ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Прокатные станы являются основным оборудованием метал­лургических предприятий по обработке металлов давлением. Главная линия каждого прокатного стана состоит из рабочих клетей, двигателей и передаточных механизмов.

Рабочая клеть, состоящая из двух станин, между которыми располагаются прокатные валки, и воспринимающая все давление, приложенное к валкам при прокатке, является наиболее ответстве - ной конструкцией всего прокатного стана, к ней предъявляются весьма высокие требования как по прочности, так и по жесткости.

В крупных прокатных станах вес одной клети составляет 100—200 m и более. Прокатный стан может состоять из одной клети (одноклетьевые станы) или нескольких (многоклетьевые станы). Так, например, листовые станы включают в себя до пяти клетей, а сортовые до двенадцати клетей и более. Таким образом, в одном стане общий вес рабочих клетей может достигать 1000 m и более. В год изготовляется примерно до 100 шт. рабочих клетей различных размеров. Общий их вес составляет около 10 тыс. т.

Рабочие клети прокатных станов изготовляются из стального литья. Однако крупные литые детали из стали обладают рядом существенных недостатков (см. статью Людковского И. Г.), кото­рые послужили основной причиной для изыскания новых, более эффективных способов формообразования станин рабочих клетей прокатных станов. Применение для этих целей железобетона дает экономию металла, удешевление и сокращение сроков изготовле­ния конструкций.

До настоящего времени никакого опыта в части применения железобетона для клетей прокатных станов не было. Поэтому, прежде чем приступить к разработке железобетонных клетей для крупных прокатных станов, необходимо было сначала про­работать данный вопрос для клетей небольших размеров, с тем чтобы после накопления некоторого опыта перейти уже к более крупным. С этой целью и была поставлена первая задача — за­проектировать, изготовить и испытать небольшую железобетон­ную клеть для опытно-промышленного стана «Кварто-200», пред­назначенного для холодной прокатки цветных металлов. Эта задача решалась в НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР[10]. Сам прокатный стан «Кварто-200» разрабатывался и изготовлялся во ВНИИМЕТМАШе.

Конструкция клети

Рабочая клеть стана «Кварто-200», выполненная в металле, состоит из двух стальных литых станин закрытого типа, соеди­ненных между собой болтами (фиг. 1).

М

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Фиг. 1. Станина клети прокатного стана «Кварто-200» нз стального литья.

Краткая характеристика рабочей клети «Кварто-200»

Размеры в лш:

Поперечного сечения стоек.................................................................. 180Х145

Нижнего ригеля.......................................................... . . • ....... 280X145

Внутренние размеры станин в мм................................................................. 1000X280

Расстояние между осями станин в мм..................................................................... 450

Размер между станинами в мм............................................................ 1000X300

Общий вес клети в кг............................................................................................. 2100

Для разработки конструкции железобетонной клети прокат­ного стана «Кварто-200» были поставлены следующие усло­вия:

А) деформация станин клети по вертикали между опорами под­шипников валков (между опорными подушками) при эксплуата­ционных нагрузках не должна превышать 0,09 мм;

Б) коэффициент запаса прочности станин при эксплуатацион­ных нагрузках должен быть не менее 2;

В) клеть должна быть рассчитана на выносливость, поскольку нагрузки являются многократно повторными;

Г) бетон клети должен быть надежно защищен от действия масел и эмульсий, а также и от механических повреждений.

Эти условия послужили основными исходными данными для разработки конструкции и определения сечений элементов железо­бетонной клети.

Разработано в эскизном исполнении несколько вариантов кон­струкций железобетонной клети стана «Кварто-200». Некоторые из этих вариантов показаны на фиг. 2.

Конструкция клети, показанная на фиг. 2, а, состоит из двух вертикальных рам и четырех междурамных ригелей. Каждая рама представляет собой станину клети. На фиг. 2, б показана клеть, состоящая из двух горизонтальных рам и четырех между­рамных стоек. В обоих вариантах предварительное обжатие рам и клети в целом осуществляется напрягаемой стержневой армату­рой. Сечение стоек 300 X 300 мм, сечение ригелей 400 X 300 мм. Из рам и междурамных стоек (или ригелей) клеть собирается сначала на сварке, а затем уже обжимается; при этом рамы обжи­маются до сборки клети.

Как уже отмечалось выше, бетон клети должен быть хорошо защищен от действия масел и эмульсий, а также и от отколов при ударах. Наиболее надежной защитой может служить металличе­ская облицовка, которая в то же время является и опалубкой при бетонировании; при этом стойки целесообразно делать круглыми, так как они могут быть выполнены из стандартных труб и, кроме того, в этом случае отпадает надобность в их временном креплении при бетонировании, как в случае прямоугольных стоек. Помимо этого, наличие металлической облицовки позволяет довольно просто решать вопросы прикрепления к станинам клети напра­вляющих для опирания подшипников валков и других элементов конструкций оборудования клети. В этом случае все крепления осуществляются на сварке.

