Работа стали при повторных нагрузках.

В упругой стадии повторное загружение не отражается на работе материала, т.к. упругие деформации обратимы. При переходе материала в упругопластическую стадию повторная нагрузка ведет к увеличению пластических деформаций в результате необратимых искажений структуры металла. При достаточно большом перерыве упругие свойства материала восстанавливаются и достигают предела предыдущего цикла. Это повышение упругих свойств называется наклепом. Наклеп связан со старением и искажением атомной решетки кристаллов и закреплением ее в новом деформированном положении. При повторных загружениях в пределах наклепа материал работает как упругий; металл становится более жестким.

Наклепанная сталь более склонна к хрупкому разрушению; поэтому этим свойством в стальных конструкциях не пользуются. При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости металла – понижение его прочности. Предел прочности металла при многократном нагружении называется пределом усталостной прочности (выносливости). Испытания на выносливость стальных конструкций производятся на базе 2*10⁶ циклов нагрузки.

Алюминиевые сплавы. В строительстве применяют сплавы в виде листов и профилей. Листы изготовляют прокаткой, а профили - путем прессования на мощных горизонтальных прессах.

В соответствии с ГОСТом 21631-76 листы прокатываются толщиной 0.5…10.5 мм, шириной 1000…2000 мм и длиной до 7000 мм. При проектировании конструкций из алюминиевых сплавов необходимо пользоваться современными сортаментами стандартных профилей / 6, 9 /. Соединения элементов и конструкций из алюминиевых сплавов осуществляются сваркой, на заклепках, на болтах, клеем, пайкой, а также комбинированными способами (клеесварные, клееболтовые).

Области применения алюминиевых сплавов:

- конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции (плиты, панели, блоки) в покрытиях зданий средних и больших пролетов;

- несущие конструкции для эксплуатации в агрессивных средах;

- конструкции зданий и сооружений, возводимых в отдаленных и труднодоступных районах;

- сборно-разборные конструкции для районов Крайнего Севера;

- емкости для хранения жидкостей и газов при низких температурах;

- витражи, двери, переплеты, подвесные потолки.

При проектировании конструкций из алюминиевых сплавов необходимо учитывать особенности этого материала, его свойства. Не следует копировать решения, характерные для стальных конструкций.

Конструкции из алюминиевых сплавов требуют особого внимания по обеспечению общей и местной устойчивости элементов конструкций, повышению их жесткости.

 

Лекция№ 2. Тема: "Основные положения метода расчета металлических конструкций по предельным состояниям " – 2ч.

 

Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям впервые был разработан и введен в практику проектирования в 1955 году в СССР.

Предельным состоянием конструкции называют такое ее состояние, при котором конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при возведении. В предельном состоянии нормально эксплуатировать конструкцию без проведения ремонта или усиления становится невозможным в следствии

исчерпания ее несущей способности или появления чрезмерных деформаций.

Предельное состояние конструкции является условным понятием в зависимости от требований, предъявляемых к конструкции, условий работы и пр. Поэтому для одной и той же конструкции возможно несколько предельных состояний в зависимости от назначения конструкции, условий ее работы, марки стали.

Введем понятие «несущая способность» соединения, элемента, конструкции. Несущая способность – предельное усилие, которое может воспринять соединение, элемент, конструкция при соблюдении заданных условий эксплуатации и необходимой прочности. Необходимо различать фактическую несущую способность и расчетную несущую способность, которая ниже фактической. В ряде случаев расчетная несущая способность и определяет момент перехода в предельное состояние соединения, элемента, конструкции.

В других случаях предельное состояние определяется чрезмерными остаточными деформациями, прогибами, осадками опор, углами поворота (искажением), колебаниями.

Все виды предельных состояний объединены в две группы:

- предельные состояния первой группы наступают в случае нарушения нормальных условий эксплуатации (при перегрузках). При этом конструкция находится на грани разрушения или приходит к полной непригодности для эксплуатации. Происходит потеря несущей способности (хрупкое, вязкое или усталостное разрушение, потеря местной или общей устойчивости, переход в изменяемую систему), а также возможно нарушение геометрической формы (чрезмерные остаточные деформации вследствие текучести, сдвиги в соединениях);

- предельные состояния второй группы проявляются при нормальных условиях эксплуатации (при перегрузках). При этом конструкция остается пригодной к эксплуатации, но затруднена нормальная эксплуатация (деформации и перемещения, углы поворота – выше нормы).

