Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Экспериментальная проверка предельных состояний

Некоторые общие результаты проверки несущей способности балок и рам. Экспериментальная проверка работы стальных конструкций в упругопластической стадии тесно связана с развитием теоретических решений. Собственно говоря, эксперименты предопределили появление теоретических предложений по использованию пластических свойств материала. Экспериментально исследовались разные вопросы, начиная от правомерности применения элементарной теории и кончая изучением влияния различных факторов на несущую способность и деформативность конструкций. Рассмотрим основные из указанных проблем.
Прежде чем изложить собственно экспериментальные результаты, необходимо дать ссылки на некоторые важнейшие работы в области пластического расчета конструкций, которые необходимо дополнить работами советских авторов.
Целью экспериментальных работ, проведенных еще перед второй мировой войной, была проверка действительной работы балок и рам. Авторами этих классических работ являются Г. Майер — Лейбниц, Е.О. Патон и Б.Н. Горбунов, Ф. Штюсси и Ц. Колбруннер, С.А. Бернштейн и B.C. Туркин, Ж.Ф. Бакер и Ж. Родерик. К ним относятся и более поздние работы, в которых изложены вопросы применения пластических расчетов в практике; авторами этих работ являются Ж. Бакер, М. Хорн, Ж. Хейман, Ф. Штюсси и Щ. Массонне, Р. Анслийн, E. Мас.
Необходимо отметить, что Ф. Штюсси указал на расхождение между результатами действительной работы конструкций и элементарной пластической теории, в связи с чем он был противником пластического расчета. Остальные авторы, наоборот, преследовали цель достижения и превышения пластической несущей способности и являлись защитниками развивающейся теории и ее практического применения.
Упомянутые работы посвящены в основном изгибу. Обширные экспериментальные исследования кручения или его комбинации с изгибом были выполнены А.И. Стрельбицкой с сотрудниками.
Экспериментальная проверка предельных состояний

He будем рассматривать отдельные способы испытаний конструкций и детально обсуждать их результаты, а только отметим наиболее важный вывод о том, что в большинстве случаев экспериментальная нагрузка была больше, чем предельная пластическая нагрузка, определенная пластическим расчетом. В случаях, когда значение предельной пластической нагрузки не было достигнуто, экспериментальное значение все же было очень близко к теоретическому.
Этот общий вывод подтверждают наши и зарубежные экспериментальные результаты, приведенные на рис. 5.47 и 5.48.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Экспериментальная проверка работы балок из углеродистых чехословацких сталей. На рис. 5.49 приведены результаты испытаний прокатных балок двутаврового сечения I №8. Графики позволяют качественно сравнить работу двух балок, одна из которых нагружена сосредоточенной силой в середине пролета, а другая — двумя сосредоточенными силами, расположенными симметрично относительно середины балки, с зоной чистого изгиба в средней части балки. Испытания показали, что при предельной пластической нагрузке деформации балок были в основном одинаковыми.
Экспериментальная проверка предельных состояний

