Сечения элементов конструкции должны быть такими, чтобы в течение всего срока эксплуатации была исключена возможность разрушения и возникновения недопустимо больших деформаций конструкции при одновременном требовании экономии материала. Необходимые размеры сечений элементов конструкции определяются из расчетов на прочность, жесткость и устойчивость.
Расчет на прочность сводится к требованию, чтобы наибольшие напряжения в элементе конструкции (нормальные, касательные либо определенная комбинация этих напряжений) не превосходили некоторой допустимой для данного материала величины.
Расчет на жесткость сводится к требованию, чтобы наибольшие перемещения (удлинения стержней, прогибы, осадки опор) не превышали некоторых допустимых величин.
В этом параграфе ограничимся кратким изложением методов расчета на прочность. Расчеты на жесткость и устойчивость подробно рассматриваются в следующих главах.
Существуют три метода расчета на прочность:
- 1) метод допускаемых напряжений;
- 2) метод предельных состояний;
- 3) метод разрушающих нагрузок.
Рассмотрим все три метода.
КАКУЮ ПРОГРАММУ ВЫБРАТЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ
1. Метод допускаемых напряжений. Этот метод применяется при расчете машиностроительных конструкций. До пускаемым называется наибольшее напряжение, при котором элемент конструкции будет работать длительное время без опасности его разрушения. Допускаемое напряжение [о] определяется делением опасного напряжения о0 на коэффициент запаса прочности п > 1:
Для элементов конструкций, изготовленных из материалов, обладающих свойствами пластичности, за опасное напряжение принимается предел текучести при растяжении или сжатии о^, так как при достижении этих напряжений могут возникнуть недопустимо большие остаточные деформации.
Для элементов конструкций, изготовленных из хрупких материалов, за опасные напряжения принимаются временное сопротивление (предел прочности) при растяжении или сжатии так как при достижении этих напряжений происходит разрушение. Таким образом, для пластичных материалов допускаемые напряжения при растяжении и сжатии определяются по формулам
где пт — коэффициент запаса по пределу текучести.
Для материалов с выраженными пластическими свойствами и
Для хрупких материалов
где пв — коэффициент запаса по временному сопротивлению.
Необходимость введения коэффициента запаса обусловлена рядом обстоятельств: невозможностью точно определить величины и характер действующих нагрузок; разбросом свойств материалов (особенно неоднородных) и недостаточной точностью их определения; невозможностью учета всех неблагоприятных условий эксплуатации сооружения; неточностью изготовления и монтажа конструкции; неточностью методов расчета; назначением и степенью ответственности конструкции.
Общие принципы расчета элементов конструкций
Величины коэффициентов запаса и допускаемых напряжений устанавливаются нормами проектирования и изменяются в пределах: пт = 1,5-5-2,5; пв = 2,5+5. Очевидно, что коэффициент запаса пв должен быть больше, чем /?т, так как появление в элементе конструкции напряжений, равных от, еще не приводит его к разрушению. Ориентировочные величины допускаемых напряжений для некоторых материалов, применяемых в машиностроении, приведены в табл. 3.4.
Допускаемые напряжения, МПа
при растяжении t a p]
Сталь машиностроительная (конструкционная) углеродистая
Сталь машиностроительная (конструкционная) легированная
Чугун серый в отливках
Сосна вдоль волокон
Сосна поперек волокон
Условие прочности при расчете по методу допускаемых напряжений сводится к требованию, чтобы наибольшие растягивающие 6 и наибольшие по абсолютной величине сжимающие ас нб напряжения в элементе конструкции не превышали допускаемых напряжений:
Если материал одинаково сопротивляется растяжению и сжатию, то производится проверка прочности по наибольшему по абсолютной величине напряжению:
В некоторых случаях, например для деталей машин, работающих на кручение, для элементов соединений, работающих на сдвиг (заклепки, сварные швы, деревянные шпонки и т.п.), решающее значение для прочности имеют касательные напряжения. Условие прочности по касательным напряжениям записывается в виде
где [т] — допускаемое касательное напряжение. Для пластичных материалов принимается [т] = 0,6 [а.
