Расчет на устойчивость.

Расчет на прочность.

коэффициент услови работы.

расчётное сопротивление по пределу текучести.

В некоторых случаях площадь может быть брутто (болтовые соединения).

Расчет на устойчивость.

Форма потери устойчивости зависит от способа закрепления стержней, значения критических напряжений и от коэффициента продольного изгиба().

приведенная длина.

гибкость стержня.

39. Устойчивость при центральном сжатии. Учет пластической работы металла при центральном сжатии. Условие устойчивости.

Расчет на устойчивость.

Форма потери устойчивости зависит от способа закрепления стержней, значения критических напряжений и от коэффициента продольного изгиба().

приведенная длина.

гибкость стержня.

При расчете с учетом пластических деформаций вводится коэффициент .

40. Основы расчета внецентренно-сжатых стержней на прочность с учетом пластической работы стали.

Расчет на прочность внецентренно-сжатых элементов из стали с пределом текучести до 530 МПа, не подвергающихся непосредственному воздействию динамических нагрузок следует выполнять по формуле

где , , абсолютные значения соответственно продольной силы и изгибающих моментов при наиболее неблагоприятном их сочетании;

41. Работа внецентренно-нагруженных элементов. Устойчивость при внецентренном сжатии. Условие устойчивости в плоскости и из плоскости изгиба.

РИСУНОК. Стержень. Приложена сила N. Эксцентриситет е, от изгиба у, еще от изгиба по оси силы.

коэффициент влияния формы сечения.

учитывает изгибно-крутильную форму.

42. Проверка тонкостенных сечений балок на устойчивость. Критические напряжения при изгибе. Условие устойчивости при изгибе.

При изгибе стержень находясь под нагрузкой может потерять устойчивость.

Устойчивость первого рода(смена форм равновесия).

43. Особенности работы металла при знакопеременных воздействиях. Расчет конструкций на выносливость. Расчетное сопротивление усталости.

При многократно повторяющихся воздействиях нагрузки разрушение может произойти при напряжении значительно ниже предела текучести.

Стальные конструкции и их элементы, непосредственно воспринимающие многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с количеством циклов нагружений 10⁵ и более, которые могут привести к явлению усталости, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и проверять расчетом на выносливость.

Расчет на выносливость следует производить по формуле

где расчетное сопротивление усталости, принимаемое в зависимости от временного сопротивления стали и групп элементов конструкций.

коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений.

При по формулам:

для групп элементов 1 и 2 для групп элементов 3 - 8

при .

коэффициент, определяемый в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений.

44. Расчет элементов стальных конструкций на прочность с учетом хрупкого разрушения. Коэффициент надежности по временному сопротивлению разрыву.

Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ – II₅, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента.

- коэффициент, для учета хрупкого разрушения.

Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом.

45. Критические напряжения потери местной устойчивости тонкостенной пластинки и условия обеспечения ее местной устойчивости.

При достижении определенных напряжений местные элементы сечения, представляющие собой набор тонкостенных пластинок с различными условиями закрепления по контуру, могут потерять устойчивость. Может произойти выпучивание каждой из пластинок.

Условия обеспечения местной устойчивости:

46. Виды сварки и сварных швов. Виды и общая характеристика сварных соединений, их связь со сварными швами.

Виды сварки:

*Ручная электродуговая; *Автоматическая под флюсом; *Электрошлаковая; *Полуавтоматическая под флюсом; *В среде углекислого газа.

Швы. По конструктивному признаку швы:

*стыковые; *угловые

Угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию – фланговые, перпендикулярно – лобовые.

Швы могут быть: рабочие – связующие, сплошные – прерывистые.

По положению в пространстве: *нижние; *вертикальные; *горизонтальные; *потолочные.

Сварные соединения: 1)Стыковые; 2)Внахлестку; 3)Угловые; 4)Тавровые.

Стыковые – соединения, в которых элементы соединяются торцами или кромками и один элемент является продолжением другого. Такие соединения имеет наименьшую концентрацию напряжений, толщина почти не ограничена.

Внахлестку – поверхности свариваемых элементов частично находят друг на друга. Толщина 2-5 мм. Разновидностью является соединение с накладками.

Угловые – свариваемые элементы находятся под углом.