Нормальная эксплуатация осуществляется без ограничений в соответствии с технологическими или бытовыми условиями, предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование.

Расчет конструкций должен гарантировать их от возможности наступления каждого из предельных состояний. Такая гарантия обеспечивается учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материала, с учетом наиболее невыгодного (но реального) сочетания нагрузок, учетом условий и особенностей действительной работы конструкций, надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок для расчета.

Различают нормативное и расчетное значение нагрузки.

Расчетные нагрузки – возможные наибольшие нагрузки за время эксплуатации конструкции, определяемые умножением нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке g_f.

Р=Р^Н×g_f (2.1)

Нормативные нагрузки отвечают условиям нормальной эксплуатации конструкции и определяются по нормам проектирования и ТУ.

Коэффициент надежности по нагрузке учитывает возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную сторону.

Нагрузки:

1) постоянные (вес конструкций, давление грунта, преднапряжение);

2) временные (длительные) (вертикальное давление кранов, снеговая, вес стационарного оборудования, жидкостей, давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях, нагрузки на перекрытия в складских помещениях, библиотеках, архивах и т.д.);

3) кратковременные (от мостовых кранов, снег, ветер, гололед, температурные климатические воздействия и др.);

4) особые (сейсмические и взрывные, от неравномерной осадки оснований, аварийные).

Одновременное появление наибольших значений нескольких нагрузок маловероятно, чем появление наибольшего появления одной. Поэтому, чем больше учитывается нагрузок, тем меньше вероятность появления наибольшего значения нагрузок в этом сочетании.

Предусмотрены следующие сочетания нагрузок:

1) основные сочетания: все постоянные нагрузки, одна временная (длительная или кратковременная), величина которой принимается без снижения; если учитывать две и более кратковременные нагрузки, то последние вводят в расчет с коэффициентом сочетаний j₂=0.9; если две и более длительные нагрузки - j₁=0.95;

2) особые сочетания: нагрузки основного сочетания и одна из особых (наиболее характерная). При этом кратковременные нагрузки учитывают с коэффициентом сочетаний j₂=0.8; длительные j₁=0.95. Особая нагрузка принимается без снижения.

Расчетная несущая способность является функцией геометрических характеристик сечения, свойств металла, условий работы. Фактическая несущая способность строительных сталей характеризуется максимальным значением напряжений и определяется величиной временного сопротивления . Достижение напряжениями значения предела текучести сопровождается в сталях развитием значительных деформаций (особенно в малоуглеродистых и низколегированных сталях), что в итоге приводит к возникновению в конструкциях чрезмерных остаточных деформаций, приводящих в полную непригодность конструкцию к эксплуатации. Следовательно, основными параметрами сопротивления стали силовым воздействиям являются и . В качестве нормативного сопротивления стали внешним воздействиям принимают величины, обеспеченность которых должна быть не менее 0.95 – и .

Исследования показывают высокую обеспеченность нормативных сопротивлений профильной стали марок Ст3сп и Ст3пс. Обеспеченность составляет 0.999. Что позволило повысить значения нормативных сопротивлений, приведенных в СниПе П-23-81^*. Возможные отклонения сопротивлений стали в неблагоприятную сторону от их нормативных значений учитываются коэффициентами надежности по материалу

g_m=1.025…1.15.

Расчетные сопротивления стали растяжению, сжатию и изгибу определяются путем деления нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу:

по пределу текучести , (2.2)

по временному сопротивлению , (2.3)

Расчетное сопротивление на сдвиг R_s= ; Например, для стали марки ВСт3пс6:

R_y=220¸270 МПа,

Ru=345¸370 МПа.

Расчетная несущая способность включает в себя также коэффициент условий работы конструкций g_с, коэффициент надежности по значению g_n, и др. коэффициенты.

Коэффициент условий работы учитывает особенности действительной работы элементов конструкций и их соединений, имеющих систематический характер.

Коэффициенты надежности учитывают назначение, степень ответственности и капитальности здания или сооружения. Расчетные сопротивления делят на коэффициент надежности.

Для второй группы предельных состояний условие недопущения наступления предельных состояний:

d£d_пр/g_п, (2.4)

где -упругая деформация конструкции от нормативных нагрузок;

d_пр - предельное значение величины упругой деформации;

g_п – коэффициент надежности.