2399
.pdf
максимальную механическую нагрузку – именно на неё приходится основная часть сопротивления грунта вращательным движениям бура.
Исходные данные для расчета: штанга диаметром D=200 мм нагружена осевой силой F=200 кН и крутящим моментом T=500 Нм. Фланец и штанга Сизготовлены из стали 15 ГС (сталь конструкционная низколегированная для
сварных конструкций), сварка ручная, электродами типа Э40, толщина шва s=8 мм. Допускаемое напряжение для сварного шва 220 МПа.
и бАР с. 6. Сварное соединение встык трубы и фланца
Порядок расчета [3]:
1. Рассчитать напряжение от осевой силы в сварном шве
Д Рис. 7. Фланец, приварнойИвстык
σш=F/Аш,
где F – осевая сила, Н; Аш – площадь сечения сварного шва, мм2. В данном случае Аш=π.(D–1,6s)0,8.s, где s – толщина шва, мм.
2.Определить касательные напряжения от вращающего момента
ш =Т/Wр,
где Wр – полярный момент инерции сечения сварного шва, мм4 (интегральная сумма произведений площадей элементарных площадок на
51
квадрат расстояния их от полюса (в полярной системе координат), взятая по всей площади сечения).
W |
|
D |
4 |
|
(D 1,6 s) |
4 |
|
|
2 |
. |
р |
|
|
|
|
|
|||||
32 |
|
32 |
|
|
||||||
С |
|
|
|
|
|
|
D |
|||
|
|
|
|
напряжение |
|
|
(напряжение, которое |
|||
3. Определить эквивалентное |
|
|
||||||||
следует создать в растянутом образце, чтобы его напряженное состояние стало равноопасным заданному напряженному состоянию)
и э 
ш2 3 ш2 .
4. равн ть экв валентное напряжение с допускаемым, сделать вывод по услов ю прочности.
1.АнурьевбА, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. –Т. 1. – 8-е изд., перераб. и доп. / под ред. И.Н. Жестковой. – М. : Машиностроение, 2001. – 920 с.
2.Детали машин : учебник для вузовД/ М.Н. Иванов. – 4-е изд., перераб. – М. : Высшая школа, 1984. – 336 с.
3.Коновалов, А.Б. Сварные соединения : учебное пособие / А.Б. Коновалов, А.Л. Кириленко, М.В. Аввакумов : ГОУВПО СПбГТУРП : СПб., 2010.
4.СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. – Введ. 2011–05–20. – М. :
Стандартинформ, 2011.
5.Мандриков, А. П. Примеры расчета металлическихИконструкций : учебное пособие / А.П. Мандриков. –3-е изд., стер. –М. : Лань, 2012. – 432 с.Контрольные вопросы и задания
52
Лабораторная работа № 5
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ И АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
СЦель работы : освоить методы расчета прочности каменных и армокаменных строительных конструкций.
технологического1. Теоретическая часть
Косновнымнагрузкамназданияотносятся:
дл тельно действующая временная нагрузка – от стационарного орудования, перегородок, длительно хранимых грузов,
воздейств янеравномерныхдеформацийгрунтовоснованияит.д.;кратковременные нагрузки – от массы подвижного оборудования,
людей,мебели,снега,ветра т.д.;
особые воздействия – от сейсмических явлений, взрывов, просадочностилессовогоилипротаявшего,мерзлогогрунтовогооснованияздания, воздействие деформации земной поверхности в районах влияния горных выработокит.д.;
переменные температуры наружного воздуха, вызывающие линейные температурные деформации, изменения размеров наружных конструкций здания илитемпературныеусилиявних;
солнечная радиация, влияющая на световой и температурный режим помещений и вызывающая изменение физико-технических свойств поверхностных слоев конструкции (старение пластмасс, плавление битумных материалов);
температурно-влажностныйрежимпомещения;
разнообразные шумы от источников вне и внутри зданий, нарушающихнормальныйакустическийрежимпомещенийит.д.
При проектировании конструкций зданий должно предусматриваться их сопротивлениевсем перечисленным воздействиям.Этотребованиеобеспечивается прочностью, устойчивостью и жесткостью несущих конструкций, долговечностью
истабильностьюэксплуатационныхкачествограждающихконструкций. Прочность–способностьматериаласопротивлятьсяусилиюбезосадочныхИбА
деформаций.
Жесткость – способность конструкции под действием нагрузки деформироваться не более чем на нормативную величину.