Вариант клети с металлической облицовкой показан на фиг. 2, в. Клеть этого варианта была принята в дальнейшем к раз­работке, испытанию и внедрению в опытно-промышленном стане «Кварто-200». Конструкция клети состоит из четырех стоек круг­лого сечения, соединенных вверху и внизу прямоугольными риге­лями (архитравами). В центре ригеля имеется технологическое

Г

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Отверстие диаметром 257 мм. Стойки выполнены из стандартных труб, заполненных бетоном (трубобетон). Наружный диаметр трубы 273 мм, толщина стенки 8 мм. К каждой стойке приварены направляющая и узлы соединения стоек в станине и станин в клети (фиг. 3, б). Соединение стоек в клети между собой осуще­ствлено на болтах с установкой фиксаторов (шпонок), что поз­воляет окончательно обрабатывать каждую стойку в отдельности

И затем уже собирать стальной каркас клети из полностью готовых элементов. Последнее обстоятельство имеет важное значение для большой клети, сталь­ной каркас которой будет изготовляться на зав оде-изготовителе, а бетонирование клети должно производиться непосредственно на ее рабочем месте.

Верхний ригель кле­ти имеет размер 863 X X 843 мм, нижний — 1200 X 843 мм. Высота ригелей 400 мм. Боко­вые и внутренние грани ригелей облицованы 2-мм стальным листом, а торцовые грани, где нет стальной облицов­ки, покрыты специаль­ной антикоррозионной мастикой, состоящей из молотого песка и эпоксидной смолы с отвердителем. Каждый ригель конструктивно армирован двумя сетками из арматуры диаметром 6 и 10 мм.

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Фиг. 3, Стальной каркас:

А — железобетонной клети стана «Кварто-200», б — стойки клети с направляющей и приваренными узлами для соединений: 1 — узлы соединений стоек между собой в пространственную конструкцию клети; 2 — направляющая; 3 — 6 — платики.

Таким образом, принятая конструкция железобетонной клети для прокатного стана «Кварто-200» состоит из стального каркаса (кожуха), заполненного бетоном. Общий вид стального каркаса показан на фиг. 3, а. Конструкция каркаса показана на фиг. 4 [11].

Сборка стального каркаса клети производится в следующем порядке. Сначала на болтах собираются в единую пространствен­ную конструкцию все четыре стойки. Затем на сварке крепится к стойкам облицовка наружных граней ригелей. После этого уста­
навливаются заранее изготовленные арматурные каркасы, кото­рые привариваются к облицовке ригелей. В последнюю очередь устанавливаются отрезки труб для образования технологических отверстий в ригелях. Трубы закрепляются путем приварки к арма-

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Фиг. 4. Конструкция стального каркаса железобетонной клети стана «Квар­то-200».

Турным каркасам и облицовке. Общий вес каркаса клети соста­вляет 944 кг.

Усилия, возникающие от давления металла при прокатке и от натяжения моталки, полностью передаются станинам клети. Эти усилия являются внешними нагрузками на клеть. К стальной клети они приложены без эксцентрицитетов, а к железобетонной с некоторыми эксцентрицитетами, так как сечения элементов

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Железобетонной клёти, определяемые по заданной деформации, близкой к деформации стальной клети, превышают сечения эле­ментов последней, а валки остаются прежних размеров, без изме­нений, т. е. такими же, как и в стальной клети. Это вызвано тем, чтобы в случае необходимости железобетонная клеть могла быть легко заменена стальной без изменения остального оборудования стана «Кварто-200». Поэтому работа всех элементов железобетон­ной клети значительно усложняется по сравнению со стальной. Стойки и ригели станин железобетонной клети при эксплуата­ционных нагрузках с учетом предварительного обжатия работают на сжатие, изгиб в двух плоскостях и кручение. Схема приложения эксплуатационных нагрузок к железобетонной клети стана «Кварто-200» показана на фиг. 5. На этой схеме указаны также и величины действующих нагрузок.

Железобетонная клеть прокатного стана «Кварто-200», как видно на фиг. 5, представляет собой массивную пространствен­ную конструкцию. Точный статический расчет такой конструкции встречает значительные затруднения. Поэтому опытная клеть была рассчитана приближенно — путем расчленения простран­ственной конструкции на отдельные замкнутые плоские рамы. В приближенном расчете действительная работа конструкции в какой-то степени упрощена и схематизирована (фиг. 6, а—в). Для установления степени соответствия принятой расчетной схемы действительной работе опытной клети, последняя была испытана и притом только на деформативность, поскольку расчет по дефор­мациям в этом случае является основным и определяющим сечения элементов. Испытания опытной клети производились на стати­ческие и многократно повторные нагрузки.

Бетонирование клети

Материалы, из которых был приготовлен бетон для опытной клети, следующие: цемент портландский Белгородского завода, активность 510 кГ/см2; предел прочности при растяжении 29,7 кГ/см2; песок горный средней крупности; щебень известня­ковый крупностью 5—20 мм.

