Металлы. 1. коррозия металла. Основные методы борьбы с коррозией в различных видах конструкций

• Название: 1. коррозия металла. Основные методы борьбы с коррозией в различных видах конструкций
• Анкор: Металлы.doc
• Дата: 22.02.2018
• Размер: 3.21 Mb.
• Имя файла: Металлы.doc
• Тип: Документы; #15795
• страница: 4 из 9

10. ПРОВЕРКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ СТАЛЬНЫХ БАЛОК. ПРОВЕРКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛ-ОВ СЕЧЕНИЯ СОСТАВНЫХ БАЛОК (ПОЯСОВ И СТЕНКИ)



Проверка общей устойчивости

Общую устойчивость составных двутавровых балок, изгибаемых в плоскости стенки, выполняют по формуле:



W_c – момент сопротивления для сжатого пояса; φ_b – к-т, принимаемый в зав-ти от φ₁, при φ₁≤0,85 φ_b= φ₁, при φ₁>0,85 φ_b=0,68+0,21 φ₁≤1.

Для балок двутаврового сечения с двумя осями симметрии при упругой стадии работы:



Ψ – к-т, принимаемый в зав-ти от вида нагрузки и параметра α:



L_ef – расчетная длина балки из ее плоскости; h₀ – расстояние между осями поясов; а=0,5h₀.

За расчетную длину следует принимать расстояние между точка­ми закреплений сжатого пояса от поперечных смещений (узлами продольных и поперечных связей, точками закрепления жесткого настила); при отсутствии связей l_ef = I (I - пролет балки).

За расчетную длину консоли принимают l_ef = I при отсутствии закрепления сжатого пояса на конце консоли в горизонтальной плоскости или расстояние между точками закрепления сжатого поя­са в горизонтальной плоскости при закреплении пояса на конце и по длине консоли.

Устойчивость балок проверять не требуется:

а) при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, не­прерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный (плиты железобетонные, плоский и профилированный металлический настил и т.п.);

б) при отношении l_ef/b_ef , не превышающем значений, опреде­ляемых по формуле:



для балок симметричного двутаврового сечения и с более развитым сжатым поясом, для которых ширина растянутого пояса составляет не менее 0,75 ширины сжатого пояса.

Местную устойчивость сжатого пояса обеспечивают надлежащим выбором отношения свеса пояса к толщине



поэтому дополнительная проверка устойчивости не требуется. При малых нормальных напряжениях в сжатом поясе отношения b_ef/t_ef можно увеличить в раз, но не более чем на 25%.

Местная устойчивость стенки. Стенка балки представляет собой длинную пластинку, упруго защемленную в поясах. В различных сечениях стенки возникают касательные напряжения от сдвига, нормальные напряжения от изгиба и нормальные напряжения от локальных воздействий. Все из названных напряжений в отдельно­сти и особенно в совокупности могут вызывать потерю местной ус­тойчивости стенки.

Критические напряжения в стенке, не укрепленной ребрами же­сткости при больших значениях μ:



Данное значение λw использовано в нормах в качестве требова­ния укрепления стенки поперечными ребрами жесткости при отсут­ствии подвижной нагрузки (λw >3,2). При наличии подвижной на­грузки λw >2,2.

В областях, примыкающих к сечениям балки с M=Mmах и Q=0 , потерю устойчивости стенки в сжатой зоне могут вызвать нормаль­ные напряжения:



В общем случае при М ≠0, Q≠0 и, возможно, F_loc≠0 расчет на ус­тойчивость стенок симметричного сечения, укрепленных только по­перечными ребрами, следует выполнять по формуле:



- сжимающее напряжение у расчетной грани стенки.



d – меньшая из сторон отсека (h_ef или а); μ – отношение большей стороны пластинки к меньшей.

11. ТИПЫ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ СПЛОШНЫХ КОЛОНН, ИХ КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых конструкций.













Выбор типа сечения колонны. При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживаемых конструкций, ус­ловия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

При одноярусных колоннах балки или другие поддерживаемые конст­рукции могут опираться на колонну сверху. Помимо четкости центральной передачи нагрузки такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.

Подбор сечения и конструктивное оформление стержня колонны

Сплошностенчатые колонны. Задавшись типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения по формуле:



N – расчетное усилие в колонне, γ_с – к-т условий работы.

Чтобы предварительно определить коэффициент φ, за­даемся гибкостью колонны λ=l_ef/i.