53
Устойчивость – способность конструкции сохранять свою форму под действием нагрузок.
огласно [1–3]:
дефект – отдельное несоответствие конструкций какому-либо параметру, установленномупроектом или нормативным документом;
повреждение– неисправность,полученнаяконструкцией при изготовлении, транспорт рован ,монтажеилиэксплуатации;
поверочный расчет – расчет существующей конструкции и (или) |
||
грунтов основан я по действующим нормам проектирования с введением в |
||
расчет полученных в результате обследования или по проектной и |
||
С |
|
|
исполнительной документации: геометрических параметров конструкций, |
||
фактической прочности строительных материалов и грунтов основания, |
||
действующ х нагрузок, |
уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся |
|
дефектов |
поврежден й; |
|
|
– комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение |
|
усилен |
||
несущей |
способности |
эксплуатационных свойств строительной |
конструкц |
ли здан я |
сооружения в целом, включая грунты основания, |
по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями [2]. |
||
При |
|
каменных и армокаменных конструкций, прежде |
|
обследовании |
|
|
А |
|
всего, выделяются наи олее ответственные несущие конструкции. Особое внимание уделяется местам опирания перемычек, балок, плит перекрытия и
покрытия, характеру сопряжения стенДмежду собой.
Одним из важнейших этапов обследования зданий являются поверочные
расчетыосновныхнесущихконструкций зданийи сооружений.Наружные несущие стены должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость, местное смятие и сопротивление теплопередаче. Несущими называются стены, которые
воспринимают нагрузкуот опирающихсянанихплитИперекрытий,покрытий,балок
ит.д.
Несущая способность кирпичной кладки зависит от многих факторов: марки кирпича, марки раствора, от наличия проемов и их размеров, от гибкости стен и т.д. Расчет несущей способности начинается с определения расчетной схемы. При расчете стен на вертикальные нагрузки стена считается опертой на шарнирно-неподвижные опоры. При расчете стен на горизонтальные нагрузки (ветровые) стена считается жестко защемленной.
Расчеты позволяют установить несущую способность и пригодность к нормальной эксплуатации конструкций в изменившихся условиях их работы, выявить аварийные или недостаточно надежные из них для принятия
54
своевременных мер. Расчеты выполняют с учетом результатов обследования: выявленных дефектов, отклонений от размеров, коррозионного износа, реальных прочностных свойств материала, действительных расчетных схем и нагрузок,температурных воздействий,осадок грунтов.
Проектируемые каменные и армокаменные конструкции должны удовлетворять требованиям по безопасности, эксплуатационной пригодности и иметь так е начальные характеристики, чтобы при различных расчетных
воздейств ях |
не |
про сходило деформаций |
и других |
повреждений, |
|
обеспечиваться |
|
|
|
||
затрудняющ хнормальную эксплуатациюзданий. |
|
|
|||
Безопасность, |
эксплуатационная |
пригодность, |
долговечность, |
||
Сэнергоэффект вность каменных и армокаменных конструкций и другие |
|||||
требован я, |
установленные заданием |
на |
проектирование, должны |
||
|
выполнен ем тре ований к кирпичу, камню, блокам, арматуре и |
||||
|
бА |
|
|||
т.д., конструкт вным решен ям,а также требований поэксплуатации. |
|||||
Нормат вные |
расчетные значения нагрузок и воздействий, предельные |
||||
деформац , расчетные значения температуры наружного воздуха и относительной влажности помещения, защита конструкций от воздействий агрессивных сред и др. устанавливаются соответствующими нормативными документами (СП20.13330,СП28.13330,СП22.13330, СП131.13330).
