пп02. ответы. Нагельные и гвоздевые соединения. Работа нагеля в элементе. Порядок расстановки нагелей
 Скачать 38.17 Kb.
|
|
11 Нагельные и гвоздевые соединения . Работа нагеля в элементе . Порядок расстановки нагелей Нагель – гибкий стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций препятствуя их взаимному сдвигу, а сам при этом работает на изгиб. Его основное назначение – препятствовать взаимному сдвигу элементов. Нагели не работают на срез, а только на изгиб, потому что: 1)как правило нагель обладает большей изгибной прочностью; 2) соотношение его размеров d/l очень мало, поэтому при применении нагрузки несущая способность нагеля будет потеряна от изгиба. Древесина может разрушиться от: 1) смятия древесины по поверхности нагеля и 2) скалывания вдоль волокн. Нагели конструктивно устраиваются в предварительно просверленные отверстия Ø на 0,5 мм меньше, чем сам Ø нагеля. Конструктивно количество нагелей должно быть четным. Чтобы они не попадали на нейтральную ось элемента (т. к. это зона наиболее скалываемых и сдвигаемых усилий, т. е. зона растрескивания). Хотя распора не возникает (равновесие нагеля обеспечивается только продольными силами), по длине не меньше 25 % нагелей должны выполняться в виде стяжных болтов, для обеспечения плотного контакта сплачиваемых элементов, неравномерное распределение усилий самая большая проблема. Подбор количества нагелей в соединении:  , где N – действующая нагрузка; nср – число плоскостей срезов; Тmin – минимальная несущая способность одного нагеля.Расчет смятия скалывания и изгиба: Скалывание в нагельных соединениях не допускают, путем рациональной расстановки нагелей, если S1≥7d, S2≥3,5d, S3≥3d, то скалывание не наступает раньше, чем смятие или изгиб нагеля. Все нагельные соединения могут быть симметричными и несимметричными, одно-, 2-х (самое распространенное) или 3-х срезными. Обычно толщины накладок и соединяемых элементов различны и работают в различных условиях. Определение несущей способности: ) Смятие крайнего элемента в симметричных или более тонкого в несимметричных : Т1=0,8adKα, где а – толщина накладок (либо более тонкого элемента в несимметричных), d – диаметр нагеля, Kα – коэффициент, зависящий от угла между направлением действующего усилия и волокнами древесины. 2) Несущая способность на смятие среднего элемента в несимметричных соединениях (обычно 2-х срезных): Т2=0,5сdКα . 3) Смятие более толстого элемента в несимметричных соединениях: Т2’=0,35сdКα . 4) Смятие более толстых, средних элементов в 2-х срезных симметричных соединениях: Т2’’=0,5сdКα. Чтобы несущая способность определялась в (кН), все размеры а и d надо подставлять в (см). Несущая способность нагеля на изгиб: Т3=(1,8d2+0,02a2)√Кα ; Т4=(2,5d2)√Кα ; Как правило нужно соблюдать правило: несущие способности на смятие и изгиб примерно должны быть равны. Особенности работы гвоздевых соединений: Просты но трудоёмки и применяются в основном при небольшом обьёме изготовляемых конструкций. Гвозди изготовляются из холоднотянутой стальной проволокив соответствии с ГОСТ 4028-63. Острие гвоздя имеет четырёхгранную форму и длину, равную полутора диаметрам. Наибольшее применение в деревянных конструкциях находят гвозди диаметром 3, 4, 5,и 6 мм и длинной соответственно80,100,150,200,мм 4 основных отличия от работы болтов в нагельных соединениях: 1) Предельные расстояния S1=15d, S2≥4d, S3≥3d. Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опасность раскалывания древесины соединяемых элементов 2) Гвоздь пробивая древесину отщепляет наружные волокна, поэтому из расчета надо выбрасывать: арасч=а-∆-1,5d, где ∆ - расстояние от конца гвоздя до края элемента. 3) Кα – отсутствует в расчете, т. к. у гвоздей Ø<, чем 12 мм. 4) Т1=0,8арd; Т2=0,5cd; Т2’=0,35cd; Т2’’=0,25cd; Т3=2,5d2+0,01(ар)2; Т4=4d2 . Соединения с выдёргиваевыми гвоздями относят к классу соединенийс ратянутыми связями. Расчёт гвоздя на выдёргивание производится на действие растягивающей силы от расчётных нагрузок по формуле: Твг=Rвгπdl1 Требуемое число выдёргиваемых гвоздей nтр, необходимых для восприятия растягивающей силы N от расчётных нагрузок, определяется из выражения nтр=N/Твг. Размеры выдёргиваемых гвоздей подбираются из условий, чтобы расчётная длина гвоздя была не меньше 10d и меньше двойной толщины прибиваемых досок 2δ 25 Строительная классификация грунтов Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. Строительная классификация грунтов и виды грунтов определяются согласно СНиП II-15-74 ч.2. Грунты подразделяются на два класса: скальные - грунты с жесткими (кристаллизационными или цементационными) структурными связями и нескальные - грунты без жестких структурных связей. 