2.5. Поверочные расчеты металлических конструкций

Поверочные расчеты стальных элементов эксплуатируемых конструкций производятся в соответствии с СП 16.13330.2011.

2.5.1. Учет ослабления сечения

Поверочные расчеты элементов, имеющих ослабления в виде вырезов, подрезов, следует проводить по площади netto с учетом эксцентриситетов от смещения центра тяжести ослабленного сечения относительно центра тяжести первоначального сечения.

Для элементов с известными геометрическими характеристиками первоначального сечения целесообразно применять условие прочности с использованием компенсирующих добавок усилий (рис. 2).

где

Значения n , , принимают по СП 16.13330.2011, табл. 66 для неослабленного сечения.

Рис. 2. Поперечное сечение с ослаблением	Рис. 3. Расчет стальных элементов, имеющих искривление

2.5.2. Учет искривления элементов

Поверочные расчеты сжатых сплошностенчатых элементов металлических конструкций, имеющих общее искривление, производятся как внецентренно сжатых. Эксцентриситет e сжимающего усилия в предельном состоянии от искривления определяют умножением стрелки искривления стержня в ненагруженном состоянии на коэффициент перехода k от максимальной стрелки к эквивалентному эксцентриситету (рис. 3).

где ,

- соответственно площадь, момент сопротивления сечения и приведенная гибкость элемента, – относительный эксцентриситет, – приведенный относительный эксцентриситет для определения коэффициента продольного изгиба внецентренно сжатых элементов. Если усилие в элементе в момент замера стрелки определить невозможно, допускается принимать = 1.

2.5.3. Поверочный расчет на хрупкую прочность

При исследовании разрушенных конструкций или опытных образцов необходимо установить характер разрушения основного металла, сварных швов, болтов и заклепок (пластический, хрупко-пластический или хрупкий).

К особенностям пластического разрушения относятся длительность процесса разрушения, наличие «шейки» и матовый, волокнистый излом. При хрупко-пластическом разрушении имеется небольшая «шейка», на изломе прослеживается две области: наружная – имеет матовый, волокнистый вид, внутренняя – блестящий кристаллический вид. Хрупкое разрушение происходит мгновенно без образования «шейки» при напряжениях намного меньших предела текучести, излом имеет блестящий кристаллический вид.

Рис. 4. Зависимость ударной вязкости от температуры (для малоуглеродистой стали)

Одним из основных факторов, вызывающих переход стали в хрупкое состояние, является воздействие отрицательных температур. При понижении температуры происходит уменьшение показателя ударной вязкости (рис. 4). Для характеристики хладостойкости для каждой стали установлен порог хладостойкости (температура, при которой ударная вязкость составляет значение 0,3 кДж/м².

Значение порога хладостойкости стали зависит от ряда факторов:

• способа выплавки (более хладостойки – мартеновские и кислородно-конверторные, менее хладостойки – электростали (бессемеровские);

• степени раскисления (менее хладостойкая – кипящая, более хладостойкая – спокойная);

• толщины металлопроката (чем толще прокат, тем менее хладостоек);

• наличия термообработки (закаленные стали более хладостойки).

Концентраторы местных напряжений (особенно, расположенные перпендикулярно к направлению растягивающих напряжений) способствуют хрупкому разрушению стали. В процессе обследования таким участкам необходимо уделять особое внимание. Хрупкая трещина возникает при действии растягивающих напряжений в местах резкой концентрации напряжений в стальных элементах толщиной более 6…7 мм. Примеры концентраторов напряжений в сварных конструкциях приведены на рис. 5.

Рис. 5. Стыки сварных конструкций с концентраторами местных напряжений: а, б – с концентраторами; в – рекомендуемый

Поверочный расчет на хрупкую прочность для центрально и внецентренно растянутых элементов, обладающих пониженной хладостойкостью производится из условия

где – наибольшие напряжения по сечению netto,

- расчетное сопротивление металла на растяжение соответственно по временному сопротивлению и пределу текучести, - коэффициент надежности по материалу при расчете по временному сопротивлению, T – температура эксплуатации (средняя температура наиболее холодной пятидневки), – критическая температура хрупкости, определяемая толщиной элемента и модификацией конструктивной формы.

Для элементов, имеющих коррозионный износ с потерей более 25 % площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, снижение сопротивляемости хрупкому разрушению учитывается увеличением критической температуры на 15^oC – для стали марки Вст3 или 20^oC – для стали марки 09Г2.  0,005 град^-1 – для стали марки Вст3кп,  0,0044град^-1 – для стали марки Вст3сп,   0,0028 град^-1 – для стали марки 09Г2С.

Для низколегированных сталей других марок коэффициент определяется линейной интерполяцией в соответствии с расчетным сопротивлением между значениями  0,0041град^-1 при = 234 МПа и  0,0028град^-1 при = 310 МПа.

Если условия не выполняются, дальнейшая эксплуатация конструкции без специальных мероприятий не допускается.