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: 6 из 9

Подбор сечений сжатых элементов

Требуемую площадь находят из условия устойчивости





Местную устойчивость сжатых элементов, выполненных из про­катных сечений, можно считать обеспеченной, поскольку из усло­вий прокатки толщина полок и стенок профилей больше, чем требу­ется из условий устойчивости.

Устойчивость стенок сечений из круглых труб обеспечена, если ,

где г - радиус тру­бы, t - толщина стенки.

Для гнутозамкнутых прямоугольных трубча­тых сечений предельную условную гибкость стенок из условия ус­тойчивости можно определить из выражения:





Подбор сечения растянутых элементов

Предельное состояние растянутых элементов определяется либо их разрывом σ>σ_u , где σ_у - временное сопротивление стали, либо развитием чрезмерных пластических деформаций σ > σ_у , где - σ_у - предел текучести. Стали с нормативным сопротивлением Ryn < 44 кН/см² имеют развитую площадку текучести по­этому, как правило, несущую способность элементов из таких сталей проверяют, исходя из условия развития пластических деформаций, по формуле:



Для элементов, выполненных из сталей, не имеющих площадки текучести (условный предел текучести Ryn > 44 кН/см²), а также если эксплуатация конструкций возможна и после развития пластических деформаций, проверку несущей способности проводят по формуле:



где γ_u = 1,3 - коэффициент надежности при расчете по временному сопротивлению;

Ru - расчетное сопротивление, определенное по временному сопротивлению.

Обычно требуемую площадь растянутого элемента определяют по формуле:



Затем по сортаменту выбирают профиль, имеющий ближайшее большее значение площади. Проверка принятого сечения в этом случае является формальной и не требуется.

Подбор сечения элементов ферм, работающих на действие продольной силы и изгиб

Предельное состояние внецентренно растянутых элементов оп­ределяется развитием пластических деформаций в наиболее нагру­женном сечении, и их несущая способность проверяется по формуле:





Для внецентренно сжатых элементов определяющей в большин­стве случаев является потеря устойчивости, и проверку их несущей способности проводят по формуле:













Подбор сечения таких элементов производят методом последова­тельных приближений.

Обычно, поскольку осевое усилие играет определяющую роль, предварительно с некоторым запасом назначают сечение, исходя из его работы на центральное сжатие и растяжение, а затем проверяют его с учетом действующих моментов по формулам:





Подбор сечений стержней по предельной гибкости

Ряд стержней легких ферм имеют незначительные усилия и, сле­довательно, небольшие напряжения. Сечения этих стержней подби­рают по предельной гибкости. К таким стержням обычно от­носят дополнительные стойки в треугольной решетке, раскосы в средних панелях ферм, элементы связей и т.п.



17. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ И РАСЧЕТ УЗЛОВ ФЕРМ

Фермы из парных уголков

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами (рис. 7.15, а).




Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня.

Концы фланговых швов для снижения концентрации напряже­ний выводят на торцы стержня на 20 мм (рис. 7.15, а). К поясу фасонки рекомендуется прикреплять сплошными швами минимальной толщины. Фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10...15 мм (рис. 7.15, б). Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, при отсут­ствии узловых нагрузок рассчитывают на разность усилий в смеж­ных панелях пояса (рис. 7.15, б).

В месте опирания на верхний пояс прогонов или кровельных плит (рис. 7.15, в) фасонки не доводят до обушков поясных угол­ков на 10...15 мм.

Если к узлу приложена сосредоточенная нагрузка (рис. 7.15, в), то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на совместное действие продольного усилия (от разницы усилий в поясах) и сосредоточенной нагрузки.

Прочность шва проверяют на совместное действие усилий. При расчете узлов обычно задаются k_f и определяют требуемую длину шва.

Крепление накладок к поясным угол­кам следует рассчитывать из условия равнопрочности на полное усилие, которое может выдержать накладка.

Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют про­кладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40J для сжатых элементов и 80J для растянутых, где J - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке.





