7206

20

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 10-16], по теме практического заня-

тия [1, гл. 3, стр. 83-126]; [6, гл. 2, стр. 59-161]; [4, р.4-5]; [5, р. 5-11].

Таким образом, основные вопросы, которые студент должен освоить по теме, сле-

дующие:

9)основы расчета и проектирования стыковых сварных соединений при разных НДС соединяемых элементов стальных конструкций [1, стр. 137-154];

10)основы расчета и проектирования сварных соединений на угловых швах при разных НДС соединяемых элементов стальных конструкций [1, стр. 137-154].

3. Конструирование и расчет болтовых соединений

Болтовые соединения широко используют при монтаже и укрупнительной сборке металлических конструкций. Различают болтовые соединения, работающие на сдвиг, и сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. В первых – усилия передаются через болты или через площадки смятия соединяемых элементов в отверстиях под болты, во вторых – за счет сил трения между соединяемыми элементами. В тех и других соединениях целью расчета является или определение требуемого количества болтов для передачи заданного усилия, или проверка прочности соединения.

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету болтовых соединений

1.Выбрать сталь по табл. В.1 [2] и его расчетные характеристики Ryn, Ry, Run по табл. В.5 [2] для уголка и для фасонки.

2.Определить расчетные сопротивления болтов срезу и смятию соединяемых элементов по табл. Г.5 и Г.6 [2].

3.По таблице рисок (Приложение 6 [3]) принять диаметр отверстия и диаметр болта (на 1-3 мм меньше) и расстояния до центра отверстия болта поперек усилия.

По п. 14.2.2 и таблице 40 [2] определить расстояния вдоль усилия между центрами отверстий s и от центра отверстия до края элемента а.

4. В соответствии с п. 14.2.9 [2] определить требуемое количество болтов в соеди-

где Аb – площадь сечения одного болта брутто (таблица Г.9 [2]); ns = 2 – количество срезов одного болта;

21

γb – коэффициент условий работы болтового соединения (таблица 41 [2]), но не более 1,0 (для многоболтового полученные коэффициенты γb следует умножать на 0,9);

γс = 1,0 – коэффициент условий работы конструкции (табл. 1 [2]);

γn – коэффициент надежности по назначению, для уровня ответственности: I –

γn =1,1; II – γn =1,0; III – γn =0,8.

5. В соответствии с п. 14.2.9 [2] определить требуемое количество болтов в соеди-

∑ tmin= tф – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направле-

нии.

6.Принимаем количество болтов большее из двух условий, округленных до целого

вбольшую сторону.

7.Проверить прочность прикрепляемых уголков по ослабленному сечению. При этом в качестве площади поперечного сечения принимать площадь уголков нетто. Если прочность уголков по ослабленному сечению не обеспечена, то следует увеличить их толщину (если позволяет сортамент) или увеличить размер уголков и повторить проверку прочности ослабленного сечения.

8.Выполнить эскиз соединения.

9.Оформить выполненное упражнение.

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету болтовых соединений на высокопрочных болтах

1.Выбрать сталь по табл. В.1 [2] и его расчетные характеристики Ry, по табл. В.5 [2] для уголка.

2.По таблице рисок (Приложение 6 [3]) принять диаметр отверстия и диаметр болта (на 1-3 мм меньше) и расстояния до центра отверстия болта поперек усилия.

3.Определить временное сопротивление высокопрочных болтов и расчетное сопротивление болтов растяжению по табл. Г.8 [2].

4.В соответствии с п. 14.3.4 [2] определить требуемое количество высокопрочных болтов в соединении:

γh – по таблице 42 [2];

γb – по п.14.3.4 [2];

k – количество поверхностей трения;

γс – коэффициент условий работы конструкции (табл. 1 [2]);

γn – коэффициент надежности по назначению, для уровня ответственности: I –

γn =1,1; II – γn =1,0; III – γn =0,8.

5. Принимаем количество болтов, округленных до целого в большую сторону. По п. 14.2.2 и таблице 40 [2] определить расстояния вдоль усилия между центрами отверстий s и от центра отверстия до края элемента а.

7.Проверить прочность прикрепляемых уголков по ослабленному сечению по п.14.3.11 [2]. Если прочность уголков по ослабленному сечению не обеспечена, следует увеличить толщину уголка (если позволяет сортамент) или увеличить размер уголков и повторить проверку.

