Коэффициент безопасности по материалам

Механические свойства металла проходят проверку в металлургических заводах с помощью выборочных испытаний, поэтому в полнее вероятно попадание в конструкции материала с нижеприведенными свойствами, установленные ГОСТом.

Контроль механических свойств металла происходит на малых образцах во время одноосного растяжения, но фактически металл работает в большеразмерных конструкциях во время сложного напряженного состояния.

Коэффициент безопасности по материалам учитывает воздействия всех этих факторов по снижению несущей способности конструкции.

Установить падение механических свойств против нормативных значений возможно в результате обработки статистических данных заводских испытаний стали, а работу стали в конструкциях – в результате исследования.

По итогу анализов кривых распределения испытаний стали можно определить коэффициент безопасности для назначения расчетного сопротивления стали по пределу текучести.

В результате установления расчетного со­противления по пределу текучести значения коэффициента k_м = 1,1 - 1,2 для стали классов С 38/23 - С 60/45.

Коэффициент безопасности по материалу принимается повышенным, если идет назначение расчетного сопротивления по временному сопротивлению.

Предположим, что произошли непредвиденные обстоятельства, после чего напряжения в конструкции достигли значения предела текучести, вследствие произошедшего растянутые и изгибаемые элементы стали получать повышенные деформации, но они не придут в негодность, но если напряжения сравняется с временным сопротивлением, то будет разрыв элемента, что никак нельзя допустить. В связи с этим коэффициент безопасности по материалу для расчетного сопротивления для стали классов С 46/33 и С 52/40 равняется 1,5, для 60/45 - С 85/75 = 1,6, а для С 38/23 - С 44/29 = 1,45.

 

 

9) Работа и расчет на устойчивость центрально сжатых стержней.

Поведение стержня под нагрузкой характеризуется графиком (рис.2.4,б), где вначале с ростом нагрузки стержень сохраняет прямолинейную форму, с дальнейшим ростом нагрузки, когда стержень теряет свою устойчивость и начинает выпучиваться. Последующий (небольшой) рост внешней нагрузки сопровождается быстрым увеличением поперечного прогиба f. После достижения максимальной нагрузки – второй критической силы - стержень теряет несущую способность (неустойчивое состояние).

Устойчивое состояние может быть при и (точки 1 и 2). Однако при стержень может находиться в устойчивом состоянии (точка 2) и неустойчивом (точка 3) при одинаковой сжимающей силе.

Критическое состояние может быть при и при (точки и ).

 

Рис.2.4. Работа центрально-сжатого стержня:

а – расчетная схема; б – зависимость между нагрузкой и прогибом стержня

На практике гибкость центрально сжатых стержней (колонн, элементов ферм, рам и т.д.) составляет примерно половину указанных предельных.

В приведенной классической схеме, в которой предполагается, что в момент потери устойчивости нагрузка остается постоянной, тогда на выпуклой стороне стержня происходит разгрузка и материал начинает работать по упругому закону. Однако, если деформация сжатия в процессе продольного изгиба растет или остается постоянной в каждой точке сечения стержня, т.е. разгрузки не происходит, то все сечение находится в пластическом состоянии, характеризуемом касательным модулем деформации .

В этом случае критическое напряжение в пластической области будет В строительных конструкциях встречаются обе схемы работы сжатых стержней. Например, сжатые элементы статически неопределимых систем (ферм, рам) теряют устойчивость по классической схеме - с разгрузкой. В момент потери устойчивости происходит перераспределение усилий между элементами. В колоннах, работающих по статически определимой схеме, будет реализовываться вторая схема – без разгрузки.

До сих пор рассматривался идеально прямой стержень с нагрузкой, приложенной строго по оси. Однако в практике такого не существует. Конструктивное оформление концов сжатых стержней не обеспечивает идеальную центровку, поэтому эти факторы учитываются введением в расчет эквивалентного эксцентриситета сжимающей силы “ ”. Он зависит от гибкости и с ростом ее возрастает. В практических расчетах пользуются , т.е. со случайным эксцентриситетом. Тогда , где - коэффициент устойчивости или его еще называют коэффициентом предельного изгиба при центральном сжатии.

В нормах на проектирование даются формулы и соответствующие таблицы для определения .

10) Работа и расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато изогнутых стержней.

При одновременном действии на стержень осевой силы и изгибающего момента (вызванного внецентренным приложением нагрузки ) несущая способность его определяется размерами поперечного сечения и предельной прочностью материала.

В упругой стадии работы материала напряжения в поперечном сечении стержня могут быть представлены в виде суммы напряжений от центрального сжатия и от изгиба .