Фермы из одиночных уголков

В фермах из одиночных уголков многие узлы можно проектиро­вать без фасонок, и элементы решетки прикреплять непосредствен­но к полкам поясных уголков. Это позволяет уменьшить количество сборочных деталей и упростить изготовление конструкций. Кроме того, отсутствие щелей и зазоров (как это имеет место в фермах из парных уголков) повышает коррозионную стойкость, поэтому при­менение таких ферм особенно целесообразно в сооружениях с по­вышенной агрессивностью среды.



Фермы с поясами из широкополочных двутавров

Напряжения по контуру шва примыкания элементов решетки распределяются неравномерно, так как двутавр одностенчатый, а элементы решетки двустенчатые и жесткость постели по ширине пояса меняется. Поэтому при значительных усилиях в элементах решетки узел приходится усиливать наклонными планками 7 (рис. 7.25, а) или поперечными ребрами жесткости 2 (рис. 7.25, б).

Разработаны также фермы с поясами из двутавров и решеткой из одиночных уголков. Уголки решетки примыкают непосредственно к поясам так, что их обушок опирается против стенки двутавра, а пе­рья развернуты (рис. 7.25, г). Такое решение не требует усиления узла, что значительно упрощает изготовление конструкций.

Монтажные стыки ферм удобнее всего выполнять фланцевыми. В узлах сжатого пояса фланцы соединяют обычными, а в узлах рас­тянутого пояса - высокопрочными болтами (рис. 7.25, в).



Фермы из круглых труб

В фермах из круглых труб применяют в основном электросвар­ные трубы диаметром от 40 до 530 мм. Из условия местной устойчи­вости тонкостенность сечений не должна превышать для поясов 30...35, для элементов решетки 80...90.

Для предотвращения коррозии внутренние полости труб должны быть герметизированы.



Фермы из гнутосварных замкнутых профилей (ГСП) проектиру­ют с бесфасоночными узлами (см. рис. 7.3, а, 7.28). Для упрощения конструкции узлов лучше принимать треугольную решетку без до­полнительных стоек, при которой в узлах к поясам примыкает не более двух элементов.

Толщину стенок стержней ферм не следует принимать менее 3 мм. В одной ферме не должны применяться профили одина­ковых размеров сечения, отличающиеся толщиной стенок менее чем на 2 мм.

Ширину стержней решетки (из плоскости конструкции) жела­тельно принимать возможно большей, но не более величины из условия наложения продольных сварных швов (рис.7.28) и не менее 0,6 поперечного размера пояса В для предотвраще­ния продавливания пояса.

Углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30° для обеспечения плотности участка сварного шва со стороны ост­рого угла. Следует избегать пересечения стержней решетки в узлах во избежание двойной резки концов стержней.



Гибкость стержней решетки в плоскости фер­мы значительно больше гибкости пояса, поэтому узловой момент воспринимается в основном поясом.

Подбор сечения элементов ферм из ГСП производят с учетом в необходимых случаях моментов. Для сжатых элементов должна быть проверена местная устойчивость стенки, как для коробчатого профиля.

В узлах ферм помимо расчета сварных швов необходимо прове­рить также стенку пояса на продавливание (вырывание) в местах крепления решетки, а боковые грани пояса - на местное выпучива­ние.

Сварные швы, прикрепляющие стержни решетки к поясам, рас­считывают как стыковые, при этом зазор (рис. 7.28, а) из условия удобства наложения швов должен быть не меньше 10...20 мм.

Заводские стыки поясов проще всего выполнять сваркой встык на остающейся подкладке аналогично стыкам круглых труб (см. рис. 7.27). Для монтажных стыков лучше всего использовать фланцевые соединения на болтах (рис. 7.28, б, в). При этом в стыках сжатого пояса можно применить обычные болты, а для растянутого исполь­зовать высокопрочные с предварительным натяжением.

Усилие предварительного напряжения болтов должно быть на 10 % больше усилия в стыке при расчетных нагрузках. Это необходимо для пре­дотвращения раскрытия стыка и образования зазора.

18. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СТАЛЬНОГО КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внеш­ней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.

Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и пере­дающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, тех­нологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т.е. частично конструкций — железобетонные, частично — стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важ­ной технико-экономической задачей.

По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескра­новые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными кон­вейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов и траекториями их перемещения.