В расчетах клети принят бетон марки «500» с модулем упругости 4,1 х 105 кГ/см2. Исходя из этого, на основании анализа резуль­татов испытания из пробных замесов кубов на прочность и призм на деформативность, для бетонирования клети был принят сле­дующий состав бетона в расчете на 1 м3:

TOC \o "1-3" \h \z цемента в кг. -............................................................................................................. 660

Песка сухого в кг ' ...................................................................................... • . 383

Щебня сухого в кг.............................................................................................. 1113

Воды в л........................................................................................................................ 244

Водоцементное отношение...................................................................................... 0,37

Осадка конуса в мм...................................................................................................... 10

25 Сборник 1835 385

Клеть бетонировалась в вертикальном положений за двй приема. Сначала бетонировался нижний ригель, а затем на второй день клеть была перевернута и было выполнено бетонирование стоек и верхнего ригеля; для этого в стойках на уровне верхней плоскости нижнего ригеля были сделаны диафрагмы из 2-мм стального листа. Бетон укладывался слоями по 25—35 см с непре­рывным вибрированием глубинным вибратором. Трубы (канало - образователи) с наружным диаметром 45 мм извлекались из бетона вручную через 3 ч после окончания бетонирования. В тече­ние этого времени они через каждые 20—30 мин проворачивались вокруг своей оси для облегчения извлечения. Перед установкой в клеть трубы смазывались жидким маслом. Твердение бетона про­исходило естественным путем.

Таблица 1

Результаты испытания контрольных кубов и призм

№ образцов

Возраст в сут­ках

Предел прочности бетона в кГ /см2

КСр кпр10 Т)Ср нк 10

Средний мо­дуль упруго­сти, замепен - ный при

£б.10"5 в кГ/см2

Начальный

Модуль упругости £„-Ю"5 в кГ/см2

Кубиковая прочность

Призмеииая прочность

RKIO

R°P к 10

Прю

Р ср

1 2

3

3

347 332 312

330

180 240 305

242

0,735

2,08 2,68 2,78

2,48 3,02 3,10

4

5

6

7

450 536 515

500

300 317 345

320

0,640

3,70 3,19 3,27

3,74 3,51 3,57

7

8 9

14

570 613 575

586

420 517 490

476

0,812

3,24 3,91 3,56

4,35 4,90 3,85

10 И

28 35

586

665

620

528 565

547

0,885

3,20 4,55

3,61 4,95

13

14

15

78 80 80

782 589 727

699

635 680 640

652

0,934

3,66 4,58 4,03

4,04 4,75 4,12

16

17

18

103

104

105

706 714 695

705

665 650 580

632

0,896

4,40 4,35 3,63

4,18 4,00 4,00

Rnpw и RK10 — прочность бетона в призмах 10Х 10Х 31 и кубах 10X10X10.

Одновременно с бетонированием опытной клети из того Же бетона были изготовлены контрольные призмы размером 10 х X 10 X 31 см и кубы размером 10 X 10 X 10 см. Призмы и кубы распалубливались через двое суток и до испытания находились в камере влажного хранения. Результаты испытаний призм и кубов приведены в табл. 1.

Деформации бетона при испытании призм определялись по среднему значению показаний четырех тензометров, установлен­ных по четырем граням призмы на базе 100 мм. Нагрузка созда­валась ступенями по 2 т (а = 20 кГ/см2) с выдержкой по 10 мин на каждой ступени.

Средний модуль упругости Еб (его часто называют также моду­лем деформации бетона) определялся по тангенсу угла между осью деформаций е и секущей, соединяющей начало координат с точкой на кривой диаграммы є — а, соответствующей а = 0,5ftnplo. Начальный модуль упругости Е0 (его называют также истинным модулем упругости бетона) вычислялся как среднее арифметиче­ское число из тангенсов углов между осью е и секущими, соеди­няющими начало координат с точками на диаграмме е — о при мгновенном нагружении, соответствующими а — 40; 80; 120 кГ/см2 и т. д., через 40 кГ/см2.

Контроль расстояния между направляющими

Важным условием работы клети прокатного стана является высокая жесткость конструкции, определяемая по допускаемым деформациям при эксплуатационных нагрузках. От величины де­формации клети зависит точность изготовления прокатываемых изделий.

Обработка стальной литой клети производится после старения и стабилизации усадки металла; при этом обеспечиваются парал­лельность направляющих по высоте станин и требуемое расстоя­ние между ними. Во время эксплуатации клети расстояния между направляющими несколько меняются вледствие изгиба стоек, но эти изменения, благодаря высокой жесткости клети, невелики.

В железобетонной клети расстояния между направляющими станин могут меняться вообще не только от эксплуатационных нагрузок во время работы стана, но также и во время изготовления клети: а) при бетонировании — вследствие давления на стенки каркаса бетона при его вибрировании; б) в период твердения бетона — вследствие его усадки; в) при предварительном обжатии клети — вследствие деформаций сжатия ригелей. Для выяснения величин изменения расстояний между направляющими, в каждом случае производились соответствующие замеры индикатором с ценой деления 0,01 мм. Точность измерения находилась в пределах 0,04 Мм. Измерения производились двумя приборами — основ­ным и Дублером, чтобы исключить случайные ошибки при отсчетах.