Основы расчета на устойчивость внецентренно сжатых и сжато - изогнутых стержней.

Потеря несущей способности длинных гибких стержней при одновременном действии сжимающей силы и изгибающего момента происходит от потери устойчивости. При этом соответствующее состояние равновесия можно определить так же, как для центрального сжатия, а именно - устойчивое состояние; - неустойчивое состояние; - критическое состояние (где и - приращение работ внешних и внутренних сил).

Внецентренно сжатые стержни реальных металлических конструкций теряют устойчивость при развитии пластических деформаций.

Критическая сила зависит от эксцентриситета “e”. На практике удобнее пользоваться безразмерным относительным эксцентриситетом m=e/ρ, где ρ=W/A - ядровое расстояние со стороны наиболее сжатой фибры стержня.

Формула проверки устойчивости внецентренно сжатого стержня будет

N / (Aφ_e) R_y γ_c

Для обеспечения устойчивости внецентренно сжатых (сжато-изогнутых) стержней целесообразно с целью экономии металла развивать сечение в направлении эксцентриситета. Например, как показано на рис.2.6. При этом возрастает опасность потери устойчивости стержня в перпендикулярном направлении – относительно оси “y”. В связи с этим в формулу проверки устойчивости относительно оси “ y ” вводится пониженный коэффициент с.

N / cφ_yA γ_cR_y

где с =N_cr.M/N_cr =φ_y.M/φ_y; φ_y.N_cr –соответственно коэффициент устойчивости и критическая сила при центральном сжатии; N_cr.M. φ_y.M – критическая сила и соответствующий коэффициент устойчивости центрального сжатия относительно оси “y” при наличии момента в перпендикулярной плоскости.Коэффициент “c” зависит ототносительного эксцентриситета m_x=e/ρ_x. формы поперечного сечения стержня и гибкости λy.

Рис.2.6. Наиболее рациональное положение двутаврового сечения при внецентренном сжатии стержней

 

12) Работа и расчет стыковых сварных соединений.

При проектировании сварных соединений необходимо учитывать их неоднородность, определяемую концентрацией напряжений, изменением механических характеристик металла и наличием остаточного и напряженно-деформированного состояния.

Хорошо сваренные встык соединения имеют небольшую концентрацию напряжений от внешних сил, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатии зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва. Разделка кромок соединяемых элементов не влияет на статическую прочность соединения и может не учитываться.

Сварной шов в начале и конце, насыщен дефектами (в силу неустановившегося теплового режима сварки), поэтому начало и конец шва следует выводить на технологические планки, после окончания сварки и остывания шва эти планки удаляются. В случае невозможности вывести концевые участки шва на технологические планки расчетная длина шва будет меньше его фактической длины.

С помощью угловых швов выполняются различные виды соединений в металлических конструкциях: тавровые, в угол, внахлест.

Соединения внахлестку выполняются угловыми швами; они могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва начинается с конца и происходит как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления, особенно если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия достаточно равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва, вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой, особенно, напряжения велики в корне шва Разрушение лобовых швов происходит так же как фланговых по одному из двух сечений (металлу шва или по металлу сплавления).

Расчет:

При расчете сварных соединений необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная) и сварочные материалы, соответствующие основному материалу конструкции.

Расчет стыковых сварных соединений при действии осевой силы , проходящей через центр тяжести соединения, выполняют по формуле . Отсюда

где - наименьшая из толщин соединяемых элементов; - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на , или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка (например, на технологические планки); - расчетное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести (см.СНиП II-23-81*, прил.5); - коэффициент условия работы.

При отсутствии физических методов контроля расчетное сопротивление металла сварного соединения по нормам составляет .

При действии сдвигающей силы Q на стыковой шов, в шве возникают срезывающие напряжения .

Расчетное сопротивление при сдвиге соединения , где - расчетное сопротивление основного металла на сдвиг.

Если расчетное сопротивление металла шва в стыковом соединении меньше расчетного сопротивления основного металла, проверку выполняют по сечению металла шва.

Сварные стыковые соединения, выполненные без применения физических методов контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении шва нормальных напряжений и , действующих по взаимнперпендикулярным направлениям «Х» и «У» и касательных напряжений следует проверять по формуле:

Расчетная площадь сечения шва при разрушении по металлу шва равна , при разрушении по металлу границы сплавления A_wz = _z k_f l_w

Расчетным является сечение по металлу границы сплавления. В этом случае расчетная длина шва .