Сечение стержня, в котором действует наибольшее напряжение, называется опасным сечением.
При центральном растяжении и сжатии в опасных сечениях стержня должны выполняться условия прочности, которые с учетом формул (3.36) и (3.37) можно представить в виде
В этих формулах продольные силы принимаются по абсолютной величине.
2. Метод предельных состояний. Этот метод применяется при расчете строительных конструкций.
Предельным называется такое состояние конструкции, при котором становится невозможной ее дальнейшая нормальная эксплуатация.
В строительных нормах и правилах (СНиП) установлены три группы предельных состояний.
Первая группа предельных состояний определяется потерей несущей способности — прочности или устойчивости.
Вторая группа предельных состояний определяется возникновением чрезмерно больших деформаций или колебаний сооружения.
Третья группа предельных состояний определяется образованием и развитием трещин и других повреждений.
В этом параграфе рассматривается расчет на прочность по первой группе предельных состояний.
При расчете на прочность по допускаемым напряжениям вводится один общий коэффициент запаса. Расчет на прочность по первой группе предельных состояний отличается более гибким подходом к назначению необходимого запаса прочности. При этом вместо одного коэффициента запаса вводятся несколько коэффициентов.
Коэффициент надежности по нагрузке у^. С помощью этого коэффициента учитывается возможное увеличение нагрузки по сравнению с ее нормативным значением Рц, приведенным в СНиП. Расчет на прочность производится на действия расчетных нагрузок Рр, значения которых определяются по формуле
Для постоянных нагрузок (например, собственный вес) коэффициент jj. = 1,05+1,3. Для временных нагрузок у^ = 1,05+1,4. Например, для снеговой и ветровой нагрузок принимается ^ = 1,4.
Коэффициент надежности по материалу ут. С помощью этого коэффициента учитывается возможное уменьшение нормативного сопротивления RH материала конструкции по сравнению с данными испытаний на образцах. Для пластичных материалов за нормативное сопротивление принимается предел текучести RH = ат, для хрупких — временное сопротивление RH = ав. Для стальных конструкций величина ут принимается в пределах 1,025 + 1,15.
Величина
называется расчетным сопротивлением материала. Для строительных сталей эта величина определяется по формуле
и называется расчетным сопротивлением по пределу текучести.
Значения расчетных сопротивлений для некоторых материалов приведены в табл. 3.5. Более полные сведения приведены в соответствующих разделах СНиП.
При расчетах на прочность вводится также коэффициент условий работы у, зависящий от вида конструкции и особенностей ее работы. Величина ус изменяется в пределах 0,75+1,0.
Условия прочности при расчете по первой группе предельных состояний сводятся к требованию, чтобы наибольшие растягивающие напряжения о” 6 и наибольшие по абсолютной величине сжимающие напряжения ас нб от действия расчетных нагрузок не превышали величин расчетных сопротивлений при растяжении Rp и сжатии Rc, умноженных на коэффициент условий работы у;.
Если материал одинаково сопротивляется растяжению и сжатию, то производится проверка прочности по наибольшему по абсолютной величине напряжению:
Условие прочности по касательным напряжениям записывается в виде
где Rs — расчетное сопротивление материала при сдвиге. Для пластичных материалов Rs ~ 0,6/?.
Расчетное сопротивление, МПа
при растяжении Rp
Прокат стали марок: ВСтЗкп
12Г2СМФ (термически упрочненная легированная)
Алюминиевые сплавы, термически упрочненные
Чугун серый марки СЧ
При центральном растяжении и сжатии в опасных сечениях стержня должны выполняться условия прочности, которые по аналогии с (3.39) и (3.40) можно представить в виде
где, как и в формулах (3.39) и (3.40), продольные силы принимаются по абсолютной величине.