Для замёрой расстояния мё>кДу НапрабляюіЦИМИ, к послёДнИМ в трех местах по высоте были приварены и затем обработаны спе­циальные пластинки (платики). Расстояние между двумя противо­положными платиками измерялось в четырех точках по углам платика и принималось среднее значение. Результаты измерений приведены в табл. 2, где даны не истинные расстояния между платиками, а разница в показаниях индикаторов при измерениях. При уменьшении расстояния между направляющими показания индикаторов увеличиваются и, наоборот.

Таблица 2

Результаты измерений расстояний между направляющими

Разница показания индикаторов в мк

1

0,0

—19

—19

+81

+56

+46

2

0,0

—21

—19

+ 118

+83

+76

3

0,0

—61

+ 13

+96

+81

+84

4

0,0

—5

—5

+ 59

+33

+38

5

0,0

—18

—11

+87

+61

+52

6

0,0

—37

—16

+65

+61

+60

Перед бетониро­ванием

Через день после бетониро­вания

После испы­тания при отсутствии эксплуатаци­онных нагру­зок (через 98 дней после бетонирова­ния)

После испы­тания при го­ризонтальной нагрузке 3 т (через 98 дней после бетони­рования)

Перед обжатием (через 50 дней после бетониро­вания

После об­жатия (че­рез 65 дней после бе­тонирова­ния)

Как видно из табл. 2, процесс бетонирования и усадка бетона при твердении практически никакого влияния на изменение рас­стояний между направляющими не оказали. Имеющаяся в этих случаях тенденция к некоторому увеличению расстояний между направляющими объясняется по-видимому повышением темпе­ратуры стального каркаса вследствие экзотермии бетона. Однако это увеличение составляет в среднем всего лишь от 9 до 27 мк, что находится в пределах точности измерений. После предвари­тельного обжатия клети расстояния между направляющими умень­шились в среднем на 85 мк. По расчету это уменьшение в упругой стадии составляет около 50 мк. Разница в 35 мк также находится в пределах точности измерений. Однако следует отметить, что имеющаяся некоторая тенденция к уменьшению расстояний между направляющими против расчета может быть объяснена ползучестью бетона.

Расстояния между направляющими измерялись также и после окончания испытаний клети при отсутствии эксплуатационных нагрузок и при действии только одной горизонтальной нагрузки, величиной 3 т. Как видно из табл. 2, расстояния при этом прак­тически не изменились. 388

Таким образом, можно считать, что уменьшение расстояний между направляющими после обжатия клети соответствует прак­тически расчету и может быть заранее учтено при проектировании клети.

Предварительное обжатие клети

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

0 5)

Фиг. 7. Схемы расположения на опытной клети:

А — проволочных тензодатчнков; б — индикаторов; /, 2, 3 и 4 — стойки; 5 и 6 — линии приложения нагрузки; 7 — стержень; 8 — хомутик 9 — инди.

Катор. ;

Расчет сечений элементов клети выполнен в соответствии с дей­ствующими нормативными документами по проектированию пред­варительно напряженных железобетонных конструкций. В ха­рактерных сечениях элементов клети расчетами были опреде­лены напряжения, возникаю­щие в бетоне и стальном кар -

Касе при предварительном обжатии и эксплуатационных нагруз­ках, а также и деформации клети. Для определения действи­тельных напряжений, в тех же сечениях были наклеены проволоч­ные тензодатчики, с помощью которых измеряются относительные деформации в данной точке. Схема расположения тензодатчиков на клети показана на фиг. 7, а.

Тензодатчики были наклеены также и на стержни напрягаемой арматуры для контроля усилий при их натяжении. На каждом
стержне было четыре датчика — по два в двух сечениях, взятых на расстоянии V3 длины стержня. В каждом сечении датчики рас­полагались на противоположных сторонах стержня. Выводные провода от датчиков крепились к стержню изоляционной лентой в нескольких местах и выходили наружу под шайбой.

Ригели клети при эксплуатационных нагрузках с учетом пред­варительного обжатия испытывают одновременно осевые изги­бающие и крутящие усилия. Для измерения осевых деформаций и деформаций изгиба в среднем сечении каждого ригеля были нак­леены датчики по всему периметру, а для измерения деформаций кручения на наружных гранях двух ригелей были наклеены датчики крестом под углом 45° к продольной оси ригеля.

Расстояние между опорными подушками каждой станины ра­бочей клети при эксплуатационных нагрузках увеличивается вследствие осевых деформаций стоек, деформаций изгиба и кру­чения ригелей и деформаций смятия бетона под опорными подуш­ками.

Для измерения в процессе испытания клети изменения расстояния между опорными подушками станин и деформаций стоек, на клети было установлено 28 шт. индикаторов с ценой деления 0,002 мм. Схема расположения индикаторов на клети показана на фиг. 7, б.

Для того чтобы получить деформацию стойки по ее оси и изме­нение расстояния между опорными подушками по линии равно­действующей давления валков, на каждой стойке и между опор­ными подушками каждой станины установлено по четыре инди­катора.

При предварительном обжатии клети и в процессе ее испыта­ния статическими нагрузками индикаторы к клети крепились при помощи специальных хомутков и коротышей из арматуры диаметром 8 мм, приваренных к каркасу клети (фиг. 7, б).

