Расчет элементов стальных конструкций на выносливость

(СНиП II -23-81)

9.1. Стальные конструкции и их элементы (подкрановые балки, балки рабочих площадок, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, конструкции под двигатели и др.), 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.

Количество циклов нагружений следует принимать по технологическим требованиям эксплуатации.

Конструкции высоких сооружений типа антенн, дымовых труб, мачт, башен и подъемно-транспортных сооружений, проверяемые на резонанс от действия ветра, следует проверять расчетом на выносливость.

Расчет конструкций на выносливость следует производить на действие нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.

9.2. Расчет на выносливость следует производить по формуле

                                                                                                       (115)

где R_v - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл. 32 в зависимости от временного сопротивления стали и групп элементов конструкций, приведенных в табл. 83;

α – коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений n и вычисляемый:

        при n < 3,9·10⁶ по формулам:

        для групп элементов 1 и 2

                                                                       (116)

       для групп элементов 3 – 8

                                                                        (117)

       при n ≥ 3,9·10⁶  α =0,77;

γ _v – коэффициент, определяемый по табл. 33 в зависимости от вида напряженного состояния коэффициента асимметрии напряжений / ; здесь σ_max и σ_min – соответственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов φ, φ_e, φ _b. При разнозначных напряжениях коэф­фициент асимметрии напряжений сле­дует принимать со знаком «минус». При расчетах на выносливость по формуле (115) произведение aR_vy_v не должно превышать R_u /γ _u.

Таблица 32*

 

Группы элементов	Значения R, при временном сопротивлении стали разрыву R un, МПа (кгс/см^2)
	до 420 (4300)	св. 420 (4300) до 440 (4500)	св. 440 (4500) до 520(5300)	св.520 (5300) до 580(5900)	св. 580 (5900) до 635 (6500)
1 2	120(1220) 100(1020)	128(1300) 106(1080)	132(1350) 108(1100)	136(1390) 110(1120)	145(1480) 116(1180)
3456788	Для всех марок стали    90(920) Тоже                  75(765) »                       60(610) »                       45(460) »                       36(370)  »                        27(275)

 

 

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ РАСЧЕТА НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

И С УЧЕТОМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

 

Таблица 83

Группы элементов и соединений при расчете на выносливость

№ п.п.	Схема элемента и расположение расчетного сечения	Характеристика элемента	Группа элемента
1		Основной металл с прокатными или обработанными механическим путем кромками. То же, с кромками, обрезанными машинной газовой резкой	1     2
2		Основной металл с обработанными механическим путем кромками, при разной ширине и радиусе пе­рехода r, мм: 200    10	1 2
3		Основной металл в соединениях на      высокопрочных болтах	1
4		Основной металл в болтовом (болты класса точ­ности А) соединении в сечениях по отверстию: а) при парных накладках                                       6) при односторонних накладках	4 5
5		Переход и закругление (класс чистоты газовой резки 1 или фрезеровка) при a ≥ 72°, г≥0,5 b	2
6		Фасонки прямоугольной формы, приваренные встык или в тавр к элементам конструкций без механической обработки перехода от фасонки к эле­менту	7

 

 

Продолжение табл. 83

№ п.п.	Схема элемента и расположение расчетного сечения	Характеристика элемента	Группа элемента
7		Фасонки, приваренные встык или в тавр к стенкам и поясам балок, а также к элементам ферм при а ≤ 45°	4
8		Фасовки прямоугольной или трапециевидной формы, приваренные к поясам балок внахлестку с об­варкой по контуру нахлестки без механической обработки швов	7
9		Стыковой необработанный шов; нагрузка перпен­дикулярна сварному шву; стыкуемые элементы одинаковой ширины и толщины	2
10		Стыковой необработанный шов; стыкуемые эле­менты разной ширины или разной толщины	5
11		Основной металл в месте перехода к стыковому шву со снятым механическим способом усилием шва: при стыковании элементов одинаковой тол­щины и ширины то же, разной толщины и ширины	2   3
12		Стыковой шов, выполненный на подкладном лис­те; нагрузка перпендикулярна сварному шву	4
13		Стыковой шов труб, выполненный на подкладном кольце	4

 

 

Продолжение табл. 83

№ п.п.	Схема элемента и расположение расчетного сечения	Характеристика элемента	Группа элемента
14		Соединение встык прокатных профилей	4
15		Сварные сечения двутаврового, таврового и дру­гих типов, сваренные непрерывными продольны­ми швами при действии усилия вдоль оси шва	2
16		Элемент со вспомогательным элементом, прикреп­ленным продольными швами, при а: до 45° 90°	4 7
17		Обрыв поясного листа без механической обработки поперечного(лобового) шва	7
18		Основной металл с поперечным швом; сварной шов двусторонний с плавным переходом к основ­ному металлу	4
19		Основной металл растянутых поясов балок и эле­ментов ферм вблизи диафрагм и ребер, приварен­ных угловыми швами	5
20		Основной металл в месте перехода к поперечно­му (лобовому) угловому шву	6
21		Основной металл в соединениях с фланговыми швами (в местах перехода от элемента к концам фланговых швов): а) с двойными фланговыми швами б) с фланговыми и лобовыми швами в) при передаче усилия через основной ме-­ талл г) щеки анкеров для крепления стальных ка­- натов	8 7 7   8

 

Продолжение табл. 83

№ п.п.	Схема элемента и расположение расчетного сечения	Характеристика элемента	Группа элемента
22		Основной металл трубы растянутого раскоса при отношении толщины к наружному диаметру трубы пояса:        tm/dm≥ 1/14 1/20≤ tm/dm< 1/14	7   8
23		Основной металл трубы растянутого раскоса при отношении диаметров раскоса и пояса dd/ dm = 0,4—0,7 и отношении толщины к наружному диа­метру трубы пояса:                                 tm/ dm≥ 1/14                1/20≤ tm/ dm< 1/14                1/35≤ tm/ dm< 1/20	6 7   8

 

 

                                                                                            Таблица 33

Формулы для вычисления коэффициента γ_v

σmax	Коэффициент асимметрии напряжений ρ	Формулы для вычисления коэффициента γv
Растяжение	-1 ≤ ρ ≤ 0 0 < ρ ≤ 0,8 0,8 < ρ < 1	γv = 2,5/(1,5- ρ) γv = 2,0/ (1,2 – ρ) γv = 1,0/ (1 – ρ)
Сжатие	-1 ≤ ρ < 1	γv = 2,0/ (1 – ρ)

 

9.3. Стальные конструкции и их элементы, непосредственно воспринимающие нагрузки с количеством циклов нагружений менее 10⁵, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и в необходимых случаях проверять расчетом на малоцикловую прочность.