Для сплошных колонн с расчетной нагрузкой до 1500—2500 кН и длиной 5—6 м можно задаться гибкостью λ= 100—70, для более мощных колонн с нагрузкой 2500—400 кН можно принять λ= 70—50. Задавшись гибко­стью λ и найдя соответствующий коэффициент φ, определяем в пер­вом приближении требуемую площадь и требуемый радиус инерции, соответствующий заданной гибкости:



Значение коэффициента φ вычисляют для типов кривой устойчивости а, b и с по формуле:



λ – условная гибкость.

Зависимость радиуса инерции от типа сечения приближенно выражается формулами:


h и b – ширина и высота сечения; k₁ и k₂ – к-ты для определения соответствующих радиусов инерции.

Отсюда определяют требуемые генеральные размеры сечения:



Установив генеральные размеры сечения b и h, подбирают толщину по­ясных листов (полок) и стенки исходя из требуемой площади колонны Атр и условии местной устойчивости. Отношения ширины элементов сечения (полок, стенки) к их толщине подбирают так, чтобы они были меньше предельных соотношений, устанавливаемых с точки зрения равнопрочности стержня в целом и его элементов.

После окончательного подбора сечения его проверяют, определяя фак­тическое напряжение:



При этом коэффициент φ_min берут по действительной наибольшей гибкости, для вычисления которой на­ходят фактический момент инерции и радиус инерции принятого сечения колонны



При незначительных усилиях в колонне ее сечение подбирают при пре­дельной гибкости λ, установленной нормами, для чего определяют мини­мально возможный радиус инерции i_min=l_ef / λ_max и, установив по нему наименьшие размеры сечения:



окончательно подбирают сечение по конструктивным соображениям исходя из наименьшей возможной толщины элемента (по условиям местной устой­чивости элементов).

Соединения пояса со стенкой в центрально сжатом элементе составного сплошного сечения следует рассчитывать на сдвиг от условной поперечной силы Qfic, определяемой по формуле:



N – продольное усилие в стержне; φ – к-т устойчивости при центральном сжатии.

В колоннах, работающих на центральное сжатие, сдвигающие усилия между стенкой и поясами незначительны, так как поперечная сила, возни­кающая от случайных воздействий, невелика. Поэтому поясные швы в ко­лоннах принимаются конструктивно в зависимости от марки стали и толщины свариваемых элементов.


12. ТИПЫ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ СКВОЗНЫХ КОЛОНН, ИХ КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СТЕРЖНЯ.

Типы сквозных колонн. Стержень сквозной центрально-сжатой ко­лонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками (рис. 8.4,а—в). Ось, пересекающая ветви, называ­ется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Рас­стояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стер­жня.







Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь (рис. 8.4,а), так как в этом в случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны. Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров (рис. 8.4,б).

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей (100—150 мм) для возможности окраски внутренних поверхностей.

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их ра­ционально проектировать из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях (рис. 8.4,г). Такие стержни при небольшой площади сечения обладают значительной жесткостью, однако трудоемкость их изго­товления больше трудоемкости изготовления двухветвевых стержней.

Подбор сечения и конструктивное оформление стержня колонны

Сквозные колонны. При подборе сечения сквозной колонны устойчивость ее относительно свободной оси проверяется не по гибкости λ_у = l_ef/i_y, а по приведенной гибкости:



Приведенная гибкость зависит от расстояния между ветвями, устанавливаемого в процессе под­бора сечения. Расстояние между ветвями отвечает требованиям равноустойчивости сквозной колонны относительно осей х и у, если приведенная гибкость равна гибкости относительно материальной оси х:



Подбор сечения сквозной колонны начинается с расчета на устойчивость относительно материальной оси х, т.е. с определения требуемой площади сечения по формуле:



Так же как и при подборе сечения сплошных колонн, надо задаться гибкостью, чтобы получить из таблицы коэффициент устойчивости (продольного изгиба) φ .

Задавшись гибкостью λ и определив по ней коэффициент φ, по фор­муле (8.30) получаем требуемые площадь и радиус инерции относительно материальной оси л: (так как гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости).

Определив требуемые площадь и радиус инерции, подбираем по сорта­менту соответствующий им профиль швеллера или двутавра. Если эти зна­чения по сортаменту не будут совпадать в одном профиле, что бывает при неудачно заданной гибкости, то нужно взять профиль, в котором А_тр и i_x имели бы значения, наиболее близкие к найденным.

Приняв сечение, проверяем его пригодность по формуле:





Если сечение подобрано удов­летворительно, то следующим эта­пом является определение расстоя­ния b между ветвями из условия равноустойчивости:



Планки в 2х плоскостях:



Планки в 4х плоскостях:



Стержни треугольного сечения



λ – наибольшая гибкость всего стержня; λ₁ – λ₃ – гибкости отдельных ветвей относительно собственных осей, параллельных главным осям сечения стержня.

