- •«Металлические конструкции:спецкурс»
- •Содержание
- •Металлических конструкций
- •Тема 2. Стержни, предварительно напряженные затяжками, работающие на растяжение, центральное и внецентренное сжатие
- •2.1. Конструктивные решения стержней работающих на растяжение
- •2.2. Материалы и конструкции затяжек
- •2.3. Работа и расчет стержней, работающих на растяжение
- •2.4. Учет падения усилия в ветвях затяжек от релаксации и последовательного их напряжения
- •2.5. Конструкция и расчет центрально сжатых стержней
- •2.6. Внецентренно сжатые стержни
- •Тема 3. Балки и балочные системы
- •3.1. Балки, предварительно напряженные затяжками
- •3.2. Составные балки, предварительно напрягаемые упругими деформациями отдельных элементов
- •Тема 4. Фермы, предварительно напряженные затяжками
- •4.1. Конструктивные решения
- •4.2. Статический расчет и подбор сечения ферм
- •4.3. Фермы с многоступенчатым предварительным напряжением
- •4.4. Примеры ферменных конструкций
- •Тема 5. Строительные конструкции из алюминиевых сплавов
- •Тема 6. Основные положения проектирования висячих покрытий
- •6.1. Характеристика висячих покрытий
- •6.2. Особенности нагрузок на висячие покрытия
- •6.3. Особенности материалов, применяемых
- •Тема 7. Однопоясные висячие покрытия и мембраны
- •7.1. Однопоясные покрытия с железобетонными плитами
- •7.2. Металлические висячие оболочки-мембраны
- •7.2.1. Общие свойства металлических мембран.
- •7.2.2. Цилиндрические мембраны.
- •7.2.3. Седловидные мембраны.
- •7.2.4. Шатровые мембраны.
- •7.2.5. Конструктивные решения.
- •Тема 8. Покрытия с растянутыми изгибно-жесткими элементами
- •8.1.1. Примеры покрытий
- •8.1.2. Компоновка покрытий
- •8.1.3. Работа растянутых изгибно-жестких элементов
- •8.1.4. Расчет изгибно-жестких нитей
- •8.1.5. Конструктивные решения
- •Тема 9.Металлические конструкции многоэтажных зданий. Общие вопросы проектирования многоэтажных зданий
- •9.1.1. Предпосылки строительства и область применения многоэтажных зданий
- •9.1.2. Краткий обзор строительства многоэтажных зданий
- •9.1.3. Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании
- •Тема 10.Основные положения проектирования стальных конструкций многоэтажных зданий
- •10.1. Последовательность проектирования, учет требований экономичности, технологичности изготовления и монтажа
- •10.2. Выбор материала несущих конструкций
- •10.3. Нагрузки и воздействия
- •10.4. Особенности расчета конструкций многоэтажных зданий по предельным состояниям
- •10.5. Учет требований к огнестойкости и коррозионной стойкости стальных конструкции
- •Тема 11. Особенности металлических мостов и их место в мостостроении
- •11.1. Основные этапы развития металлических мостов
- •11.2. Виды современных металлических мостов
- •11.3. Место металлических мостов в мостостроении и металлостроительстве
- •Тема 12. Особенности норм
- •Проектирования и общих методов
- •Расчета металлических
- •Пролетных строений
- •12.1. Нагрузки и габариты
- •12.2. Расчетные модели и особенности определения усилия и напряжений
- •1 2.3. Особенности норм проверок конструций по предельным состояниям
- •12.4. Конструктивные особенности и соединения
- •Тема 13. Сплошностенчатые сталежелезобетонные пролетные строения
- •13.1. Принципы работы
- •13.2. Расчеты сталежелезобетонных мостовых конструкций
- •Тема 14. Сплошностенчатые цельностальные пролетные строения
- •14.1. Принципы работы, общая компоновка
- •14.2. Конструкции стальных ортотропных плит
- •14.3. Расчеты ортотропных плит и пролеткых строений с ортотропными плитами
- •Список использованной литературы
2.6. Внецентренно сжатые стержни
Внецентренно сжатые и сжато-изогнутые стержни можно напрягать со стороны растяжения от действия изгибающего момента. Такие стержни могут быть в стойках и ригелях рам, в колоннах и т. п. По сравнению с изгибаемыми элементами (балками) работа и расчет внецентренно сжатых стержней сложнее, так как здесь появляется еще один дополнительный параметр — сжимающая сила .
Напряженное состояние сечения сплошного стержня при предварительном напряжении и последующем загружении показано на рис. 2.17. Методика подбора сечения, оптимального по расходу материала, разработана Л. В. Венковым (София).
Оптимальное сечение определяется значениями девяти параметров: , , , , , , , , где – характеристика асимметрии сечения; – гибкость стенки балки; ; – коэффициент самонапряжения; – относительная длина затяжки; – характеризует физические параметры материалов балки и затяжки. Значения остальных параметров даны на рис. 2.17. Коэффициентом , определяющим положение затяжки по высоте сечения, следует задаваться по конструктивным соображениям в пределах . При большем значении эффективность предварительного напряжения увеличивается, но вместе с тем затрудняются устройство анкерных креплений и обеспечение устойчивости стержня в процессе предварительного напряжения. Исходными уравнениями для анализа влияния различных параметров на получение оптимального сечения и разработки рабочей методики подбора сечений являются уравнения равновесия и , получаемые из рассмотрения напряженного состояния сечения стержня. Уравнения равновесия при предварительном напряжении (рис. 2.17, б):
; ; (2.19)
;
. (2.20)
При действии расчетной нагрузки (рис. 2.17, г)
; ; (2.21)
; . (2.22)
Подстановкой в полученные уравнения различных параметров на ЭВМ было проанализировано их влияние на оптимальное сечение. Параметры , , , и принимаются заданными. Оптимальные параметры сечения в первую очередь зависят от коэффициента самонапряжения , который в свою очередь зависит от характера нагрузки, удаления затяжки от нижнего пояса и от физико-механических параметров стержня . Получив формулу для значений усилий самонапряжения при изгибе сжатого стержня равномерно распределенной нагрузкой в функции геометрических и физико-механических параметров сечения стержня и затяжки, было проанализировано влияние этих параметров на оптимальное сечение стержня.
Полученные значения коэффициента самонапряжения в функции параметров , и приведены в табл. 2.6 [1, с.34].
Из табл. 2.6 видно, что наибольшее влияние на коэффициент самонапряжения оказывают физико-механические характеристики затяжки и стержня. С ростом коэффициент самонапряжения увеличивается незначительно, влияние несколько больше. Анализ показал, что коэффициент незначительно отклоняется от значения 0,15 – 0,2. Коэффициент равен единице при больших значениях эксцентриситета и значениях , близких к 1 – 1,4. При малых значениях и больших коэффициент может быть значительно меньше единицы, т. е. оптимальные параметры получаются при недонапряжении растянутых волокон в процессе нагружения. Параметр мало меняется и может быть принят, как и для изгибаемых элементов, равным 0,55. Площадь сечения уменьшается с увеличением параметров и . При изгибе стержня равномерно распределенной нагрузкой длина затяжки .
Для практического применения составлена табл. 2.7 [1, с.35] расчетных параметров, с помощью которых можно легко подбирать сечения предварительно напряженных сжато-изогнутых стержней.
Методика подбора сечения стержня с оптимальными параметрами сводится к следующему:
1. Из табл. 2.7, задаваясь гибкостью стенки , и, интерполируя по известному , находим значения параметров , , , , , , , .
2. Используя формулы (3.15) безразмерных величин несимметричного двутавра, компонуем сечение стержня и проверяем прочность в стадии предварительного напряжения и под нагрузкой.
Результаты пробного проектирования показали, что экономия массы от применения предварительного напряжения составляет 9 – 16 %. Экономия возрастает с увеличением параметров и и с уменьшением параметра .