Расчет металлических конструкций

Сталь

Выбор стали для рассчитываемых конструкций производится по Приложению 1, табл. 50* СНиП Н-23−81*. При выборе стали учитывается сложность напряженного состояния, которое испытывает конструкция при работе (конструкции разделены на четыре группы: конструкции, испытывающие наиболее сложное напряженное состояние, относятся к группе 1, наименее сложное — к группе 4); учитывается также температура, при которой будет эксплуатироваться конструкция (низкие отрицательные темпера туры могут приводить к хрупкому разрушению стали).

В настоящем учебнике рассматриваются только некоторые, часто применяемые стали (С235, С245, С275, С345) и не акцентируется внимание на выборе сталей.

Исследования работы сталей проводятся на стальных образцах, результаты их работы отражаются на диаграмме, где по оси ординат откладываются напряжения, а по оси абсцисс относительные деформации образца е (отношение удлинения образца к его первоначальной длине). На диаграмме (рис. 2.2) можно выделить три участка работы стали: 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической работы; 3 — участок упруго-пластической работы. В большинстве простейших расчетов, которые и рассматриваются в настоящем учебнике, считается, что сталь работает в пределах первого участка — упруго, т. е. напряжения в элементах ограничиваются пределом текучести — су Соответственно, нормативные и расчетные сопротивления, необходимые для расчета конструкций, принимаются по пределу текучести :

Ry" — нормативное сопротивление стали, принятое по пре делу текучести;

R_{y — расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести.}

В некоторых случаях необходимо при расчетах знать нормативные и расчетные сопротивления, принятые по временному сопротивлению — сг_и:

R_{un — нормативное сопротивление стали, принятое по времен ному сопротивлению;}

R_u — расчетное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению.

Рис. 2.2. Диаграмма растяжения стали: а — координата напряжений; е — координата относительных удлинений; a_u — временное сопротивление стали; а_у — предел текучести стали; tga = Е — модуль упругости стали; 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической работы; 3 — участок упруго-пластической работы.

Нормативные и расчетные сопротивления стали принимаются по таблице 51* СНиП И-23−81* в зависимости от стали, вида проката (фасонный или листовой) и толщины проката. Для некоторых ста лей нормативные и расчетные сопротивления приведены в табл. 2.2 учебника. Как уже отмечалось, расчетные сопротивления должны умножаться на коэффициенты условий работы. Для стальных конструкций коэффициенты условий работы у_с приведены в таблице 6* СНиП П-23−81*. В случаях, не оговоренных в таблице, следует принимать у_с = 1.

Кроме требований по механической прочности к сталям могут предъявляться требования по ударной вязкости (способности противостоять разрушению при воздействии ударной нагрузки), которые определяются категорией стали. Категория стали принимается в зависимости от климатического района строительства, динамических воздействий на конструкцию и других требований. Так, в записи стали С345−1, цифра 1 обозначает категорию стали. Необходимая категория стали определяется по табл. 50* СНиП П-23−81*.

Для ряда расчетов необходимо знать модуль упругости. Модуль упругости стали численно равен тангенсу угла наклона диаграммы к оси абсцисс: Е= tga (рис. 2.2). Для прокатной стали и стальных отливок модуль упругости Е= 2,06 * 10⁵ МПа.

Особенности расчета стальных ферм

Проектируя сечение стержней фермы, необходимо учитывать особенности, возникающие в зависимости от материала, из которых они изготовляются. Для стальных ферм наиболее распространенными являются сечения стержней из двух спаренных угол ков или трубчатые (рис. 9.11). Трубчатое сечение стержней экономичнее по расходу материала, чем сечение из уголков, но фермы с такими стержнями более трудоемки в изготовлении.

В качестве геометрической длины стержней / принимают рас стояние между центрами узлов. При расчете поясов ферм на устойчивость в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, учитывают расстояние между точками их закрепления /, (для верхнего пояса — это расстояние между приваренными к поясу плитами покрытия, или прикрепленными к нему прогонами; для нижнего пояса — это расстояние между связями; для элементов решетки — это расстояние между центрами узловермы).Для расчета устойчивости стержней ферм устанавливаются их расчетные длины 1_ф которые учитывают характер возможного изгиба стержней и конструктивные особенности прикрепления стер жней в узлах. Расчетные длины стержней принимаются в соответствии с требованиями табл. 11 СНиП П-23−81*. Так, например, для элементов решетки (кроме опорных раскосов и стоек) расчетная длина в плоскости фермы 4_/рс = 0,8/; в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, l_efyX = / (где / — геометрическая длина стержня).

На рисунке показана конструкция стержня фермы, выполненного из двух спаренных уголков. Такой стержень может воспринимать растягивающие и сжимающие нагрузки.