Необходимо иметь λ₁< λ_у так как в противном случае возможна потеря несущей способности ветви ранее потери устойчивости колонны в целом.

Определив гибкость λ_у , находим соответствующий ей радиус инерции i_y=l_ef / λ_у и расстояние между ветвями, которое связано с радиусом инерции отношением b = i_y/k₂. Коэффициент k₂ зависит от типа сечения ветвей и берется по таблице. Значение b должно быть увязано с допустимым габаритом колонны, а также с необходимым зазором между полками ветвей.

Чтобы определить приведенную гибкость в колоннах с раскосной решет­кой, задаются сечением раскосов Ad. Имея отношение A/Ad, в зависимости от типа решетки определяют приведенную гибкость λ_ef , а затем i_y и b

После окончательного подбора сечения колонну проверяют на устойчи­вость относительно оси у по формуле:



Для проверки устойчивости нужно скомпоновать сечение стержня, ус­тановить расстояние между планками и по приведенной гибкости определить коэффициент φ. Если коэффициент φy больше коэффициента φх, то проверка устойчивости относительно оси у по формуле не нужна.

В колоннах с решетками должна быть также проверена устойчивость отдельной ветви на участке между смежными узлами решетки. В колоннах с решетками в четырех плоскостях с поясами и решеткой из одиночных уголков расчетные длины поясов и раскосов зависят от типа решетки, кон­струкции прикрепления раскоса к поясу и отношения погонных жесткостей пояса и решетки. Значения расчетных длин принимаются по нормам. Ус­тановив окончательное сечение сквозной колонны, переходят к расчету ре­шетки.

13. БАЗЫ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ КОЛОНН, ИХ КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

Типы и конструктивные особенности баз. Конструкция базы дол­жна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопряжении база при действии случайных моментов должна иметь возможность некоторого поворота относительно фун­дамента, при жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота.

По конструктивному реше­нию базы могут быть с травер­сой (рис. 8.15,а), с фрезерован­ным торцом (рис. 8.15,б и с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты рис. 8.15,в).





Расчет и конструктивное оформление баз с траверсой и баз с консольными ребрами.

После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину.

При площади опорной плиты А_f1, значительно меньшей обреза фунда­мента А_f2, расчетное сопротивление сжатию материала фундамента повы­шается, и бетон фундамента работает на локальное сжатие (смятие).

Площадь смятия A_f1 определяют из условия:



Ψ – к-т, зависящий от хар-ра распределения местной нагрузки по площади смятия; R_b,loc – расчетное сопротивление бетона смятию:



R_b – расчетное сопротивление тяжелого мелкозернистого и легкого бетонов для определения состояний первой группы на осевое сжатие; α=1 для бетонов класса ниже В25



Требуемая площадь плиты:



Размеры плиты В и L определяются в пределах требуемой нагрузки по конструктивным соображениям в зависимости от размещения ветвей траверсы или укрепляющих плиту ребер.

Плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление от ветвей траверсы и ребер. Плиту рассчитывают как пластину, нагружен­ную снизу равномерно распределенным давлением фундамента и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны (ветви, траверсы, диафрагмы, ребра и т.п.).

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, в пластинках, опертых на 3 или 4 канта, определяют по формуле:



q – расчетное давление на 1 см² плиты.

По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгиба­ющих моментов определяется момент сопротивления плиты шириной 1 см:

W_f = 1t_f²/6 = M_max/R_y, по по нему вычисляется требуемая толщина плиты



Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы h. Если ветви траверсы при­крепляются к стержню колонн четырьмя швами, то получить требуемую высоту траверсы можно по следующей формуле:





Высота углового шва принимается не более 1—1,2 толщины ветви тра­версы, которая из конструктивных соображений устанавливается равной 10— 16 мм. Высоту траверсы следует принимать не больше 85β_fk_f

Швы, прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите, рассчитывают на полное усилие, действующее в колонне. Прикрепление консольных ребер к стержню колонны рассчитывается на момент и поперечную силу.

Момент в плоскости ребра (консоли):



С_к – ширина грузовой площади; l_k – вылет колонны.

Поперечная сила в месте крепления консоли:



Если ребра крепят к стержню колонны угловыми швами, то швы про­веряют по равнодействующей напряжений от изгиба и поперечной силы:

- по металлу шва



- по металлу границы сплавления