Работа металла в строительных конструкциях

Главным фактором, влияющим на работу металла, является его напря­женное состояние. Действительное напряженное состояние довольно сложно. Оно характеризуется главными напряжениями .σ₁>= σ₂>= σ₃

Рассмотрим два основных случая напряженного состояния.

1. σ₁ǂ0; σ₂= σ₃=0

Напряженное состояние, в котором только одно из главных напряже­ний не равно нулю, а два других равны нулю, называется одноосным или линейным.

Наглядной характеристикой линейного напряженного состояния явля­ется диаграмма работы на растяжение стандартного образца в форме узкой металлической полоски определенной длины.Образование протяженной площадки текучести присуще только ста­лям, содержащим около 0,1-0,3% углерода. У сталей высокой прочности площадка текучести отсутствует. Поэтому устанавливают условный предел текучести у таких сталей по остаточному (после разгрузки) удлинению(ε = 0,2%).

Так как модуль самоупрочнения мал, то его часто приравнивают к нулю и принимают идеализированную диаграмму растяжения идеального упругого пластического материала - диаграмму Прандтля.В этом предположении переход в пластическую стадию при одноосном напряженном состоянии происходит при достижении нормальным напряже­нием предела текучести.

σ _red= =σ_y

условие пластичности и прочности:σ₁ = R_yn

Условие прочности : σ₁ = R_un

Предельное условие:по пределу текучести N/A_nR_yγ_c<=1

по пределу прочности Nγ_u/A_nR_yγ_c<=1

где y_u=1,3 - коэффициент надежности, обеспечивающий необходимый запас против разрушения стали.

При a = 1 σ₁ = 0,58 σ_y - условие, определяющее текучесть при чистом срезе. R_s = 0,58R_y

б) σ₁ǂ0; σ₂ǂ0 σ₃ǂ0- объемное напряженное состояние.

В случае объемного напряженного состояния, когда отличны от нуля все три главные напряжения, по крайней мере два из них однозначны, поэто­му во всех случаях деформация при объемном напряженном состоянии будет более жесткая, чем при линейном. Условие пластичности имеет вид:

σ_red= =σ_y

Если все главные напряжения по величине одинаковы, то будет случай гидростатического сжатия; σ_red = 0 при любой нагрузке. Материал не поте­чет, он все время будет хрупким.

Опасность жесткой деформации заключается в том, что разрушение материалов происходит хрупко, то есть при небольших деформациях. Поэто­му при проектировании стремятся уменьшить вероятность возникновения плоских и объемных равнозначных полей напряжения.

Основы расчёта по предельным состояниям

Расчет конструкций состоит из двух этапов:

1. Определение усилий и напряжений по заданной схеме и нагрузкам.

Это статический и динамический расчеты;

2. Конструктивный расчет: по найденным усилиям или напряжениям

подбираются размеры конструкции и ее элементов.

Металлические конструкции рассчитываются на нагрузки и воздействия

по методу предельных состояний. Предельным состоянием называется такое состояние конструкции, после достижения которого конструкция перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям или требованиям производства работ.

Потери эксплуатационной способности могут быть:

− необратимыми, при которых восстановление эксплуатационной спо-

собности невозможно без ремонта. Причинами могут быть следующие: поте-

ря прочности, потеря устойчивости формы или положения, чрезмерные оста-

точные деформации или колебания;

− обратимыми, при которых после удаления вызвавшего их воздейст-

вия эксплуатационная способность восстанавливается. Причинами могут

быть в основном упругие перемещения и прогибы.

В расчетах конструкций и оснований учитывают две группы предельных

состояний:

первая - по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации. К ней относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушения любого характера; переход в изменяемую систему; чрезмерные остаточные деформации и колебания. Наступление этого

состояния приводит к необратимой потере эксплуатационной способности.

Поэтому оно не может быть допустимо в течение срока службы сооружения;

вторая - по непригодности к нормальной эксплуатации, то есть эксплуатации, осуществляемой без ограничений и внеочередного ремонта в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование условиями. Сюда относят: недопустимые деформации конструкций в результате

прогиба, осадок, углов поворота, колебаний конструкций, образование или

раскрытие трещин (появление трещин в металлоконструкциях недопустимо).

Расчет конструкций должен гарантировать их от возможности наступления каждого из предельных состояний.Условие для первой группы предельных состояний может быть записанов виде: Nmax ≤ Фmin ,

где Nmax - максимальное вероятностное усилие в элементе конструкции

в течение срока службы сооружения. Зависит от схемы сооружения, значения нагрузки и коэффициентов перегрузки на конструкцию.

Фmin – минимальное вероятностное усилие сопротивления, которое мо-

жет обеспечить рассматриваемый элемент. Зависит от свойств материала,

условий работы и геометрического фактора.

Для второй группы предельных состояний предельное условие может

быть записано в виде: Δn ≤ Δпред ,

где Δn - перемещение от нормативной нагрузки, определяется расчетом

по правилам строительной механики без учета коэффициента надежности по

нагрузке;

Δпред - предельно допустимое перемещение задается в СП в зависимости от вида конструкций.