ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Среди элементов металлоконструкций механического оборудования наземных транспортных систем часто встречаются конструкции, содержащие тонкостенные стержни, балки, работающие на скручивающие нагрузки или испытывающие изгиб с кручением. Это, как правило, элементы сварных рам, консолей, стрел, рукавов монтажных вышек и пр. В процессе эксплуатации из-за высокой степени податливости возникают относительно большие величины прогибов и углов закручивания, превышающие предельно допустимые величины. Кроме того это приводит к возникновению вибраций и колебаний элементов и систем при нагружении с последующим зарождением усталостных трещин и разрушением конструкции. В случае обнаружения дефектов (остаточный прогиб, остаточные скручивающие деформации, трещины) при обследовании необходимо устранять неисправности с последующим усилением или модернизацией конструкций.

Особую проблему вызывают тонкостенные стержни и балки открытого сечения, воспринимающие скручивающие нагрузки. Известно, что близкие по габаритам и поперечным сечениям элементы замкнутого и открытого профилей имеют отношение жесткостей на кручение, достигающее величины в сто и более раз. Причем элемент с сечением открытого профиля при нагрузке сильно депланирует, т.е. получает искажение сечений за счет неравномерных продольных перемещений. Установленные через определенные промежутки поперечные диафрагмы (ребра) обеспечивают при закручивании стержня лишь поворот данного сечения как жесткого диска, не сопротивляясь депланации, а сам элемент имеет очень малую жесткость на кручение.

Применяя дополнительные элементы, поставленные определенным образом и уменьшающие депланацию стержня или балки, можно значительно увеличить их жесткость на кручение. Опытным путем установлено, что если стержень или балку, нагружаемые скручивающими нагрузками, усилить по длине, вваривая элементы, образующие ферменную схему, жесткость на кручение значительно увеличится. Важно для эффективного усиления сечение элементов принимать в виде швеллера, уголка, полукольца, приваривая их не только к стенке, но и к полкам. Усиливающие элементы эффективно заневоливают стержень или балку против возникновения депланаций, а, следовательно, значительно увеличивают жесткость основного элемента (см. рисунок). Данное усиление элементов металлоконструкций наземных транспортных систем можно рекомендовать как способ их ремонта и реконструкции. Данные рекомендации могут быть использованы и при новом проектировании. Аналитического решения рассмотренного вопроса в изученной литературе не найдено, а попытка его получения показала, что при решении необходимо привлекать очень сложный математический аппарат по зависимости из строительной механики и теории упругости. Аналогичное усиление можно использовать для увеличения жесткости конструкций тонкостенных корпусов (оболочковых конструкций).

Изготовлены модели балок и корпусных металлоконструкций, подтверждающие идею предлагаемого усиления.