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: 5 из 9

Расчет и конструктивное оформление базы с фрезерованным тор­цом стержня колонны. При фрезерованном торце стержня колонны плиту обычно принимают квадратной со стороной:



Так как свесы плиты не укреплены, то плита иногда получается зна­чительной толщины, толще обычного прокатного листа (40—50 мм). В связи с этим возможно применение литых плит или слябов.

Ведя расчет в запас прочности, можно определить изгибающий момент в плите по кромке колонны, рассматривая трапецеидальный участок плиты как консоль шириной b (у сопряжения с колонной),



φ_ф – напряжение в фундаменте под плитой базы; А – площадь трапеции; с – расстояние от центра тяжести трапеции до кромки колонны.

Требуемая толщина плиты:







В каждой точке такой пластины возникают моменты: Мг — в радиальном направлении и Mτ — в тангенциальном направлении при ширине расчет­ного элемента 1 см:



N – полное расчетное давление колонны на плиту; k_r и k_τ – к-ты, зависящие от отношения радиуса колонны к радиусу плиты β=b/a.

По найденным моментам определяют напряжения:

- нормальные



- касательные



Приведенное напряжение проверяют по формуле:



Для восприятия напряжений от случайных моментов и поперечных сил прикрепление стержня колонны с фрезерованным торцом к плите условно рассчитывается на усилие, составляющее 15% общего давления.

14. ФЕРМЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМ. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Фермой называют систему стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и образующих геомет­рически неизменяемую кон­струкцию.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы (рис. 7.1, а) могут воспринимать нагрузку, при­ложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространствен­ные фермы (рис. 7.1, б, в) образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом на­правлении.





Основными элементами ферм являются пояса, образующие кон­тур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис.7.2).

Расстояние между узлами пояса называют панелью (d), рас­стояние между опорами — пролетом (L), расстояние между осями (или наружными гранями) поясов — высотой фермы (h_ф).

Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и мо­мент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспри­нимает в основном поперечную силу, выполняя функцию стенки сплошной балки.

Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредст­венного примыкания одних элементов к другим (рис. 7.3, а) или с помощью узловых фасонок (рис. 7.3, б). Для того чтобы стерж­ни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центри­ровать по осям, прохо­дящим через центры тяжести.









Компоновка ферм

Первым этапом проектирования конструкций является их ком­поновка. На этой стадии вы должны выбрать статическую схему и очертание фермы, назначить вид решетки и определить генеральные размеры. Компоновка конструкций в решающей степени определяет их экономичность, поэтому к этому этапу проектирования следует подходить особо внимательно.

Рациональное конструктивное решение должно быть экономич­ным по затрате металла, просто в изготовлении, транспортировке и монтаже, быть надежным и долговечным.

Выбор статической схемы и очертания ферм

Выбор статической схемы и очертания ферм зависит от назначе­ния и архитектурного решения сооружения.

При выборе статической схемы ферм (разрезная, неразрезная) необходимо учитывать свойства оснований. При просадочных осно­ваниях использование статически неопределимых систем может привести к значительным дополнительным усилиям от осадки фун­даментов.

Определение генеральных размеров ферм

Пролет фермы в большинстве случаев назначают, исходя из тех­нологических и архитектурных требований, он оговаривается в тех­ническом задании. В тех же случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады, поддерживающие трубопроводы, транспортерные галереи и т.п.), его назначают на основе экономических соображений с тем, чтобы сум­марная стоимость ферм и опор была наименьшей.

Высоту ферм принимают, как и для балок, с учетом минимиза­ции расхода стали, обеспечения необходимой жесткости, возможно­сти транспортировки укрупненными элементами.

Усилия в поясах балочных ферм возникают от изгибающего мо­мента, а в решетке - от поперечной силы. Чем больше высота фер­мы, тем меньше усилия в поясах и их масса. Масса решетки, наобо­рот, с увеличением высоты фермы возрастает, так как увеличивается длина раскосов и стоек. Следовательно, может быть найдена опти­мальная высота фермы, при которой общая масса поясов и решетки будет наименьшей. Для ферм-с параллельными поясами и трапецеи­дальных оптимальная высота h_опт составляет1/4…1/5 пролета l . По условиям транспортировки предельная высота конструкций не должна превышать 3,85 м. Обычно с учетом требований транспортировки, мон­тажа и других факторов высоту ферм принимают в пределах 1/7…1/12 пролета l (меньшие значения принимают при меньших нагрузках).

По аналогии со сплошностенчатыми балками для ферм с парал­лельными поясами и трапецеидальных можно определить минималь­ную (из условий жесткости) высоту:



l/f – предельный допустимый прогиб фермы; σ_n – максимальное напряжение в поясе от нагрузки, при которой проверяется жесткость.

