Damage and fracture of a welded truss with parallel belts under cyclic loads

Abstract

Визначено вплив експлуатаційних циклічних навантажень на пошкодження зварних ферм. Згідно з технічним завданням необхідно було виявити місце зародження втомної тріщини і можливість експлуатації зварної ферми з наявною тріщиною до настання граничного стану конструкції для прямокутної ферми з розмірами 12000х2400 мм, призначеної для закріплення до вузлів на верхньому поясові опор підіймального крана. Складність таких досліджень полягає у багатофакторному впливові на процес зародження й поширення втомних тріщин у конструктивних елементах зварних ферм і у місцях їх зварних з’єднань. Запропоновано методичний підхід на основі дослідження фізичної моделі ферми, тобто напівнатурним експериментом. Такий підхід використовується для дослідження велико- габаритних конструкцій і дає можливість врахувати багатопараметричний вплив у конструктивних, технологічних та експлуатаційних чинниках, виявити місця зародження початкової втомної тріщини, поширення якої в подальшому зумовить руйнування конструкції. Для досліджень розроблено фізичну модель 600х120 прямокутної зварної ферми з паралельними поясами. Схема її базування й навантаження відповідає умовам для реальної ферми 12000х2400. Фізичну модель 600х120 ферми досліджено при дії статичних та циклічних навантажень на випробувальому комплексі СТМ-100. При дії циклічних навантажень виявлено місце зародження втомної тріщини, визначено швидкість її поширення, знайдено критичну довжину тріщини, за якою ферма руйнується. Розроблено аналітичну залежність для виявлення динаміки поширення втомної тріщини за експлуатації ферми за умов циклічних навантажень. Сформульовано рекомендації щодо безпечної експлуатації зварної ферми за умов циклічних навантажень, її підсилення та ремонту з метою збільшення ресурсу конструкції. Використання результатів роботи в інженерній практиці дасть можливість не допустити аварійного руйнування ферми впродовж її експлуатації

The paper determines the effect of operational cyclic loads on damage to welded trusses. A physical model of a 600x120 rectangular welded truss with parallel belts was developed for the study. The scheme of its basing and loading corresponds to the conditions for a real 12000x2400 truss. The physical model of a 600x120 truss was investigated under static and cyclic loads on the STM-100 test complex. Under cyclic loads, the fatigue crack nucleation site was identified, its propagation rate was determined, and the critical crack length at which the truss collapses was found. An analytical dependence has been developed to determine the dynamics of fatigue crack propagation during the operation of a truss under cyclic loads. Recommendations for the safe operation of a welded truss under cyclic loads, its strengthening and repair to increase the service life of the structure are formulated. Using the results of the work in engineering practice will help prevent accidental destruction of the truss during its operation