При расчете элементов конструкций, работающих на центральное растяжение и сжатие, решаются задачи трех типов: 1) проверка прочности; 2) подбор сечения; 3) определение несущей способности (грузоподъемности) стержня или стержневой системы.
Рассмотрим решение этих задач на простых примерах.
Решение первой задачи сводится к проверке выполнения условий прочности при заданных нагрузке, форме, размерах сечений и свойствах материала.
Проверим прочность чугунного стержня (рис. 3.29, а), центрально нагруженного двумя сосредоточенными силами Рх = 100 кН и Р2 = 600 кН. Нижняя часть стержня имеет постоянное по длине квадратное сечение 60 х 60 мм. Верхняя часть имеет форму усеченного конуса. Диаметр верхнего сечения d = 40 мм, нижнего — d2 = 50 мм.
Допускаемые напряжения чугуна при растяжении [ор] = 80 МПа и сжатии [ос] = 150 МПа.
На рис. 3.29, б приведена эпюра продольных сил. Для верхней части опасным является сечение 1 — 1, в котором действует растягивающая продольная сила 7Ур=100кН, а площадь сечения Fl = к • 2 2 = 12,56 см 2 . По первой из формул (3.39) проверяем прочность по растягивающим напряжениям:
В нижней, сжатой части продольная сила по абсолютной величине равна Nc = 500 кН и все сечения равноопасны; Р2 = 6 6 = 36 см 2 . По второй из формул (3.39) проверяем прочность по сжимающим напряжениям:
Таким образом, условия прочности выполняются.
Решение второй задачи сводится к определению размеров сечения заданной формы при заданных нагрузках и свойствах материала.
Балка АВ (рис. 3.30) шарнирно оперта в точке А и поддерживается стержнем CD, шарнирно прикрепленным к балке в точке D и к опоре в точке С. Балка нагружена на конце силой Р, нормативное значение которой Рц = 200 кН. Коэффициент надежности по нагрузке yf = 1,2, коэффициент условий работы ус = 0,9. Материал стержня — строительная сталь марки ВСтЗпс 6-1 с расчетным сопротивлением по пределу текучести R = 240 МПа. Требуется подобрать сечение стержня в виде двух равнобоких уголков.
По формуле (3.41) определим расчетное значение нагрузки:
Из уравнения равновесия X МА = Na — Рр2а = 0 находим усилие в стержне:
Из условия прочности по первой группе предельных состояний (3.48) определяем требуемую площадь сечения стержня:
По сортаменту прокатных профилей «Сталь прокатная угловая равнополочная» (по ГОСТ 8509 — 72) принимаем сечение 21_ 80 х 8. Площадь сечения двух уголков F= 2 ? 12,3 = 24,6 см 2 .
При решении третьей задачи по определению грузоподъемности стержня или стержневой системы находится нагрузка, при действии которой напряжения в опасном сечении в зависимости от метода расчета равны допускаемым напряжениям или расчетному сопротивлению материала, умноженному на коэффициент условий работы.
В качестве примера определим грузоподъемность статически неопределимой стержневой системы (см. рис. 3.9), рассмотренной в § 3.4, при следующих исходных данных: все три стержня выполнены из двух равнобоких уголков 21_ 80 х 8, имеющих площадь сечения F= 2 • 12,3 = 24,6 см 2 ; материал — сталь с расчетным сопротивлением R = 210 МПа; коэффициент условий работы ус = 1; угол наклона крайних стержней к вертикали а = 30°.
Поделив найденные усилия N, Nv N3 на площади поперечных сечений стержней, определим напряжения:
Из этих формул видно, что напряжения в среднем стержне больше, чем в крайних. Приравняв о (2) величине уcR, определим грузоподъемность стержневой системы:
3. Метод разрушающих нагрузок. Для конструкции, изготовленной из материала с достаточно протяженной площадкой текучести, за разрушающую принимается нагрузка, при которой в ее элементах возникают значительные пластические деформации. При этом конструкция становится неспособной воспринимать дальнейшее увеличение нагрузки.