1. Скальные грунты Скальные – грунты с жесткими структурными связями залегают в виде сплошного массива или в виде трещиноватого слоя. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные. Они водоустойчивы, несжимаемы, имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны. Скальные грунты разделяют по пределу прочности, растворимости, размягчаемости и засоленности. 2. Нескальные грунты Нескальные грунты – это осадочные породы без жестких структурных связей. По крупности частиц и их содержанию делят на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы. Характерной особенностью этих грунтов является их раздробленность и дисперсность, отличающие их от скальных весьма прочных пород. 2.1. Крупнообломочные грунты Крупнообломочные – несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на: валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый), галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях – щебенистый) и гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях – дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву. Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями. При наличии более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого от общей массы учитывается только мелкая составляющая грунта, так как именно она будет определять несущую способность. Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая — пылеватый песок или глина. 2.2. Песчаные грунты Песчаные – состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм, мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм. Частицы грунта крупностью от d=0,05 - 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности. Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают. Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности. 2.3. Пылевато-глинистые грунты Пылевато-глинистые грунты содержат пылеватые (размером 0,05 – 0,005 мм) и глинистые (размером менее 0,005 мм) частицы. Среди пылевато-глинистых грунтов выделяют грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании, – просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешних факторов и собственного веса при замачивании водой дают значительную осадку, называемую просадкой. Набухающие грунты увеличиваются в объеме при увлажнении и уменьшаются в объеме при высыхании. 2.3.1. Глинистые грунты Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение. Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%). Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку. Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести. 2.3.2. Лёссовые и лёссовидные грунты Лёссовые и лёссовидные – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц (содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц) и наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии имеют значительную пористость - до 40% и обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам (под действием внешних факторов и собственного веса дают значительную просадку) и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлажнения. С органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный торф) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимаемостью. В качестве естественных оснований под здания непригодны (при увлажнении полностью теряют прочность и возникают большие, часто неравномерные, деформации - просадки). При использовании лёсса в качестве основания необходимо принимать меры, устраняющие возможность его замачивания. 2.3.3. Плывуны Плывуны – это грунты, которые при вскрытии приходят в движение подобно вязко-текучему телу, образуются мелкозернистыми пылеватыми песками с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. При разжижении становятся сильно подвижными, фактически, превращаются в жидкообразное состояние. Различают плывуны истинные и псевдоплывуны. Истинные плывуны характеризуются присутствием пылевато-глинистых и коллоидных частиц, большой пористостью (> 40%), низкими водоотдачей и коэффициентом фильтрации, особенностью к тиксотропным превращениям, оплыванием при влажности 6 - 9% и переходом в текучее состояние при 15 - 17%. Псевдоплывуны – пески, не содержащие тонких глинистых частиц, полностью водонасыщенные, легко отдающие воду, водопроницаемые, переходящие в плывунное состояние при определенном гидравлическом градиенте. Они малопригодны в качестве естественных оснований. 