ГлавнаяПрогрессивное разрушение. Обзор некоторых экспериментальных работ по оценке предельной пластической нагрузки приспособляемости конструкций приведен в работе.
В работе описаны испытания простых и двухпролетных неразрезных балок прямоугольного и двутаврового сечений из стали, средний предел текучести которой σfl=373 Н/мм2. Для простых балок было установлено, что предельная пластическая нагрузка Ppl,0 при повторных нагружениях с числом циклов, не вызывающих усталостных разрушений, примерно равна предельной пластической нагрузке Ppl при однократном нагружении. В то же время прогибы и удлинения волокон при определенных значениях нагрузки были значительно большими, чем при однократном нагружении. Испытания неразрезных балок переменной нагрузкой в двух и одном пролетах показали, что предельная пластическая нагрузка Ppl,0 при повторных нагружениях также примерно равна предельной пластической нагрузке при однократном нагружении. Это значит, что эффект прогрессивного разрушения при возрастании деформаций не подтвердился. Деформации неразрезных балок были примерно одинаковыми при однократном и многократном нагружениях. При повторяющемся нагружении стабилизация деформаций наступила при малом числе циклов нагружений.
В других испытаниях того же автора повторяющаяся нагрузка была приложена только в одном месте балки. В этом случае предельные пластические нагрузки при однократном и повторном нагружении были одинаковыми. Результаты теоретического решения были подтверждены экспериментально. В отличие от описанных ранее испытаний стабилизации деформаций балок наступает после 5000-10000 циклов нагружений.
Причины различной стабилизации деформаций необходимо искать в способах нагружения, однако в указанных работах это не отражено.
Противоположные выводы по сравнению с данными работы получены в работе, где описаны испытания прокатных бельгийских балок PN12S. Приведенные в табл. 6.5 результаты показывают хорошее соответствие теоретических и экспериментальных значений.
Подобного рода противоречивые выводы можно найти и в других экспериментальных исследованиях, в частности в работе. Кроме причин, заключающихся в самой сущности проблемы, здесь может иметь значение неоднозначная трактовка экспериментальной предельной пластической нагрузки. Однако испытания однозначно показывают, что почти все экспериментальные предельные нагрузки Ppl,0 приспособляемости были выше теоретических. В частности, в работе приведен пример такого превышения в 1,17 раза. Необходимо, однако, напомнить, что подобная или еще более благоприятная ситуация наблюдается и при однократном нагружении.
Исчерпание несущей способности от переменной текучести (мало-цикловой усталости). Обзор некоторых экспериментальных работ, посвященных изучению переменной текучести в стальных конструкциях, приведен в работах.
В работах описаны результаты испытаний консольных балок прямоугольного сечения, выполненных из углеродистой стали, а также из сталей более высокой прочности (табл. 6.6). Исчерпание несущей способности балок происходило в результате излома — малоцикловой усталости. Зависимости числа циклов нагружений n при разрушении балок от амплитуд начальных относительных деформации ε в крайних волокнах сечения заделки показаны на рис. 6.18 (для большей наглядности сравнение сделано с использованием относительной величины ε/εfl). Дискретные результаты, изображенные точками, аппроксимированы непрерывными зависимостями вида
Постоянные а, b и с определены методом наименьших квадратов и приведены в табл. 6.6.
Результаты испытаний простых и неразрезных балок прямоугольного сечения из стали 11 523. приведены на рис. 6.19, а испытаний простых балок, нагруженных чистым изгибом, - на рис. 6.20 и 6.21. Показанные на рис. 6.20 зависимости ε-n подобны ранее приведенным. Зависимости начальных амплитуд относительных деформаций ε и числа циклов нагружений n от относительных значений изгибающих моментов M/Mpl при разрушении балки приведены на рис. 6.21.
Из табл. 6.6 следует, что постоянная b изменяется в интервале от 0,71 εfl до 1,0 εfl, т.е. среднее значение равно 0,83 εfl. Если ее примерно принять равной относительной деформации предела упругости σel то уравнение (6.95) можно выразить в более общем виде:
где правая часть соответствует уравнению (6.15).
Здесь Acr — критическая работа, значения которой по результатам испытаний Acr=4 Ebc приведены в табл. 6.6. Если предположить, что в среднем Acr = 3000 H*мм/мм3, то в большинстве случаев получим достаточно хорошие результаты, за исключением балок двутаврового сечения № 8 из стали 11 373.0.
Из экспериментальных исследований переменной текучести можно сделать следующие основные выводы.
1. Исчерпание несущей способности происходит в результате разрушения в виде излома.
2. Число циклов загружения при разрушении зависит от напряжений и от амплитуды начальной деформации. В интервале реальных деформаций все стали способны выдерживать определенное число переменных нагружений. Стали повышенной и высокой прочности более чувствительны к малоцикловой усталости, чем обычные углеродистые стали, в связи с чем таким сталям следует уделить особое внимание при проектировании конструкций.
