Для некоторых конструкций ПТМ в качестве конструкционных материалов применяют сплавы алюминия. Переход от сталей к алю­миниевым сплавам позволяет значительно снизить массу ПТМ или увеличить удельную грузоподъемность, облегчить поддерживающие строительные конструкции, сократить эксплуатационные затраты. Облегчение крановых конструкций приводит также к снижению транспортных расходов. Важным преимуществом алюминиевых конструкций является возможность их нормальной эксплуатации при низких температурах.

В зависимости от требуемых механических характеристик, усло­вий работы конструкции, прочности соединений могут быть при­менены в качестве основного материала алюминиевые сплавы [9] АмгЗ, Амг5, Амгб.

В соответствии с существующими стандартами материал изготов­ляют и поставляют в виде листов, лент, плит, прутков, прессовых профилей, труб и гнутых профилей. Максимальные размеры листов 7000 X 2000 X 10 мм, плит — 3000 X 1200 X 80 мм.

Перспективными для конструкций ПТМ являются некоторые типы прессованных профилей [3], очертания которых показаны на рис. 13.

В расчете алюминиевых конструкций при выборе основных расчетных напряжений необходимо учитывать вид напряженного
состояния, и в отличие от стальных принимать во внимание возмож­ное снижение прочности при повышении температуры. Относитель­ная прочность сварных швов по сравнению с прочностью основного материала составляет 0,6—0,9. Данные по расчетным сопротивле­ниям и допускаемым напряжениям приведены в работе [9].

Алюминиевые металлоконструкции ПТМ можно рассчитывать по предельным состояниям или допускаемым напряжейиям мето­дами, принятыми для грузоподъемных машин и сооружений [2, 191. Специфические свойства алюминиевых сплавов в наибольшей мере сказываются на работе конструкций под действием переменных нагрузок, а также при наличии опасности потери устойчивости.

1C Н

100

15

50

15

Рис. 13. Типы прессованных профилей из алюминиевых сплавов

Размеры 5уль5ы

JTL

L

2ІЇ

Для расчета несущих элементов и сварных соединений из алюми­ниевых сплавов при переменных нагрузках рекомендуется следую­щая формула:

N _ Dc О = -

F a —bR'

где а — напряжения, вызываемые в рассматриваемом элементе расчетным усилием N без учета перегрузок и динами­ческих коэффи циентов;

F — площадь поперечного сечения элемента;

D — средняя величина предела выносливости основного металла, соответствующая базе 107 циклов нагружения;

R — коэффициент асимметрии цикла; с — коэффициент, зависящий от количества циклов нагруже­ния конструкции в процессе ее эксплуатации; ау b — параметры, зависящие от величины эффективного коэф­фициента концентрации напряжений (табл. 2).

Принципы расчета на устойчивость элементов алюминиевых конструкций и стальных аналогичны. Отличие состоит в том, что для элементов из алюминиевых'сплавов коэффициенты продольного изгиба определяет исходя из наличия случайных эксцентриситетов и введения дополнительного относительно Эйлеровой силы коэффи­циента запаса несущей способности, равного 1,3. Подробный поря­док расчета алюминиевых конструкций ПТМ на устойчивость при­веден в работе [91.

В связи с повышенной деформативностью алюминиевых конструк­ций (особенно стреловых) их расчет должен производиться с учетом нелинейного изменения прогибов и изгибающих моментов от про­дольной силы [1].

По условиям снижения расхода легких сплавов при выборе прин­ципиальных схем конструкций ПТМ, например крановых, предпочти­тельными являются решения, обеспечивающие максимальную кон­центрацию материала. С этой точки зрения в крановых мостах прежде всего целесообразен переход от двухбалочных систем к доста­точно развитым однобалочным [9] без применения малонайряженных'* вспомогательных ферм.