Тавровые – торец одного элемента приваривается к поверхности другого.

47. Работа и расчет сварных стыковых соединений. Разделка кромок. Толщина сварных швов в стыковых соединениях. Условия прочности стыковых соединений.

Прочность сварных соединений зависит от прочности основного металла соединяемых элементов, прочности наплавленного металла шва, формы и вида соединения, технологии сварки.

Толщина сварных соединения почти не ограничивается.

Хорошо сваренные встык соединения имеют небольшую концентрацию напряжений у начала наплава шва. Прочность таких соединений зависит от прочности основного металла и металла шва. Различия разделки кромок соединяемых элементов не влияют на прочность и могут не учитываться.

Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле

где наименьшая толщина соединяемых элементов;

расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2 СНиП, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

48. Работа и расчет сварных соединений с помощью угловых швов. Условия прочности стыковых соединений. Расчетные сопротивления. Конструктивные требования.

Угловыми швами выполняют соединения внахлестку. Они могут быть фланговые и лобовые.

Фланговые швы (расположенные параллельно усилию) вызывают большую неравномерность распределения напряжений по ширине соединения. По длине они работают тоже неравномерно. Это заставляет ограничивать расчетную длину шва на величину не менее 4*катет шва или 40 мм, и не более 85*бета*катет. Напуск листов в соединениях внахлесту должен быть не менее 5 толщин наиболее тонкого из элементов.

Лобовые швы передают напряжения равномерно по ширине, но неравномерно по толщине шва.

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям:

*по металлу шва

*по металлу границы сплавления

расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

и коэффициенты условий работы шва.

49. Особенности расчета соединений с помощью стыковых и угловых сварных швов при действии изгибающего момента и поперечной силы.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:

*по металлу шва

*по металлу границы сплавления

где момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

то же, по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:

*по металлу шва

*по металлу границы сплавления

моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

то же, по металлу границы сплавления;

и координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия

где и напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.

50. Типы болтов для болтовых соединений. Работа болтов нормальной и повышенной точности в соединениях на сдвиг и растяжение.

В строительных конструкциях применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, высокопрочные, самонарезающие и фундаментные (анкерные).

Работа на сдвиг является основным видом работы большинства соединений. В соединениях на болтах нормальной и повышенной точности силы стягивания болтами при действии сдвигающих сил на соединение неопределенны. Работа такого соединения разбивается на 4 этапа.

1 этап. Пока силы трения между соединяемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдвигающих усилий и работают только на растяжение.

2 этап. Увеличивается сдвигающая сила. Соединение сдвигается на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта.

3 этап. Сдвигающее усилие передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стержень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается.

4 этап. Упругопластическая работа. разрушение происходит от среза болта, смятия и выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

Болты будут работать на растяжение, если внешняя сила направлена параллельно продольной оси болтов. При статической работе такого соединения качество отверстий и поверхности болта не играет никакой роли.

51. Работа высокопрочных болтов в соединениях на сдвиг и растяжение.

Если болтам придать большое предварительное натяжение, то возникающие силы трения по контактирующим плоскостям способны полностью внешние усилия, приложенные к соединению.

Создание сильного натяжения возможно только в высокопрочных болтах. В таких соединениях необходимо устанавливать 2 шайбы – под головку и под гайку.

Прочность соединения на высокопрочных болтах зависит от сил трения, возникающих по соприкасающимся плоскостям соединения под влиянием натяжения болтов. Чем выше коэффициент трения, тем эффективнее соединение.

52. Расчет болтов нормальной и повышенной точности в соединениях на сдвиг и растяжение. Размещение болтов в соединении.

В болтовых соединениях при действии продольной силы , проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным.

Расчетное усилие , которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам:

*на срез

*на смятие

*на растяжение

расчетные сопротивления болтовых соединений

наружный диаметр стержня болта

расчетная площадь сечения стержня болта

площадь сечения болта нетто

наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в 1 направлении

число расчетных срезов одного болта

коэффициент условий работы соединения

При конструировании соединения следует стремиться к наилучшей передаче усилия с одного элемента на другой кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства выполнения соединения.