Подвижная нагрузка. Некоторые авторы, результаты испытаний при повторяющейся неподвижной нагрузке рассматривают как основополагающие и для повторяющейся подвижной нагрузки. В связи с этим рассмотрим результаты некоторых испытаний балок при подвижной нагрузке.
В работах описаны испытания балок прямоугольного и двутаврового сечения, изготовленных фрезеровкой из листов низколегированных сталей. Загрузочное устройство не создавало непрерывной подвижной нагрузки; однако после нагружения в определенном месте балки следовала разгрузка, затем производилось перемещение нагрузки в соседнее место и следующее нагружение, т.е. нагрузка была перемещающейся без динамических воздействий.
Результаты работы приведены на рис. 6.22, где показаны линии влияния прогиба в сечении, расположенном на расстоянии 0,4142 l от левой опоры.
Испытания показали, что при действии на балку подвижной нагрузки, равной предельной пластической нагрузке Ppl, при однократном ее действии в сечении 2, деформации стабилизировались достаточно быстро. При этом стабилизация деформаций балок с прямоугольным сечением наступала значительно раньше (около 10 проходов нагрузки, т.е. 5 циклов нагружения), чем для балок с двутавровым сечением (70—100 проходов нагрузки). Это указывает на опасность потери устойчивости из плоскости балки. Предыдущее нагружение силой, меньшей предельной, имело благоприятное влияние на стабилизацию деформаций.
При испытаниях балок, принималась действительно подвижная нагрузка. Давление на движущееся колесо создавалось рычажной системой. Скорость перемещения нагрузки была выбрана так, чтобы не возникали динамические воздействия. Испытываемые балки были изготовлены из обычных листов и имели прямоугольное и двутавровое сечения. На одном конце балки были защемлены, на другом шарнирно оперты.
Результаты показали хорошее соответствие экспериментальных и теоретических значений предельных пластических нагрузок приспособляемости для балок двутаврового сечения и в отдельных испытаниях балок прямоугольного сечения. В других испытаниях экспериментальная нагрузка была меньше теоретической.
В описанных работах нагрузки или скорости их перемещения принимались такими, чтобы не возникали динамические воздействия на балки. Изменение способа нагружения одной неразрезной балки путем перехода от ручного управления к автоматическому вызвало нарушение стабилизированного состояния, дальнейшее увеличение деформаций и их стабилизацию при большем числе циклов нагружения, чем их было в первом случае. Таким образом, способ нагружения влияет на развитие деформаций. Стремясь приблизиться к реальному способу нагружения подвижной нагрузкой с учетом ее второстепенных динамических воздействий, авторы работы провели соответствующие испытания балок.
Испытываемые прокатные балки двутаврового сечения № 8 были изготовлены из стали 11 373.0 и 11 373.9 и отожжены при температуре 600°С для устранения остаточных напряжений от прокатки. Испытания проводились на простых балках, простых балках с консолями и неразрезных балках. Осциллограммы прогибов и относительных деформаций двух испытаний приведены на рис. 6.23, где видно влияние и второстепенных динамических воздействий. Зависимости прогибов v2 от нагрузки для трех типов балок приведены на рис. 6.24-6.26, где даны результаты для балок из неотожженной (11 373.0) и отожженной (11 373.9) сталей. Кроме графического изображения остаточных прогибов на рисунках приведены также численные значения скорости с увеличения остаточных прогибов за один цикл нагружения и соответствующее число циклов нагружений п. Нагрузка выражена относительными значениями Р/Рpl,0. Динамическое воздействие нагрузки в простых балках с консолью вызывалось остановкой нагрузки на консоли и перемещением ее в обратном направлении. Его результат проявился систематическим увеличением скорости прогиба.
На основе проведенных испытаний можно сделать следующие основные выводы.
1. При испытаниях наибольшие нагрузки в большинстве случаев не достигали теоретических значений предельных пластических нагрузок Ppl,0, полученных при неподвижной повторяющейся нагрузке. Наибольшие нагрузки неотожженных балок были больше соответствующих нагрузок отожженных балок.
2. При наибольших нагрузках полная стабилизация деформаций не наступала. В большинстве случаев проявлялась тенденция к такой стабилизации; однако при значительном числе циклов нагружений остаточные деформации увеличивались, и в некоторых случаях наступала нестабильность деформаций.
3. Испытания показали опасность возможности выхода балок из плоскости изгиба при частичной текучести наиболее напряженных сечений при подвижной нагрузке.
4. Сравнение результатов испытаний балок, нагруженных неподвижной и подвижной нагрузками, показало, что при неподвижной нагрузке наступало явное упрочнение материала, в то время как при подвижной нагрузке этого не наблюдалось (рис. 6.27).
