Практическое занятие 4 Поверочные расчеты металлических конструкций и элементов. Учет действительных условий работы конструкций.

Расчет зданий и сооружений и определение усилий в конструктивных элементах от эксплуатационных нагрузок проводятся на основе методов строительной механики и сопротивления материалов.

Расчеты могут осуществляться инженерными методами на ПЭВМ с использованием программ «ЛИРА», «Мономах», «SCAD» и других.

Расчеты выполняют на основании и с учетом уточненных обследованием: - геометрических параметров сооружения и его конструктивных элементов - пролетов, высот, размеров расчетных сечений несущих конструкций;

- фактических опираний и сопряжений несущих конструкций, их реальной расчетной схемы здания или сооружения;

- расчетных сопротивлений материалов, из которых выполнены конструкции здания или сооружения;

- дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность конструкций здания или сооружения;

- фактических нагрузок, воздействий и условий эксплуатации здания или сооружения.

Реальная расчетная схема определяется по результатам натурного обследования, которая должна отражать:

- условия опирания или соединения с другими смежными строительными конструкциями, деформативность опорных креплений;

- геометрические размеры сечений, величины пролетов, эксцентриситетов;

- вид и характер фактических (или требуемых) нагрузок, точки их приложения или распределение по конструктивным элементам;

- повреждения и дефекты конструкций.

Расчет несущей способности стальных конструкций выполняют в соответствии со СНиП РК 5.04-23-2002.

Расчет конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в сейсмических районах, выполняют в соответствии со СНиП РК 2.03-30-2006.

На основании проведенного расчета определяют:

- усилия в конструкциях от эксплуатационных нагрузок и воздействий, в том числе и сейсмических;

- несущую способность этих конструкций.

Сопоставление этих величин показывает степень реальной загруженности конструкций по сравнению с ее несущей способностью.

На основании проведенного обследования несущих конструкций здания или сооружения, выполнения проверочных расчетов и анализа их результатов делается вывод о категории технического состояния этих конструкций и может быть принято решение об их дальнейшей эксплуатации. В случае если усилия в конструкциях превышают ее несущую способность, то состояние таких конструкций должно быть признано недопустимым или аварийным.

Расчеты несущей способности металлических конструкций.

4.1 Расчеты металлических конструкций

Пример 1. Две металлические стойки, объединенные связями высотой 6 м изготовлены из двутавров № 27а по ОСТ 10016-39 (А = 60 см², W_x= 509 см³, i_x= 10,7 см, d= 10,7 мм, t= 13,7 мм) (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Расчетные схемы и сечения стоек

Расчетное сопротивление материала 200 МПа. Расчетная нагрузка на одну стойку F₁=460 кН.

Обследование показало, что имеется искривление стойки до стрелки f_из=5см и равномерный по поперечному сечению коррозионный износ с глубиной проникновения коррозии ∆*=2 мм.

Расчетную площадь поперечного сечения при равномерном коррозионном износе А_ef определяем по формуле:

А_ef=(1-K_sa∆*)x A₀,

A_ef=(1-4,2(10,5+13,7) x2)x 60=40,17 см².

где А_о - площадь поперечного сечения элемента без учета коррозии; К_sа - коэффициент слитности сечения, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения (K_s равен: 2/t - для уголков; l/t - для замкнутых профилей; 4 (t+d) для швеллеров и двутавров, здесь t и d - толщины полки и стенки соответственно в мм).

Момент сопротивления определим по формуле:

W_ef=(1-K_SW·Δ*)W₀

W_ef =(1-0,22·2)509=285см³

Где W₀- момент сопротивления сечения без учета коррозионных повреждений;

K_SW-коэффициент изменения момента сопротивления вследствие коррозионного износа (по табл.1.прил.4 [30] K_SW=0,22).

Приведенное значение радиуса инерции i_ef

i_ef=√ W_efh/2/ A_ef=√ 285·13,5/40,17=9,79см.

Вычисляем условную гибкость λ:

λ=(Н/ i_ef) √R/E,

где Н - расчетная высота стойки; R - расчетное сопротивление стали; Е-модуль упругости стали (Е=2,1·10⁵МПа).

Напряжение σ₁ в стойке:

σ₁ = F/A_ef=460/40,17=11,45 кН/см²=114,5МПа.

Коэффициент ψ₀:

ψ₀=1-0,1λ²σ₁/R=1-0,1·1,89²·114,5/200=0,795.

Стрелку искривления стержня в незагруженном состоянии f₀ определим по формуле:

f₀= ψ₀хf_из=0,795·5=3,98см.

Относительный эксцентриситет m_f:

m_f= f₀A_ef/ W_ef = 3,98·40,17/285=0,56.

Коэффициент влияния формы сечения η:

η=(1,75-0,1m_f)-0,02(5- m_f) λ

η=(1,75-0,10,56)-0,02(5- 0,56) 1,89=1,52

Коэффициент перехода К от стрелки искривления к эквивалентному эксцентриситету определяем по формуле:

К=0,82+0,1√зm_f/λ;

К=0,82+0,1√1,52·0,56/1,89=0,75;

Откуда приведенный эксцентриситет m_еf

m_еf=Кη m_f=0,75·1,52·0,56=0,64.

По табл.74[50] при λ=1,89 и m_еf=0,64 имеем коэффициент внецентренного сжатия φ_вн=0,604.

Напряжения в колонне σ с учетом коррозии и искривления:

σ=F/φ_внA_ef=460/0,604·40,17=18,96кН/см²=189,6МПа>200·0,9=180МПа

Следовательно, стойка перенапряжена и ее необходимо усилить.