Для предварительного обжатия клети применена стержневая горячекатаная арматура периодического профиля с расчетным диаметром 36 мм из стали марки 35ГС, упрочненная вытяжкой до 5500 кг! см2 при удлинении на 6%. Все стержни были обточены до диаметра 33 мм по всей длине. Это сделано для того, чтобы уменьшить опасность повреждения датчиков на стержнях при установке последних в каналы диаметром 45 мм. Резьбовая на­резка на концах стержней 2МЗЗх1,5. Гайки высотой 45 мм из стали марки 40Х. Шайбы под гайки размером 120x120 мм тол­щиной 20 мм из стали марки Ст. 3.

Механические характеристики стали 35ГС до и после упроч­нения стержней и химический состав плавки приведены в табл. 3.

Натяжение напрягаемой стержневой арматуры осуществлялось гидравлическим однопоршневым домкратом типа ДС-60/315, кото­рый предварительно был протарирован. Максимальное тяговое усилие домкрата 60 т, ход поршня 315 мм.

Механические характеристики стали 35ГС до и после упрочнения стержня и химический состав плавки

Механические характеристики

Сталь 35ГС

Предел про­порциональ­ности в кГ/си*

Предел текучести в КГ/см1

Предел прочности в кГ/см2

Модуль упругости в кГ/сж2

Относитель­ное удлине­ние в %

До упрочнения

3750

3890

6180

1,97-10е

23

После упрочнения вы­

2500

5960

6570

1,9- 10е

14,2

Тяжкой

Химический состав в %

Сталь 35ГС

Углерод С

Марганец Мп

Креминй Si

Фосфор р|

Сера S

До упрочнения

0,32

0,86

0,85

0,024

0,045

После упрочнения вы­тяжкой

Контролируемое усилие натяжения каждого стержня 35 т, установившееся усилие по расчету 30 т. Натяжение стержней производилось в два этапа. Сначала все стержни натягивались до усилия 17,5 т, а затем до 35 т. В обоих этапах сначала натягивались все вертикальные стержни, а затем все горизон­тальные.

Усилия натяжения стержней контролировались по манометру на насосной станции и по показаниям датчиков на стержнях. При натяжении каждого стержня показания датчиков фиксирова­лись дважды: при создании требуемого усилия в стержне домкра­том и после снятия домкрата, когда усилие в стержне полностью передавалось на гайку. Это дало возможность судить о потерях напряжения в стержнях, возникающих от обжатия шайб и гаек после снятия домкрата.

Потери напряжений в вертикальных стержнях длиной 2 ж от обжатия шайб и гаек составили в среднем около 14%, а в гори­зонтальных стержнях длиной 0,85 и 1,2 м — в среднем около 18%. В данном случае значительное влияние на увеличение потерь в горизонтальных стержнях оказало еще и то обстоятельство, что шайбы неплотно прилегали к необработанным граням ригелей и при снятии домкрата они частично деформировались. Толщина
шайб 20 мм оказалась недостаточной и в промышленном образце клети она была увеличена до 26 мм.

При натяжении арматуры показания датчиков фиксировались как на натягиваемом стержне, так и на всех уже ранее натянутых; при этом установлено, что усилия в уже натянутых стержнях при натяжении любого стержня менялись (увеличивались или умень­шались) ничтожно мало — в пределах 1 % от величины контроли­руемого усилия.

Деформации клети при натяжении стержней измерялись инди­каторами. После натяжения каждого стержня отсчеты снимались по всем индикаторам. При натяжении всех стержней от 0 до 17,5 т (первый этап натяжения) средняя деформация стоек составила 0,103 мм, а между опорными подушками станин — 0,124 мм; при натяжении стержней от 17,5 до 35 т (второй этап натяжения) средняя деформация стоек составила 0,122 мм, а между опорными подушками — 0,143 мм. Деформации клети на втором этапе натя­жения стержней оказались на 20% выше, чем деформации на пер­вом этапе, что можно объяснить ростом пластических деформаций бетона с увеличением его напряжения.

Приведенные деформации стоек и изменение расстояния между опорными подушками станин являются средними из показаний четырех индикаторов. Разница показаний индикаторов на одной стойке составляла в среднем около 20%. В этих же пределах на­ходился и разброс показаний индикаторов между опорными по­душками станин.

При натяжении вертикального стержня в какой-либо стойке противоположная по диагонали стойка испытывала растяжение, а все остальные — сжатие. Деформации стоек при натяжении всех стержней на 35 т составили 0,225 мм, а деформации между опорными подушками — 0,267 жж. Разница в 0,042 мм получилась, по-видимому, за счет изгиба ригеля, вследствие неравномерного обжатия стоек.

Напряжения в сечениях элементов клети при обжатии опреде­лялись по показаниям датчиков: в стальной оболочке при Е - = = 2-Ю6 кГ/см2, в бетоне при Е6 = 4-Ю5 кГ/см2. Как видно из схемы расположения датчиков на клети (фиг. 7, а), каждый дат­чик в средних сечениях стойки дублировался 4 раза, а в крайних сечениях (у ригеля) — 8 раз. Датчики на ригелях дублировались 2—4 раза (в ригелях имелись также и глубинные датчики).