8.Выполнить эскиз соединения.

9.Оформить выполненное упражнение.

22

Контрольные вопросы к практическим занятиям по конструированию и расчету болтовых соединений

1.Какие классы точности болтов известны и чем они различаются?

2.Как принимают диаметры отверстий под болты?

3.В чем особенность соединений на болтах классов точности «А», «В», «С»?

4.Что значат цифры в названии класса прочности болта?

5.Как выбрать класс прочности болта?

6.Как передается усилие в болтовом соединении, и как может произойти его разрушение?

7.Можно ли крепить элементы одним болтом?

8.Какой длины должна быть ненарезанная часть болта в соединении, работающем на сдвиг?

9.На какое усилие рассчитывают болты в соединениях, работающих одновременно на сдвигающее усилие и момент?

10.Как передается усилие в соединениях на высокопрочных болтах?

11.Как обрабатывают поверхности соединяемых элементов в соединениях на высокопрочных болтах?

12.Как контролируют степень натяжения высокопрочных болтов?

13.Как проверяют прочность ослабленного сечения соединяемых элементов в соединениях на высокопрочных болтах?

14.Как размещают болты на листовом и фасонном прокате?

15.Как определяют расчетные сопротивления для болтов и соединяемых элементов?

16.В каком случае можно считать болты равнонагруженными в болтовом соединении?

17.Какие диаметры болтов рекомендуются к применению?

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 17-25], по теме практического заня-

тия [1, стр. 164-184]; [6, стр. 152-166]; [2, р.14, п. 14.2; 14.3; р. 15: п. 15.9; 15.11].

Таким образом, основные вопросы, которые студент должен освоить по теме работы и расчетов болтовых соединений элементов стальных конструкций, следующие:

7)основы работы болтовых соединений на сдвиг при статических нагрузках;

8)основы расчета сдвиговых соединений на болтах классов точности «А» и «В» при разных НДС соединяемых элементов;

9)основы работы и расчета фрикционных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением при разных НДС соединяемых элементов;

10)основы размещения болтов в расчетных и конструктивных соединениях (рядовое, шахматное; в один ряд, в два ряда); технологические требования к размещению болтов.

4. Конструирование и расчет прокатных балок.

Металлические прокатные балки являются наиболее распространенными элементами строительных конструкций. Поэтому умение рассчитывать такие балки является обязательным для инженеров всех специальностей. Особое внимание следует обратить на общую устойчивость балок.

23

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету прокатных балок

1.Определить расчетные усилия в балке М и Q.

2.Определить расчетные сопротивления стали Ry,и Rs по табл. В.5 и табл. 2 [2].

3.Согласно п. 8.2.1 [2] определить требуемый момент сопротивления.

4.Определить требуемый момент инерции, задавшись f = fu.

5.По сортаменту (Приложение 2 [3]) выбрать двутавр так, чтобы и момент инерции

имомент сопротивления по ГОСТ были минимально больше требуемых.

6.Проверить принятое сечение:

а) на прочность при действии М по п.8.2.1 [2]

М

≤ 1;

в) на жесткость по Прил. Е [5]

f< fu .

6.Выполнить проверку на общую устойчивость по п. 8.4.4 (б) и таблице 11 [2]:

крепления балки связями в горизонтальной плоскости, или увеличить ее поперечное сечение.

9. Оформить выполненное упражнение.

Контрольные вопросы к практическим занятиям по конструированию и расчету прокатных балок

1.К каким усилиям приводятся в балках внешние нагрузки?

2.Как распределяются по высоте сечения нормальные напряжения, вызванные действием M?

3.Что определяет исчерпание прочности балки при действии М при упругой работе стали?

4.Какое напряженно-деформированное состояние соответствует действительному исчерпанию прочности балки?

5.Как учитывается развитие пластических деформаций при расчете балок на прочность?

6.В каких случаях можно учитывать развитие пластических деформаций при расчете балок?

7.В чем выражается потеря устойчивости балками?

8.В каких случаях можно считать балки закрепленными от потери устойчивости?

9.Как проверяют балки на общую устойчивость?

10.Как можно повысить общую устойчивость балки?

