Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc

Совершенствование существующих конструкций, в первую очередь, обеспечивается применением сталей повышенной и высокой прочности, использованием наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей.

Стали повышенной и высокой прочности получают путем легирования и термической обработки, что увеличивает их стоимость. Однако увеличение стоимости отстает от роста прочности металла.

В растянутых элементах и системах повышение прочности реализуется прямым путем (чем выше прочность, тем меньше размеры сечения элемента, воспринимающего одно и то же усилие): требуемая площадь A = N/R_y.

Для сжатых элементов, для которых основным предельным состояниям является потеря устойчивости, повышение прочности стали вступает в противоречие с гибкостью элемента: требуемая площадь A = N/(φR_y).

При увеличении прочности размеры сечения элемента A, воспринимающие усилие N, должны уменьшаться, и, как следствие, уменьшаться радиус инерции i. При этом гибкость λ = l_ef/i увеличивается, а коэффициент продольного изгиба φ, принимаемый по гибкости, уменьшается, что, в свою очередь, приводит к увеличению требуемой площади сечения.

Наибольший эффект от применения высокопрочных сталей может быть получен в сжатых элементах с ограниченной гибкостью до 50 – 60. Особенно целесообразно применение этих сталей в большепролетных и тяжелонагруженных конструкциях, так как для восприятия больших усилий требуются сечения элементов значительных размеров, обладающих большой жесткостью.

Следует отметить, что снижение веса конструкций косвенно сказывается на уменьшении размеров нижерасположенных конструкций (стены, колонны, фундаменты и т.п.), воспринимающих нагрузку от собственного веса, а также при транспортировании и монтаже наиболее легких конструкций.

Мерой эффективности профиля для изгибаемых элементов является ядровое расстояние , а для сжатых – удельный радиус инерции .

Чем выше характеристики момента сопротивления Wи радиуса инерции iпри одинаковом расходе металла (площадь сечения Aодинакова для всех сечений), тем выгоднее сечение балки как конструкции, работающей на изгиб, а колонны, работающей на сжатие.

---

Для получения высоких характеристик ρ и i материал по сечению необходимо располагать на максимальном удалении от центра тяжести (табл.1.1).

Наиболее эффективным сечением для балок, изгибаемых в одной плоскости (относительно x-x) является двутавровое сечение, а для элементов, работающих на осевое сжатие, – трубы круглого, квадратного и прямоугольного сечений.

Одним из видов эффективных гнутых профилей в кровлях применяяется профилированный настил, обладающий значительной поперечной жесткостью, в то же время у стального листа толщиной до 1 мм, из которого выполнен настил, жесткость для работы на поперечный изгиб практически отсутствует.

Таблица 1.1

Сравнительная оценка жесткости изгибаемого элемента

при различной компоновке сечения

(условно стенка в двутавре исключена)

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   44

---

---

1.3. Методика расчета металлических конструкций

по предельным состояниям

1. 
   Общая характеристика предельных состояний
   

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по методу предельных состояний. Основные положения его должны быть направлены на обеспечение безотказной работы конструкций с учетом изменчивости свойств материалов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности (народнохозяйственной значимости) проектируемых объектов, определяемой материальным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности.

Предельными являются такие состояния, при которых конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ (возведении).

Под нормальной эксплуатацией понимается эксплуатация, осуществляемая (без ограничений) в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технологическими или бытовыми условиями.

Нормами проектирования в соответствии с характером предъявляемых к конструкции требований установлены две группы предельных состояний.

Первая группа включает в себя состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций (зданий и сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом вследствие разрушения любого характера (вязкого, хрупкого, усталостного), потери устойчивости формы, потери устойчивости положения, перехода конструкции или здания (сооружения) в геометрически изменяемую систему (механизм), качественного изменения конфигурации в результате чрезмерного развития пластических деформаций, сдвигов в соединениях и др. Неразрушимость конструкций должна быть обеспечена на всем протяжении их работы, поэтому расчет конструкций по несущей способности производится на максимальное воздействие расчетных нагрузок.

Вторая группа включает предельные состояния

---

, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок опор, углов поворота), колебаний, трещин и т.п. (при эксплуатации металлических конструкций трещины недопустимы). При расчете конструкций или их элементов по второй группе предельных состояний перемещения и деформации определяют от максимальных нагрузок нормальной эксплуатации.

Расчет конструкций по предельным состояниям направлен на предотвращение достижения любого из предельных состояний при возведении здания или сооружения в течение всего срока его службы.

Расчет по первому предельному состоянию выражается неравенством

N £ S,

где S– наибольшее возможное расчетное усилие в элементе конструкции или конструкции в целом от суммы всех расчетных нагрузок и других воздействий;

Ф – минимальная несущая способность (предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент конструкций), являющаяся функцией геометрических размеров элемента, прочностных характеристик материала и условий работы.

Граничное условие второй группы предельных состояний

f£f_u,

где f– перемещение конструкции или ее элемента от максимальных нагрузок нормальной эксплуатации;

f_u– предельное перемещение, допустимое по условиям нормальной эксплуатации (зависит от назначения конструкции и устанавливается строительными нормами и правилами).

2. 
   Нагрузки и воздействия
   

Несущие конструкции зданий и сооружений воспринимают различные виды нагрузок, обеспечивая передачу силовых потоков от мест приложения нагрузок к фундаментам, при этом конструкция должна соответствовать эксплуатационным требованиям.

Классификация нагрузок и воздействий с точки зрения их влияния на работу конструкций представлена на рис. 1.4.


Нагрузки




По природе происхождения

По продолжительности действия

По характеру изменения

во времени

По интенсивности

---

длительные

кратковременные

особые

Рис. 1.4. Классификация нагрузок

По природе происхождения существуют следующие нагрузки: от собственного веса конструкций и грунтов; полезные и сопутствующие (от оборудования, людей, животных, складируемых материалов и изделий, мостовых и подвесных кранов, отложений производственной пыли, и т.п.); атмосферные (от напора ветра, веса снега и гололеда); монтажные; аварийные; а также температурные (технологические и климатические), сейсмические и взрывные воздействия;.

Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, т.е. максимальные значения, отвечающие нормальной эксплуатации: g_n – равномерно распределенные по площади; q_n – погонные; F_n – сосредоточенные).

Нормативные значения нагрузок, обычно принимаемых равномерно распределенными по площади, определяют по СНиП «Нагрузки и воздействия» [7], техническому заданию на проектирование, справочным данным:

– для нагрузок от собственного веса – по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности с учетом имеющихся данных предприятий-изготовителей об ожидаемой массе конструкции (например, нагрузки от веса покрытия находят по толщине слоев – рулонного ковра, стяжки утеплителя, пароизоляции, несущей плиты и др.) и средней плотности материалов;

---