Для конструкции, изготовленной из хрупкого материала, за разрушающую принимается нагрузка, при которой хотя бы в одном из ее элементов возникают напряжения, равные пределу прочности ов.
Для стержня ступенчато-постоянного сечения (рис. 3.31) за разрушающую нагрузку в случае пластичного материала следует принять Рразр = oTFp а в случае хрупкого материала — Рразр = aBFV
Для статически определимой стержневой системы (рис. 3.32) усилия в стержнях определяются из уравнений равновесия узла С: N = N2 = /y2cosoc. Разрушающей будет нагрузка, при которой напряжения в стержне АС, имеющем меньшую площадь сечения F, равны ат в случае пластичного материала и ав — в случае хрупкого материала. В первом случае Рразр = 2 aTF cos а, во втором — Рразр = = 2oBi r 1cosa.
В статически неопределимой стержневой системе возникновение напряжений, равных пределу текучести в наиболее напряженном стержне, еще не означает, что система непригодна для дальнейшей работы. Возможно дальнейшее увеличение нагрузки за счет того, что не все стержни одновременно переходят в пластическое состояние. Так, если стержневую систему (см. рис. 3.9), изготовленную из материала, следующего диаграмме идеальной пластичности Прандтля (см. рис. 3.17), нагружать постепенно возрастающей силой Р, то сначала напряжения, равные от, возникнут только в наиболее нагруженном среднем стержне.
Возникновение пластических деформаций в среднем стержне не означает его разрушение. Согласно диаграмме Прандтля напряжения, а следовательно, и усилия в этом стержне остаются постоянными (а = от; N2 = N 2t = otF) и стержень воспринимает часть нагрузки. Дальнейший рост нагрузки будет восприниматься системой до тех пор, пока напряжения в крайних стержнях не достигнут предела текучести от.
Разрушение наступит тогда, когда и в этих стержнях возникнут напряжения, равные от. В этом состоянии усилия во всех стержнях равны Л^1т = N2j = N3j = arFи разрушающая нагрузка определяется из уравнения равновесия:
Если та же система изготовлена из хрупкого материала, то разрушающей нагрузке соответствует возникновение напряжений, равных пределу прочности ов в среднем стержне.
Определив величину разрушающей нагрузки, можно установить грузоподъемность стержня или стержневой системы по формуле
где [Р] — допускаемая нагрузка и п — коэффициент запаса прочности, принимаемый на основе тех же соображений, что и в методе допускаемых напряжений.
Источник: studref.com
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ МНОГОЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ЗДАНИЯ
При выполнении данной работы мною были разработаны несколько возможных расчетных схем каркаса железобетонного здания. Выполнен расчет на прочность фундаментов и оснований, колонн, плит перекрытий, балок перекрытия. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния каркаса, рассчитаны усилия, напряжения и деформации в элементах каркаса. После были подобраны оптимальные сечения несущих элементов, что позволило снизить стоимость строительства при обеспечении требуемой прочности и надежности здания.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ СВАЙНО-РОСТВЕРКОВОГО ФУНДАМЕНТА
10 — ЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА
Данный заказ бы интересен тем, что пришлось провести проверку недавно построенного фундамента и 10-ти этажного дома на нем. Причиной того, что Заказчик (крупная строительная организация) обратился с просьбой проверить несущую способность конструкций фундамента, стала ошибка строителей на стадии монтажа.
По результатам расчетов были даны рекомендации по устранению ошибок строителей и усилению ростверка фундамента. После выполненных мероприятий конструкции здание удовлетворяет всем условиям прочности, жесткости и устойчивости.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
Расчет стропильных ферм торгового комплекса выполнялся на действие следующих видов нагрузок: собственного веса, веса кровли, снеговой и ветровой нагрузки.