Болты располагают по прямым линиям – рискам, параллельным действующему усилию. Расстояние между 2 смежными рисками – дорожка, а расстояние между 2 смежными по риске болтами – шаг.

Минимальное расстояние между болтами определяют условиями прочности основного материала. Максимальное расстояние определяют устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами или условием плотности соединения растянутых элементов во избежание попадания в щели влаги и пыли.

Желательно иметь шаг и дорожку кратную 40 мм.

53. Расчет Высокопрочных болтов в соединениях на сдвиг и растяжение. Размещение болтов в соединении. Контролируемое усилие натяжения высокопрочных болтов.

Соединения на высокопрочных болтах следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов от натяжения высокопрочных болтов. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.

Расчетное усилие , которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:

где расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

коэффициент трения

коэффициент надежности

площадь сечения болта нетто

коэффициент условий работы соединения, зависящий от кол-ва болтов

При конструировании соединения следует стремиться к наилучшей передаче усилия с одного элемента на другой кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства выполнения соединения.

Болты располагают по прямым линиям – рискам, параллельным действующему усилию. Расстояние между 2 смежными рисками – дорожка, а расстояние между 2 смежными по риске болтами – шаг.

Минимальное расстояние между болтами определяют условиями прочности основного материала. Максимальное расстояние определяют устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами или условием плотности соединения растянутых элементов во избежание попадания в щели влаги и пыли.

Желательно иметь шаг и дорожку кратную 40 мм.

54. Типы балочных клеток и принципы их компоновки. Эффективность сечений балок. Подбор сечения прокатных балок.

Схема несущих балок, образующих конструкцию перекрытия, называется балочной клеткой. Применяют 3 типа: *упрощенная (БН); *нормальная(ГБ, БН); *усложненная(ГБ, ВБ, БН).

В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия, и через них на стены или другие несущие конструкции.

В усложненной БК вводят вспомогательные балки, располагаемые между БН и ГБ, передающими нагрузку на колонны.

Выбор типа БК связан с вопросами о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

Расстояние между БН обычно 0,6-1,6 м. расстояние между ВБ – 2-5 м. надо стремиться к минимальному числу ВБ (прокатных).

При выборе типа БК учитывается расход стали. И выбирается наиболее экономичный вариант.

Для экономии металла балки подбирают прокатного профили – симметричные двутаврового сечения.

Балки подбирают в зависимости от требуемого момента сопротивления сечения:

По сортаменту подбираем ближайший больший номер балки.

55. Настилы балочных клеток. Действительная работа стального настила в составе балочной клетки и его расчетная схема. Особенности расчета настила.

Настилы бывают разные в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Часто поверх несущего настила устраивают защитный.

В качестве несущего чаще всего используют плоские стальные листы, или настил из сборных ЖБ плит.

Стальной лист укладывается на балки и приваривается к ним. Расстояние между балками определяется несущей способностью или жесткостью настила. Настил может быть 6-14 мм в зависимости от нагрузки.

Расчет настила заключается в определении его толщины.

нормативная нагрузка.

Также расчету подлежит прикрепление настила. Этим расчетом определяется катет сварного шва.

Проверяем что меньше:
или . Дальнейший расчет ведем по минимальному значению:

растягивающее усилие.

длина шва (1м)

56. Составное сварное сечение балки. Минимальная и оптимальная ее высота.

Балки составного сечения применяют при больших пролетах и больших изгибающих моментах, а так же если они экономичнее прокатных.

Составные балки применяют в основном сварными. Их сечения обычно состоят из 3 листов: вертикальная стенка, и 2 горизонтальные полки.

Высота балки определяется экономическими соображениями и допустимым прогибом.

Требуемый момент сопротивления сечения балки определяем по формуле:

Определяем высоту главной балки исходя из требуемых величин и .

Определяем оптимальную высоту балки:

коэффициент, зависящий от соотношения конструктивных коэффициентов поясов и стенки балки.

толщина стенки балки

Высота балки назначается по результатам анализа величин и . При высоту балки мождно уменьшить на 15..20%, но она должна быть принята не менее .

57. Толщина стенки составной сварной балки из условия работы ее на срез и обеспечения ее местной устойчивости от воздействия касательных напряжений.

Толщина стенки балки из условия ее работы на срез:

- коэффициент надежности по материалу;

- максимальная поперечная сила в балке.

Наибольшие касательные напряжения у нейтральной оси сечения на опоре:

статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси

момент инерции сечения балки

58. Изменение сечения балки по ее длине. Расчет и особенности конструирования.

Сечение составной балки, подобранной по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в месте снижения моментов. Экономически целесообразно изменение сечения для балок 10-12 м и более.

В сварных балках широко распространено изменение ширины пояса, высота балки остается постоянной.

В балках переменного сечения развитие пластических деформаций следует учитывать только в одном сечении с наиболее неблагоприятным сочетанием M и Q, в остальных сечениях развитие пластических деформаций не допускается.

Сечение поясов может быть уменьшено с целью экономии металла. Сечение поясов уменьшаем на расстоянии 1/5-1/6 длины балки от опоры.

Находим момент в этом сечении, и по нему находим требуемый момент сопротивления.

Проверяем приведенные напряжения в месте наиболее неблагоприятного сочетания усилий, т.е. на границе стенки в месте изменения сечения, при:

высота стенки

высота балки

момент в месте изменения сечения

толщина стенки

Проверяем прочность в месте изменения сечения:

59. Принцип конструирования и расчета стыка составной сварной балки на высокопрочных болтах.

60. Расчет соединения поясов и стенки составной сварной балки. Учет воздействия местных (локальных) напряжений.

Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляют в сварных балках поясными швами.

При изгибе балки это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки балки, который был бы при раздельной самостоятельной работе элементов балки на изгиб. Расчет соединений ведется на силу сдвига пояса относительно стен­ки. В сварных балках сдвигающую силу Т, приходящуюся на 1 см длины балки, определяют через касательные напряжения:

где Q — расчетная поперечная сила, S — статический момент пояса относительно нейтральной оси сечения балки, I — момент инерции сечения балки.

Сдвигающая сила стремится срезать поясные швы, а потому сопро­тивление этих швов срезу должно быть не меньше силы Т:

отсюда определяют требуемую толщину шва:

Q — поперечная сила в опорном сечении балки; n=1 при односторонних швах, п = 2 при двусторонних швах; — меньшее из произведений глубины проплавления на расчетное сопротивление, принимаемое по условному срезу шва или по сре­зу металла на границе сплавления шва. При приложении сосредоточенной нагрузки через пояс балки в мес­те, не укрепленном ребром жесткости, поясные швы будут испытывать дополнительное местное давление, и проверка поясного шва должна производиться на равнодействующую сдвига и местного давления.

Поясные швы следует делать сплошными, одинаковой наименьшей до­пустимой толщины по всей длине балки, применяя автоматическую сварку.

61. Расчет и конструирование опорной части сварной составной балки. Особенности конструирования опорной части балки при шарнирном ее опирании.

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне. Такое соедине­ние может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение ши­роко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое- в каркасах многоэтажных зданий. Конец балки в месте опирания ее на опо­ру укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра надо совме­щать с осью полки колонны.

Размер опорных ребер жесткости опред.обычно из расчета на смятие торца ребра

где F — опорная реакция балки; — площадь смятия опорного ребра, — рас­четное сопротивление стали смятию торцовой поверхности.

Ширина выступающей части ребра из условий его местной устойчи­вости не должна превышать

Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного

62. Местная устойчивость поясов балок от воздействии нормальных сжимающих напряжений. Условие местной устойчивости поясов.

Сжатый пояс представляет собой длин­ную пластинку, шарнирно прикрепленную своей длинной стороной к стенке балки и нагруженную равномерно распределенным по сечению пластины нормальным напряжением, действующим вдоль длинной сто­роны пластины. Потеря устойчивости такой пластины происходит путем волнообразного выпучивания ее краев. Шарнирное закрепление пояса стенкой принимается в запас прочности потому, что гибкая стенка не способна оказать сильное противодействие повороту пояса при потере устойчивости его свободных краев. Критическое напряжение потери устойчивости будет иметь вид

Приравнивая и произведя преобразования, получим

где — неокаймленный свес пояса (половина ширины пояса); — толщина пояса. Из приведенной формулы видно, что для обеспечения устойчивости пояса при его упругой работе необходимо соблюдать отношение свеса пояса к его толщине, не превышающее значений, полученных по последней форму­ле.

