Строительные конструкции (5)

Строительные конструкции (5)Опишите нормативные и расчетные сопротивления.

материалов, структуру расчетных формул по.

первой и второй группе предельных состояний.

Нормативные и расчетные сопротивления материалов.

Установленное нормами предельное значение напря­жений в материале называют его нормативным сопро­тивлением R н. Па. Нормативное сопротивление является основной характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям. Оно может равняться контроль­ной или браковочной характеристике, устанавливаемой соответствующими стандартами на материалы. Кроме нормативных сопротивлений устанавливают и другие нормативные характеристики материалов: плотность, модуль упругости, коэффициент трения, сцепления, пол­зучести, усадки и др.

Обеспеченность значений нормативных сопротивле­ний материалов, т. е. вероятность непревышения (неза­нижения) случайной величиной рассматриваемого значе­ния должна быть не менее 0,95.

Основными характеристиками механических свойств грунтов, определяющими несущую способность основа­ний фундаментов и их деформации, являются значения прочностных и деформационных характеристик грун­тов — угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля общей деформации, сопротивлений одноосному сжатию и сдвигу грунтов и т. п. Нормативные значения характеристик грунтов устанавливают на основе данных инженерных изысканий или же по средним значениям характеристик, определяемых на основе статистической обработки результатов массовых испытаний.

Возможные отклонения сопротивлений или других характеристик материалов и грунтов в неблагоприятную сторону от нормативных значений учитывают коэффици­ентами надежности по материалу или грунту.

Расчетным сопротивлением материала R (или расчет­ной характеристикой грунта) называется сопротивление (характеристика), принимаемое при расчетах конструк­ций или оснований, получаемое делением нормативного сопротивления (характеристики) R н на коэффициент на­дежности по материалу (грунту) y i.

Значения нормативных и расчетных сопротивлений для разных материалов приведены в соответствующих разделах книги. Численные значения коэффициентов yi установлены нормами проектирования конструкций и ос­нований в зависимости от свойств материалов и грунтов.

Температуру, влажность и агрессивность среды, дли­тельность воздействия, многократную повторяемость, особенности технологии изготовления конструкций и дру­гие факторы, не учитываемые непосредственно в расче­тах и не нашедшие отражения при установлении расчет­ных характеристик, но способные повлиять па несущую способность или деформативность конструкций, учиты­вают коэффициентами условий работы y s.

Численные значения коэффициентов y s устанавлива­ют соответствующими нормативными документами по проектированию конструкций и оснований на базе экспе­риментальных и теоретических данных о действительной работе материалов, конструкций и оснований в условиях эксплуатации и производства работ.

Структура расчетных формул.

Расчетом по предельным состояниям первой группы (по несущей способности) должно быть гарантировано сохранение эксплуатационных качеств конструкций из любого материала с учетом возможной изменчивости значения нагрузок в большую сторону (т. е. коэффици­ента надежности по нагрузке y f ) и прочностных харак­теристик материалов в меньшую сторону. Поэтому в ле­вой части расчетных формул записывают усилие, возни­кающее в элементе от расчетных нагрузок, а в правой — величину усилия, воспринимаемого элементом при напря­жениях в материале, равных расчетному сопротивлению (т. е. расчетную несущую способность элемента.

Таким образом, условие прочности элемента записы­вают в общем виде неравенством.

где N — усилие в сечении (например, нормальная сила, изгибающий момент и т. д.), зависящее от нормативных нагрузок, коэффициента надежности по нагрузке и расчетной схемы конструкции; Ф — рас­четная несущая способность сечения при сжатии, растяжении, изги­бе и т. п. являющаяся функцией геометрических размеров и упруго-пластических свойств сечения S , нормативных сопротивлений мате­риалов R н , коэффициентов надежности по материалам (грунту) y i , коэффициентов условий работы y s.

Если это условие соблюдено, прочность конструкции будет обеспечена. Физический смысл этой формулы сводится к тому, чтобы максимальное усилие в элементе было меньше или равно его минимальной несущей способности.

Для подбора сечений между левой и правой частями расчетной формулы принимают знак равенства.

Расчет конструкций по предельным состояниям второй группы (по деформациям, образованию и раскрытию трещин) должен гарантировать сохранение эксплуатационных качеств конструкций с учетом изменчивости прочностных и деформативных свойств материалов.

Расчет по деформациям сводится к определению в конструкции, имеющей достаточную прочность, фактических деформаций и сравнению их с допустимыми, проверенными практикой эксплуатации сооружений и приведенными в нормах.