Напряжения в каждой точке определялись по среднему зна­чению показаний всех датчиков, дублирующих данный, т. е. рас­положенных на клети симметрично; при этом показания датчиков, отличавшихся от остальных более, чем на 25%, не учитывались. Вычисленные таким образом напряжения в стойках и ригелях клети приведены в табл. 7. Эпюры напряжений показаны на фиг. 8.

Т Or

О

Фиг. 8. Эпюры напряжений от предварительного отжатия:

А — в среднем сечеиии ригеля станин; б— в среднем сечении стойки; в — в сечеиин стойки у ригеля; г — сечение ригеля; д —■ сечение стойки; ос — на­пряжения в кГ/смг в стальном каркасе; Gq — напряжения в кГ/смг в бетоне.

С бетоном эпюра напряжений должна соответствовать пунктирной линии (фиг. 8). Для этого обшивка должна иметь большую толщину и чаще расположенные анкерные стержни, приваренные к арма­турным сеткам.

Испытание клети на эксплуатационные нагрузки

Схема испытания клети (фиг. 9) принята в соответствии со схемой приложения эксплуатационных нагрузок, показанной на фиг. 5; при этом равномерно распределенные горизонтальные на­грузки в запас прочности заменены сосредоточенными силами, приложенными в плоскости прокатки, которая на 140 мм выше среднего сечения стоек. Вертикальная нагрузка на клеть создава­лась гидравлическим домкратом мощностью 100 т, установленным внутри клети. Давление от домкрата на станины клети передава­лось через распределительные балки и катки диаметром 100 мм И длиной 170 мм, причем один каток к балке приварен, а другой

Уменьшение напряжения в верхней части стальной оболочки ригеля следует объяснить неполной совместной работой стальной 392
ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quotОбшивки с бетоном. Это подтверждается тем, что в процессе обжа­тия по линии контакта обшивки с бетоном образовались небольшие трещины; следовательно, имело место частичное отставание 2-мм стального листа от бетона. При полной совместной работе обшивки
установлен свободно (катучая опора). Эксплуатационная верти­кальная нагрузка составляет 50 т — по 25 т на каждую станину клети.

Горизонтальные эксплуатационные нагрузки на клеть в испы­таниях создавались при помощи рычажной установки. Тяги со стойками соединены шарнирно. При усилии в тросе 3 т и угле между тягами 80° (фиг. 7, б) нагрузки, приложенные к стойке вдоль и нормально к линии прокатки, составляли 1,5 и 1,25 т.

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Фиг. 9. Схема статических испытаний клети экс­плуатационными нагрузками:

Во время испытания клети вертикальные и горизонталь­ные эксплуатационные нагруз­ки повторялись несколько де -

1 — распределительные балки; 2 — гидравлический домкрат на 100 т.; 3 — трос; 4 — катки.

Сятков раз как в отдельности, так и при совместном их действии; вертикальная нагрузка, кроме того, несколько раз увеличивалась до 100 т, т. е. в 2 раза. Показания индикаторов фиксирова­лись после каждого приложения нагрузки, а датчиков — после нескольких повторений.

Основной задачей испытания клети на действие эксплуатацион­ных нагрузок являлось определение деформации (изменение рас­стояния) между опорными подушками ригелей станин, которая складывается из деформации растяжения стоек, деформации из­гиба (прогиба) ригелей станин и деформации смятия (сжатия) бетона в ригелях под стальными опорными подушками. Чтобы определить все эти деформации, индикаторы были установлены на всех стойках, между опорными подушками станин и между торцо­выми гранями клети. Разность деформаций стоек и между опор­ными подушками станин составляет сумму деформаций изгиба и смятия бетона под опорными подушками обоих ригелей одной станины. Разность деформаций между торцовыми гранями клети 394
и между опорными подушками составляет сумму деформаций смя­тия бетона под опорными подушками ригелей станины. Замерен­ные при статических эксплуатационных нагрузках деформации клети приведены в табл. 4—6.

В табл. 4 приведены деформации стоек и деформации между опорными подушками станин при действии только одной верти­кальной нагрузки величиной 50 т, повторявшейся 55 раз, и ве­личиной 100 т, повторявшейся 15 раз. Как видно, средняя дефор­мация растяжения стоек составляет 0,029 мм, а средняя деформа­ция между опорными подушками обеих станин — 0,080 мм.

В первых двух циклах нагружения клети нагрузка 50 т при­кладывалась ступенями по 10 т с выдержкой по 3—4 мин на каждой ступени для снятия отсчетов. Деформации при этом воз­растали практически по линейной зависимости. Следовательно, материал конструкции работал в упругой стадии. В первых трех циклах выдержка при нагрузке 50 т составляла по 1 ч. Деформа­ции упругого последействия между опорными подушками при этом составили 0,012 мм, 0,006 мм и 0,005 мм. В циклах испытания нагрузкой в 100 т ступенями по 25 т деформации также возрастали практически линейно.