63. Местная устойчивость стенки балки от воздействия касательных и нормальных напряжений, условие местной устойчивости стенки.

Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напря­жений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщины (из-за больших размеров стенки этот путь привел бы к большому перерасходу материа­ла), а укреплением ее специальными ребрами жесткости, расположен­ными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки. Ребра жесткости делят стенку на отсеки, которые могут потерять устойчивость независимо один от другого.

Местная устойчивость стенки обеспечена если выполняются условия: - по нормальным напряжениям и по касательным напряжениям, а условная гибкость стенки не превышает 3,5 – с двусторонними поясными швами и 3,2 – с односторонними поясными швами. В случае не соблюдения данного условия, стенку укрепляют поперечными ребрами жесткости. Проверка местной устойчивости симметричных сечений с основными поперечными ребрами жесткости выполняется по формуле:

При необходима также установка продольного ребра жесткости.

64. Конструктивные требования по обеспечению местной устойчивости стенки балки путем постановки ребер жесткости.

Eсловная гибкость стенки

не превышает 3,5 – с двусторонними поясными швами и 3,2 – с односторонними поясными швами. В случае не соблюдения данного условия, стенку укрепляют поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами жесткости не должно превышать 2h_ef при и 2,5h_ef при .

Ширина выступающей части ребра b_h для парных симметричных ребер должна быть не менее (hef/30+40)мм, для одностороннего ребра (hef/(24+50))мм. Толщина ребра

65. Бистальные балки. Особенности их расчета и конструирования.

Сварные бистальные балки проектируют с поясами из низколегированной стали и стенкой из малоуглеродистой. За счет этого достигается экономия стали на 12-17 % по сравнению с балками из стали Ст3.

При максимальном моменте нормальные напряжения в поясах достигают расчетных, а в стенке, на участках, примыкающих к поясу, - предела текучести. В связи с этим бистальные балки работают в упруго-пластической стадии.

Прочность бистальной балки проверяется путем сравнения фактической несущей способности с расчетным изгибающим моментом:

, -расчетные сопротивления низколегированной стали и стали Ст3

Местные, касательные напряжения и жесткость проверяются как для обычных балок симметричного сечения.

Приведенные напряжения в бистальных балках не проверяются т.к. стенка работает в упруго-пластической стадии.

Проверка местных и касательных напряжений, а также жесткости выполняется как для балки, работающей в упругой стадии. Узлы и детали, соединения проектируют как для обычных балок.

Изменения сечения поясов в составных бистальных балках не рекомендуется. Однако замена низколегированной стали углеродистой на участках, где напряжения в поясах меньше позволяет получить конструкцию с более полным использованием прочности материала.

66. Пути совершенствования балочных конструкций. (Балки с тонкой стенкой, балки с перфорированной стенкой, понятие о предварительно-напряженных балках.

Балки с тонкой стенкой

Плоская стенка в такой балке теряет устойчивость в начальной стадии нагружения, приобретая вторую устойчивую форму – в виде наклонно гофрированной либо вспорушенной поверхности. После снятия нагрузки эти деформации стенок, называемые часто «хлопунами», исчезают. Уменьшение относительной толщины стенки в 2..3 раза приводит к снижению расхода металла на 25…35% и к концентрации металла в поясах, что выгодно по условиям работы на изгиб.

Применение балок с очень тонкими стенками уместно при стабильном направлении действия статических временных нагрузок, поскольку работа таких балок при переменных по направлению подвижных и динамических нагрузках еще недостаточно изучена.

Балки с перфорированной стенкой

Стенка прокатного двутавра (швеллера) разрезается по зигзагообразной ломанной линии с регулярным шагом с помощью газовой резки или на мощных прессах, и затем обе половины разрезной балки соединяются сваркой в совмещенных между собой выступах стенки. Конечный рез-т позволяет увеличить высоту балки и позволяет перераспределить материал сечения, концентрируя его ближе к переферийным волокнам и существенно повышая такие геометрические хар-ки сечения, как момент инерции и момент сопротивления.

Изменение высоты исходного сечения в полтора раза повышает примерно во столько же его момент сопротивления и почти вдвое – момент инерции. Расход металла в таких балках на 20..30 % меньше, чем в обычных прокатных балках, при одновременном снижении стоимости на 10..18%. Дополнительные затраты труда на резку и сварку исходного проката невелики: в сравнении со сварными составными двутаврами по трудоемкости изготовления перфорирован балки на 25…35% эффективнее за счет сокращения объема сварки и значительно меньшей трудоемкости операций обработки.

Понятие о предварительно-напряженных балках

Уменьшается расход на 10-20%.

67. Колонны и стойки, работающие на центральное сжатие. Общая характеристика се­чений и область применения. Достоинства и недостатки центрально сжатых колонн.

Применяют такие колонны и стержни для поддержки:

- междуэтажных перекрытий или покрытий зданий в раб площадках промышленных зданий

Колонны бывают сплошные и сквозные. Колонна должна быть равнопрочной (несущая способность относительно обеих осей приблизительно одинаковая)

Центрально-сжатые колонны и стойки рассчитывают на прочность и устойчивость.

Прочность проверяют по формуле:

А устойчивость – по:

В центрально-сжатых стержнях сплошного сечения необходимо стремится к минимальной толщине стенки, которая определяется условием местной устойчивости (для двутаврового сечения):

Где - гибкость стержня; - условная гибкость стержня.

Если толщина стенки принимается меньше минимальной, её необходимо укреплять продольными ребрами жесткости, кот уменьшает вдвое расчетную ширину стенки и тем самым обеспечивает ее местную устойчивость. Однако трудоемкость изготовления колонны в этом случае резко увеличивается.

Продольные ребра рекомендуется включать в расчетное сечения стрежня. Кроме того, в тонкостенной колонне для укрепления контура сечения колонны ставят поперечные ребра жесткости на расстоянии 2.5…3 друг от друга, но не менее двух на каждом отправочном элементе.

68. Сплошные колонны. Типы сечений и их краткая характеристика. Условия общей и местной устойчивости элементов сечения стержня сплошной колонны.

Стержень сплошной колонны проектируется из прокатных профилей или листов, образующих открытое либо замкнутое сечение. Колонны открытых типов удобнее в монтаже, их поверхности доступны для ремонта и окраски, но такие колонны не обладают равноустойчивостью, за исключением крестового сечения, кот не вполне соответствует монтажным требованиям. Замкнутые сечения позволяют обеспечить равноустойчивость, но сильно затрудняют использование болтовых соединений и требуют полной изоляции внутренней полости от вредных воздействий внешней среды.

При проектирование сварных колонн из 3 ех листов, расчетная ширина свеса полки должна быть связана с толщиной полки условием:

Отношение расчетной высоты стенки двутавровой колонны к её толщине следует принимать по формулам:

- условная гибкость колонны

Проверка устойчивости:

69. Подбор сечения составного стержня сплошной центрально-сжатой колонны. Кон­структивные требования при укреплении стержня поперечными ребрами жесткости.

Расчет колонны начинают с определения расчетной сжимающей силы N, кот равна сумме опорных реакций от расчетных нагрузок всех установленных на колонну балок. Далее, определившись с конструкциями опирания балок и закрепления колонны в фундаменте, находят расчетные длины и назначают тип поперечного сечения колонны.

Для колонн с расчетным усилием до 3000 кН можно задаться гибкостью =100..70, для колонн с усилием 3000…4000 кН гибкость можно назначить =70..50, для более мощных колонн принимают гибкость =50..40. Назначив гибкость определяют коэф-т (по приложению), вычисляют требуемую площадь поперечного сечения и требуемые радиусы инерции

Принимаем по технологическим требованиям b=h

После этого назначаем размеры стенок и полок исходя из требуемой площади сечения колонны и опираясь на услов. местной устойчивости. Для полок применяют листы толщиной 8…40 мм, а для стенки – толщиной 6…16 мм. Т.к. гибкостью задавались произвольно, поэтому удобное сечение трудно подобрать с первой попытки. Вторая попытка сводится к проверке устойчивости в плоскости наибольшей гибкости с последующей корректировкой назначенного сечения:

При окончательной проверке радиус инерции должен быть вычислен по точной формуле .

Для укрепления контура сечения и стенки колонны устанавливают поперечные ребра жесткости на расстоянии 2,5…3 м одно от другого, но не менее 2ух на отправочном элементе. Размеры этих ребер можно принимать по типу ребер жесткости составных балок. В местах примыкания к колонне связей, балок, распорок и др. элементов ребра жесткости устанавливают в зоне передачи усилий независимо от толщины стенки колонны

70. Основные принципы подбора сечений сильно загруженных и слабо загруженных сплошных стержней колонн.

При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживаемых конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

Прежде всего надо решить, принимать ли колонну сплошной или сквозной. Максимально возможная расчетная нагрузка для сквозных колонн из двух швеллеров составляет 2700 - 3500 кН, для колонн из двух двутавров - 5500 - 5600 кН. При значительных нагрузках сквозные колонны получаются сложными в изготовлении, более рациональными оказываются сплошные колонны.

Сплошные колонны: сечения мб открытого и закрытого типа.

Самая простая колонна — из прокатного двутавра, обычного или широкополочного. Из-за ограниченности сортамента двутавров такое решение возможно только для небольших и средних колонн.

Наиболее часто применяются колонны с сечением в виде сварного двутавра из трех листов. Трубчатое и замкнутое квадратное сечения обладают наибольшим радиусом инерции и поэтому очень выгодны при работе на сжатие. Колонны из готовых замкнутых профилей самые экономичные по расходу стали. Но из-за дефицитности таких профилей это решение применяется редко. Замкнутые составные сечения более трудоемки, но выполняются из менее дефицитных швеллеров и уголков. Замкнутые сечения позволяют обеспечить равноустойчивость, но сильно затрудняют использование болтовых соединений.

71. Сквозные колонны. Типы решетки и учет повышенной ее деформативности отно­сительно свободной оси. Приведенная гибкость стержня.

Сквозные колонны состоят из отдельных ветвей, объединенных соединительной решеткой из уголков или планок в единое целое. Если ее не поставить, то каждая ветвь будет работать самостоятельно и быстро потеряет устойчивость. Соединительная решеточка из планок имеет меньшую трудоемкость, но менее жестка, чем соединительная решеточка из уголков. В широких колоннах последняя оказывается легче, поэтому ее предпочитают при ширине колонны более 0,8—1 м.

Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами; от действующих в колонне расчетных усилий N и M в ее ветвях возникают только продольные усилия. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Колонны средних рядов проектируют обычно симметричного сечения с ветвями из прокатных профилей(двутавр типа Ш) либо составного сечения.

Основная особенность – повышенная деформативность за счет податливости решетки, в следствии этого действительная гибкость сквозной колонны относительно сквозной оси больше, чем гибкость сплошной колонны.

Приведенная гибкость: Планки:

Решетки:

-гибкость всего стержня относительно свободной оси у-у.

-гибкость отдельных ветвей относительно оси 1-1.

– площадь сечения всего стержня. – площадь сечения раскосов решеток, лежащих в плоскостях, перпендикул оси 1-1.

72. Подбор сечения стержня сквозной колонны и проверка ее несущей способности. Усилие в решетке сквозного стержня от воздействия условной поперечной силы.

В сквозных колоннах расстояние между ветвями назначается так, чтобы сечение получилось равноустойчивым. Сквозные колонны обычно проектируют из двух швеллеров, расположенных полками внутрь. Сечение из швеллеров полками наружу хуже, так как увеличивается расход металла на планки. Если площадь швеллеров оказывается недостаточной, сечение компонуют из двутавров.

Сечение из четырех уголков применяют для очень легких и высоких колонн.

Подбор: сначала подбирается стержень относительно сплошной оси(х-х). Задаемся гибкостью . (70-90). Определяем требуемую площадь сечения и радиус инерции:

По значениям и принимаем сечение колонны – профиль, и проверяем сечение относительно оси х-х.

Дальнейший подбор сечения ведем по оси у-у: Задаемся значением (30-40).

Определяем требуемую гибкость относительно свободной осиy-y:

Полученной гибкости соответствует радиус инерции:

Требуемое расстояние между ветвями определяется в зависимости от типа сечения. Пользуясь таблицей приведенных радиусов инерции находим а затем вычисляем радиус инерции относительно оси у-у, после чего найдем ,

Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси y-y:

Решетка составных сквозных стержней работает на поперечную силу в момент потери общей устойчивости стержня.

