Кафедра строительного производства

Кафедра строительного производства

 

Реферат

по дисциплине «Металлические конструкции»

 

Группа:
Студент:	Вишневская В.С
Преподаватель:	Шафрай С.Д.

Новосибирск 2016

Содержание
1. Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию. Коэффициенты надежности по материалу, по нагрузке и условия работы конструкции. 1) Общая характеристика предельных состояний 2) Нагрузки и воздействия -Классификация нагрузок и воздействий. -Нормативные и расчетные нагрузки. (коэффициентом надежности по нагрузке γƒ) -Сочетания нагрузок. 3) Нормативные и расчетные сопротивления Учитывают коэффициентом надежности по материалу γm. 4) Предельные состояния металлических конструкций и определение усилий в их элементах
2. Подбор сечения составной балки.
3. Выбор очертания ферм.

 

 

Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию.

Коэффициенты надежности по материалу, по нагрузке и условия работы конструкции.

Общая характеристика предельных состояний

 

Цель расчета строительных конструкций - обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальном расходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.

В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:

первой группы - по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций;

второй группы - по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

 

Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде

N≤Ф,

где N - усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий); Ф-предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Предельные состояния первой группы, ведущие к полному прекращению эксплуатации и (или) обрушению конструкций, не должны быть нарушены ни разу за весь срок службы сооружения, т.е. усилие N следует рассматривать как максимальное за весь период эксплуатации, а несущую способность элемента Ф - как минимально возможную.

Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями, также можно записать предельное неравенство:

ƒ ≤ [ƒ],

где ƒ - перемещение конструкции (функция нагрузок): [ ƒ] - предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения).

Предельные состояния второй группы, ведущие к нарушению нормальной эксплуатации, можно рассматривать как более мягкие. Поэтому расчет по второй группе предельных состояний следует выполнять на нагрузки, возникающие в процессе нормальной эксплуатации, без учета экстремальных ситуаций, приводящих к превышению этих нагрузок.

В общем случае работа конструкций и переход их в предельное состояние зависят от нагрузок, свойств материала и условий работы. Рассмотрим раздельно учет этих факторов при расчете конструкции по предельным состояниям.

 

Нагрузки и воздействия

В процессе эксплуатации конструкции подвергаются различным нагрузкам и воздействиям.

Работа конструкции, а следовательно, и особенности ее расчета во многом зависят от природы, характера и продолжительности воздействий. Так, при взрыве следует учитывать влияние скорости нагружения на свойства материала; при воздействии низких температур - повышенную опасность хрупкого разрушения; при продолжительном воздействии - ползучесть материала.

Классификация нагрузок и воздействий. По своей природе нагрузки и воздействия подразделяют на:

- нагрузки от собственного веса конструкций;

- технологические нагрузки (вес оборудования, складируемых материалов, людей, давление жидкостей, газов, сыпучих материалов и т.д.);

- атмосферные нагрузки (снег, ветер, гололед);

- температурные (технологические и климатические) воздействия;

- монтажные нагрузки;

- сейсмические и взрывные воздействия;

- аварийные нагрузки, возникающие при резком нарушении технологического процесса, поломках оборудования, обрывах проводов линий электропередачи и т.д.

Все эти нагрузки и воздействия вызывают в конструкциях усилия и перемещения и могут быть отнесены к прямым воздействиям. Кроме них на конструкции могут влиять биологические (гниение), химические (коррозия), радиационные и другие воздействия. Эти воздействия приводят к изменению свойств материала (снижению ударной вязкости при радиационном воздействии), меняют параметры работы элементов (уменьшение толщины элементов, повышение концентрации напряжений при коррозии) и в итоге влияют на несущую способность и долговечность конструкций. Такие воздействия называют косвенными.

Под характером воздействия будем понимать скорость и частоту приложения нагрузок. По этому признаку нагрузки подразделяют на статические, динамические и переменные многократно повторяющиеся.

При статических нагрузках скорость нагружения равна нулю или настолько мала, что вызываемые ими инерционные силы в расчете можно не учитывать и использовать методы статики сооружений.

При динамических нагрузках скорость нагружения высока и вызываемые ими инерционные силы необходимо учитывать при расчете конструкций. В этих случаях используются методы динамики сооружений. Нормы на проектирование стальных конструкций допускают учитывать влияние динамического характера нагрузок путем умножения статической нагрузки на коэффициент динамичности, устанавливаемый на основании теоретических или экспериментальных исследований.

При воздействии переменных многократно повторяющихся нагрузок в конструкциях могут возникнуть усталостные разрушения. В этом случае конструкции необходимо проверить на выносливость.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки в свою очередь подразделяют на длительные, кратковременные и особые.

Нормативные и расчетные нагрузки.

Основные положения по расчету устанавливают два значения нагрузок: нормативные и расчетные.

