Экспериментальные исследования дюбельных соединений элементов стальных конструкций

Введение. Соединения элементов стальных конструкций выполняются с использованием заклепок, болтов и сварки. Для крепления тонколистовых стальных оболочек мембран, особенно оцинкованных, в качестве элемента соединения могут применяться высокопрочные дюбели, устанавливаемые при помощи пороховых зарядов или запрессовывания в предварительно сделанные отверстия в соединяемых элементах.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проведены с использованием образцов трех типов. Образцы состояли из стальных оцинкованных листов толщиной 0,5 и 0,7 мм, которые крепились к стальной пластине толщиной 3 мм при помощи высокопрочных дюбелей 3 мм. Рассмотрена возможность использования этих дюбелей при толщине стальных пластин 6 и 10 мм, в том числе в предварительно просверленные отверстия диаметром 2 мм.

Результаты. Дюбели диаметром 3 мм пробивали стальную пластину толщиной 3 мм и прочно крепили оцинкованный лист толщиной 0,5 и 0,7 мм. Установлен характер разрушения образцов в зависимости от числа и расположения дюбелей. При двух дюбелях наблюдалось разрушение стального оцинкованного листа в районе дюбелей. При четырех дюбелях оцинковка разрушалась вне дюбельного соединения в виде разрыва стального листа. Определено, что в пластины толщиной 6 и 10 мм дюбели диаметром 3 мм на всю длину не входят. При устройстве в этих пластинах отверстий диаметром 2; 2,5 и 3 мм дюбели удается установить на всю длину.

Выводы. Экспериментальные исследования дюбельных соединений тонколистовой оцинкованной стали показали, что даже бытовые дюбели обладают высокой прочностью и стабильностью параметров и могут использоваться для соединения несущих элементов стальных конструкций.

1. Kyvelou P., Huang C., Li J., Gardner L. Residual stresses in steel I-sections strengthened by wire arc additive manufacturing // Structures. 2024. Vol. 60. P. 105828. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.105828

2. Guo X., Kyvelou P., Ye J., Teh L.H., Gardner L. Experimental study of DED-arc additively manufactured steel double-lap shear bolted connections // Engineering Structures. 2023. Vol. 281. P. 115736. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2023.115736

3. Vatin N., Gubaydulin R., Tingaev A. Flange connections with high-strength bolts with technological heredity of bolts // Magazine of Civil Engineering. 2020. Nо. 7 (99). DOI: 10.18720/MCE.99.12. EDN QFVYPO.

4. Протасов К.Г., Теплицкий А.В., Крамарев С.Я., Никитин М.К. Металлические мосты : учебное пособие. М. : Транспорт, 1973. 352 с.

5. Белов В.К., Калюта А.А., Рудзей Г.Ф. Обеспечение усталостной долговечности авиационных конструкций технологическими методами : монография. Новосибирск : НГТУ, 2012. 404 с. EDN RPSAKJ.

6. Козлов И.Е. Применение соединений ЛСТК на вытяжных заклепках // Научному прогрессу — творчество молодых. 2017. № 4. С. 30–32. EDN ZVHCPJ.

7. Туснина О.А. Соединения кровельных сэндвич-панелей с тонкостенными гнутыми прогонами, выполняемые на вытяжных заклепках // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 3. С. 14–16. EDN OHWQRL.

8. Мысак В.В., Туснина О.А., Данилов А.И., Туснин А.Р. Особенности работы соединений металлических элементов на заклепках различных типов // Вестник МГСУ. 2014. № 3. С. 82–91. EDN RYXTNN.

9. Lacki P., Kasza P., Adamus K. Optimization of composite dowels shape in steel-concrete composite floor // Composite Structures. 2019. Vol. 222. P. 110902. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.110902

10. Кущев И.Е., Петров М.А. Составные дюбели для анкеров в слабонесущих ограждающих конструкциях // Экономика строительства. 2023. № 10. С. 132–135. EDN VOGFOQ.

11. Гукова М.И., Попелянский Ю.Л., Марков Е.С. Оценка прочности соединений металлических элементов строительных конструкций на дюбелях // Промышленное строительство. 1978. № 6. С. 23–25. EDN ZIFFQZ.

12. Larsson G., Serrano E., Gustafsson P.J., Danielsson H. Dowel design of the shear plate dowel joint // Engineering Structures. 2020. Vol. 209. P. 110296. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110296

13. Еремеев П.Г. Тонколистовые мембраны — новый вид легких металлических конструкций (ЛМК) покрытий // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1992. № 7. С. 14–16. EDN YZHETB.

14. Еремеев П.Г. Тонколистовые металлические мембранные конструкции покрытий: исследования, строительство // Вестник НИЦ Строительство. 2017. № 3 (14). С. 43–57. EDN ZCDGZN.

15. Фарфель М.И. Покрытия из стальных мембран — эффективный тип висячих конструкций // Строительная механика и расчет сооружений. 2024. № 4 (315). С. 58–67. DOI: 10.37538/0039-2383.2024.4.58.67. EDN ZOTSNM.

16. Tusnin A. Experimental research of a membrane roof with the membrane eccentrically fixed on a thin-walled open-profile supporting contour // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 39. P. 102256. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102256

17. Shehab A.A., Nawi S.A., Al-Rubaiy A., Hammoudi Z., Hafedh S.A., Abass M.H. et al. CO2 laser spot welding of thin sheets AISI 321 austenitic stainless steel // Archives of Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 2. Issue 106. Pp. 68–77. DOI: 10.5604/01.3001.0014.6974

18. Xie J., Kar A. Laser welding of thin sheet steel with surface oxidation // Welding Research Supplement. 1999. Vol. 78. Issue 10. Pp. 343–348.

19. Artinov A., Karkhin V., Meng X., Bachmann M., Rethmeier M. A General Analytical Solution for Two-Dimensional Columnar Crystal Growth during Laser Beam Welding of Thin Steel Sheets // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Issue 10. P. 6249. DOI: 10.3390/app13106249

20. Туснин А.Р., Постарнак М.В. Испытания модели мембранного перекрытия многоэтажных зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 26–35. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.09.26-35. EDN BLXHDI.