Целью расчета является обеспечение прочности, жесткости и устойчивости фермы. Подбор оптимальных сечений производился после определения усилий во всех элементах фермы. Для экономии материала верхний, нижний пояса, раскосы и стойки ферм выполнены разными поперечными сечениями.
Это решение помогло уменьшить вес металла почти в 2 раза по сравнение с первоначальным вариантом и соответственно снизило стоимость при обеспечении условий прочности, жесткости и устойчивости.
Помимо расчета усилий и напряжений в стержневых элементах фермы были рассчитаны сварные соединения поясов, раскосов и стоек.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ ЛЕСТНИЦЫ ИЗ ЗАКАЛЕННОГО СТЕКЛА
Расчет на прочность лестниц и их элементов (косоуров, ступеней, ограждений) необходим также, как и для любой другой строительной конструкции. Этот проект стал интересным для меня тем, что ступени и ограждение лестницы по желанию Заказчика было необходимо сделать прозрачными из закаленного стекла.
Была проведена большая работа по анализу, определению усилий и напряжений в элементах лестницы.
Пришлось решить задачу определения напряжений в местах их концентраций там, где стекло крепится к стальным втулкам и другим элементам. Задача была поставлена и с успехом выполнена.
Многие годы лестница радует Заказчика и его посетителей.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЛЬНЫХ КАРКАСОВ АНГАРОВ СКЛАДОВ, ГАРАЖЕЙ, ТОРГОВЫХ ПАВИЛЬОНОВ
В данных работах стояла задача выполнить расчет на прочность стальных балок перекрытия, колонн и ферм каркаса здания.
В расчетах учтены нагрузки от собственного веса конструкций, снеговая, ветровая нагрузки, нагрузка от людей и оборудования. В этих работах представлен подбор оптимальных экономичных и прочных поперечных сечений балок и колонн.
Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния каркаса промышленного здания.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЛЬНОГО КАРКАСА АНГАРА ЦЕХА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ КОЗЬЕГО МОЛОКА РАЗМЕРАМИ 60000х24000 ММ
Были рассчитаны стойки, балки, стропильные фермы пролетом 24 м, а также выполнен расчет на прочность узлов соединений колонн и фундаментов, колонн и стропильных ферм.
В результате подобраны оптимальные размеры сечений элементов каркаса и снижена стоимость строительства при обеспечении условий прочности.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЛЬНОГО КУПОЛА ДИАМЕТРОМ 18000 ММ
Расчет куполов зданий и сооружений таит в себе целый ряд особенностей. Расчеты таких конструкций всегда несут интерес и возможность оптимизации. При проектировании данной конструкции при учете ветровой и снеговой нагрузок, распределенных по куполу в соответствии со схемами СП «Нагрузки и воздействия», мне удалось оптимизировать «ребра» купола и запроектировать их с переменным сечением, что позволило почти в 1,5 раза снизить металлоемкость конструкций и существенно снизить стоимость материалов и монтажа здания для Заказчика.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЛЬНОГО КАРКАСА БОЛЬШОГО ЦЕХА ПРОЛЕТОМ 36000 ММ
В данной работе стояла задача выполнить поверочный расчет на прочность, т.е. определить проходят ли запроектированные ранее конструкции по условиям прочности, жесткости и устойчивости.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ БОЛЬШОГО НАВЕСА ИЗ ЗАКАЛЕННОГО СТЕКЛА НА СТАЛЬНЫХ ПОДВЕСАХ — ВАНТАХ
Проект входных групп, как и любой конструкции, требуют инженерного анализа и расчета на прочность.
Работа над данным заказом был интересна тем, что, во-первых, это навес из закаленного стекла.
Во-вторых, впечатляют размеры навеса — 16х9 м. Огромный навес! Навес по требованию заказчика был устроен с малым уклоном.