Нагрузки, отвечающие условиям нормальной эксплуатации, называют нормативными. Их величину устанавливают в нормах проектирования…

Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую пли меньшую) сторону от их нормативных значений как вследствие естественной изменчивости нагрузок, так и отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается коэффициентом надежности по нагрузке γ_ƒ. Значение этого коэффициента зависит от характера нагрузки и степени ее изменчивости. Так, нагрузки от собственного веса металлических конструкции могут отклоняться от нормативной в достаточно узких пределах (за счет допусков на размеры сечении, точности резки и т.п.), поэтому для этой нагрузки γ_ƒ = 1,05.Снеговая же нагрузка меняется в весьма широких пределах и для нее коэффициент надежности по нагрузке достигает 1,6.

Значения коэффициентов надежности но нагрузке определяют на основании статистической обработки результатов наблюдений, экспериментальных исследований или устанавливают на основании опыта проектирования.

Умножая нормативные значения нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке, получают,i>расчетные нагрузки

F = F_nγ_ƒ; q = qsub>nγ_ƒ,

где F_n, q_n - нормативные нагрузки.

Расчетные нагрузки представляют собой наибольшие в вероятностном смысле нагрузки и воздействия за время эксплуатации сооружения и имеют высокую обеспеченность. Для большинства расчетных нагрузок обеспеченность превышает 0,99.

Следует подчеркнуть, что коэффициенты надежности по нагрузке учитывают только изменчивость нагрузки и возможность превышения ею нормативных значений.

Сочетания нагрузок. Как правило, на сооружение действует не одна, а несколько нагрузок. При расчете конструкций необходимо выбрать наиболее неблагоприятное их сочетание, позволяющее получить в каждом элементе максимальное из возможных усилие. Однако вероятность одновременного воздействия на сооружение всех возможных расчетных нагрузок очень мала. Поэтому в нормах на проектирование установлены две категории расчетных сочетаний нагрузок:

- основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

- особые сочетания, включающие кроме постоянных, длительных и кратковременных нагрузок одну из особых нагрузок.

Расчет удобно проводить на каждую нагрузку отдельно, а затем определять наиболее неблагоприятное сочетаний усилий.

Зависимость

Зависимость ширины верхнего пояса балки от толщины полки.

Местная устойчивость выступающей части пояса будет обеспечена, если последняя не превышает 15 толщин для стали опр. марки и 12,5 толщины для стали НЛ.
Отсюда вытекает конструктивное требование, чтобы полная ширина пояса удовлетворяла соотношениям:

Для обеспечения общей устойчивости балки против выгиба ее в горизонтальной плоскости также необходима минимальная ширина пояса, при которой устойчивость обеспечена и не требуется введения в расчетную формулу коэффициента φб (смотрите Общая устойчивость). Эта минимальная ширина определяется отношением свободной длины пояса между горизонтальными закреплениями (связями) к его ширине, которое не должно превышать значений, приведенных в таблице.
Наибольшие отношения свободной длины сжатого пояса к его ширине, при которых нет необходимости в проверке общей устойчивости балок двутаврового сечения

Марка стали	Наибольшие отношения l/b при нагрузке
по верхнему канту	по нижнему канту
Ст. 0 — Ст. 4
Ст. 5, НЛ1
НЛ2

Ширину пояса менее 180 мм по конструктивным соображениям принимать не следует.
Толщину пояса назначают в пределах от 8 до 40 мм, но не меньше толщины стенки. Приварка толстых листов (толщиной больше 30 мм) вызывает иногда производственные трудности вследствие большой сопротивляемости таких листов поперечной усадке швов (фигура Деформация элементов при сварке, а), из-за чего в швах развиваются значительные внутренние растягивающие напряжения. Приварка толстых листов должна производиться электродами марки Э42А, которые дают более пластичный наплавленный металл; при этом толщина шва назначается минимально необходимой.

К подбору сечения сварной балки

Ширину пояса следует назначать кратной 10 мм, а толщину — кратной 2 мм.
После подбора сечения вычисляется его фактический момент сопротивления W и производится поверка прочности балки и стенки по формулам:

и

Здесь М и Q — максимальные расчетные момент и поперечная сила;
W = J/h/2 — момент сопротивления балки;
h — высота всей балки;
J_б — момент инерции всей балки относительно нейтральной оси х — х;

где J_ст — момент инерции стенки относительно нейтральной оси;
J_п — момент инерции поясов относительной нейтральной оси х — х;
J₀ — момент инерции одного пояса относительно собственной оси х₀ — х₀, которым обычно пренебрегают;
h_ст — высота стенки;
α — расстояние от центра тяжести пояса до нейтральной оси;

— статический момент полусечения относительно нейтральной оси. Сварные разрезные балки постоянного сечения, закрепленные от потери общей устойчивости и несущие статическую нагрузку, рассчитываются с учетом развития в них пластических деформаций в соответствии с указаниями, приведенными в разделе Работа стали при изгибе и кручении, при условии, что отношение ширины сжатого пояса к его толщине b/δ_п ≤ 20.

Пример 5. Требуется подобрать сечение сварной балки по данным примера 4; пролет l = 12 м и нагрузка q = 21,13 т. Расчетный момент М = 382 тм.

Максимальная расчетная поперечная сила Q = ql/2 = (21.13 * 12)/2 = 127 m.

Требуемый момент сопротивления

В примере 4 размеры балки приняты: h = 1500 мм и δст = 12 мм.