Прогиб конструкций определяют от нормативной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке равном 1. При полном исполь­зовании прочностных свойств стали, т.е. при действии расчетных нагрузок σ = Ry , при нормативной нагрузке:



q_n и p_n – постоянная и временная нормативные нагрузки; γ_fq и γ_fp – соответствующие к-ты надежности по нагрузке.

Прогиб ферм можно компенсировать устройством строительного подъема, т.е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под воздействием нагрузки погашается и ферма приходит в проектное положение. Строительный подъем назначают согласно нормам рав­ным прогибу от постоянной нагрузки плюс половина от временной нагрузки.

Размеры панели должны соответствовать расстоянию между эле­ментами, передающими нагрузку на ферму, и отвечать оптимально­му углу наклона раскосов. Оптимальный угол наклона раскосов в треугольной решетке составляет 45° , в раскосной решетке - 35° . Из конструктивных соображений — рационального очертания фасонки в узле и удобства прикрепления раскосов - желателен угол, близкий к 45°. При малых углах фасонки получаются слишком вытянутыми, при больших - высокими, что делает их громоздкими и неэконо­мичными. В стропильных фермах размеры панелей принимают в зависимости от системы кровельного покрытия.

Унификация и модулирование геометрических размеров ферм позво­ляет стандартизировать как сами фермы, так и примыкающие к ним элементы (прогоны, связи и т.д.). Это приводит к сокращению числа типоразмеров деталей и дает возможность при массовом изготовле­нии конструкций применять специализированное оборудование и перейти на поточное производство.

Размеры панели должны соответствовать расстоянию между эле­ментами, передающими нагрузку на ферму, и отвечать оптимально­му углу наклона раскосов. Оптимальный угол наклона раскосов в треугольной решетке составляет 45° , в раскосной решетке - 35° . Из конструктивных соображений — рационального очертания фасонки в узле и удобства прикрепления раскосов - желателен угол, близкий к 45°. При малых углах фасонки получаются слишком вытянутыми, при больших - высокими, что делает их громоздкими и неэконо­мичными. В стропильных фермах размеры панелей принимают в зависимости от системы кровельного покрытия.

Унификация и модулирование геометрических размеров ферм позво­ляет стандартизировать как сами фермы, так и примыкающие к ним элементы (прогоны, связи и т.д.). Это приводит к сокращению числа типоразмеров деталей и дает возможность при массовом изготовле­нии конструкций применять специализированное оборудование и перейти на поточное производство.

15. РАСЧЕТ ФЕРМ. СБОР НАГРУЗОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ

На фермы, как правило, действует несколько временных нагру­зок и, для того чтобы найти их невыгодное сочетание, усилия в стержнях ферм следует определить отдельно для каждого вида на­грузки. Так, в стропильных фермах усилия следует определять для следующих нагрузок:

• постоянной, в которую входит собственный вес фермы и вес всей поддерживаемой конструкции (кровли с утеплителем, фонарей и т.п.);

• временной нагрузки от подвесного подъемно-транспортного оборудования, полезной нагрузки, действующей на подвешенное к ферме чердачное перекрытие, и т.п.;

• кратковременной, атмосферной — снег, ветер.

Расчетная постоянная нагрузка, действующая на узел стропиль­ной фермы, зависит от грузовой площади, с которой она собирается (заштриховано на рис. 7.10, б):



ее определяют по формуле:



где – g_f - вес фермы и связей кН на м² горизонтальной проекции кровли;

- g_кр - вес кровли кН/м²

- α - угол наклона верхнего пояса к горизонту;

- b - расстояние между фермами;

- d _i-1 - длины примыкающих к узлу панелей;

- d_i - принимают со своими значениями коэффициентов по нагрузке;

Расчетную нагрузку от снега определяют по формуле:



где – S₀ - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной проекции;

- γ_fs коэффициент надёжности по снеговой нагрузке;

Значение Fs должно определятся с учётом возможного неравномерного распределения снегового покрова около фонарей и перепадов высот.

Снег - нагрузка временная и может загружать ферму лишь час­тично; загружение снегом одной половины фермы может оказаться невыгодным для средних раскосов.

Давление ветра учитывается только на вертикальные поверхно­сти, а также на поверхности с углом наклона к горизонту более 30°, что бывает в башнях, мачтах, эстакадах, а также в крутых треуголь­ных стропильных фермах и фонарях. Ветровая нагрузка, как и дру­гие виды нагрузок, приводится к узловой.

Определение усилий в стержнях ферм

При расчете легких ферм предполагается, что в узлах системы - идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположе­ны в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке (в цен­тре узла, см. рис. 7.10, а). Стержни такой идеальной системы при узловой нагрузке работают только на осевые усилия: напряжения, найденные по этим усилиям, являются основными. В связи с факти­ческой жесткостью узловых соединений в стержнях фермы возни­кают дополнительные напряжения от узловых моментов, однако при отношении высоты сечения стержня и его длине h/l < 1/10 они малы и при расчете их обычно не учитывают. При большей жестко­сти стержня h/l >1/10 влиянием моментов уже нельзя пренебречь, поскольку они приводят к более раннему развитию пластических деформаций, что снижает хрупкую прочность стали. Момен­ты от жесткости узлов следует учи­тывать при отношении

h/l >1/15.