На рис. 5.50 показана работа неразрезной балки в процессе увеличения нагрузки. Изменения эпюр изгибающих моментов -M2 и +M3 четко показывают процесс их перераспределения. Однако полного выравнивания абсолютных значений этих моментов при нагрузке P=Ppl не было достигнуто, что также соответствует результатам других испытаний. Вместе с тем необходимо отметить, что в приведенном испытании было достигнуто хорошее приближение абсолютных значений. Линия относительной деформации ε3 на растянутом волокне сечения 3 показывает появление и развитие первых пластических деформаций в балке. При достижении предельной пластической нагрузки Ppl относительная деформация в сечении 2 была сравнительно небольшой, однако при этой нагрузке наступило ее интенсивное увеличение. Изменение прогиба в середине балки v3 показывает три характерных участка, которые приближенно можно заменить прямыми. Точку пересечения прямых для второго и третьего участков можно принять в качестве экспериментальной предельной пластической нагрузки Ppl,exp. В нашем случае Ppl,exp=1,1Ppl. Окончательно экспериментальной предельной нагрузкой будем считать ту, при которой ε2=1,2 %; в этом случае Ppl,expε=1,14 Ppl.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Последовательное развитие пластических деформаций в сечениях 2 и 3 не позволяет представить работу пластического шарнира с постоянным изгибающим моментом в действительной балке. Поэтому A. Mразик провел испытание предварительно напряженных балок. Предварительное напряжение создавалось силами v1 которые действовали как вниз (рис. 5.51,а, 5.52,а), так и вверх (рис. 5.51,b, 5.52,6) .
На рис. 5.51, а приведены зависимости изгибающих моментов M2, M3, относительных деформаций ε2, ε3 и прогиба V3 от нагрузки P в неразрезной балке, предварительно напряженной с помощью направленных вниз сил v1, создающих выравненные изгибающие моменты M2 = M3 = -0,6Mpl. Экспериментальная предельная нагрузка, определенная на основе изменения прогибов, равна Ppl,expv≈1,01 Ppl, а на основе относительной деформации ε2-Ppl,exp≈1,08Ppl. Зависимости для балки, предварительно напряженной силами v1, направленными вверх, показаны на рис. 5.51, 5. Изгибающие моменты от предварительного напряжения равны M2=M3+0,6Mpl. Предельная экспериментальная нагрузка соответственно равна Ppl,expv≈1,01Ppl; Ppl,expε≈1,02 Ppl.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Работа сечений, в которых в результате предварительного напряжения был достигнут изгибающий момент Mpl, показана на рис. 5.52. На рис. 5.52,a приведен случай предварительного напряжения силами V1=6 кН, направленными вниз. При предварительном напряжении изгибающие моменты были равны M2 = M3 = -Mpl. При нагрузке сосредоточенной силой P в сечении 3 изгибающий момент уменьшался, а в сечениях 2 изгибающие моменты оставались практически постоянными; в них происходил поворот. Изгибающие моменты изменялись линейно в полном соответствии с теорией. Всю нагрузку воспринимал средний пролет почти до того момента, когда P/Ppl = 0,8, при этом начал увеличиваться изгибающий момeнт M2, и все изгибающие моменты начали изменяться нелинейно. Если не учитывать чрезмерного возрастания прогиба v3 на последних этапах увеличения нагрузки (и значительного влияния явлений неустойчивости на несущую способность) и так же, как в предыдущем случае определить экспериментальную предельную нагрузку, то получим Ppl,expv≈1,0Ppl. Такое же значение соответствует и относительной деформации ε3=1,2%, тогда Ppl,expε≈1,0Ppl.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Результаты испытаний балки, предварительно напряженной силами V1=6 кН, направленными вверх, приведены на рис. 5.52, b. Изгибающие моменты от предварительного напряжения были равны M2 = M3 = 1,12Mpl. При нагрузке сосредоточенной силой напряжения в сечениях 2 уменьшались; изгибающий момент M3 оставался вначале постоянным, а затем немного увеличивался. Изгибающий момент M2, как и в предыдущем испытании, изменялся почти линейно в полном соответствии с теорией. Заключительная часть зависимости прогиба от нагрузки представлена не так четко, как в предыдущем испытании, что затрудняет определение соответствующей экспериментальной предельной нагрузки. Эта нагрузка, определенная на основе относительной деформации ε2, равна Ppl,expε=1,2Ppl. B соответствии с предварительным напряжением установлено, что сечения балки могут воспринять только изгибающие моменты 1,12 Mpl; если учесть выравнивание абсолютных значений этих моментов, то и теоретическая предельная нагрузка равна 1,12Ppl.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Процесс перераспределения изгибающих моментов в зависимости от нагрузки P наглядно выражается отношением M изгибающих моментов M2 и M3 На рис. 5.53 показано изменение отношений M3/M2 для балок без предварительного напряжения и с предварительным напряжением силами, направленными вниз, а также отношений M2/M3 для балки с предварительным напряжением силами, направленными вверх. На рисунке видно приближение этих моментов к теоретическому значению M=-1,0 при P/Ppl=1,0.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Экспериментальная проверка работы балок из чехословацких сталей различной прочности. Ранее были описаны испытания работы прокатных балок двутаврового сечения из стали класса 11 373. Важно также знать, как работают в упругопластическом состоянии конструкции из сталей других классов. С этой целью А. Мразик провел испытания балок из сталей, приведенных в табл. 5.18. Диаграммы работы этих сталей представлены на рис. 12. Балки были вырезаны из листов и имели сплошное прямоугольное сечение.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Простые балки. Испытывались балки пролетом l=500 мм, которые были загружены сосредоточенными силами в середине пролета. Номинальные размеры поперечных сечений указаны в примечании 2 к табл. 5.19. Для каждого класса стали было испытано пять балок.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Поведение балок под нагрузкой будем характеризовать изменением прогибов и относительных деформаций (по одному испытанию для каждой стали); эти данные приведены на рис. 5.54 и 5.55. Только для стали класса 15 217 показаны результаты двух испытаний, так как работа балки, вырезанной из листа в направлении проката, отличалась от работы остальных балок. Из рисунков видно, что характер работы всех балок, кроме указанной, был равноценным. Необходимо отметить, что речь идет только о качественном сравнении, поскольку нагрузка и деформации даны в относительных величинах.
Экспериментальные значения прогибов, деформаций и предельных нагрузок приведены в табл. 5.19.
Неразрезные балки. Балки имели по два пролета размером l=500 мм; сосредоточенная сила была приложена в середине первого пролета (рис. 5.56). Число балок из различных марок сталей было разным (рис. 5.58).
Экспериментальная проверка предельных состояний