Рассмотрим некоторые вопросы рационального проектирования на примере первого в Советском Союзе двухбалочного кранового моста длиной 9 м и грузоподъемностью 5 т. Конструкция шпрен - гельного типа (рис. 14) спроектирована из условий минимального количества сварных швов, с одной стороны,, и обеспечения податли­вости рабочих сечений — с другой. Второе условие особенно важно для прочности при переменных нагрузках.

Главная балка представляет собой гнутое из листа сечение П-образной конфигурации. По длине имеется два стыковых шва, которые расположены вне зоны максимальных рабочих напряжений. По длине балки через каждые 450 мм установлены диафрагмы, кромки которых отогнуты перпендикулярно их плоскости и прива­рены к внутренней поверхности балки нахлесточным швом (рис. 14,е), что обеспечивает наряду с жесткостью конструкции в целом подат­ливость в зоне сварных соединений.

Ширину балок из алюминиевых сплавов назначают из условия,

чтобы горизонтальный прогиб не превышал величины —дд, а рас­четные инерционные силы составляли 10% от вертикальных нагрузок. В этих случаях ширина балок в двухбалочных мостах составляет

т. е. фактически вдвое больше, чем в стальных, а. в одно­балочных — Перспективными в отношении использования

материала являются конструкции шпренгельного типа [10, 12]. Вопросы расчета и общей компоновки алюминиевых металлоконст­рукций освещены^в литературе [4, 5, 9, И, 17, 18, 23].

9 Под ред. Куркина С. А.

ю сл

2. Значение коэффициента с и параметров а и b

Значение с при ко­личестве циклов загружения в млн.

Эффективный коэффициент концентрации напряжений

Эскиз

Характеристика расчетного сечения

1,0

10

0,1

а-а

Подъемно-транспортные машины

1,26

0,74

1,05

1,0

0,94

1,4

к

а

1,6—г-1,8

0,92

1,44

а

а-а

1*
я •у

1,8—2,2

1,97

1,45

і

Основной металл элементов, сва­ренных непрерывными швами вдали от ребер и диафрагм, при действии усилия вдоль оси шва (автоматическая и полуавтоматическая сварка). Сече­ния с соединительными заклепками

Основной металл в месте перехода к стыковому шву. Механически обра­ботанный стыковой шов (листы одина­ковой толщины и ширины)

Основной металл в сечениях вне сварных швов, заклепок и болтов

1
Стыковые швы с полным проваром корня шва с необработанным усиле­нием при отсутствии подрезов	к
Основной металл в месте перехода к механически обработанному стыко­вому шву при стыковании листов раз­ной ширины или разной толщины	1 а }------ 1а
Основной металл вблизи диафрагм и ребер, приваренных угловыми меха­нически обработанными швами к ра­стянутым поясам балки и элементам ферм	, —aJ.—,
L*' __________
а а

		1,6	1,1	0,92	2,32	1,8
					2,32	1,8
1	2,0—2,5	1,6	1,1	0,92	2,32	1,8

Применение алюминиееых сплавов

ю

05

О

Эффективный коэффициент концентрации напряжений К»

Значение с при ко­личестве циклов загруження в млн.

Эскиз

Характеристика расчетного сечения

0,1

10

1.0

«I яГ

По расчетному сечению необрабо­танного лобового шва и основному металлу в месте перехода к этому шву при отношении катетов -^- = 1,5 (боль­шой катет направлен вдоль усилия). Приваренные фасонки с плавным кри­волинейным механически обработан­ным переходом к элементу конструк­ции при полном проваре на всю тол­щину фасонки

Подъемно-транспортные машины

3,07

3,7—4,5

2,48

а I Механическая абработка-п

й

а

0,90

1,15

1,7

1Г

Соединения с фланговыми швами, работающими на срез от осевой силы

5,68

4,62

4,0—4,5

к

►М I	Ifiiri if Т 1 і! г 1	Г T T	I! 1
fti	ІШІ—U-i—JL_i	IL 1 .	I Ji ii_ IjJL L _j

Jy5/r^

zs

2+0,5

■УЛУ^ЛУЯ"

Рис. 14. Мост крана из сплава АМгб (а) и сварные узлы конструкции (б — е)

Применение алюминиевых сплавов

M 1*0,3

B-B

rKf

75°

Кб

10+и»

Є)

д)

ю о>

Остановимся на некоторых вопросах проектирования сварных соединений.