Если оси стержней фермы не пересекаются в одной точке, то при расчете следует учесть узловой момент M = (N₁-N₂)e (рис. 7.11, а).



Усилия в элементах фермы можно определить любым методом строительной механики. Для ферм с параллельными поясами это проще всего сделать методом сече­ний; для треугольных и трапецеи­дальных ферм - методом вырезания узлов или графически путем построения диаграммы. Если на ферму дейст­вует подвижная нагрузка, то для определения максимальных усилий в элементах фермы следует воспользоваться линиями влияния. Если на ферму действует внеузловая нагрузка (например, при подвеске к поясу фермы трубопровода или при смещении прогона с узла фермы), то напряжения от этого момента являются основными и ими нельзя пренебрегать. Пояс фермы в этом случае можно рас­сматривать как неразрезную балку, опирающуюся на узлы фермы. Значения моментов в поясах приближенно можно определить по формулам:

- при сосредоточенной нагрузке



К-т 0,9 учитывает неразрезность пояса.

- при равномерно распределенной нагрузке

Пролетный момент в крайней панели



Пролетный момент промежуточных панелей



Опорный момент



Для подбора сечении элементов ферм необходимо получить для каждого элемента максимальное возможное усилие, т.е. найти наи­более невыгодное сочетание. Для разных элементов это могут быть разные комбинации временных нагрузок. Поэтому определение уси­лий следует выполнять для каждой нагрузки отдельно, а затем выби­рать такое сочетание (основное или особое), при котором усилие в элементе будет максимальным.

Определение расчетной длины стержней фермы

Несущая способность сжатых элементов зависит от их расчетной длины:



где μ- коэффициент приведения длины, зависящий от способа за­крепления концов стержня; l- геометрическая длина стержня (расстояние между центрами узлов или точками закрепления от смещения).

Расчетная длина пояса из плоскости фермы в общем случае равна расстоянию между точками, закрепленными от смеще­ния. Элементами, закрепляющими пояс, могут служить кровельные па­нели, прогоны, связи и распорки. В процессе монтажа, когда элементы кровли еще не установлены для за­крепления фермы, из их плоскости могут использоваться временные связи или распорки.

Предельные гибкости элементов ферм

Элементы ферм следует проектировать, как правило, из жестких стержней. Особенно существенное значение жесткость имеет для сжатых элементов, предельное состояние которых определяется по­терей устойчивости. Поэтому для сжатых элементов ферм в отечест­венных нормах установлены требования по предельной гибкости более жесткие, чем в зарубежных нормативных документах. Пре­дельная гибкость для сжатых элементов ферм и связей зависит от назначения стержня и степени его загруженности:





При статических нагрузках гибкость растянутых элементов ограничивается только в вертикальной плоскости. Если растянутые элементы предварительно напряжены, то их гибкость не ограничивается. Например, в комбинированных шпренгельных сис­темах мы можем шпренгель выполнить из гибких арматурных стержней, если подвергнем их предварительному напряжению. Зна­чения предельных гибкостей приведены в таблицах.
16. ТИПЫ СЕЧЕНИЙ ЭЛ-ОВ ФЕРМ, ПОДБОР СЕЧЕНИЙ СТЕРЖНЕЙ





Подбор сечений элементов ферм

В фермах из прокатных и гнутых профилей для удобства ком­плектования металла принимается обычно не более 5...6 калибров профилей. Из условия обеспечения качества сварки и повышения коррозионной стойкости толщину замкнутых профилей (труб, гнуто-замкнутых сечений) не следует принимать менее 3 мм, а для уголков - менее 4 мм. Для предотвращения повреждения стержней при транспортировке и монтаже не рекомендуется также применять профили размером менее 50 мм.

Профильный прокат поставляют длиной до 12 м. Для снижения трудоемкости изготовления в фермах пролетом до 24 м (включительно), состоящих из двух отправочных марок, пояса при­нимают постоянного сечения.

Для снижения расхода стали целесообразно, особенно при боль­ших усилиях, наиболее нагруженные элементы ферм (пояса, опор­ные раскосы) проектировать из стали повышенной прочности, а прочие элементы - из обычной стали. Стержни легких ферм работа­ют в относительно благоприятных условиях (одноосное напряжен­ное состояние, незначительная концентрация напряжений и т.д.), поэтому для них следует применять стали полуспокойной выплавки. Фасонки ферм работают в сложных условиях (плоское поле растяги­вающих напряжений, наличие сварочных напряжений, концентра­ция напряжений вблизи швов), что повышает опасность хрупкого разрушения и требует применения более качественной спокойной стали.