При расчете конструкций по второй группе предельных состояний, учитывая, что их наступление, как правило, не ведет к столь опасным последствиям, как при исчерпании несущей способности, уровень обеспеченности принят более низким. Это выражается в том, что нагрузки вводятся без коэффициентов надежности по нагрузке, за исключением расчета по образованию трещин. Кроме того, механические характеристики материалов принимаются повышенными — равными расчетным сопротивлениям для предельных состояний второй группы. Последние численно равны нормативным сопротивлениям, поскольку в расчетах по второй группе предельных состояний коэффициенты надежности по нагрузке y f = 1 . Не учитываются, как правило, и коэффициенты условий работы.

Общая расчетная формула имеет вид.

где F — расчетная деформация с учетом в необходимых случаях пластических свойств материалов и длительности действия нагрузки; ? — нормативная деформация.

По образованию и раскрытию трещин рассчитывают железобетонные и каменные конструкции.

Конструкции будут обладать достаточным сопротивлением образованию трещин, если усилия N от приложенных нагрузок (нормативных или расчетных в зависимости от категории трещиностойкости конструкций) не будут превосходить усилий N т . которые конструкция может воспринять до образования трещин.

Расчетная формула имеет вид.

Расчет на раскрытие трещин в железобетонных конструкциях или швов кладки в каменных конструкциях сводится к вычислению ширины раскрытия трещин (швов кладки) a т и сравнению ее с установленными нормами предельными значениями a т.пред.

По раскрытию трещин (швов кладки) конструкции рассчитывают на действие нормативных нагрузок (без коэффициентов надежности по нагрузке.

Опишите порядок расчета болтовых.

соединений, требования к расстановке болтов.

Болтовые соединения просты в установке, надежны, не требу­ют сложного оборудования и распространены в основном в мон­тажных соединениях металлических конструкций. Различают болты грубой, нормальной, повышенной точности и высокопроч­ные. Болты грубой и нормальной точности изготавливают из уг­леродистых сталей и применяют для конструкций из сталей с пределом текучести до 380 МПа. Отверстия для постановки этих болтов продавливают или просверливают, они имеют диаметр на 2. 3 мм больше диаметра болта, что облегчает сборку кон­струкций, но делает соединение податливым. Зазор между отвер­стием и болтом повышенной точности составляет 0,3. 0,5 мм, и болты в этих соединениях сидят плотно, снижая податливость стыка.

Высокопрочные болты изготавливают в основном из легиро­ванных сталей с последующей термической обработкой. Высоко­прочные болты являются болтами нормальной точности. Их затя­гивают гайковертами с тарировочными устройствами, позволя­ющими контролировать усилие натяжения. Поверхности соеди­няемых элементов подвергают предварительной обработке.

Для соединения элементов из алюминиевых сплавов исполь­зуют стальные или алюминиевые болты нормальной и повышен­ной точности, а также высокопрочные стальные болты. Для пре­дотвращения электрохимической коррозии в зонах контакта алю­миния со стальными элементами последние оцинковывают или кадмируют.

Рис. 1. Схемы работы (а, б), размещение (в, г) и обозначение (д) болтов.

1 — плоскости среза; 2 — плоскости смятия стенок отверстий; 3 — постоянные болты в заводских и монтажных соединениях; 4 — высокопрочные болты; 5 — временные болты в монтажных соединениях.

Расчет болтов. Болты грубой, нормальной и по­вышенной точности рассчитывают на срез, смятие и растяжение.

При расчете на срез считают, что разрушение происходит по плоскости сдвига 1 (рис. 1, а), и усилие, воспринимаемое одним болтом, определяют по формуле.

При расчетах на смятие считают, что разрушение происходит из-за смятия металла стенок отверстий 2 (рис. 6.5, а), а расчет­ная формула выглядит следующим образом.

При расчетах на растяжение для одного болта (рис. 1, б.

В формулах приняты такие обозначения: R bs , R bp , R bt - рас­четные сопротивления болтовых соединений (на сдвиг металла болта, смятие металла отверстия, растяжение болта); А = ? d 2 /4 — расчетная площадь сечения болта; d — диаметр болта; А Ьп — площадь сечения болта нетто (за вычетом воз­можных ослаблений резьбой); n s —число возможных плоскостей среза одного болта; ?t — наименьшая суммарная толщина элементов, которые сминаются в одном направлении; ? b -- коэффициент условий работы болтового соединения.

Количество болтов в соединении определяют по формуле.

где у с — коэффициент условий работы болтового или заклепочного соединения; N — расчетная продольная сила в соединении; N min — наименьшее значение N одного болта.

Расчет соединений на высокопрочных болтах. Его выполняют, исходя из предположения, что усилие в стыке воспринимается силами трения между соединяемыми элементами, создаваемыми путем силовой затяжки гаек болта. Расчетное усилие, которое может воспринимать каждая поверхность трения соединяемых элементов, стянутых одним болтом.