Решение. Определяем требуемую площадь сечения пояса по формуле (27. VI), считая h_сг = 146 см и толщину поясов по 2 см:

Принимаем сечение пояса 480 X 20 мм с F_п = 96 см². Производим проверку сечения на прочность.

Сечение пояса

Для этого предварительно определяем момент инерции балки по формуле (30. VI)

Момент сопротивления

Напряжение

 

Проверяем прочность стенки на срез у опоры, для чего предварительно определяем статический момент полусечения

Касательное напряжение

При несимметричном сечении балок предварительно определяют центр тяжести намеченного сечения, через который проходит нейтральная ось. Координата центра тяжести от середины листа нижнего пояса α₂определяется по формуле

Все обозначения показаны на фигуре.

Выбор очертания ферм.

Фермы различаются как по очертанию поясов, так и по виду решетки. По очертанию поясов фермы бывают с параллельными поясами, трапецоидальные, полигональные и треугольного очертания.
Выбор очертания поясов зависит от назначения ферм, от материала кровли, от системы водоотвода, а также и от экономических соображений. В промышленных сооружениях при рулонной кровле наибольшее распространение получили стропильные фермы полигонального очертания.

Типы ферм

 

Неизменяемость фермы при любой нагрузке достигается устройством решетки, образующей систему треугольников. Решетку фермы называют раскосной, если она образована непpepывным зигзагом раскосов и стоек, причем все раскосы одной половины фермы направлены в одну сторону. Решетку называют треугольной, если зигзаг образован одними раскосами, направленными попеременно в разные стороны.
Чаще всего применяют треугольную решетку с дополнительными стойками, поскольку общая длина ее зигзага и число узлов меньше, чем у раскосной решетки, а дополнительные стойки уменьшают панель фермы. В этой системе стойки не нужны для создания неизменяемости фермы. Генеральными размерами фермы являются ее пролет и высота. Оптимальная высота в середине пролета полигональной фермы определяется условиями минимума веса, требуемой жесткости (прогибом), а также возможностью рациональной транспортировки.
Минимум веса таких ферм получается примерно при равенстве веса поясов и веса решетки (с фасонками), что имеет место при отношении высоты фермы к ее пролету h/l ≈ 1/8. Такая высота ферм вполне удовлетворяет требуемой жесткости (прогибы получаются меньше 1/250 l)

Для перевозки по железной дороге требуется габарит конструкции: по вертикали — не более 3,8 м; по горизонтали — 3,2 м.

Пролеты стропильных ферм промышленных цехов в целях стандартизации унифицированы и, как правило, принимаются до 18 м кратными 3 м, а для больших пролетов — кратными 6 м, т. е. 18, 24, 30 и 36 м. Отступления от этих размеров допускаются при специальном обосновании. В целях экономии металла малые пролеты (до 18 — 24 м) рекомендуется перекрывать железобетонными несущими конструкциями.

Для упрощения изготовления и проектирования унифицированные фермы должны иметь стандартную геометрическую схему для разных пролетов. Пример унифицированных схем стропильных ферм промышленных зданий показан на фигуре. Длина панели в унифицированных фермах принята равной 3 м.

Унифицированные схемы стропильных ферм

Унифицированные схемы стропильных ферм промышленных зданий:
а — двускатные фермы; б — односкатные фермы.

Высоту h₀ на опоре фермы рационально принимать одинаковой для ферм различных пролетов. Это позволяет стандартизировать детали креплений, что способствует удешевлению изготовления конструкций.
Наивыгоднейший угол наклона раскосов к нижнему поясу в треугольной решетке составляет 45 — 50° (в раскосной решетке 35 — 50°).
Направление первого опорного раскоса, определяющее всю систему решетки, может быть восходящим (как показано на фигуре) или нисходящим. И то и другое решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. В практике проектирования промышленных зданий для стропильных ферм чаще применяется восходящий опорный раскос.
При таком решении надежнее обеспечивается жесткость цеха при работе фермы как ригеля рамы; конструктивно лучше решаются опорный узел и расположение связей; в случае опирания ферм на железобетонные колонны такая схема фермы с расположением опорного узла внизу является наиболее естественной.
Нисходящий раскос со своей стороны имеет монтажное преимущество, заключающееся в том, что опорная точка располагается выше центра тяжести фермы.

Кафедра строительного производства

 

Реферат

по дисциплине «Металлические конструкции»

 

Группа:
Студент:	Вишневская В.С
Преподаватель:	Шафрай С.Д.

Новосибирск 2016

Содержание
1. Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию. Коэффициенты надежности по материалу, по нагрузке и условия работы конструкции. 1) Общая характеристика предельных состояний 2) Нагрузки и воздействия -Классификация нагрузок и воздействий. -Нормативные и расчетные нагрузки. (коэффициентом надежности по нагрузке γƒ) -Сочетания нагрузок. 3) Нормативные и расчетные сопротивления Учитывают коэффициентом надежности по материалу γm. 4) Предельные состояния металлических конструкций и определение усилий в их элементах
2. Подбор сечения составной балки.
3. Выбор очертания ферм.

 

 

Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию.