РАСЧЕТ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ. Содержание курсового проекта
Скачать 1.66 Mb.
|
3.2 Теплотехнический расчетОпределим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины. Сечение элементов фермы δпр = A / U, где А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м2. В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков. Размеры уголка находятся в исходных данных. U – длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м; U = 8bf, где bf – ширина полки уголка, м. Таким образом, δпр = A / 8bf, м; δпр(P4)= A(P4) / 8bf(P4) = (2*10,6*10-4)/(8*90*10-3) = 2,9*10-3 м; δпр(С2)= A(С2) / 8bf(С2) = (2*8,63*10-4)/(8*80*10-3) = 2,7*10-3 м; δпр(Р5)= A(Р5) / 8bf(Р5) = (2*17,2*10-4)/(8*110*10-3) = 3,9*10-3 м; δпр(Н2)= A(Н2) / 8bf(Н2) = (2*28,9*10-4)/(8*125*10-3) = 5,8*10-3 м; δпр(Н3)= A(Н3) / 8bf(Н3) = (2*28,9*10-4)/(8*125*10-3) = 5,8*10-3 м. С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара (приложение 2, рисунок 6) определяем значения времени прогрева до критической температуры, то есть утраты их несущей способности (приложение 2, рисунок 6). Найденные значения сведем в таблицу 3.2.1. Таблица 3.2.1. Время прогрева до критической температуры элементов фермы
Вывод: Фактический предел огнестойкости (Пф) принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть 4 мин (для элемента Р4). 4. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯФактический предел огнестойкости балки определяют по минимальному значению Пф, вычисленному из следующих трех расчетных условий. Первое условие – потеря прочности по нормальным напряжениям. Второе условие – потеря прочности по касательным напряжениям. Третье условие – потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания (Z) древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связей. Расчет по условию потери прочности по нормальным напряжениям Определять требования к балке по огнестойкости будем расчетным методом с учетом действующей на балку нормативной нагрузки. Нормативная нагрузка на 1 погонный метр длины балки: qn = q* aб / γf = 2,5* 6 / 1,2 = 12,5 кН/м. В случае, если не известна длина балки, на которой произошло обрушение связей lpc или lpc = 0,5* L, Mlpc = ql2/8 то кНм, в противном случае Mlpc = (qn/2)*(L/2-lpc)*(L/2+lpc) кНм. Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии lpc: Mlpc = (qn/2)*(L/2-lpc)*(L/2+lpc) = (12,5/2)*(12/2-3)*(12/2+3) = 168,75 кНм. Поперечная сила от нормативной нагрузки: Qn = qn ⋅ L / 2 = 12,5*12 / 2 = 75 кН. Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям От действия силы Qn в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения. Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям: ηw = Mlpc / (W*Rfw) = 168,75* 103 / (22,44* 10-3 *29* 106) = 0,26, где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный: W = Вб *h2 / 6 = 170* 8902 / 6 = 22,44*10-3 м3; Rfw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, МПа. Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfw), при действии нормальных напряжений. По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 3, h / Вб = 890/170 = 5,24 и ηw = 0,26 определяем, что: Zcrw = 0,25*Вб = 0,25* 170 = 42,5 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии). Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям: ηa = 3Qn / (2Bб h*Rfqs) = 3* 75* 103 / (2* 170* 10-3* 890* 10-3* 1,2* 106) = 0,62; где Rfqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа. Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfw), при действии касательных напряжений. По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 4. h/Вб = 890/170 = 5,24 и ηa = 0,62 определяем, что Zcra = 0,027*890 = 24,03 мм. Из двух значений Zcrw и Zcra, выбираем наименьшее, таким образом Zcr = 24,03 мм. Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния конструкции по огнестойкости: tcr = Zcr / V = 24,03 / 0,6 = 40,05 мин, где V - скорость обугливания древесины, (приложение 1, таблица 1). Фактический предел огнестойкости балки составляют: Пф = tзо + tcr = 5 + 40,05 = 45,05 мин где tзо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от начала воздействия температуры на древесины до ее воспламенения, равное 5 мин. Расчет по условию потери устойчивости плоской форм Потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связи. Поскольку на заданной части длинны (lpc) время утраты несущей способности стальных креплений связей tрс = 15 мин.(0,25 ч.), то за это время значение глубины обугливания поперечного сечения балки с учетом того, что время задержки обугливания (t30 = 5 мин.) можно определить, исходя из соотношения: Z1 = (tpc - tзо) *V = 10 *V = 10* 0,6 = 6 мм. Для определения критического значения глубины обугливания, из условий сохранения устойчивости плоской формы (деформирования), необходимо: 1. В пределах граничных значений (Z1 = 6 мм. и Zi = 0,25*Вб = 42,5 мм.) произвольно выбрать не менее трех значений глубины обугливания: Z2 = 16 мм.; Z3 = 26 мм.; Z4 = 36 мм. 2. Определить параметры (h/Вб = 5,24) и (Zcri/h): Zcr1 /h = 6/890 = 0,0067; Zcr2 /h = 16/890 = 0,0179; Zcr3 /h = 26/890 = 0,0292; Zcr4 /h = 36/890 = 0,04; Zcr5 /h = 42,5/890 = 0,0478. 3. Определить по графикам значения коэффициентов ηw(i): ηw(1) = 0,9; ηw(2) = 0,85; ηw(3) = 0,66; ηw(4) = 0,52; ηw(5) = 0,44. 4. Определить значение коэффициентов (φfmi) с учетом изменения размеров поперечного сечения в середине пролета балки в результате обугливания древесины с трех сторон по формуле: φfmi = 140 *((Вб – 2* Zcri)2/lpc*(h – K* Zcri))* Kfф*Kfжмi где Kfф – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (lpc). Таким образом коэффициент определяется по формулам: Kfф = 1,75 – 0,75 αf при lpc < 0,5L; Kfф = 1,35 + 1,45 ⋅ (с/lpc)2 при lpc = 0,5L; где αf = Mlpc / Mn; c = lpc/2; Kfжм – коэффициент, значение которого для односкатной балки приравнивается к 1; К – количество сторон балки по высоте ее сечения, подвергающихся обугливанию (при трехстороннем обогреве К=1, при четырех – К=2). αf = Mlpc / Mn = 168,75/225 = 0,75; Mn = qn *L2 / 8 = 12,5 *122 / 8 = 225 кНм; Kfф = 1,75 – 0,75*0,75 = 1,19. φfw1 = 140 *((0,17 – 2* 0,0067)2/3*(0,89 – 1* 0,0067))* 1,19*1 = 1,57; φfw2 = 140 *((0,17 – 2* 0,0179)2/3*(0,89 – 1* 0,0179))* 1,19*1 = 1,15; φfw3 = 140 *((0,17 – 2* 0,0292)2/3*(0,89 – 1* 0,0292))* 1,19*1 = 0,84; φfw4 = 140 *((0,17 – 2* 0,04)2/3*(0,89 – 1* 0,04))* 1,19*1 = 0,53; φfw5 = 140 *((0,17 – 2* 0,0478)2/3*(0,89 – 1* 0,0478))* 1,19*1 = 0,36. 5. Вычислить величины напряжений в балке от внешней нагрузки, изменяющихся с уменьшением размеров поперечного сечения балки в результате ее обугливания на различную глубину: σfwi = Mn / (φfmi *W * ηw3(i)) σfw1 = 225 *103 / (1,57*22,44*10-3 * 0,9) = 7,1 МПа; σfw2 = 225 *103 / (1,15*22,44*10-3 * 0,85) = 10,26 МПа; σfw3 = 225 *103 / (0,84*22,44*10-3 * 0,66) = 18,1 МПа; σfw4 = 225 *103 / (0,53*22,44*10-3 * 0,52) = 36,38 МПа; σfw5 = 225 *103 / (0,36*22,44*10-3 * 0,44) = 63,3 МПа. 6. Построить график зависимости напряжения от глубины обугливания (рис. 4.1) и при значении напряжения, равном (σfw = Rfw), определить критическую глубину обугливания. Рис. 4.1 График зависимости напряжения от глубины обугливания tcr = Zcr / V = 32 / 0,6 = 53,3 мин; Пф = tзо + tcr = 5 +53,3 = 58,3 мин. = 0,972 ч. Вывод: Фактический предел огнестойкости балки принимают значение Пф, которое наступает по третьему условию потере устойчивости плоской формы Пф = 58,3 мин. = 0,972 ч. |