Почему при расчёте по п. 7.1.3 СП 16.13330 происходит скачкообразное увеличение несущей способности элементов из стали С390 при \overline{\lambda^{\vphantom{A}}} > 5?
До введения изменения 6 расчет сжатых элементов сплошного сечения выполнялся по п. 7.1.3 (формуле 7). С этим изменением была введена дополнительная формула 7а, которая отличается наличием коэффициента учета распределения остаточных напряжений γ_{res}.
Для вычисления коэффициента предлагаются следующие правила:
Для сталей с R_y = 245 МПа и менее:
Для сталей с R_y = 390 МПа и более:
Для промежуточных значений R_y значение коэффициента определяется линейной интерполяцией.
Действительно, при переходе величины условной гибкости элемента из стали С390 через границу \overline{\lambda^{\vphantom{A}}} = 5 происходит резкое увеличение коэффициента остаточных напряжений:
Как появился этот коэффициент?
Давайте разберемся, что стояло за этим изменениями и как появился этот коэффициент.
Изменение №6 в СП 16.13330 было внесено по итогам исследований, проводившихся в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко в 2021-2022 годах.
Целью исследования было выяснить, как остаточные напряжения и начальные несовершенства горячекатаных двутавров влияют на их несущую способность при сжатии. Ранее считалось, что остаточные напряжения исключительно негативно влияют на работу конструкций из горячекатаных двутавров, а снижение несущей способности конструкций компенсируется существующими в нормах коэффициентами запаса.
Рисунок 1 — Измерение остаточных напряжений
Измерение остаточных напряжений в металле производилось методом секционирования и методом сверления отверстий.
Суть обоих методов заключается в измерении напряжений до и после исключения части материала вблизи тензорезисторов.
Тензорезисторы устанавливаются на конструкцию (рис. 1) и фиксируются их исходные показания. При вырезании сечений (сверлении отверстия) остаточные напряжения частично релаксируют и их вычисляют по изменениям показаний датчиков.
Остаточные напряжения вносились в МКЭ модели элементов путем задания температурного поля, вызывающего эквивалентные напряжения в модели.
Рисунок 2 — Потеря устойчивости в конечноэлементной модели
По итогам проведенных натурных и численных экспериментов было установлено, что влияние остаточных напряжений на работу двутавра можно выразить через зависимость от условной гибкости:
Рисунок 3 — Влияние остаточных напряжений на несущую способность двутавров
Результаты исследований показали, что остаточные напряжения в горячекатаном двутавре не оказывают заметного негативного влияния на работу конструкций, более того, при определенных значениях предельной гибкости происходит увеличение расчетной критической силы, которая может быть воспринята элементом конструкции.
На представленном графике по горизонтальной оси отложена условная гибкость элементов, по вертикальной – отношение фактической критической силы к вычисленной по СП.
В чем причина странных результатов?
Как видно из графика, возрастание несущей способности двутавров из стали С390 не столь велико, как получается из наших расчетов. Данный график скорее описывается следующей формулой:
Очевидно, что такая зависимость лучше согласуется со значениями на графике.
Это подтверждает письмо ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, полученное нашими инженерами.
Источник:
Konin, D., Fimkin, A., & Olurombi, A. (2023). RESUDIAL STRESSES IN I-BEAMS AND ITS EFFECT ON RODS BUCKLING. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 19(2), 172-187. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2023-19-2-172-187