В табл. 5 приведены деформации, возникающие в клети от действия только одной горизонтальной нагрузки величиной 3 т, а также от совместного действия вертикальной и горизонтальной нагрузок. Величины деформаций от действия горизонтальной на­грузки 3 т составляют 1—2 мк и находятся в пределах точности измерений. Следовательно, можно считать, что горизонтальные нагрузки практически не влияют на деформации клети и поэтому в расчетах их можно не учитывать.

В табл. 6 приведены деформации между торцовыми гранями клети и деформации смятия бетона под опорными подушками ригелей. Как видно, деформация смятия бетона в одном ригеле составляет 0,015 мм. Зависимость между нагрузками и деформа­циями здесь также близка к прямолинейной.

При эксплуатационной нагрузке 50 т получены эксперимен­тально следующие деформации клети: растяжение стойки — 0,030 мм, прогиб ригеля — 0,010 мм, смятие бетона под опорной подушкой — 0,015 мм. Деформация между опорными подушками станин, следовательно, составляет 0,03 + 2 (0,01 + 0,015) = = 0,080 мм.

При увеличении вертикальной нагрузки до 100 т трещин в бе­тоне ригелей обнаружено не было, ригели работали без трещин.

Во время испытания клети определялись напряжения во всех стойках и ригелях; при этом в стойках только в стальной оболочке, а в ригелях — в стальной оболочке и в бетоне. Полученные экспе­риментально напряжения в среднем сечении ригеля станины и в среднем и крайнем сечениях стойки приведены в табл. 7; эпюры напряжений показаны на фиг. 10, а — в,

Таблица 4

Деформации опытной клети при действии только вертикальной нагрузки

Деформации в мк

№ циклов нагрузок

Нагрузка в т

Растяжение стоек клети (фиг. 7, б)

Увеличение расстоя­ния между опорными подушками стаиии (фиг. 7, б)

1

2

3

4

Сред­нее

5-5

6-6

Сред­нее

1

10 20 30 40 50

Выдержка 1 ч

5 9 17 21 26 41

5 9 12 16

22

33

5 10 20 26 32 40

6 12 18 25 32 45

5 10 15 22 28 40

20 28 47 60 78 85

14 32 56 74 94 110

17 30 52 67 86 98

2

10 20 30 40 50

Выдержка 1 ч

4

8 15 23 30 38

3 8 15 21 28 34

3 7 13 20 27 33

3 8 16 23 30 35

3 8 15 22 29 35

12 25 36 51

68 72

11 28 46 66 86 93

12 27 41 59 77 83

3

50

Выдержка 1 ч

31

32

29

30

30

31

30 32

30

31

74 73

82 93

78 83

4—8 9—13 14—18 19—28 24—28 29—33 34—37 38—55

50 50 50 50 50 50 50 50

28

30 29

29

30

29

30 28

26 29

27

28 28 29 28 34

27 29

27

28 28 29 29 28

29

30 28 28 30 30 30 24

28 30 28 28 29 29 29 29

75

75 78

76 75 75 73 66

82

85 83

86 86 86 86 80

79 81 81 81 81 81

80 73

56—65

25 50 75 100

13 30 47 64

15

31 47 63

12

28 44 60

11

28 46 63

13

29 46 63

24 70 116 160

36 84 132 176

30 77 124 168

66—70

100

66

69

57

53

61

133

178

156

Деформации опытной клети при нагрузках: 50 т — вертикальная и 3 т — горизонтальная

Нагрузка в т (10 циклов)

Деформации в мк

Стоек (фиг.

7. б)

Между опорными подушками (фиг. 7, б)

1

2

3

4

Сред­няя

5-5

6-6

Сред­няя

Горизонтальная на­

Грузка 3 т...

0

—2

0

—2

—1

—2

—1

—2

Вертикальная нагруз­

Ка 50 т....................

30

30

30

31

30

74

87

80

Суммарная нагрузка

3 т + 50 т. , . .

30

28

30

29

29

72

86

79

Таблица 6

Деформации смятия бетона под опорными подушками

Деформации

В мк

Коли­чество циклов

S я

Между опорными подушками (фиг. 7, б)

Между торцовыми гранями клети

Смятие бетона в двух ригелях станины

V р. ь. со

Л

5-5

6-6

Сред­нее

5-5

6-6

Сред­нее

5-5

6-6

Сред­нее

7 3

50 100

73 160

86 176

80 168

50 112

48 104

49 108

23 48

38 72

31

60

Суммарные эпюры напряжений в ригеле и в стойке станины от предварительного обжатия и эксплуатационных нагрузок (эпюры напряжений в эксплуатационной стадии) показаны на фиг. 11, а —в.

Как видно, максимальное напряжение стальной оболочки в ри­геле составляет 460 кГ/см2. Максимальное напряжение бетона в ригеле равно 53 кГ/см2. Среднее напряжение сжатия оболочки в стойке 380 кГ/см2, а бетона — 29 кГ/см2.

Показания датчиков, наклеенных на ригели станин крестом для измерения деформаций, вызванных нормальными напряжениями (под углом 45° к оси ригеля) от кручения, находились в пре­делах точности измерений, которая составляет е = Ю-5. Отсюда

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

200 0с

100 т 50т

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

40 бб

А)

Фиг. 10. Эпюры напряжений от эксплуатационных нагрузок:

100 т 50т

100т 50т

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

Б с 200 100 О

100 О

*)

А — в среднем сечении ригеля; б — в среднем сечеиии стойки; в — в сечении стойки у ригеля; вс — напряжение в кГ/см2 в сталь­ном каркасе; Од — напряжение в кГ/см2 в бетоие.

100т 50т

ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КЛЕТЬ ПРОКАТНОГО СТАНА „ KB АР Т0-200&quot

—^

К

F4

—Ґ

Р=я

F=f

ГЛ

■у -

33:

200 О

400 Or

200

А — в среднем се­чении ригеля; б — в среднем сечении стойки; в — в сечении 400 стойки у ригеля.

Фиг. 11. Эпюры напряжений в эксплуатацион­ной стадии:

Напряжения а с в кГ/смї в стальном каркасе клети, полученные из опытов прн Ес = 2- 10е кГ/см2 и по расчету

К QJ

Я о - Я 0> <и о

О; о я

Эксплуатационная нагрузка

Я

X m >. О о. С и

Сечения (фиг. 7, б)

3 а

5 5 ° £ ® я кЗ * о. g с я

Ч

О; н ж

А а>

03 s со н RЈ 03 <и £

Сі

І

4 с

Я t

■Ь

5 g і - =° °

Гю п«

Й я

Я £ я gSS

« н +

Сі. ч>

H<«

M я

ИЗ Я L. я

M я £ я

Ж йю

Стойки 4 я 2 у ригеля (сече­ние 4—4)

1

2

3

4

—340 —410 —420 —480

+72 +60 +48 +66

+76 +44

+30 +60

+ 168 + 122 +106 + 128

+64 +66 +64 +62

Стойки 3 и 1 у ригеля (се­чение 4—4)

1 2

3

4

—340 —410 —420 —480

+72 +60 +48 +66

+ 86 +92 +46 +58

+ 172 +156 +86 + 118

+64 +66 +64

+62

Стойки 4 и 2 в средней части (сечение 3—3)

1 2

3

4

—340 —470 —460 —470

+70 +62 +50 +60

+64 +65 +50 +50

+134 +130 +100 + 110

+57 +93 +68 +33

Стойки 3 и 1 в средней части (сечение 3—3)

1 2

3

4

—340 —470 —460 —470

+70 +62 + 50

+60

+70 +85 +40 +.60

+ 140 + 147 +90 + 120

+57 +93 +68 +33

Ригель станины (сечение 1-1)

1 2

3

4

5

6

—310 —310 —410 —440 —360 —340

+96 л-44

+40 + 10 —80 —120

+96 +44 +40 + 10 —80 —120

+190 + 110 +90 +20 —150 —220

+152 +88 +24 —40 -95

Ригель между станинами (се­чение 2—2)

1 2

3

4

5

6

—195 —340 —330 —280 —140 —110

+30 +26 + 18 + 10 —14 —38

+30 4-20 + 12 —7 —20 —30

+66 +44 +24 —12' —44 -60

+54 +27 + 1 —27 -53

ЇоЧность определения напряжений в стальном каркасе равна crc = ъЕ,: = 10+5 X 2 X 106 = 20 кГ/см2. Следовательно, можно считать, что фактические нормальные напряжения в каркасе ригеля от кручения находятся в предалах 10 кГ/см2. По расчету эти напряжения составляют 9 кГ/см2. Напряжения в бетоне от кручения, следовательно, будут около 2 кГ/см2. Таким образом, напряжения в ригелях, возникающие от кручения, можно не учитывать по их малости.

При испытании клети определялись дополнительные растя­гивающие усилия в стержнях напрягаемой арматуры, возникаю­щие от эксплуатационных нагрузок, которые составляли не более 2% от установившегося усилия 30 т, т. е. не более 600 кГ.

Через 4 месяца после обжатия клети (после окончания испыта­ния) были замерены фактические усилия в стержнях напрягаемой арматуры от предварительного натяжения (по показаниям мано­метра при подтяжке стержней домкратом). Эти усилия оказались в пределах 26,7—30,8 т при контролируемом усилии натяжения 35 т, а потери, следовательно, составили 4,2—8,3 т (по рас­чету 5 т).

ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Расчет осесимметрично загруженного сплошного цилиндра конечной длины

Уравнения равновесия. Рассмотрим тело вращения — круго­вой сплошной цилиндр, на который воздействует осесиммет­ричная нагрузка. Будем пользоваться цилиндрической системой координат г, 0, г (фиг. 4, а), причем за ось вращения примем …

О ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ СТАНИНАМИ

Металлические закладные детали в различных железобетонных конструкциях станин станков, прессов и других машин выполняют роль стыковочных и привалочных плит, направляющих, платиков для крепления механических узлов, распределительных плит и т. д. …

Исследование несущей способности железобетонных толстых плит с напрягаемой арматурой, являющихся элементом железобетонных станин

В течение 1958—1961 гг. в лаборатории железобетонных кон­струкций для машиностроения НИИЖБ были проведены экспери­ментальные исследования толстых железобетонных плит с напря­гаемой арматурой для определения влияния на несущую способ- А) Б) Г) …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.