Несущая спосо ность армированных и неармированных каменных и крупноблочных конструкций определяется в соответствии с СП 15.13330.2012 с
–наличиетрещин и дефектов (рисД. 1);
–уменьшение расчетного сечения конструкций в результате механических повреждений, агрессивных и динамическихИвоздействий, размораживания, пожара, эрозии и коррозии, устройства отверстий;
–эксцентриситеты, связанные с отклонением стен, столбов, колонн и перегородок от вертикали выпучиванием из плоскости;
–нарушение конструктивной связи между стенами, колоннами и перекрытиями при образовании трещин, разрывах связей;
–смещение балок, перемычек, плит на опорах.использованием данных обследований: фактической прочности камня, бетона,
Фактическая несущая способность обследуемой конструкции Ф с учетом
указанных факторов вычисляется по формуле
Ф = N . Ктс,
где N – расчетная несущая способность конструкций;
55
СиР с. 1.Степень повреждения вертикальными трещинами каменных конструкций:а –отдельные трещины дл ной 15 – 18 см; – трещины через 25 – 30 см дл ной 30 – 35 см; в – трещины через 20 – 25 см длиной 60 – 65 см; г – трещины через 15 – 20 см
длиной олее 65 см
Ктс – коэффициент технического состояния конструкций, учитывающий
снижение несущей способности каменных конструкций при наличии дефектов, |
|||||
|
Д |
|
|
||
трещин,повреждений,при увлажнении материаловит.п.,принимаетсяравным: |
|||||
– при наличиибАдефектов производства работ по табл. 1; |
Таблица 1 |
||||
Значение коэффициента технического состояния конструкций в зависимости |
|||||
|
от вида дефекта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вид дефекта |
И |
|||
|
|
|
Ктс |
|
|
Отсутствие перевязки рядов кладки (тычковых рядов, арматурных сеток, каркасов): |
|
||||
в 5 –6 рядах (40 – 45 см) |
|
|
|
1,0 |
|
в 8 –9 рядах (60 – 65 см) |
|
|
|
0,9 |
|
в 10 – 11 рядах (75 – 80 см) |
|
|
|
0,75 |
|
Отсутствие заполнения раствором вертикальных швов (пустошовка) |
|
0,9 |
|
||
При толщине горизонтальных швов более 2 см (3 – 4 шва на 1 м высоты кладки): |
|
||||
при марке раствора шва 75 и более |
|
|
1,0 |
|
|
то же, 25 – 50 |
|
|
|
0,9 |
|
то же, менее 25 |
|
|
|
0,8 |
|
56
|
– для стен, столбов, простенков при наличии вертикальных трещин, |
||||||
|
возникающих вследствие перегрузки конструкций постоянными, временными |
||||||
|
и особыми (случайными) нагрузками, исключая трещины, вызванные |
||||||
|
действием горизонтальных сил (температурой, усадкой, осадкой фундаментов |
||||||
С |
|
|
|
|
|
||
|
и т.п.), для стен, столбов, простенков из красного или силикатного кирпича при |
||||||
|
огневом воздействии при пожаре принимается по табл.2; |
Таблица 2 |
|||||
|
Значен е коэфф ц |
ента технического состояния конструкций в зависимости |
|||||
|
|
от характера повреждения кладки стен, столбов и простенков |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
при |
|
Ктс для кладки |
||||
|
Характер поврежден я кладки стен, столбов и |
|
|||||
|
|
простенков |
неармированнойармированной |
||||
|
Трещины в отдельных камнях |
|
1 |
|
1 |
||
|
|
бА |
|
0,9 |
|
1 |
|
|
Волосные трещ ны, пересекающие не олее двух рядов |
|
|
||||
|
кладки, дл ной 15 – 18 см |
|
|
|
|
||
|
То же, |
пересечен |
не олее четырех рядов кладки |
|
0,75 |
|
0,9 |
|
длиной до 30 – 35 см при кол честве трещин не более трех |
|
|
|
|
||
|
на 1 п.м ш р ны (толщ ны)стены,стол а или простенка |
|
|
|
|
||
|