А это означает наличие больших снеговых нагрузок.
Если выполнить нетрудные вычисления и определить площадь навеса, получится 16 м х 9 м = 144 м2. Теперь определим суммарный вес снеговой нагрузки, которую должен выдержать навес (для г. Челябинска): 144 х 180 кг/м2 = 25920 кг . Это вес легкого танка. Не привожу здесь учет собственного веса конструкций и ветровой нагрузки, которая также оказывает свое существенное влияние.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ КОЗЫРЬКА ИЗ ЗАКАЛЕННОГО СТЕКЛА НА СТАЛЬНЫХ ПОДВЕСАХ — ВАНТАХ
Был выполнен расчет стеклянного полотна из закаленного стекла, подобраны поперечные сечения вант, выполнены расчеты анкерного крепления вант в стену.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ БЛОК — КОНТЕЙНЕРА РАЗМЕРАМИ 12000х3000х3400 ММ
В данном проекте передо мной стояла задача выполнить расчет каркаса стального блок-контейнера, который должен монтироваться в нагруженном газовым оборудованием виде с «начинкой».
Во-первых, был выполнен расчет на эксплуатационную нагрузку от собственного веса, веса оборудования, снеговой и ветровой нагрузок.
Во-вторых, был выполнен расчет на монтажные динамические воздействия.
В результате подобраны оптимальные поперечные сечения блок-контейнера, снижен его вес, обеспечена прочность при эксплуатации на севере и на монтажные нагрузки.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ ДЛЯ МИКРОРАЙОНА 3 — ЭТАЖНЫХ ТАУНХАУСОВ
В этом проекте был выполнен комплекс расчетов всех несущих конструкций.
Интересно то, что, как часто бывает, ко мне обращаются выполнить расчет после того, как уже разработан проект или здание построено. Т.е. нарушена последовательность. Данный случай не стал исключением. Заказчик основываясь на своем опыте и интуиции, обратился ко мне, чтобы выполнить поверочный расчет.
По результатам расчетов было определено, что фермы не удовлетворяют условиям прочности. Несущая способность была исчерпана более, чем в 2 раза, что грозило обрушением ферм при нагружении их снеговой нагрузкой на нескольких таунхаусах.
Были даны рекомендации по усилению ферм, после чего проект был скорректирован и фермы благополучно смонтированы и работают.
В большинстве случаев при расчете каркасов железобетонных зданий возникает необходимость учитывать геометрическую. физическую и конструктивную нелинейность.
Иными словами, требуется нелинейный расчет здания.
Что же в самом простом случае подразумевает понятие нелинейный расчет и нелинейность?
Конструктивная нелинейность, например, возникает, когда в системе присутствуют элементы (ванты, оттяжки, односторонние связи), работающие только на растяжение и не воспринимающие сжатие, связи малой жесткости и т.д.
Например, оттяжка мачты при действии ветра в направлении к ней выключается из работы, и наоборот при противоположном направлении ветра в ней включается в работу и воспринимает растягивающие усилия.
Расчет на прочность мачт на оттяжках невозможен в линейной постановке. Поэтому всегда требуется нелинейный расчет мачт на оттяжках.
Конструктивная нелинейность может также возникать при отказе отдельных конструкций. Например, при расчете статически неопределимой фермы, можно прогнозировать поведение системы в случае, если один или несколько элементов решетки выйдут из строя.
Геометрическая нелинейность должна учитываться в расчетах на прочность и жесткость в случаях, когда перемещения конструкции существенно изменяют ее геометрию. Вследствие чего требуется составлять новые уравнения равновесия с учетом новой измененной формы и размеров конструкции.
Иными словами, требуется расчет по деформированной схеме.
В упрощенном виде этот эффект можно описать на примере расчета высотного многоэтажного здания, которое вследствие ветровых статических или динамических нагрузок получает существенные горизонтальные приращения.
