- •Конспект лекцій
- •I. Вступ
- •1.1. Металеві конструкції та їх використання в інженерних спорудах
- •1.2. Коротка історія розвитку металоконструкцій
- •Іі. Матеріали для металевих конструкцій
- •2.1. Сталі. Склад сталей
- •2.2. Класифікація сталей
- •2.3. Марки сталей
- •2.4. Вибір сталей для мк
- •2.5.Основні фізико-механічні властивості будівельних сталей
- •2.6. Робота сталі на розтяг. Діаграма розтягу сталі
- •2.7. Корозія металевих конструкцій та методи боротьби з нею
- •2.8. Сортамент сталі
- •2.8.1. Листова сталь
- •2.8.2. Профільна сталь а. Гарячекатані профілі
- •Б. Гнуті профілі
- •Ііі. Основні положення розрахунку металевих конструкцій
- •3.1. Метод розрахунку конструкцій за граничними станами
- •3.2. Навантаження на мк
- •3.2.1. Класифікація навантажень залежно від змінюваності у часі
- •3.2.2. Характеристичні та розрахункові навантаження. Коефіцієнти надійності за навантаженнями
- •3.3. Нормативні та розрахункові опори сталі
- •3.4. Суть розрахунку конструкцій за граничними станами
- •Іv. Розрахунок елементів мк на основні види опору
- •4.1. Розрахунок центрально-розтягнутих елементів
- •4.2. Розрахунок центрально-стиснутих елементів
- •4.3. Розрахунок згинальних елементів
- •4.3.1. Розрахунок згинальних елементів в одній площині (прямий згин) в пружній стадії роботи сталі
- •4.3.2. Розрахунок згинальних елементів в двох площинах (косий згин) в пружній стадії роботи металу
- •4.3.3. Розрахунок згинальних елементів з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій
- •4.3.4. Перевірка загальної стійкості згинальних елементів
- •4.3.5. Перевірка пружних деформацій, які порушують нормальні умови експлуатації
- •Рекомендована література до вивчення дисципліни
4.3. Розрахунок згинальних елементів
Розрахунок розтягнутих і стиснутих елементів виконують тільки за І гр. граничних станів. Розрахунок згинальних елементів виконують за двома групами граничних станів:
за І групою - розрахунок на міцність за максимальними нормальними , максимальними дотичними , місцевими і зведеними напруженнями; розрахунок загальної та місцевої стійкості;
за ІІ групою - розрахунок на жорсткість (за прогинами).
Граничний стан за втратою міцності розглядають для двох розрахункових випадків:
при роботі сталі в межах пружності;
з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій.
Крім цього згин може бути в одній площині (прямий згин) або в двох взаємно перпендикулярних площинах (косий згин).
4.3.1. Розрахунок згинальних елементів в одній площині (прямий згин) в пружній стадії роботи сталі
При роботі балки в межах пружності епюра нормальних напружень має трикутну форму і граничний стан наступає тоді, коли напруження в крайніх волокнах перерізу досягають межі текучості (рис. 4.5).
Рис.
4.5. Розрахункова схема балки та епюри
напружень
Умова міцності балки за максимальними нормальними напруженнями має вигляд:
, (29)
де Mmax – максимальний розрахунковий згинаючий момент; Wn, min – мінімальний момент опору перерізу “нетто”.
Для симетричних перерізів моменти опорів крайньої верхньої і крайньої нижньої точок перерізу однакові , а для несиметричних вони різні (рис.4.6).
Рис.
4.6. До визначення Wmin несиметричних
перерізів
Умова міцності за максимальними дотичними напруженнями (формула Журавського):
, (30)
де Qmax – максимальна розрахункова поперечна сила; Sx – статичний момент площі половини перерізу; Ix – осьовий момент інерції; tw – товщина стінки; Rs – розрахунковий опір сталі зрізу
. (31)
Якщо до верхнього поясу балки прикладені зосереджені сили (рис.4.7), то в її стінці на рівні з'єднання з полицею виникають місцеві (локальні) напруження .
Рис.
4.7. До виникнення місцевих напружень
Коли максимальні місцеві напруження досягають граничного значення (межі текучості), наступає граничний стан. Перевірка на міцність від місцевого стиску (за максимальними місцевими напруженнями) виконується за формулою
, (32)
де – місцеві (локальні) напруження; lef – умовна довжина розподілення навантаження; залежить від конструктивного рішення прикладання навантаження і визначається за нормами проектування.
Якщо під зосередженими силами стінка балки укріплена поперечними ребрами жорсткості (рис.4.8), то .
Рис.
4.8. Укріплення стінки ребрами жорсткості
Роздільні перевірки за max, max i loc проводяться в тих перерізах, де кожне з цих напружень досягає найбільшого значення: max – в перерізі з Mmax ; max – в перервзі з Qmax ; loc – під зосередженою силою.
В розрізних балках перерізи з max i max, як правило, не співпадають, а тому їх перевіряють окремо і називають ці перевірки роздільними. Але по всій довжині балки за виключенням окремих перерізів (наприклад, середнього та крайніх на рис. 4.5) M i Q діють одночасно. А тому додатково до роздільних перевірок необхідна перевірка на сумісну дію , і loc . Це перевірка міцності за зведеними (максимальними сумарними) напруженнями:
. (33)
Якщо loc=0, то формула приймає вигляд:
, (34)
де red – зведені напруження. Вони визначаються: по довжині балки – в тому перерізі, де одночасно великі значення і М, і Q (для схеми, показаної на рис.4.9, - це переріз 1-1, в якому діють зусилля М1 і Q1); по висоті перерізу – в тій точці, де одночасно великі значення і . Це точка з'єднання стінки з полицею, яка належить стінці (точка 1).
Рис.
4.9. До визначення зведених напружень
В цих формулах:
1 – нормальні напруження в точці 1 (на краях стінки)
; (35)
1 – дотичні напруження в точці 1
; (36)
S1 – статичний момент відносно нейтральної осі частини площі перерізу, яка знаходиться вище або нижче волокон, що розглядаються, тобто статичний момент площі однієї полиці відносно нейтральної осі балки;
; ; (37)
коефіцієнт 1,15 – коефіцієнт, яким допускається обмежений розвиток пластичних деформацій.
Ще раз слід звернути увагу на те, що в цих формулах напруження 1, 1 і loc визначаються в одному і тому ж перерізі по довжині балки, і в одній і тій же точці по висоті перерізу.