Если , то расчетным сечением является сечение по металлу шва и напряжение

Если , то проверка прочности соединения выполняется по металлу границы сплавления, тогда: ,

где - усилие проходящее через центр тяжести соединения; - расчетная длина шва в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом 1 см; и - коэффициенты, принимаемые по табл.4.3 и учитывающие проплавление металла при сварке.

 

14) Составные балки. Компоновка и подбор сечения.

Балки составного сечения применяют в случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, общей устойчивости, т. е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах, а также если они экономичнее. Основные типы сечений составных балок показаны на рис. 4, в, г.

Рис. 5. Сечения балок

а - прокатные, б - прессованные, в - сварные, г - клепаные и болтовые

Составные балки применяют, как правило, сварными. Сварные балки экономичнее клепаных. Их сечение обычно состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок, которые сваривают на заводе автоматической сваркой. Для балок под тяжелую подвижную нагрузку (большие подкрановые балки) иногда применяют клепаные балки, состоящие из вертикальной стенки, поясных уголков и одного - трех горизонтальных листов. Клепаные балки тяжелее сварных и более трудоемки в изготовлении, но их применение оправдывают благоприятная работа под большими динамическими и вибрационными нагрузками, а также относительная легкость образования мощных поясов.

Для экономии материала в составных балках изменяют сечения по длине в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Упругопластическая работа материала в таких балках допускается с теми же ограничениями, что и для прокатных балок.

Задача компоновки сечений составных балок варианта, и от ее правильного решения во многом зависят экономичность и технологичность балок. Начинать компоновку сечения надо с определения высоты балки, от которой зависят все остальные параметры балок.

 

 

13) Работа и расчет болтовых соединений.

Работа на сдвиг является основным видом работы большинства соединений, причем в разных соединениях она имеет свои особенности.

В соединениях на болтах с неконтролируемой силой затяжки гайки грубой, нормальной и повышенной точности, силы стягивания пакета болтами, а следовательно, и развивающиеся силы трения между соединяемыми элементами при действии сдвигающих сил на соединение неопределенны и в большинстве случаев недостаточны для полного восприятия этих сдвигающих сил. Работу такого соединения можно разбить на четыре этапа. На 1-м этапе, пока силы трения между соединяемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдвигающих усилий и работают только на растяжение, все соединение работает упруго. Так работают сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. При увеличении внешней сдвигающей силы силы внутреннего трения оказываются преодоленными и наступает 2-й этап - сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта. На 3-м этапе сдвигающее усилие в основном передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стержень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, так как головка и гайка препятствуют свободному изгибу стержня. Постепенно плотность соединения расстраивается, силы трения уменьшаются и соединение переходит в 4-й этап работы, характеризующийся его упругопластической работой. Разрушение соединения происходит от среза болта, смятия и выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

Работа эта сильно осложнена неправильностью формы болта и стенки отверстия, поэтому расчет соединения носит условный характер.

Различают также работу одноболтового и многоболтового соединения. В многоболтовом соединении эти же неправильности формы болта и отверстия, а также возможные зазоры между болтом и отверстием неизбежно приводят к неравномерной работе отдельных болтов соединения, что учитывают соответствующим назначением коэффициента условий работы соединения.

Расчет ведут исходя из возможного вида разрушения соединения по срезу болта при толстых соединяемых листах или по смятию поверхности отверстия при тонких листах:

а) расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу:

(6.1)

Число болтов n в соединении при действии сдвигающей силы N, приложенной к центру тяжести соединения, определяют, предполагая работу всех болтов одинаковой

(6.2)

Расчет самих соединяемых элементов на прочность ведут с учетом ослабления сечения отверстиями по площади нетто Лит, но с допущением упругопластической работы материала соединяемых элементов, учитываемой коэффициентом условий работы. Он принимается: для сплошных балок, колонн и стыковых накладок 1,1, для стержневых конструкций покрытий и перекрытий 1,05 и учитывается одновременно с коэффициентом условий работы всей конструкции;

в) в соединениях на высокопрочных болтах с контролируемой силой натяжения болта (сдвигоустойчивых, фрикционных) силы стягивания соединяемых элементов болтами настолько велики, что при действии сдвигающих сил возникающие в соединении силы трения полностью воспринимают эти сдвигающие силы и все соединение работает упруго.

Решающее значение в работе такого соединения имеют сила натяжения болта (равная расчетному усилию болта на растяжение) и качество поверхностей трения. Расчетное сдвигающее усилие, которое может быть воспринято в соединении элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, может быть определено по формуле:

 

Аналогично формуле (6.2) необходимое для передачи сдвигающей силы число болтов n в соединении находят, считая распределение силы между болтами равномерным:

 

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: