- •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
4.3.2. Розрахунок згинальних елементів в двох площинах (косий згин) в пружній стадії роботи металу
Згин в двох площинах називають косим згином. Він має місце в тому випадку, коли напрямок дії зовнішнього навантаження не співпадає ні з однією з центральних осей перерізу.
Покажемо це на прикладі роботи прогонів (рис. 4.10).
Рис.
4.10. До розрахунку елементів на косий
згин
Покажемо епюри напружень в двох площинах (рис. 4.11).
Рис.
4.11. Епюри напружень при косому згині
Умова міцності за при косому згині має вигляд:
; (38)
; ; (39)
, (40)
де Мх, Му – розрахункові значення згинаючих моментів, діючих перпендикулярно відповідно осям х-х і у-у. Мх викликаний дією qx; Му викликаний дією qy;
; ; (41)
Ix, n та Iу, n – моменти інерції перерізу “нетто” відносно осей х-х та у-у;
х та у – координати точки поперечного перерізу, в якій визначається , відносно головних осей, наприклад для точки 4 (рис. 4.12)
Рис.
4.12. До визначення координат точок
Знак “” в формулі враховує той факт, що в одних і тих же точках поперечного перерізу від дії qx і qy можливі напруження з різними знаками:
знак “+” в формулі – для точок 1 і 3;
знак “-“ в формулі – для точок 2 і 4.
4.3.3. Розрахунок згинальних елементів з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій
Врахування розвитку пластичних деформацій сталі призводить до збільшення несучої здатності балок. При цьому економія сталі досягає 10…15%.
В чому полягає суть розрахунку з врахуванням розвитку пластичних деформацій?
При досягненні в крайніх фібрових волокнах згинального елемента межі текучості міцність балки ще не вичерпується, оскільки всі волокна перерізу, за виключенням крайніх, продовжують працювати пружно. Дійсний граничний стан наступає тоді, коли при збільшенні навантаження напруження текучості, розповсюджуючись вглиб перерізу, охоплюють всі волокна. В цьому випадку в перерізі з максимальним моментом з’являється шарнір пластичності внаслідок того, що всі волокна, виходячи з діаграми роботи сталі, в розтягнутій зоні – подовжуються, а в стиснутій – скорочуються без збільшення навантаження (течуть).
Рис. 4.13. Послідовність
зміни епюри напружень
На рис. 4.14 наведена зона розподілення текучості сталі вздовж балки.
В шарнірі пластичності діє граничний момент Мгр , зрівноважуючий зовнішнє навантаження. При зменшенні навантаження шарнір пластичності зникає, оскільки сталь знову починає працювати пружно.
Нормами проектування збільшення несучої здатності балок при розвитку пластичних деформацій враховується множенням пружного моменту опору Wn, min на коефіцієнт С1 (Сх, Су), більший одиниці, і перевірка нормальних напружень виконується за формулою:
при згині в одній площині (прямий згин)
; (42)
при згині в двох площинах (косий згин)
, (43)
де Mmax , Mx , My – абсолютні значення згинаючих моментів;
С1, Сх, Су – коефіцієнти, що враховують розвиток пластичних деформацій, значення яких для різних типів перерізів визначаються за СНиП. С > 1.
Рис.
4.14. Розподілення текучості сталі вздовж
балки
Щоб виключити надмірні прогини балок, коефіцієнти С1, Сх і Су підраховують при неповному розвитку шарніра пластичності.
Розрахунок в опорному перерізі балок при М = 0, Мх = 0 і Му = 0 необхідно виконувати за формулою
, (44)
тобто за припущення рівномірного розподілу дотичних напружень по висоті стінки.
За наведеними формулами для перевіряються напруження в крайніх фібрових волокнах.
При сумісній дії М і Q (тобто сумісній дії нормальних та дотичних напружень в розрахунковому перерізі) описаний спосіб врахування пластичності справедливий лише тоді, коли дотичні напруження в розрахунковому перерізі невеликі і зведені напруження red будуть найбільшими в крайніх волокнах (рис. 4.15, а).
При значних дотичних напруженнях пластичність починається в стінці (рис. 4.15, б). В цьому випадку формули будуть несправедливі.
Рис.
4.15. Епюри приведених напружень
Тому нормами дозволяється виконувати розрахунки міцності з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій для розрізних балок суцільного перерізу, виконаних із сталі з межею текучості і закріплених від втрати загальної та місцевої стійкості, якщо дотичні напруження не перевищують:
при згині в одній площині (крім опорних перерізів);
при згині в двох площинах (крім опорних перерізів).