24

11.Где по длине балки и по высоте сечения возникают максимальные касательные напряжения?

12.Как учитывается местная нагрузка на балку?

13.Как учитывают в расчете балок совместное действие М, Q и местной нагрузки?

14.Можно ли при выборе прокатных балок понизить группу конструкции?

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 26-30], по теме практического заня-

тия [1, р. 4.2, стр. 129-163]; [4, гл.4, стр. 109-151]; [2, р.14: п. 14.1].

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту в лекциях для усвоения основ проектирования и расчета балок из прокатных и гнутых профилей, следу-

ющие:

1)алгоритм расчета балок из прокатных профилей;

2)особенности расчета на прочность прокатных двутавровых балок;

3)основы проверок прокатных двутавровых балок на общую устойчивость;

4)основы проверок прокатных двутавровых балок на прогиб (второе предельное состояние).

5.Конструирование и расчет сечения сварной балки

Сварные балки применяют в случаях, когда не удается выполнить балку из прокатных балочных профилей. Особенность их расчета в том, что приходится самостоятельно конструировать сечение балки, удовлетворяя одновременно условиям прочности, жесткости и местной устойчивости элементов балки при минимальном расходе материала.

Предельно допустимые гибкости стенки балки:

E E

λw, max=λw, max√Ry =5,5√Ry

E E

λw, min=λw, m √Ry =3,6√Ry

Минимально требуемые площади сечения балки:

по условию жесткости Аfmin=3,266∙√Jx,λ тр

w

Большая из этих двух площадей принимается к дальнейшему расчету. Оптимальные высоты стенки:

по условию прочности hRопт=1,145∙√3 Wx, тр∙λw

по условию жесткости hfопт=1,565∙√4 Jx, тр∙λw Требуемые площади одного поясного листа:

25

Принятое сечение должно обеспечивать расчетное условие (жесткости или прочности) с запасом не более 5%. По нерасчетному условию запас может быть значительно больше 5%.

О степени оптимальности принятого сечения можно судить по отношению а = Аw / A, где Aw и А площадь сечения стенки и всей балки соответственно. В идеальном случае для сечения, подобранного по условиям жесткости, а = 0,75, по условиям прочно-

сти а = 0,5.

Контрольные вопросы к практическим занятиям по конструированию и расчету сечения сварной балки

1.Из каких элементов состоит сечение сварной балки?

2.Какими размерами характеризуется сечение сварной балки?

3.Какой размер является основным по отношению к остальным размерам сечения?

4.Что понимают под оптимальной высотой сечения?

5.Как влияет величина отношения hw / tw на экономичность сечения?

6.Какими соображениями ограничивается максимальная величина отношения hw / tw?

7.Какие ограничения с учетом сортамента листового проката накладываются на размеры стенки?

8.Какие ограничения накладываются на размеры поясных листов?

9.Какие основные проверки должны быть выполнены для принятого сечения балки?

10.Какими должны быть отношения Аw / А для экономичного сечения балки по условиям прочности и жесткости?

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 31-37], по теме практического заня-

тия [1, гл. 5, стр. 183-303]; [4, гл. 7, стр. 174-231]; [2, р.8]; [1, гл. 8, стр. 451-471]; [1, р. 8.4,

стр. 472-481].

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту в лекциях и при самостоятельной проработке отдельных вопросов для изучения основ проектирования

ирасчета сварных балок, следующие:

11)основные принципы компоновки сварных балок по расходу стали (по прочности), по жесткости и устойчивости;

12)основы проверок сварных балок на прочность;

13)основы проверок сварных балок на прогиб;

14)основы проверок сварных балок на общую устойчивость.

6. Конструирование и расчет центрально сжатых колонн

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету центрально сжатых колонн

1.Определить расчетное сопротивление стали Ry, по табл. В.5 [2].

2.По таблице 30 [2] определить расчетные длины колонны.

3.Задавшись гибкостью 80 и определив условную гибкость, вычислить предвари-

тельно:

а) коэффициент продольного изгиба φ по табл. Д.1 [2] и для типа сечения b интерполяцией;

б) требуемую площадь сечения; в) требуемые радиусы инерции сечения.

4.По сортаменту колонных двутавров (Приложение 3 [3]) принять двутавр.

26

5. Проверить принятое сечение на устойчивость, для чего: а) вычислить гибкости стержня колонны;

б) по максимальной гибкости определить условную гибкость и по табл. Д.1 [2] определить коэффициент продольного изгиба φ (по интерполяции);

в) выполнить проверку на устойчивость по п.7.1.3 [2]

6.Определить предельную гибкость колонны по п. 10.4 и таблице 32 п. 4 [2].

7.Оформить выполненное упражнение.

Контрольные вопросы к практическим занятиям по конструированию и расчету центрально сжатых колонн

1.Что происходит с центрально сжатым элементом при исчерпании его несущей способности?

2.Каким коэффициентом в расчетной формуле учитывается снижение несущей способности из-за потери устойчивости и от чего он зависит?

3.От чего зависит расчетная длина центрально сжатого стержня и как ее вычислить?

4.Какими способами можно изменить (уменьшить) расчетную длину центрально сжатого стержня?

5.Что такое λx и λy и как их вычислить?

6.Какие конструктивные меры следует принять, если одна из гибкостей λx или λy окажется больше предельно допустимого их значения?

7.Как влияет повышение прочностных характеристик применяемых сталей на величину φ?

8.Можно ли понизить группу конструкции, если центрально сжатый стержень выполнен из прокатного профиля?

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 38-41], по теме практического заня-

тия [1, гл. 6, стр. 304-401]; [4, гл.8, стр. 232-260]; [2, р.9; 10].

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту при изучении основ проектирования и расчета центрально сжатых колонн следующие:

10)расчетные длины центрально сжатых колонн в зависимости от условий их закрепления;

11)основы методики расчета стержня колонны сплошного сечения;

12)особенности определения коэффициента продольного изгиба в сплошных

колоннах.

7. Конструирование и расчет сечения элементов ферм

Элементы ферм обычно работают на осевое растяжение или сжатие и рассчитываются, соответственно, на прочность или устойчивость. Сечения их конструируют из парных или одиночных уголков, труб или замкнутых гнутых профилей. Во всех случаях последовательность расчета одинакова. При большом числе элементов расчет ведут в табличной форме.

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету растянутого элемента фермы

1. Определить расчетное сопротивление стали Ry, по табл. В.5 [2].

27

2. Вычислить предварительно требуемую площадь сечения.

3. По сортаменту прокатных уголков (Приложение 1 [3]) принять сечение из двойного уголка.

4. Проверить принятое сечение на прочность по п.7.1 [2]

N∙γn ≤ 1.

A∙Ry∙γc

5. Оформить выполненное упражнение.

Указания к практическим занятиям по конструированию и расчету сжатого элемента фермы

1.Определить расчетное сопротивление стали Ry, по табл. В.5 [2].

2.По таблице 24 [2] определить расчетные длины фермы.

3.Задавшись гибкостью 80 и определив условную гибкость, вычислить предвари-

тельно:

а) коэффициент продольного изгиба φ по табл. Д.1 [2] и для типа сечения с интерполяцией;

б) требуемую площадь сечения; в) требуемые радиусы инерции сечения.

4.По сортаменту равнополочных уголков (Приложение 1 [3]) принять сечение из двойного уголка.

5.Проверить принятое сечение на устойчивость, для чего:

а) вычислить гибкости; б) по максимальной гибкости определить условную гибкость и по табл. Д.1 [2]

определить коэффициент продольного изгиба φ (по интерполяции); в) выполнить проверку на устойчивость по п.7.1.3 [2]

6.Определить предельную гибкость элемента по п. 10.4.1 и таблице 32 п. 1 [2].

7.Оформить выполненное упражнение.

Контрольные вопросы к практическим занятиям по конструированию и расчету элементов ферм

1.Из каких прокатных профилей конструируют элементы ферм?

2.Что является условием исчерпания несущей способности элементов, работающих на растяжение?

3.Ограничивается ли гибкость растянутых элементов; если «да», то как определяется величина предельной гибкости?

4.Можно ли в качестве растянутых элементов применять одиночные уголки; если «да», то что при этом надо учитывать?

5.Чем отличается исчерпание несущей способности сжатого элемента от исчерпания несущей способности растянутого элемента?