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность и жесткость поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль — продольными элементами каркаса, кро­вельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений).

Продольные элементы каркаса — это подкрановые конструкции, под­стропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого (а иногда и продольного) фахверка, площадок, ле­стниц и других элементов здания.

Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковым шагом колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема — это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конст­рукции, а также панели покрытия или прогоны (рис. 10.2,а,б), при относительно небольшом шаге колонн по внутренним рядам (6—12 м). Такая схема удобна для бесфонарных зданий и зданий с продольными фонарями.

При необходимости освещения с помощью поперечных фонарей их кон­струкции также могут быть использованы для опирания панелей покрытия (рис. 10.2,а,в). При необходимости больших шагов колонн по всем рядам можно использовать схему с продольным фонарем, несущим часть нагрузки от покрытия (рис. 10.2,г). В случаях повышен­ных требований по освещенности помещений иногда используются каркасы с шедовым покрытием (рис. 10.2,3), в которых на ригели рам опираются конструкции поперечных фонарей, а на них — прогоны или панели покры­тия.

При больших пролетах и шагах колонн эффективно применяются каркасы с пространственным ригелем (рис. 10.2,г). Ригель рамы выполняется в виде коробчатого сквозного сечения с консолями, на которые опираются конст­рукции фонаря.

Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений (жест­кое, шарнирное) ригеля с колонной. При жестком сопряжении (рис. 10.4,а) конструкция узла крепления фермы к колонне обеспечивает передачу мо­ментов, и в расчетной схеме принимается жесткий узел. При жестком со­пряжении горизонтальные перемещения рам меньше, чем при таких же воздействиях на раму с шарнирным сопряжением.

Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно конструируется жестким (см. рис. 10.2, 10.3, 10.4,а—в), но возможно решение, при котором только часть колонн сопрягается с фундаментом жестко, а часть — шарнирно (рис. 10.4,г).

Подкрановые конструкции в большинстве случаев опираются на колонны каркаса, но возможны и конструктивные решения, при которых внутри цеха проектируется специальная крановая эстакада, состоящая из колонн, связей между ними, подкрановых и тормозных балок.











Оптимизация конструктивных решений каркасов промышленных зданий

Цель оптимизации конструкций — получение наибольшего экономиче­ского эффекта при полном удовлетворении технологических требований к зданию и обеспечении достаточной его надежности. Критерии оптимальности разнообразны.

Наиболее эффективный путь оптимизации каркасов зданий — это выбор рациональной конструктивной схемы, возможной для проектируемого объ­екта.

Конструктивные решения многообразны, но существуют некоторые общие принципы проектирования экономичных каркасов.

1. Концентрация материала.

2. Наиболее полное использование прочности всего объема материала в конструкциях. Численным показателем реализации этого принципа в конст­рукциях может служить так называемая нагруженность, т.е. показатель, в котором учитываются уровень напряжений в конструкциях и объем их ма­териала.
19. ТИПЫ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫХ СПЛОШНЫХ КОЛОНН, ИХ КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ



Вместо заданного для сжа­то-изгибаемого стержня момента М и нормальной силы N при рас­чете учитывают только эту силу, но приложенную с эксцентрисите­том:

e=M/N.

Так, при расчете сжато-изгибаемого стержня его заменяют внецентренно сжатым, прикладывая силу N с эксцентриситетом е = Pl/N.

Эксцентриситет удобно относить к ра­диусу ядра сечения, поэтому вводят поня­тие относительного эксцентриситета, равного

m=e/(W/A).

За расчетное значение изгибающего момента принимают:

• для колонны постоянного сечения и участков с постоянным сечением ступенчатых колонн рамных систем - наибольший момент в пределах длины колонны (участка постоянного сечения);

• для колонны, защемленной в фундаменте и другим свободным концом, - момент в заделке, но не менее момента в сечении, от­стоящем на треть длины колонны от заделки;

• для сжатого стержня с шарнирно опертыми концами и сече­нием, имеющим ось симметрии, совпадающую с плоскостью изгиба, - момент, определяемый по формулам табл. 6.6 в зависимости от относительного эксцентриситета



и принимаемый не менее 0,5Мтах.