Поведение балок в процессе увеличения нагрузки иллюстрируют рисунки 5.56 и 5.57, на которых показано изменение прогибов и относительных деформаций. Характер кривых указывает на качественно одинаковую работу всех балок. Подтверждением этого является и процесс изменения изгибающих моментов M2 и M3, их перераспределение показано на рис. 5.58. Ни в одном случае не наступило полное выравнивание абсолютных значений этих моментов, а их сближение было значительно медленнее, чем для прокатных балок двутаврового сечения. В отличие от теоретических данных изгибающий момент М2 на всех стадиях нагружения увеличивался. Причиной этого, кроме упрочнения материала, является большее сосредоточение материала у нейтральной оси, чем в двутавровом сечении.
Измеренные значения относительных деформаций при теоретической предельной пластической нагрузке, относительных прогибов и предельных нагрузок приведены в табл. 5.20. Необходимо отметить значительное увеличение деформаций балок из сталей высокой прочности по сравнению с балками из углеродистой стали. Экспериментальные значения прогибов vpl,exp в трех случаях достигли теоретических значений, в остальных случаях были меньшими. Отношение несущих способностей балок Ppl,exp/Ppl при увеличении прочности стали уменьшалось, однако во всех случаях экспериментальная несущая способность была больше, чем теоретическая.
Предварительно напряженные балки. Целью испытаний, как и для прокатных балок, была проверка работы сечения 3 при достижении в нем изгибающего момента Mpl. Предварительное напряжение создавалось перемещением опоры 4 силой v4, направленной вниз.
Измеренные прогибы и относительные деформации после предварительного напряжения балок показаны соответственно на рис. 5.59 и 5.60. Перераспределение изгибающих моментов М2 и М3 приведено на рис 5.61. В отличие от работы балки двутаврового сечения изгибающий момент M3 при увеличении нагрузки несколько вырастал. Более быстрое его увеличение наступило после выравнивания абсолютных значений изгибающих моментов (рис. 5.61).
Экспериментальная проверка предельных состояний

Измеренные значения относительных деформаций при теоретической предельной пластической нагрузке, относительных прогибов и предельных нагрузок приведены в табл. 5.21, из которой следует, что экспериментальные предельные нагрузки во всех случаях больше, чем теоретические. Эти результаты подтверждают также теоретические выводы о том, что осадка опор неразрезной балки не влияет на ее пластическую несущую способность.
Экспериментальная проверка предельных состояний

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: