1. Введение
Процесс проектирования элементов металлических конструкций подразделяется на несколько рабочих этапов:
Определение вида конструкции, ее расчетной схемы.
Сбор нагрузки.
Определение усилий и их сочетаний в элементах конструкций.
Подбор сечений и проверка их по 1 и 2 группам предельных состояний.
Конструирование элементов и графическое оформление проекта.
Приведенные этапы будут представлены при проектировании рабочей площадки, рассматриваемой в данном пособии.
1.1. Базовые положения расчета металлоконструкций
При проектировании металлоконструкций необходимо провести расчеты на прочность и устойчивость по первой группе предельных состояний и на деформации по второй группе предельных состояний. (таб. 1.1)
Таблица 1.1
Общая характеристика предельных состояний
|
I группа предельных состояний |
II группа предельных состояний |
Определение |
Полная непригодность к эксплуатации конструкций зданий или сооружений |
Непригодность к нормальной эксплуатации (затрудненность эксплуатации стр.конструкций) |
Факторы |
Разрушение любого вида Потеря общей устойчивости Потеря устойчивости положения Превращение конструкции (здания, сооружения) в геометрически – изменяемую систему |
Предельные перемещения узлов и элементов, прогибы, выгибы Предельные амплитуды колебаний Нарушение целостности всей системы |
Формула |
N £ Ф N – максимальное усилие (результат расчета, функция нагрузки и геометрии расчетной схемы) Ф – предельное усилие (функция физико-механических свойств материала) |
f £ fu f – перемещение элемента (результат расчета, функция нагрузки и геометрии расчетной схемы) fu - предельное перемещение (по таблице 19 СНиП 2.01.07-85*) |
Нагрузки и сопротивления |
Q; q; p - расчетные нагрузки Ry; Ru - расчетные сопротивления |
Qn; qn; pn - нормативные нагрузки Ryn; Run - нормативные сопротивления |
При расчете строительных конструкций в совокупности математических действий, согласно закономерностям, принятым в теории строительной механики, в результате выявляются усилия, согласно которым подбираются сечения элементов. Подбор и проверка сечений производится в соответствии с формулами, приведенными в СНиП II -23-81* (таб. 1.2)
Таблица 1.2
Виды статической работы металлических конструкций
Характеристики |
Растяжение Расчет на прочность |
Сжатие Расчет на устойчивость |
Изгиб Расчет по упругой стадии |
Р |
N N
A |
N N
|
M;Q Q;M
Wx , Wу |
Основные формулы |
s = N/A £ Rygc (5) |
s =N/jA £ Rygc (7) |
s =M/Wx£ Rygc (28) t=QS*/tJx (29) |
Геометрические характеристики сечений и величины
|
s -напряжение А–площадь сечения элемента, см2 N – нагрузка, кН Ry – расчетное сопротивление, кН/см2 (т.51*) gc– коэффициент условий работы (т.6*) |
j - коэффициент продольного изгиба (таб.72*) lx,y=mx,yl/ix,y – гибкость;
mx,y- коэффициент приведения длины (т.71,а) |
M – момент, кНсм Wx=Jx/ymax - момент сопротивления, см4 Q - поперечная сила, кН; Jx = S( Jxi +Aiyi2) - момент инерции сечения, см4 t - касательное напряжение, кН/см2 S*= S(Aiyi) – статический момент полусечения, см3 |
Проверка
|
|
(7) – по 1 гр. пред.с. lx,y £[l]-2гр. пред.с. [l]-пред.гиб-ть(т.19) |
(28);(29)-по 1 группе предельных состояний. f£[f] по 2 гр.пред.сост. [ f ]-предельный прогиб |
Виды
асчетная
схема стержневого элемента и приложение
нагрузки; характеристики сечений
A;
ix,y;
lx,y
радиус инерции, смПримечание: Предельный прогиб по таблице 19 СНиП 2.01.07-85* .
Состояния конструкций, за которыми они перестают удовлетворять эксплуатационным требованиям – предельные состояния.
Конструкции и сооружения являются сложными системами и для упрощения расчетов чаще всего представляются в виде массивов, составленных из стержневых элементов.
Стержень (брус) – элемент, длина которого значительно больше его поперечных размеров.
На расчетной схеме брус показывается его осью.
Ось стержня – геометрическое место точек - центров тяжести его поперечных сечений.
Расчетная схема – формализованная модель конструкции, необходимая для ее расчета, с указанием всех элементов, их геометрической конфигурации, вида опор и приложения нагрузки.
Нагрузки – внешние силы по отношению к конструкции.
Нагрузки классифицируются: по характеру - на статические и динамические, по длительности действия - на постоянные и временные (длительные и кратковременные), по интенсивности - на сосредоточенные и распределенные (равномерно и неравномерно).
Усилия – внутренние силовые факторы (M, Q, N, t, s )
Эпюра – график изменения усилия по длине элемента.