Хладостойкость стальной балки, предварительно напряженной вытяжкой стенки

Введение. В данной статье представлен обобщенный анализ хладостойкости конструктивных элементов существующих стальных строительных конструкций и применение его к оценке хладостойкости стальной балки, предварительно напряженной вытяжкой тонкой стенки. Предмет исследования – стальные строительные конструкции. Объектом исследования является стальная биметаллическая балка, предварительно напряженная без затяжек.
Материалы и методы. Исследование базируется на механике твердых деформируемых тел, изучении механических свойств стали, работе стали в условиях низких температур с учетом влияния концентраторов напряжений и вероятности хрупких разрушений в элементах балки.
Результаты. Проведен анализ ударной вязкости сталей С440 и С245, применяемых в поясных листах и стенке предварительно напряженной балки. Установлено, что хладостойкость элементов балки обеспечивается при эксплуатации конструкции в диапазоне отрицательных температур от –450С до –550С. Доказано, что фактические нормальные напряжения в крайних волокнах сечения стенки предварительно напряженной балки ниже допустимых при пластическом деформировании материала стенки, а согласно теории М. Губера, Р. Мизеса и Г. Генки вероятность появления хрупких разрушений в зоне концентраторов напряжений мала. Установлено, что отсутствие ребер жесткости по стенке балки уменьшает пластические деформации, вызванные сваркой, снижает многоэлементность конструкции и повышает хладостойкость ее материала.
Выводы. Высокая степень устойчивости стенки предварительно напряженной балки позволяет проектировать ее достаточно тонкой, при этом повышая ее хладостойкость. Напряженное состояние конструкции, снижение ее массы, уменьшение толщины стенки, отсутствие концентраторов сварочных напряжений, а также снижение многоэлементности свидетельствуют о хладостойкости материала балки, предварительно напряженной вытяжкой стенки.

1. Давиденков Н. Н., Витман Ф. Ф. Исследование хладостойкости стали при плоском напряженном состоянии и начальных напряжениях // Журнал технической физики. 1946. Т.16. Вып. 11. С. 1217 – 1222 с.

2. Сильвестров А. В., Горбачев В. М., Беспалов В. М. Влияние конструктивной формы на хладостойкость стальных конструкций // Промышленное строительство.№ 7.С.30–32.

3. Сильвестров А. В. [и др.] Расчетная оценка прочности элементов стальных конструкций в температурном интервале квазихрупкого их разрушения // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1983. № 6. С.14 – 19.

4. Сильвестров А. В., Шахмардинов Р. М. Влияние низких температур на работу комбинированных сварных соединений с лобовыми и фланговыми швами // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1972. № 9. С. 6 – 13.

5. Wang Ziyu. Overview of low temperature cold brittleness and fracture mechanism of structural steel [J]. Science and Technology Information. 2010. 18:166.

6. Su Renquan, Wang Wanzhen. High-strength steel notched plate fracture test at low temperature [J]. Cryogenic Engineering. 2011. 5:23-26.

7. Zhang Yuling, Pan Jiyan. A review of the research on the effect of low temperature on the properties of steel and its components [J]. China Railway Science. 2003. 24(2): 89-96.

8. Ye Weijiand, Zhang Youyu. Analysis of factors affecting low temperature toughness of metals [J]. Natural Gas and Petroleum, 1997. 1:32 – 36.

9. Liu Qu, Liu Zhongming, Liu Yingxue. Engineering hazards and prevention of brittle fracture of steel structure [J]. Low Temperature ConstructionTechnology. 1999. 1:74 – 75.

10. Ведяков И. И., Одесский П. Д. Современные отечественные стандарты и вопросы расширения применения металлических конструкций в строительстве // Вестник НИЦ «Строительство». 2019. № 3 (21). С. 42 – 53.

11. Одесский П. Д. Современные стали для строительства металлических конструкций и вопросы экономической эффективности // Сталь. 2018. № 12. С. 56 – 60.

12. Поздняков В. Д., Маркашова Л.И., Максименко А.А. [и др.] Влияние циклического нагружения на микроструктуру и хладостойкость металла ЗТВ стали 10Г2ФБ // Автоматическая сварка. 2014. № 5/10. С. 3 – 11.

13. Майстренко И. Ю., Зиннуров Т. А., Егорова И. Ю.[и др.] Оценка ресурсных показателей автодорожных мостов на основе анализа структурных изменений и накопления повреждений в конструктивных элементах // Известия КГАСУ. 2019. № 4 (50). С. 444 – 454.

14. Кочкин И. В. Влияние низких температур на геометрические параметры конструкции моста и его элементов. Эксплуатация и ремонт машин и оборудования // Механики XXI века. 2008. № 7. С. 247 – 252.

15. Хлусова Е. И., Сыч О. В., Орлов В. В. Хладостойкие стали, структура, свойства, технологии // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 6, № 6. С. 621 – 657.

16. Таланов О. П., Нстич С. Ю., Никитин В. Н., Денисов С. В., Ширяев О. П, Кудряков Е. А., Богач Д. И., Трайно А. И., Кураш В. С. Освоение производсттва высокопрочной износостойкой свариваемой стали с пределом текучести более 950 Н/мм2 для несущих металлоконструкций // Металлург. 2013. № 1. С. 62 – 66.

17. Сыч О. В. Научно-технологические основы создания хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315-750 Мпа для Арктики. Часть 1. Принципы легирования и требования к структуре листового проката // Вопросы материаловедения. 2018. № 3 (95). С. 22 – 47.

18. Сыч О. В., Хлусова Е. И. Стали для Арктики // Neftgaz. RU. 2020.№ 5. С. 50 – 55.

19. Сыч О. В., Хлусова Е. И., Пазилова У. А., Яшина Е. А. Структура и свойства зоны термического влияния низколегированных хладостойких сталей для арктического применения // Вопросы материаловедения. 2018. № 2 (49). С. 30 – 51.

20. Горицкий В. М., Шнейдеров Г. Р. О необходимости учета анизотропии ударной вязкости в инженерной практике // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 10. С. 39 – 47.

21. Желкашиев С. А. Влияние примесей на прочность стали // Наука. Техника. Технологии (Политехнический вестник). 2022. № 4. С. 102 – 104.

22. Горицкий В. М., Шнейдеров Г. Р. Характеристики сопротивления хрупкому разрушению атмосферостойкой стали 14ХГНДЦ // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 9. С. 35 – 38.