2.4. Биогенные грунты Биогенные грунты характеризуются значительным содержанием органических веществ. К ним относятся заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным грунтам следует отнести песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие 10 - 50% (по массе) органических веществ. Если их больше 50%, то это торф. Сапропели - это пресноводные илы. 2.5. Почвы Почвы – это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Почвы и биогенные грунты служить основанием для здания или сооружения не могут. Первые - срезают и используют для целей земледелия, вторые - требуют специальных мер по подготовке основания. 2.6. Насыпные грунты Насыпные – образовавшиеся искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т.п. или грунты природного происхождения с нарушенной структурой в результате перемещения грунта. Свойства таких грунтов очень различны и зависят от многих факторов (вид исходного материала, степень уплотнения, однородность и т. д.). Обладают свойством неравномерной сжимаемости, и в большинстве случаев их нельзя использовать в качестве естественных оснований под здания. Насыпные грунты весьма неоднородны; кроме того, различные органические и неорганические материалы существенно ухудшают его механические свойства. Даже при отсутствии органических примесей, в некоторых случаях, они остаются слабыми на протяжении многих десятилетий. В качестве основания для зданий и сооружений насыпной грунт рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунта и возраста насыпи. Например, слежавшиеся более трёх лет, особенно пески, могут служить основанием под фундамент небольших строений, при условии, что в нем отсутствуют растительные останки и бытовой мусор. В практике встречаются также намывные грунты, образовавшиеся в результате очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим основанием для зданий. 34 Основные принципы проектирования металлических конструкций . Материалы и их механические свойства При проектировании МК, как и всяких других, должны учитываться следующие основные требования. Условия эксплуатации. Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для проектировщика. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него. Экономия металла. В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов нерациональна. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности и относительно высокой стоимостью. Транспортабельность. В связи с изготовлением МК, как правило, на заводах с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств. Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости. Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования. Долговечность конструкций. Определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ МК связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации. Эстетичность. Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений. Типизация конструктивных элементов и целых сооружений. Разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов – колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжений. Для некоторых элементов разработаны стандарты. Организация проектирования Проектирование зданий и сооружений производится на основании задания на проектирование. Проектирование выполняется в две стадии – проектное задание и рабочие чертежи. В проектном задании устанавливается экономическая целесообразность и техническая возможность строительства. На этой стадии проектирования обосновывается применение МК, определяется основная конструктивная схема сооружения и подбираются соответствующие типовые конструкции. 2 Материалы металлических конструкций. Стали для строительных конструкций Сталь – это сплав железа с углеродом (углерода до 2 %) и незначительным количеством примесей (которые не вводятся преднамеренно, а попадают из руды или образуются в процессе выплавки) и легирующих компонентов (которые вводятся для улучшения свойств стали). Группы стали В зависимости от содержания легирующих компонентов стали, делятся на четыре группы: 1) углеродистые – легирующие элементы специально не вводятся; 2) низколегированные – суммарное содержание легирующих элементов до 2,5 %; 3) среднелегированные – легирующих компонентов 2,5-10 %; 4) высоколегированные – легирующих компонентов более 10 %. Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется на: а) малоуглеродистую с содержанием углерода 0,09-0,25 % (в основном применяется в строительстве); б) среднеуглеродистую с содержанием углерода 0,25-0,6 % (конструкционная, применяется в машиностроении); в) высокоуглеродистую с содержанием углерода 0,6-2% (инструментальная). В строительстве в основном применяются малоуглеродистая сталь, (обладающая большой пластичностью, ковкостью, хорошей свариваемостью, плохой закаливаемостью) и низколегированные стали повышенной и высокой прочности, обладающие меньшей склонностью к хрупким разрушениям. По своей структуре низкоуглеродистая (малоуглеродистая) сталь является однородным кристаллическим телом, состоящим из зерен (кристаллов) феррита, занимающих почти весь объем стали, а также перлитовых и цементитовых включений между зернами феррита и по его граням. Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна феррита, создают как бы жесткую и упругую “сетку” (решетку, каркас) вокруг мягкого и пластичного феррита. Такое строение стали, объясняет её работу под нагрузкой и её пластические свойства (упругая стадия – работа решетки перлита; площадка текучести – разрушение решетки перлита с включением в работу феррита). Структура низколегированных и среднелегированных сталей похожа на структуру малоуглеродистой стали. Прочностные свойства низколегированных сталей повышается благодаря введению различных легирующих элементов, которые упрочняют сетку (решетку) между зернами феррита. Механические свойства стали Характеризуют следующие основные показатели. 1) Предел текучести s T характеризующий напряжение, до достижения которого можно считать металл работающим упруго и пользоваться методами расчета по упругой стадии материала. Предел текучести является началом границы пластической стадии работы металла, его текучести, т. е. началом возрастания деформаций при неизменной нагрузке. 2) Временное сопротивление (предел прочности) s B характеризующее условное напряжение разрыва растянутого образца (отношение разрушающей нагрузки к первоначальной площади сечения). Временное сопротивление характеризует прочность стали. 3) Относительное удлинение e - отношение приращения длины образца после разрыва к ее исходному значению. Различают два относительных удлинения: для длинного круглого образца (Lрасч= 10d)-d10 и для короткого (Lрасч= 5d)-d5. Относительное удлинение характеризует, пластические свойства стали. 4) Ударная вязкость αн – работа, затраченная на разрушение специального образца ударным изгибом. Ударная вязкость характеризует склонность стали к переходу в хрупкое состояние. Испытания на ударную вязкость могут проводиться при нормальной температуре t = 20 °C, а также при отрицательных температурах t = -20 °С, t = -40 °С, t = -70 °С и после механического старения. При отрицательных температурах и после механического старения склонность стали к переходу в хрупкое состояние увеличивается и значение ударной вязкости уменьшается. Порог хладноломкости - t°С при которой происходит спад ударной вязкости или снижение её ниже 0,03 5) Изгиб в холодном состоянии на 180°С. Это испытание характеризует пластические свойства стали и склонность ее к трещинообразованию. Нормализация (разновидность отжига) нагрев проката свыше 910°С - 930°С с последующим охлаждением на воздухе. Это приводит к уплотнению структуры стали и снятию внутренних напряжений. Нормализация, являясь простейшим видом термической обработки, стали, применяется довольно часто. Закалка заключается в нагреве стали выше 910°С -930°С с последующим быстрым охлаждением. В зависимости от скорости охлаждения могут быть получены различные структуры – более или менее твердые и мелкозернистые Отпуск заключается в нагреве проката до t=723°С с последующим медленным охлаждением для получения более однородного и устойчивого структурного строения сплава. Различают высокий, средний и низкий отпуск. Низкий отпуск (350 - 400°С) ухудшает показатели ударной вязкости. При благоприятных условиях углерод выделяется и располагается между зернами феррита, а также группируется у различных дефектов кристаллической решетки. Это приводит к повышению предела текучести и временного сопротивления и к уменьшению пластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Эта перестройка структуры и изменение прочности и пластичности происходит в течение достаточно длительного времени, поэтому такое явление называется старением. Старению способствуют: а) механические воздействия и особенно развитие пластических деформаций (механическое старение); б) температурные колебания. Невысоким нагревом (до 150–200 °С) можно резко усилить процесс старения. При пластическом деформировании и последующем небольшом нагреве интенсивность старения резко повышается (искусственное старение). Поскольку старение понижает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, оно рассматривается как явление отрицательное. Наиболее подвержены старению кипящие стали. |