Тоже,припересечен не |
олее восьмирядовкладки,длиной |
|
0,5 |
|
0,7 |
|
|
до 60 – 65 см при количестве трещин не олее четырех на 1 п. |
|
|
|
|
||
|
мширины(толщины)стены,стол аипростенка |
|
|
|
|
||
|
То же, при пересечении |
олее восьми рядов кладки, длиной |
|
0 |
|
0,5 |
|
|
более 60 – 65 см (расслоение кладки) при количестве трещин |
|
|
|
|
||
|
болеечетырехна1п.мшириныстен,столбовипростенков |
|
|
|
|
||
– для кладки опор ферм, балок, перемычек, плит при наличии местных повреждений (трещин, сколов, раздробления), возникающих при действии вертикальных и горизонтальных сил, принимается по табл. 3;
|
|
|
Таблица 3 |
|
Значение коэффициента технического состояния конструкций в зависимости |
||||
от характера поврежденияДкладки опор |
||||
Характер повреждения кладки опор |
|
Ктс для кладки опор |
|
|
|
неарми- |
армированной |
|
|
|
|
рованной |
|
|
|
|
И |
|
|
1 |
|
2 3 |
||
Местное (краевое) повреждение кладки на глубину до 2 см |
0,75 |
0,9 |
|
|
(трещины, сколы, раздробление) или образование |
|
|
|
|
вертикальных трещин по концам балок, ферм и перемычек |
|
|
|
|
или их опорных подушек длиной до 15–18 см |
|
|
|
|
57
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 3 |
||
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
3 |
|
То же, при длине трещин до 30–35 см |
|
|
0,5 |
|
0,75 |
||
|
Краевое повреждение кладки на глубину более 2 см при |
|
0 |
|
0,5 |
|||
С |
|
|
|
|
|
|
||
|
образовании по концам балок, ферм и перемычек |
|
|
|
|
|||
|
вертикальных и косых трещин длиной более 35 см |
|
|
|
|
|
||
|
– для увлажненной насыщенной водой кладки из красного и силикатного |
|||||||
|
кирпича |
камней Ктс |
= 0,85, из природных камней правильной формы из |
|||||
|
вертикальными |
|
|
|
|
|
||
|
известняка |
песчан ка |
Ктс =0,8. |
стен и |
простенков, |
имеющих |
||
|
При |
определен |
несущей способности |
|||||
|
вертикальные трещ |
, возникшие в результате действия горизонтальных |
||||||
|
растягивающ х с л (температурных, осадочных, усадке и т.п.), коэффициент |
|||||||
|
|
ослабление |
трещинами расчетного сечения |
|||||
|
Ктс=1. При этом следует уч тывать |
|||||||
|
простенков |
увел чен я продольного изгиба отдельных элементов, выделенных |
||||||
|
|
трещ нами. |
|
|
|
|
|
|
Значен е коэфф ц ента технического состояния конструкций в зависимости отглубиныповрежденнойкладки( езучеташтукатурки)приведеновтабл.4.
Таблица4
Значениекоэффициентатехническогосостоянияконструкцийвзависимости отглубиныповрежденнойкладки(безучеташтукатурки)
Глубина |
|
|
Ктс для |
|
|
поврежденнойкладки |
|
Д |
|||
стенипростенковтолщиной38смиболее |
|
||||
(без учета |
А |
|
столбовприразмере |
||
приодностороннем |
придвустороннем |
||||
штукатурки),см |
нагреве |
|
нагреве |
сечения38смиболее |
|
До0,5 |
1 |
|
0,95 |
|
0,9 |
До2 |
0,95 |
|
0,9 |
|
0,85 |
До5 |
0.9 |
|
0,8 |
|
0,7 |
Для целых, не поврежденных трещинами сечений, конструкции здания подлежат обязательному усилению, если фактическая несущая способность с коэффициентом допустимой перегрузки недостаточна для восприятия
фактической или предполагаемой проектом реконструкции нагрузки, т.е. при |
|
условии,если |
И |
F=Фnпг,
где nпг – коэффициент допустимой перегрузки принимается равным для каменных и бетонных конструкций равным 1,15; для железобетонных конструкций – 1,1. Для конструкций, поврежденных трещинами, применение коэффициентаnпг недопускается[3].