3. Прочность сварных соединений при статическом нагружении Вид соединения св. соед. ^в. осн. м. «------------- ... --- 1 0,75—0,95 0,9—0,95 0,85—0,90 J r U / Г1 Г У ь , ................... . so• t.............. УТ|-+ * -.............. ./ Обозначения: св соед — вре - менное сопротивление сварного соединения; <тв. осн. м. — временное сопротивление ос­новного металла.

При проектировании узлов следует использовать соединения со стыковыми швами, имеющие плавные переходы от сварных швов к соединительным деталям. Желательно также, чтобы основные несущие сварные швы были вынесены из зоны максимальной кон­центрации напряжений. Нахлесточные соединения в конструк­циях из алюминиевых сплавов крайне нежелательны. Наряду с уве­личением длины швов в этом случае катастрофически возрастает чувствительность к концентрации напряжений. При статических на­грузках необходимо учиты­вать разупрочнение рабочего сечения несущего элемента от поперечных швов и в связи с этим выбирать швы соответ­ствующей длины и конфигу­рации (табл. 3). При расчете на срез следует принимать допускаемое расчетное напря­жение [т] л: 0,5 [а]р.

При проектировании свар­ных узлов из алюминиевых сплавов, работающих при пе­ременных нагрузках, учет концентрации напряжений особенно важен. Эксперимен­тально установлено, что для большинства алюминиевых сплавов предел выносливости составляет (0,25 - г - 0,30) ав. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений при пере­менных нагрузках для различных видов сварных соединений при­ведены в табл. 2.

Во многих случаях в конструкциях ПТМ сварные соеди­нения или профили являются несущими при работе на изгиб. Эффек­тивный коэффициент концентрации напряжений здесь зависит также от конструкции сварного соединения и вида сварного шва. Для всех поясных швов балок, как соединяющих полки со стенками в балках двутаврового и коробчатого профиля, так и присоединя­ющих накладки для усиления полок, К9 = 1,8 -*■ 2,0 — при сварке сплошными швами, и /С9 = 3,5 - т - 4,0 — прерывистыми швами; для поперечных швЬв сварных и несварных профильных элементов, соединяющих между собой полки и стенки стыковыми швами, К, = 3,0; для ребер жесткости, сваренных только со стенками, К3 — 1,8 - s - 2,0; для ребер жесткости, сваренных как со стенками, так и с полками, К» — 2,3; для стыков труб /С» = 2,0 2,2. Если
к полке основного несущего элемента, работающего на изгиб, при­соединяется стыковым швом надставка прямоугольной формы, то Кэ = 3,8 - г - 4,0; если же имеется плавный радиусный переход от надставки к полке, то /Сэ = 2,0 - г - 2,2. Присоединение к основной трубе, работающей на изгиб, перпендикулярно соединительного элемента угловым швом снижает предел выносливости втрое по срав­нению с несварной трубой. Как свидетельствуют испытания сварных узлов, проведенные рядом авторов [23], соединение через приставки с плавными переходами между элементами конструкций более рацио­нально, чем непосредственная сварка встык.

При изготовлении сварных конструкций из сплавов алюминия необходимы меры по предотвращению технологических дефектов, которые часто бывают следствием нечетко спроектированных свар­ных узлов. Необходимо на стадии проектирования предусмотреть такие операции, как предварительная обработка и подгонка стыков при максимальной простоте сборки, возможность сварки без прихва­ток с вынесением начала и окончания сварных швов на технологиче­ские планки с последующей обрезкой планок в размер соединяемых деталей и т. д.