Это приводит к отклонению центров тяжести и вызывает дополнительный изгибающий момент.
Поэтому при расчете многоэтажного здания требуется учет геометрической нелинейности, производящийся последовательно, поэтапно, итерациями.
Физическая нелинейность может быть объяснена на самом простом примере.
Если рассматривать диаграмму, например, растяжения-сжатия малоуглеродистой стали, становится очевидным, что существует несколько стадий работы материала. Упрощенно это можно описать так: на первом этапе материал показывает прямую зависимость между напряжениями и деформациями до предела пропорциональности.
Другими словами, на этой стадии материал показывает упругие свойства в соответствии с законом Гука.
На втором этапе после перехода через точку предела пропорциональности и точку предела текучести начинается увеличение деформаций без увеличения напряжений.
Т.е. нагрузка остается прежней, а деформации растут. Этот участок на диаграмме называется площадкой текучести.
Материал как бы «течет», показывает пластические свойства.
Учет физической нелинейности чаще всего требуется при определении несущей способности балок, плит перекрытия, стропильных конструкций, как стальных, так и железобетонных каркасов зданий.
При расчете рамы, колонны, стойки зданий требуется пристальное внимание уделять вопросам устойчивости.
Например, колонны, стойки, подверженные действию сжимающей силы, приложенной центрально или внецентренно, испытывают сжатие или сжатие с изгибом. И требуется расчет колонн на устойчивость, расчет по деформированной схеме.
Всегда нужно детально подходить к прочностному расчету каркасов любых зданий и сооружений, будь то промышленные здания, гражданские здания, многоэтажки, высотки, каркасы, склады, павильоны, тенты.
Расчет с учетом нелинейностей позволит дать более точную картину напряжений, определить перемещения конструкции, деформаций конструкции. И кроме того, выполнить оптимизацию, снизив издержки, уменьшив объемы материала.
Аналогично ситуация обстоит с расчетами оснований и фундаментов. Конечно, в большинстве случаев приоритет отдается нелинейному расчету.
Все права защищены, 2014-2030.
Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://apavlenko.ru
Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.
Источник: apavlenko.ru
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ
начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы.
Соотношение между расчетом и проектированием. Главная задача здесь — подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чтобы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время работы конструкции.
Здание или мост собирается из таких основных элементов конструкции, как балки и сжатые или растянутые стержни. Чтобы можно было рассчитать элементы, из которых будет состоять мост, инженер должен сначала определить нагрузки и оценить различные связанные с ними эффекты.
Например, чтобы рассчитать стальную балку, нужно сначала определить нагрузки и реакции, действующие силы и моменты и точки их приложения. Если проектируется ферма (состоящая из сжатых и растянутых стержней), то нужно определить нагружение каждого стержня.
На этом этапе проектирования, называемом предварительным прочностным расчетом, балка и ферма существуют лишь в виде линейных (одномерных) диаграмм. На следующем этапе определяются пропорции и выбираются размеры. При этом, однако, проектировщик не анализирует распределение напряжений и деформаций внутри элементов конструкции. Максимально допустимые напряжения для каждого материала, например среднеуглеродистой стали, предписываются соответствующими нормативами. Руководствуясь ими, проектировщик рассчитывает элементы конструкции так, чтобы эти максимально допустимые напряжения не были превышены в наиболее нагруженных сечениях.
Основные факторы прочностного расчета. Равновесие сил. Важнейшую роль в прочностном расчете конструкции играет закон равновесия сил. Инженер-прочнист занимается в основном проектированием конструкций, выдерживающих действие различных эксплуатационных нагрузок.