58
Задание 1. Произвести проверку несущей способности центрально сжатой внутренней несущей стены (рис. 2). Исходные данные: толщина стены в 1,5 кирпича (d=38 см). После реконструкции здания (надстройки) предполагаемая нагрузка на стену составит N = 700 кН. Стена выполнена из сплошного глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе М25. Расчетное сопротивление кладки R = 11кг/см2. Упругая характеристика кладки= 1000. Дефекты: волосяные трещины в отдельных камнях, пересекающие 3
|
рядакладки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Р |
с. 2. Расчетная схема и сечение стены |
|
|
|
|
|||||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Последовательность расчета следующая: |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1. Определ ть расчетную площадь 1 погонного метра сечения стены по |
|||||||||||||||
|
формуле Ас=d.100. |
|
|
|
|
|
|
формуле h |
H /d , |
|
|
|
|
|||
|
2. Определить |
ги кость |
стены по |
коэффициент |
||||||||||||
|
продольного |
изгиба |
|
|
(та л. |
5) |
и коэффициент, учитывающий влияние |
|||||||||
|
длительной нагрузки, mg .В случае если толщина стеныболее30 см, то mg |
1. |
||||||||||||||
|
|
|
бА |
|
|
Таблица 5 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Коэффициент продольного изгиба при упругих характеристиках кладки |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Гибкость |
|
Коэффициент продольного изгиба при упругих характеристиках кладки |
|||||||||||||
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1500 |
|
|
1000 |
|
750 |
|
500 |
350 |
200 |
|
100 |
|
||
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
6 |
7 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
||
|
4 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
0,98 |
0,94 |
0,9 |
|
0,82 |
|
|
6 |
|
0,98 |
|
|
0,96 |
|
|
0,95 |
|
0,91 |
0,88 |
0,81 |
0,68 |
|
|
|
8 |
|
0,95 |
|
|
0,92 |
|
|
0,9 |
|
0,85 |
0,8 |
0,7 |
|
0,54 |
|
|
10 |
|
0,92 |
|
|
0,88 |
|
|
0,84 |
|
0,79 |
0,72 |
0,6 |
|
0,43 |
|
|
12 |
|
0,88 |
|
|
0,84 |
|
|
0,79 |
|
0,72 |
0,64 |
0,51 |
0,34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
||||
14 |
|
0,85 |
|
|
0,79 |
|
|
0,73 |
|
0,66 0,57 0,43 0,28 |
||||||
|
16 |
|
0,81 |
|
|
0,74 |
|
|
0,68 |
|
0,59 |
0,5 |
0,37 |
0,23 |
|
|
|
18 |
|
0,77 |
|
|
0,7 |
|
|
0,63 |
|
0,53 |
0,45 |
0,32 |
– |
|
|
|
22 |
|
0,69 |
|
|
0,61 |
|
|
0,53 |
|
0,43 |
0,35 |
0,24 |
– |
|
|
|
26 |
|
0,61 |
|
|
0,52 |
|
|
0,45 |
|
0,36 |
0,29 |
0,2 |
|
– |
|
|
30 |
|
0,53 |
|
|
0,45 |
|
|
0,39 |
|
0,32 |
0,25 |
0,17 |
– |
|
|
59
Окончание табл.5
|
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
8 |
|
|
34 |
0,44 |
|
0,38 |
|
0,32 |
0,26 |
|
0,21 |
0,14 |
|
– |
|
|
38 |
0,36 |
|
0,31 |
|
0,26 |
0,21 |
|
0,17 |
0,12 |
|
– |
|
С |
|
0,25 |
|
0,21 |
0,17 |
|
0,14 |
0,09 |
|
– |
|
||
42 |
0,29 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
46 |
0,21 |
|
0,18 |
|
0,16 |
0,13 |
|
0,1 |
0,07 |
|
– |
|
|
50 |
0,17 |
|
0,15 |
|
0,13 |
0,1 |
|
0,08 |
0,05 |
|
– |
|
|
54 |
0,13 |
|
0,12 |
|
0,1 |
0,08 |
|
0,06 |
0,04 |
|
– |
|
|
|
3. Определ ть расчетную несущую способность 1 погонного метра |
|||||||||||
|
стены по формуле |
|
N mg R Ac . |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
4. Определ ть факт ческую несущую способность 1 погонного метра |
|
|
|||||||||
|
|
бА |
|
|
|
|
|
||||||
|
стены по формуле |
|
|
Ф = N . Ктс, |
|
|
|
|
|
||||
|
гдеиN – расчетная несущая спосо ность конструкций; Ктс – коэффициент |
||||||||||||
|
технического состоян я конструкций. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
5. Сделать вывод. Предложить мероприятия по повышению прочности |
|||||||||||
|
несущей способности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Задание 2. Проверим сечение балки междуэтажного перекрытия при |
|||||||||||
|
расчетной нагрузке на 1 м |
алки q= 3,87 кН/м и сечении балки из бруса 8x24 см |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|||||
|
(рис. 3). Пролет балки l = 6 м. Древесина – сосна 2-го сорта с допускаемым |
||||||||||||
|
напряжением R = 13МПа. |
|
|
|
И |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Рис 3. Расчетная схема и сечение балки |
|
|
|
|
|||||||
Последовательность расчета следующая:
1.Определить геометрические характеристики сечения бруса по формулам W=b.h2/6, I=b.h3.
2.Определить максимальный изгибающий момент М=0,125.q.l2.
3. |
Определить напряжение в балке М /W . |
4. |
Сделать вывод о прочности сечения балки. |
60