Условная поперечная сила:

Условная поперечная сила, приходящаяся на планки одной грани; изгибающий момент и перерезывающая сила в месте прикрепления планки, соответственно:

расстояние между ветвями

73. Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям сквозной колонны. Особенности расчета раскосной решетки сквозного стержня. Конструктивные требования.

Принимаем соединение ветвей колонны планками. Планки устанавливаются при гибкости ветви λ=30...40

1)Принимаем гибкость ветви и радиус инерции

2)Определяем расстояние между осями планок ветвями:

3) - просвет между ветвями

Где: принятое ранее расстояние между осями ветвей -

ширина полки двутавра -

4) Определяем требуемую длину соединительной планки:

5) Определяем высоту планки из условия (; ).

6) Планки рассчитываем на условную поперечную силу:

Условная поперечная сила, приходящаяся на планки одной грани; изгибающий момент и перерезывающая сила в месте прикрепления планки, соответственно:

Планки прикрепляем к ветвям колонны полуавтоматической электросваркой угловыми швами сварочной проволокой СВ-10ГА с катетом шва .

Прочность планок больше прочности сварных швов, поэтому проверяем только прочность сварных швов!!!

9)Определяем площадь сечения и момент сопротивления сварных швов:

Принимаем для полуавтоматической сварки в положении "нижнее" .

10)Вычисляем площадь сварного шва () и момент сопротивления сварного шва ()

11)Определяем напряжения в шве: ;

12)Принимаем расчетное сопротивление сварного шва по металлу шва:

-расчетные сопротивления сварных соединений для условного среза взятое по металлу шва -коэффициент условий работы шва

13)Равнодействующее напряжение: ;

14)Проверяем прочность шва: < -условие прочности сварного шва на условный срез при расчёте по металлу шва

Особенности расчёта раскосной решетки сквозного стержня:

Безраскосный тип решетки применяется в тех случаях когда гибкость ветви λ>40

В элементах соединительной решетки возникают усилия от поперечной силы и, кроме того, при некоторых схемах решетки появляются дополнительные усилия от обжатия ветвей продольной силой.

Усилие в раскосе от поперечной силы можно определить непосредственно

из условия равновесия: ,

где n- количество раскосов, участвующих в восприятии поперечной силы; альфа - угол между раскосом и поясом; бета - угол между плоскостью рабочей грани и направлением поперечной силы. Применительно к четырех- и трехгранным стержням формулы для их определения будут иметь вид соответственно:

При проектировании гибкой крестовой решетки(обеспечиваем несущую способность раст-х раскосов) работа сжатых раскосов не учитывается -они указаны пунктиром.(см. рис.6.28.б)

Влияние обжатия ветвей продольной силой на напряженное состояние решетки зависит от ее схемы. При простой треугольной решетке (рис.6.29, а) обжатие стержня приводит к повороту раскосов, который сопровождается раздвижкой ветвей. Изгиб раскосов и особенно ветвей при такой раздвижке имеет ничтожно малую величину, поэтому можно считать, что раздвижка протекает свободно и дополнительные усилия от обжатия не возникают.

Иное дело треугольная решетка с распорками (рис.6.29, б). Распорки препятствуют раздвижке ветвей, что приводит к изгибу последних. При этом в распорках появляются растягивающие усилия, а в раскосах - сжимающие.

Наиболее сильно эффект обжатия проявляется в стержнях с крестовой решеткой (рис.6.29,в). Знаки усилий остаются прежними: распорки, сопротивляясь раздвижке, работают на растяжение, а раскосы - на сжатие, но эти усилия заметно возрастают по сравнению с треугольной с распорками решеткой.

74. Базы центрально-сжатых колонн. Определение толщины плиты базы колонны. Определение высоты траверсы базы колонны. Проверка траверсы базы колонны на изгиб.

По конструктивному решению: *с траверсой; *с фрезерованным торцом; * с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты.

Чаще применяют базы с траверсой. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы.

После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину.

расчетная нагрузка на колонну

расчетное сопротивление

Дата добавления: 2015-09-06