где R bn — расчетное сопротивление растяжению металла высокопрочного болта; у b — коэффициент условий работы соединения, зависящий от числа болтов п (при n 10 — у ь = 1); А bn - - площадь поперечного сечения болта нетто; ? - коэффициент трения, определяемый по таблицам СНиП, в зависимости от способа регулиро­вания натяжения и обработки (очистки) соединяемых поверхностей; у п -- коэф­фициент надежности.

Усилие натяжения высокопрочного болта.

Число высокопрочных болтов, которые требуется разместить в сечении при действии продольной силы.

где k — число поверхностей трения соединяемых элементов.

Расчет соединяемых элементов на прочность проводят по пло­щади поперечного сечения нетто А п , ослабленного отверстиями для постановки болтов. Для соединения на высо­копрочных болтах считается, что половина усилия, приходяще­гося на каждый болт, в данном сечении узла передается за счет сил трения соприкасающихся поверхностей. При статической нагрузке, если ослабление менее 15 %, расчет ведут по площади сечения брутто, если более 15% — по условной площади А с = 1,18A bn.

Размещение болтов. Правила размещения всех видов болтов одинаковы. Болты располагают рядами, чтобы было удобно вести работу. Линии, проходящие по центрам болтов, называют рисками. Расстояния между болтами вдоль действующего усилия называются шагом, поперек усилия — до­рожкой (рис. 1, в). Применяется рядовое (рис. 1, в) и шах­матное (рис. 1, г) расположение болтов. Болты размещают в соответствии со следующими данными.

Расстояния в любом направлении между центрами болтов.

минимальное (для стали с R yn >2,5 d (3d) > 380 МПа — в скобках.

максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков 8 d или 12 t.

максимальное в средних, а также в крайних рядах при наличии окаймляю­щих уголков.

Расстояние от края элемента до центра бол­та.

минимальное вдоль усилия 2 d.

то же, поперек при кромках.

минимальное для высокопрочных болтов 1,3 d.

Примечание, d — диаметр болта или отверстия; t — толщина наиболее тонкого наружного элемента.

Условные обозначения болтов на строительных чертежах по­казаны на рисунке (1, д.

Опишите принципы конструирования.

узлов ферм из угловой стали и труб.

проиллюстрировать ответ чертежами.

Конструирование узлов фермы начинают с проведения осей элементов, сходящихся в узле. Ось любого элемента считается совпадающей с положением его центра тяжести, округленным до 5 мм (например, уголок 100 х 8, из сортамента Z 0 = 2,75 см, принимаем расстояние от обушка до оси 30 мм). Оси всех элементов, сходящихся в узле, должны пересекаться в одной точке — центре узла.

При изменении сечений поясов смещение осей может не учитываться, если оно не превышает 1,5 % высоты пояса. Внешние силы должны быть приложены к ферме в ее узлах. При отступлениях от этих правил в узлах возникают изгибающие моменты, которые необходимо учитывать.

Чтобы уменьшить концентрации напряжений в фасовках сварных ферм, необходимо между краями элементов решетки и пояса оставлять зазоры а = 6t фл —20 мм (но не более 80 мм), где t фл — толщина фасонки.

На рис. 1 приведены промежуточные узлы при опирании на фермы прогонов. При опирании железобетонных плит будут отсутствовать уголки для крепления прогонов, а вместо них (при малой толщине полок поясных уголков) приваривают опорные листы толщиной 10—12 мм.

Рис. 1. Средние узлы ферм.

Расчет прикреплений поясов к фасонкам. Возможны три случая.

I. Пояс проходит через узел не прерываясь. Очевидно, что в этом случае швы, прикрепляющие пояс к фасонке, должны рассчитываться на усилие N = N k+1 - N k (рис. 1, а), сдвигающее фасонку относительно пояса.

II. В узле к поясу примыкает только стойка. В этом случае N k+1 — N k = 0, прикрепление стойки к фасонке и фасонки к поясу рассчитывают на усилие в стойке N =N C (рис. 1, б.

III. В узле устраивается стык; заводской или монтажный (рис. 1, в). В этом случае конструктор обязан полноценно перекрыть стык.

Прикреплять фасонки к поясам лучше с двух сторон: со стороны обушка и со стороны пера. Для этого фасонки выпускают за обушки уголков на 15—20 мм. Но в узлах верхнего пояса выступающая вверх часть фасонки мешает установке прогонов или плит, поэтому в фасонке делают вырезы (см. рис. 1, а) и это место не заваривают. В фермах под легкую нагрузку можно верхний край фа-сопки устроить ровным, расположить его на 5—10 мм ниже обушка и приварить фасонку только к перу. Щель между уголками у обушков заполняют наплавленным металлом, но в расчет этот «шов» не принимают. При таком прикреплении в рабочем шве возникает дополнительный изгибающий момент. При расчете надо или учесть его, или снизить расчетное сопротивление шва па 20—25 %. Швы, прикрепляющие фасонки к поясам, работают слабо, и их обычно принимают высотой 4—6 мм.