Хотя силы и моменты могут создаваться не только статическими нагрузками, сама конструкция должна оставаться устойчивой. Следовательно, для элемента конструкции, лежащего в определенной плоскости и нагруженного в этой плоскости, силы должны уравновешиваться. Это выражается представленными ниже уравнениями для системы несходящихся (не пересекающихся в одной точке) сил, лежащих в одной плоскости:
Эти уравнения означают, что должны быть уравновешены: 1) сумма горизонтальных составляющих сил, 2) сумма вертикальных составляющих сил и 3) сумма моментов сил относительно любой точки в данной плоскости. Если конструкция статически определима, то уравнений (1)-(3) достаточно для анализа эффектов, связанных с данной системой сил. Если же число неизвестных сил или факторов больше трех, то такая система является статически неопределимой. Она может быть статически неопределимой относительно внешних нагрузок и реакций, как, например, неразрезная балка с двумя пролетами, или внутренне статически неопределимой, как, скажем, ферма с избыточными диагональными стержнями.
Статические и динамические нагрузки. Нагрузки, действующие на элементы конструкции, делятся на статические (или постоянные) и динамические (или временные). Статические нагрузки действуют в данном положении постоянно. Их часто называют гравитационными, поскольку они направлены по вертикали.
К статическим нагрузкам относится вес настила моста, здания, механического оборудования, закрепленного на определенном месте. Динамические же нагрузки могут возникать, исчезать и изменять место своего приложения. Динамические нагрузки создают люди в зданиях, грузовые автомобили на мосту, станки в цеху, гидротурбина в машинном зале ГЭС. Такие более или менее упорядоченные динамические нагрузки нетрудно определить, но есть и другие динамические нагрузки, которые невозможно достоверно оценить заранее, например, обусловленные ветром, ударами, температурными колебаниями и землетрясениями. В этих случаях используются специальные методы прочностного расчета и коэффициенты запаса.
См. также
СТАТИКА;
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.
ЛИТЕРАТУРА
Данилов В.К. Инженерная механика: основы расчета на прочность. Л., 1984 Писаренко Г.С. и др. Пластичность и прочность материалов при нестационарных нагружениях. Киев, 1984 Бабенков И.С.
Основы статики и сопротивления материалов. М., 1988
Энциклопедия Кольера. — Открытое общество . 2000 .
Полезное
Смотреть что такое «ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ» в других словарях:
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ — раздел механики твердого тела, изучающий напряжения и деформации, которые обусловлены силами, действующими на твердые тела элементы конструкции. Эту дисциплину можно характеризовать и как науку о методах расчета элементов конструкции на прочность … Энциклопедия Кольера
СТАТИКА — раздел механики, предметом которого являются материальные тела, находящиеся в состоянии покоя при действии на них внешних сил. В широком смысле слова статика это теория равновесия любых тел твердых, жидких или газообразных. В более узком… … Энциклопедия Кольера
Прочнист — Инженер прочнист специалист с высшим техническим образованием в задачи которого входит проверка конструкции (деталей, узлов, агрегатов, машин, механизмов, изделий и пр.) на прочность, жесткость, долговечность и ресурс. Содержание 1 Должностные… … Википедия
Требования — 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
класс — 3.7 класс : Совокупность подобных предметов, построенная в соответствии с определенными правилами. Источник: ГОСТ Р 51079 2006: Технические средства реабилитации людей с ограничениями жизнедеятельности. Классификация … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РД 08.00-60.30.00-КТН-046-1-05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов — Терминология РД 08.00 60.30.00 КТН 046 1 05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов: 1.4.15 Бригада сварщиков группа аттестованных в установленном порядке сварщиков, назначенных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Класс бетона по прочности в проектном возрасте — – значение класса бетона, указанное в паспорте на бетонную смесь. [Температурно прочностной контроль бетона при возведении монолитных конструкций. Стандарт Некоммерческого партнерства «Саморегулируемая организация. Союз строительных… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Коэффициент вариации прочности бетона — – характеристика однородности бетона. [Температурно прочностной контроль бетона при возведении монолитных конструкций Стандарт Некоммерческого партнерства «Саморегулируемая организация. Союз строительных компаний Урала и Сибири» Челябинск… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Источник: dic.academic.ru