5.2. Работа стали при переменных нагрузках

Переменные нагрузки могут быть с перерывом, когда между периодами их воздействия есть периоды отсутствия нагрузок и непрерывно меняющиеся во времени нагрузки, которые называют вибрационными.

P

t (время)

Рис. 15. Нагрузка с перерывом

P

- амплитуда

t

Рис. 16. Вибрационная нагрузка

Нагрузка с перерывом, приводящая конструкцию в состояние пластичности, вызывает явление наклепа.

Непрерывная нагрузка приводит к усталости материала, то есть к снижению его прочностных характеристик.

Основной характеристикой вибрационной нагрузки является коэффициент ассиметрии :

 = P_min / P_max = _min / _max.

Если:  = 1, то нагрузка статическая;

0   < 1 – вибрационная нагрузка с ассиметричным циклом;

 = 0 – полный ассиметричный цикл;

1   < 0 – вибрационная нагрузка с симметричным циклом;

 = - 1 – полный симметричный цикл.

Предел прочности материала при данном коэффициенте ассиметрии, количестве циклов нагружения n, эффективном коэффициенте концентраций _k называется вибрационной прочностью.

Отношение предела выносливости гладкого круглого образца к пределу выносливости образца, имеющего какие-либо концентраторы напряжений при полном симметричном цикле, называется эффективным коэффициентом концентраций:

.

5.3. Сортамент

Первичным элементом стальных конструкций является прокатная сталь. Она делится на две группы: листовая (толстая, тонкая, универсальная); профильная (уголки, швеллеры, двутавры, тавры, трубы и т.д.).

Перечень прокатных профилей с указанием формы, геометрических характеристик, массы единицы длины, допусков и условий поставки называется сортаментом.

Основные виды прокатных профилей показаны на рис. 17.

Рис. 17. Основные виды профилей:

а – лист; б – уголки; в – швеллер; г – швеллер с параллельными гранями полок; д – двутавр; е – двутавр с параллельными гранями полок; ж – тавр; и – сварной двутавр; к – круглая труба; л – квадратный гнутозамкнутый профиль; м – прямоугольный гнутозамкнутый профиль

6. Предельное состояние и расчет растянутых элементов

Центрально растянутый элемент под нагрузкой работает так же как материал при простом растяжении. Предельные состояния первой группы центрально растянутых элементов проверяются расчетом по прочности и непригодности к эксплуатации.

Прочность проверяется по формуле:

,

где N – продольная сила, вычисленная от расчетных нагрузок;

– расчетное сопротивление стали по временному сопротивлению;

– площадь сечения нетто растянутого элемента;

– коэффициент надежности, обеспечивающий необходимый запас против разрушения стали ( =1,3);

– коэффициент условий работы растянутого элемента, учитывающий особенности работы различных конструкций (принимается по табл. 6* СНиП [2]).

Пригодность к эксплуатации центрально растянутых элементов устанавливается путем ограничения развития деформаций только упругой областью. В растянутом элементе при наступлении текучести при свободном деформировании удлинение происходит сразу на всю площадку текучести. Для таких элементов . Проверка выглядит так:

,

где – расчетное сопротивление стали растяжению по пределу текучести.