Сварные балки

Сварные балки

В технической литературе приводятся данные большого числа испытаний на усталость при изгибе двутавровых сварных балок, изготовленных с имитацией различных деталей конструкции. Испытанные балки можно классифицировать следующим образом:

1. Прокатные балки:

а) без приваренных деталей (простые балки);

б) с ребрами жесткости;

в) с приваренными к поясам деталями малой протяженности, имитирующими крепление поперечных балок, стоек, раскосов и аналогичных элементов;

г) с накладками на всей длине или на части длины пояса;

д) со стыковыми сварными соединениями.

2. Сварные балки:

а) без креплений;

б) с различными ребрами жесткости;

в) с поясами из специальных прокатных профилей;

г) со стыковыми сварными соединениями;

д) с накладками на поясах;

е) изготовленные из различных материалов.

Максимальная высота балки, которую можно испытать на этой машине, составляет 610 мм. Тем не менее, результаты испытаний балок такой высоты позволяют достаточно точно оценить поведение реальных балочных  конструкций. Доказательством этого служит очень хорошее совпадение результатов лабораторных испытаний балок и натурных испытаний конструкций мостов, выполненных по программе Американской ассоциации инженеров автострад.

Результаты некоторых основных испытаний балок на усталость при изгибе для условий нагружения, при которых осуществлялся пульсирующий цикл растяжения в нижнем поясе балки. Некоторые испытания проводились также при симметричном цикле или асимметричном цикле растяжения с неравным нулю минимальным напряжением.

Балки изготовлялись из различных конструкционных сталей. При использовании материала с пределом прочности, значительно превышающим предел прочности углеродистой конструкционной стали, достигалось значительное повышение предела выносливости прокатных двутавровых балок или простых сварных балок. Однако испытания показали также, что наличие стыков, ребер жесткости и накладок приводит к появлению концентрации напряжений, понижающей сопротивление усталостному разрушению балки из высокопрочной стали практически до уровня аналогичной балки из углеродистой конструкционной стали. В этих условиях повышенная прочность стали имеет значение только при малом числе циклов до разрушения или при высоком среднем па-пряжении цикла и малом диапазоне изменения напряжения. Испытания показали, что число циклов до разрушения и предел выносливости сварных балок изменяются в широких пределах в зависимости от деталей конструкции. Влияние некоторых из этих деталей показано в таблицах.

Большинство балок разрушалось по растянутому поясу, однако наблюдались также и разрушения сжатого пояса или стенки балки. Сжатый пояс разрушался у конца накладок, занимавших часть длины пояса, или в местах стыковых соединений. Исследователи редко указывают причины таких разрушений, однако можно полагать, что в этих случаях имеет место наложение остаточных напряжений и напряжений от внешней нагрузки, фактически приводящее к знакопеременному циклу в точке возникновения усталостной трещины.

Испытания показали, что отношение толщины пояса к толщине стенки балки оказывает влияние на предел выносливости, характер разрушения и скорость распространения трещины по сечению балки. Первые испытания на усталость при изгибе проводились в Иллинойском университете с прокатными или сварными балками с относительно большой толщиной стенки. Усталостное разрушение таких балок в большинстве случаев начиналось в растянутом поясе, причем усталостная трещина пересекала все сечение пояса, прежде чем углубиться на заметное расстояние в стенку балки.

При некоторых более поздних испытаниях сварных балок с относительно меньшей толщиной стенки было получено более высокое значение предела выносливости, разрушение происходило медленнее, и усталостная трещина успевала распространиться на некоторую часть высоты стенки, прежде чем пересечь все сечение пояса. В балках с еще меньшей толщиной стенки, снабженных ребрами жесткости в виде стоек, боковая деформация стенки при нагружении и разгрузке балки вызывала местный изгиб стенки в местах приварки ребер жесткости к стенке и стенки к поясам. Местные напряжения изгиба суммировались с напряжениями от изгиба балки в целом и с касательными напряжениями в стенке и вызывали разрушение типа.

Проведенные испытания показали, что почти любой технологический процесс изготовления балки составной конструкции приводит к понижению прочности стали. Например, предел выносливости простой прокатной двутавровой балки близок к пределу выносливости обычного плоского образца из конструкционной стали. Однако при изготовлении сварной балки с поясами, приваренными к стенке, предел выносливости оказывается более низким. Понижение предела выносливости зависит от используемого материала и от деталей конструкции балки (например, непрерывный или прерывистый угловой шов в месте приварки пояса к стенке). Наличие прочих деталей, например, накладок или ребер жесткости, приваренных к основным силовым элементам, нагруженным растягивающим усилием, при изгибе балки приводит к дальнейшему понижению выносливости. Аналогичное понижение прочности при переменных напряжениях наблюдается также и в балках клепаной конструкции.

Читайте так же:

011 032 031 020 033 007 040 025

Комментарии запрещены.

Явление усталости

038 007 034 020 008 016
Усталость конструкций
Сопротивление усталости