Анализ развития усталостных трещин в подкрановых балках

Представлены результаты анализа остаточного ресурса подкрановых балок с эксплуатационными дефектами, основой которого являются численные исследования напряженно-деформированного состояния, уравнения предельных состояний и кинетические зависимости развития усталостных трещин, сформулированные на базе критериев механики деформирования и разрушения. Высокий уровень износа основных производственных фондов инженерных сооружений и металлоконструкций, а также эксплуатация объектов в запроектных сроках способствуют возникновению аварийных ситуаций, вызванных накоплением повреждений. Исследовали подкрановые балки, эксплуатируемые в условиях аварийных ситуаций, обусловленных наличием усталостных трещин разной длины в наиболее опасных зонах стенки балок при эксцентричном приложении крановой нагрузки. По результатам проведенного численного эксперимента получены линии влияния интенсивности напряжений в вершинах трещин, возникающих в верхней зоне стенки при различных величинах эксцентриситета нагружения, обусловленного смещением рельса от вертикальной оси сечения балки. Установлена зависимость длины усталостной трещины и интенсивности напряжений в ее вершине от числа циклов нагружения балки. Для оценки несущей способности подкрановых балок, эксплуатируемых в условиях аварийных ситуаций, предложено использовать эффективные значения коэффициентов интенсивности напряжений, рассчитываемые для конкретных условий нагружения с учетом конструктивных особенностей балок, размеров возникших усталостных трещин и мест их расположения в подкрановой балке. По результатам проведенного анализа получены диаграммы, позволяющие прогнозировать остаточный ресурс подкрановой балки с трещиной. На основе традиционных методов расчета конструкций на циклическую трещиностойкость сформулирован и реализован алгоритм расчета индивидуального ресурса подкрановых балок, включающий обязательный анализ напряженно-деформированного состояния подкрановой балки с трещиной в верхней зоне стенки.

1. Балдин В. А. О причинах преждевременного выхода из строя подкрановых балок и вопросы их улучшения их конструкции / Промышленное строительство. 1966. № 10. С. 20 – 22.

2. Кикин А. И., Эглескалн Ю. С. Результаты обследования подкрановых конструкций, запроектированных по действующим нормам / Промышленное строительство. 1968. № 12. С. 38 – 39.

3. Беляев Б. И., Корниенко В. С. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения — М.: Стройиздат, 1986. — 67 с.

4. Фын Сю-Цзюнь, Линь Синь-Шань, Фан Тиан. Исследование усталостных повреждений верхней зоны стенок стальных подкрановых балок / Промышленное и гражданское строительство. 1994. № 11 – 12. С. 33 – 35.

5. Артюхов В. Н., Щербаков Е. А., Горицкий В. М., Шнейдеров Г. Р. О состоянии подкрановых конструкций корпуса конверторного производства ОАО «Северсталь» / Промышленное и гражданское строительство. 2001. № 6. С. 31 – 34.

6. Скляднев А. И., Сердюк В. В. Усталостная долговечность и мера повреждаемости верхней зоны стенки сварных подкрановых балок / Безопасность труда в промышленности. 2004. № 11. С. 34 – 36.

7. Закревский М. П., Москвичев В. В., Котельников В. С., Черняев А. П., Чабан Е. А. Анализ предельных состояний подкрановых балок / Безопасность труда в промышленности. 2004. № 3. С. 31 – 33.

8. СНиП II-23–81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. — 96 с.

9. РД 10-138–97. Комплексное обследование крановых путей грузоподъемных машин. Ч. 1. Общие положения. Методические указания. — М.: НПО ОБТ, 1998. — 36 с.

10. Крылов И. И., Тарасевич В. В. Живучесть эксплуатируемых сварных подкрановых балок с усталостными повреждениями / Изв. вузов. Строительство. 1998. № 2. С. 17 – 25.

11. Чабан Е. А., Цыплюк А. Н. Оценка ресурса подкрановых балок по данным технической диагностики / Труды научных мероприятий. Природно-техногенная безопасность Сибири: В 2-х т. Т. 2. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Проблемы промышленной безопасности. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. С. 300 – 303.

12. Сергеев А. В., Шафрай С. Д. Влияние особенностей напряженного состояния в подкрановых балках на их прочность и выносливость / Изв. вузов. Строительство. 1997. № 7. С. 9 – 12.

13. Васюта Б. Н. К вопросу об определении напряжений в стенке от местного кручения пояса балки / Изв. вузов. Строительство. 2006. № 3 – 4. С. 12 – 17.

14. Тимашев С. А. Инфраструктуры. Ч. 1. Надежность. Долговечность. — Екатеринбург: Изд. НИСО УрО РАН, 2016. — 530 с.

15. Москвичев В. В., Чабан Е. А. Исследование напряженно-деформированного состояния подкрановых балок в штатных режимах эксплуатации / Журнал СФУ. Техника и технологии. 2016. № 4. С. 572 – 584.

16. Москвичев В. В., Чабан Е. А. Исследование напряженно-деформированного состояния подкрановых балок в условиях аварийных ситуаций / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2016. № 5. С. 3 – 15.

17. Партон В. З., Морозов Е. М. Механика упругопластического разрушения. — М.: Наука, 1985. — 504 с.

18. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. — М.: Машиностроение, 1981. — 272 с.

19. Махутов Н. А., Москвичев В. В., Козлов А. Г., Сухоруков С. В. Расчет на трещиностойкость плоских элементов конструкций с использованием J-интеграла. Сообщение 1. Обоснование метода. Сообщение 2. Учет концентрации напряжений / Проблемы прочности. 1988. № 8. С. 3 – 14.

20. Махутов Н. А., Лыглаев А. В., Большаков А. М. Хладостойкость (метод инженерной оценки). — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. — 195 с.

21. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов — М.: Металлургия, 1976. — 456 с.

22. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. — М.: Наука, 1974. — 640 с.

23. Ларионов В. В. Исследование работы строительных конструкций в условиях малоциклового нагружения: автореф. дис. ... докт. техн. наук. — М., 1979. — 40 с.

24. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие в 4-х т. Т. 4. Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных материалов. — Киев: Наукова думка, 1990. — 679 с.

25. Трощенко В. Т., Покровский В. В., Прокопенко А. В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. — Киев: Наукова думка, 1987. — 256 с.

26. РД 50-345–82. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. — М.: Изд-во стандартов, 1983. — 95 с.

27. Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов. Методические рекомендации. — М.: МИБ СТС, 1995. — 360 с.

28. Васюта Б. Н. Некоторые особенности развития усталостных трещин в верхней зоне стенки сварных подкрановых балок / Изв. вузов. 2003. № 10. С. 4 – 13.

29. Москвичев В. В., Махутов Н. А., Черняев А. П. и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем. — Новосибирск: Наука, 2002. — 334 с.