Стыки поясов . Заводские стыки устраивают в фермах пролетом более 24 м из-за ограниченной длины проката (обычно прокатная длина уголков — до 13 м, более длинные можно заказать с большой доплатой). В стыке сечение пояса меняют на меньшее.

Стыки поясов можно размещать в узлах и в панели. Чаще их располагают в узлах, чтобы часть фасонки использовать в качестве стыковой накладки (см. рис. 1, в). Выступающие горизонтальные полки соединяемых уголков устраивают па одном уровне, что позволяет перекрыть их листовыми (или уголковыми) накладками. При этом возникает смещение центров тяжести поясов. Его можно не учитывать, если оно не превышает 1,5 % высоты пояса.

При пролетах более 18 м ради удобств транспортирования в середине пролета устраивают монтажный стык.

Желательно, чтобы обе полуфермы были полностью идентичны. Практика показала, что стыки — всегда слабое место любой конструкции, поэтому расчет их ведут на увеличенные усилия.

Расчет заводского стыка производят на основании следующих положений.

а) расчет ведется на предельные усилия (т. с. усилия, при которых напряжение в элементе равно расчетному сопротивлению), увеличенные на 20.

где ? i . A i — коэффициент продольного изгиба и площадь сечения i-го элемента пояса; R y — расчетное сопротивление пояса.

б) больший уголок заводят за центр узла на 400—500 мм, чтобы стык попал в панель с меньшим усилием. Перо меньшего уголка приваривают к фасонке швами, воспринимающими усилие (1—?) *N меньш . Эта часть усилия передается на фасонку.

в) горизонтальная накладка (и швы на ней) воспринимают оставшуюся часть усилия меньшего уголка N = ? N меньш.

г) после того, как стык меньшего уголка с большим надежно перекрыт, швы, прикрепляющие обушок большого уголка к «гребешкам» фасонки, можно рассчитывать на усилие N = ?(N больш - N меньш ). Швы у пера большего уголка можно не рассчитывать, так как их длина всегда получается больше необходимой.

Расчет монтажного стыка еще более условен. Приближенно его можно выполнять аналогично расчету заводского стыка. Идея стыка также заключается в том, что вертикальные полки уголков перекрываются фасонкой, а остальная часть усилия в стыкуемом поясе передается на горизонтальные накладки. Но здесь фасонка разрезана по центру узла, ее стык перекрывается двумя вертикальными накладками, толщина каждой должна быть не менее толщины фасонки, а высота равна удвоенной ширине полки поясного уголка. Усилие, действующее в монтажном стыке.

где S cos ? — горизонтальная проекция усилия в примыкающем к узлу раскосе.

Рис. 2. Опорные узлы ферм.

а – при шарнирном сопряжении ригеля с колонной.

б – при жестком сопряжении.

Конструкция опорного узла зависит от способа сопряжения фермы с колонной. При шарнирном опирании фермы на колонны конструкция опорного узла приведена на рис. 2, а, а при жестком сопряжении фермы с колоннами — на рис. 2, б. Вся опорная реакция передается через строганый торец опорного ребра толщиной 16—20 мм (выполненного в виде сварного тавра-фланца) на опорный столик колонны. Если фланец сделать толщиной 8—10 мы, а расстояние между болтами принять большим (b = 160. 200 мм), то сопряжение по рис. 1, б тоже можно считать шарнирным.

Связующие прокладки. В стержнях, сечение которых составлено из двух уголков (или двух каких-либо других профилей), должны быть поставлены связующие прокладки. Эти прокладки (их часто именуют «сухариками») предназначены для обеспечения совместной работы двух уголков как единого целого сечения. В сжатых элементах прокладки ставят на расстояниях, не превышающих 40i 1 . а в растянутых - -80i 1 (где i 1 — радиус инерции уголка или швеллера относительно оси, параллельной плоскости фасонки). При этом в сжатых элементах на длине, равной расчетной длине из плоскости фермы, необходимо ставить не менее двух прокладок.

Произвести подбор сечения главной прокатной балки междуэтажного перекрытия. Балка изготовлена из стали марки ВСт3пс 1-6. Коэффициент Y f =1.2; коэффициент надежности по назначению здания Y f =0,95.

Балку проверить на прочность и по деформации.

Рассчитать и определить размеры ребер жесткости.

Произвести конструирование балки, выполнить рабочие чертежи.

скачать dle 11.3
Комментарии

Добавить комментарий!