6.Как учитывается в расчетной формуле снижение несущей способности центрально сжатого элемента, чтобы не было потери им устойчивости?

7.От чего зависят и как определяются расчетные длины lx и ly сжатых элементов ферм – поясов и решетки?

8.Как ограничиваются значения гибкостей λx и λy сжатых элементов ферм?

9.Какими конструктивными мерами обеспечивается совместная работа парных уголков в элементах ферм?

28

10.Можно ли и при каких условиях конструировать сжатые элементы ферм из одиночных уголков?

Более подробно по выполнению упражнения и пример выполнения студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [3, стр. 42-46], по теме практического заня-

тия [1, гл. 7, стр. 402-456]; [4, гл.9, стр. 261-296]; [2, р. 15.2].

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту в лекциях и при самостоятельной проработке при изучении основ проектирования и расчета легких стальных ферм, следующие:

7)методика расчета центрально растянутых элементов ферм;

8)методика расчета центрально сжатых элементов ферм.

Рекомендации студентам для самостоятельной работы, как дополнение к практическим занятиям

12)[1, гл. 2, стр. 31-61]; [3, стр. 5-9]; [2, р.5-6, Приложение В, табл. В.1-В.9];

13)[1, гл. 3, стр. 83-126]; [3, стр. 10-16]; [6, гл. 2, стр. 59-161]; [5, р. 5-11];

14)[1, стр. 164-184]; [3, стр. 17-25]; [6, стр. 152-166]; [2, р.14, п. 14.2; 14.3; р. 15: п.

15.9; 15.11];

15)[1, р. 4.2, стр. 129-163]; [3, стр. 26-30]; [4, гл.4, стр. 109-151]; [2, р.14: п. 14.1];

16)[1, гл. 5, стр. 183-303]; [3, стр. 31-37]; [4, гл. 7, стр. 174-231]; [2, р.8]; [1, гл. 8,

стр. 451-471]; [1, р. 8.4, стр. 472-481];

17)[1, гл. 6, стр. 304-401]; [3, стр. 38-41]; [4, гл.8, стр. 232-260]; [2, р.9; 10];

18)[1, гл. 7, стр. 402-456]; [3, стр. 42-46]; [4, гл.9, стр. 261-296]; [2, р. 15.2].

29

Рекомендуемая литература

1.Металлические конструкции : учеб. для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во" : в 3 т.. Т.1 : Элементы стальных конструкций / под ред. В. В. Горева. – Москва : Высш. шк., 1997. – 527 с. – ISBN ISBN 5-06-003444-5.

2.СП 16.13330.2017. Стальные конструкции : актуализированная редакция СНиП II-23-81* : пересмотр СП 16.13330–2011 : утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 27 февраля 2017 г. N 126/пр и введен в действие с 28 августа 2017 г. – URL: https://docs.cntd.ru/document/456069588?ysclid=latm7fwj8y325678643. – Текст : электронный.

3.ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия : изд. Дек. 2005 с изм. № 1 (ИУС. 1989. №11) ; введен 01.01.89. – Москва : Стандартинформ, 2006. - 15 с. - (Межгосударственный стандарт). - Группа В20.

4.ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования : утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 декабря 2010 г. N 1059-ст : дата введения 2011-09-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200083899?ysclid=lauq44vp6i558028408. – Текст : электронный.

5.ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. – Введен 07.01.2015. – Москва : Стандартинформ, 2015. – 14 с.

6.СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия : актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85* : пересмотр СП 20.13330.2011 : утвержден приказом Министерства

строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 3 декабря 2016 г. N 891/пр и введен в действие с 4 июня 2017 г. – URL: https://docs.cntd.ru/document/456044318?ysclid=latmke9ojp716401178. – Текст :

электронный.

7.Металлические конструкции : учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования, обучающихся по направлению "Строительство" / Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева [и др.] ; под ред. Ю. И. Кудишина. - 13-е изд., испр. - Москва : Академия, 2011. – 680 с. : ил., табл. -

(Бакалавриат) (Высшее профессиональное образование. Строительство). – ISBN

8.ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения : утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 декабря 2014 г. N 1974-ст. - Дата введ. 01.07.2015. - (Национальный стандарт Российской Федерации). - Издание находится в базе Консультант Плюс.