущем воздействии не зарегистрировано существенных остаточных деформаций рамы, то последующий этап испытаний выполняется на том же образце. В противном случае для эксперимента должен использоваться новый образец. Для каждого воздействия необходимо выполнить замеры перемещений и относительных деформаций.

Рисунок 3. Схема расположения датчиков.

В сечениях I-I, II-II (рисунок 3) устанавливались тензометрические датчики ТД1-ТД8 типа КФ 5П1-3-200Б12 с базой 5 мм и сопротивлением 200±0,2 Ом. Для фиксации датчиков на раме использовался клей холодного отверждения «Циакрин АО».

Сигналы от датчиков регистрировались с помощью крейтовой системы сбора данных LTR-EU-2 с модулями LTR212. В эксперименте использовался режим сбора информации с частотой 1536 Гц. Данные, полученные крейтовой системой, передавались на компьютер и обрабатывались при помощи программы Lgraph2, имеющей возможность визуализации измеренных деформаций во времени. Вертикальные перемещения измерялись с использованием системы сбора данных Gantner Instruments, включающей универсальный модуль Qbloxx A109 и тросовый датчик перемещений SX50-1250-16-L-SR (рисунок 4).

Рисунок 4. Установка тросового датчика.

Показания тросового датчика обрабатывались программами SignaSoft 6000 и Test.commander. Для измерения перемещений рамы после затухания колебаний использовался лазерный дальномер Вosh DLE 70 professional. Функциональная схема сбора интегрированной системы на рисунке 5. Дискретные сведения о перемещениях и деформациях рамы обрабатывались в программном комплексе MATLAB 2014а при помощи одномерного преобразования вейвлетом Мейера, позволяющим удалить шум и получить непрерывные зависимости, соответствующие низшей частоте собственных колебаний рамы.

Рисунок 5. Функциональная схема сбора и обработки данных.

Для определения статических значений механических характеристик материала рамы была проведена серия испытаний плоских образцов, вырезавшихся из стенки двутавра, на разрыв. На всех этапах нагружения живучесть конструкции обеспечивалась. Остаточные деформации были зафиксированы только при загружении образца максимальным числом грузов. На рисунке 6 представлены некоторые данные об измеряемых величинах продольных деформаций.

Рисунок 6. Результаты измерений деформаций, зафиксированных тензорезистором ТД1 на втором этапе нагружения.

Расчеты рамы выполнялись в динамической постановке с учетом физической и геометрической нелинейности. Диаграмма растяжения стали аппроксимировалась по схеме Прандтля. Рама считалась раскрепленной из своей плоскости. Деформации объекта описывались стержневыми конечными элементами (рисунок 7). Грузы представлялись материальными точками m. Учитывались силы тяжести в виде сосредоточенных сил P от грузов и распределенной нагрузки от стержней рамы. Кроме того, выполнялись расчеты данного объекта при отсутствии страховочных тяжей.

Рисунок 7. Конечно-элементная модель рамы с тяжами: 1 – исходная геометрия; 2 – деформированная схема после затухания колебаний.

Выводы:

• Введение страховочных тяжей позволило обеспечить живучесть испытываемой рамной конструкции при быстром удалении средней стойки.
• Экспериментальные исследования показали, что максимальные значения перемещений и деформаций рамы достигались на втором или третьем периодах основной формы колебаний после запроектного воздействия, что согласуется с положениями работы.
• Получено удовлетворительное соответствие результатов теоретического исследования поведения рассматриваемой рамы при запроектных воздействиях с данными эксперимента.

Источник:
Алексейцев А.В., Серпик И.Н. Экспериментально-теоретический анализ запроектного воздействия на стальную раму со страховочными тяжами // Строительство и реконструкция. – Орёл. – 2015. – № 1. - С. 3 – 10.

Разработчик: Алексейцев А.В., Серпик И.Н. (Брянская государственная инженерно-технологическая академия)