Нормативное сопротивление металла временное сопротивление
Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления Rтн Rвн устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций.
Механические свойства материалов изменчивы, поэтому нормативные сопротивления устанавливают на основе статистической обработки показателей механических свойств материалов, выпускаемых нашей промышленностью. Значения нормативных сопротивлений устанавливают такими, чтобы обеспеченность их составляла не менее 0,95.
Значение нормативного сопротивления стали равно значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами и имеет обеспеченность не менее 0,95.
Для углеродистой стали и стали повышенной прочности и алюминиевых сплавов за основную характеристику нормативного сопротивления принято значение предела текучести, поскольку при напряжениях, равных пределу текучести, в растянутых, изгибаемых и других элементах начинают развиваться пластические деформации, а сжатые элементы начинают терять устойчивость.
Расчетные сопротивления материала.
Расчетные сопротивления материала R и Rв определяют делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу:
Коэффициент надежности по материалам .Значение механических свойств металлов проверяется на металлургических заводах выборочными испытаниями. Механические свойства металлов контролируют на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, фактически же металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях при сложном напряженном состоянии. В прокатных профилях могут быть минусовые допуски. Возможно попадание в конструкции материала со свойствами ниже установленных в ГОСТе. Влияние этих факторов на снижение несущей способности конструкций учитывают коэффициентом надежности по материалам.
Нормативное сопротивление стали
Нормативное сопротивление материала - наибольшее сопротивление в материале, которое установлено нормами на основе статистических результатов испытания стандартных образцов.
Расчетное сопротивление материала – сопротивление, используемое в расчетах строительных конструкций и оснований и определено по формуле:
- нормативное сопротивление материала;
- коэффициент надежности по материалу.
Обеспеченность нормативного сопротивления стали равно 0,95 (это значит, что из 100 образцов 5 образцов имеют сопротивление ниже нормативного).
Виды нормативных сопротивлений стали:
-) - предел текучести стали равный по ГОСТам и ТУ;
-) - временное сопротивление равное по ГОСТам и ТУ.
Виды расчетных сопротивлений стали:
-) - расчетное сопротивление стали на растяжение, сжатие и изгиб по пределу текучести;
-) - расчетное сопротивление стали на растяжение, сжатие и изгиб по временному сопротивлению;
-) - расчетное сопротивление стали на срез.
Расчетное сопротивление , определяются по таблице 51 * СНиПа в зависимости:
-) от класса стали;
-) от вида проката (листовой, фасонный);
-) от толщины элемента
Нагрузки и воздействия
зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.
Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.
К постоянным нагрузкам следует относить:
а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;
б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.
Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует
учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.
К длительным нагрузкам следует относить:
а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;
б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных транспортеров, конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;
в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающие при вентиляции шахт;
г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;
д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;
е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;
ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;
з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3;
и) вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана (см. п. 4.2) в каждом пролете здания на коэффициент: 0,5 — для групп режимов работы кранов 4К—6К; 0,6 — для группы режима работы кранов 7К; 0,7 — для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов принимаются по ГОСТ 25546-82;
к) снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения в соответствии с указаниями п. 5.1 на коэффициент: 0,3 - для III снегового района; 0,5 — для IV района; 0,6 — для V и VI районов;
л) температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями, определяемыми в соответствии с указаниями пп. 8.2—8.6 при условии θ1 = θ2 = θ3 = θ 4 = θ 5 = 0, ΔI = ΔVII = 0;
м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;
н) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.
. К кратковременным нагрузкам следует относить:
а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;
б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;
в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных в п. 1.7а, б, г, д;
г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);
д) снеговые нагрузки с полным нормативным значением;
е) температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;
ж) ветровые нагрузки;
з) гололедные нагрузки.
К особым нагрузкам следует относить:
а) сейсмические воздействия;
б) взрывные воздействия;
в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;
г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.
Нормативные и расчётные сопротивления стали
Нормативные сопротивления. Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления RТ Н , RВ Н устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций.
Значение нормативного сопротивления стали равно значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами и имеет обеспеченность не менее 0,95. Установлены два вида нормативных сопротивлений — по пределу текучести RТ Н =υТ и временному сопротивлению RВ Н =υВ. В соответствии со стандартом значения предела текучести и временного сопротивления имеют обеспеченность в пределах 0,95—0,995.Значения υТ и υВ являются браковочными и при приемке проката контролируются, являющиеся нормативными сопротивлениями. Расчетные сопротивления материала R и RB определяют делением нормативного сопротивления на коэфф. надежности по материалуγmR= RТ Н / γm RВ= RВ Н / γm. Коэффициент надежности по материалам γm. Значение механических свойств металлов проверяется на металлургических заводах выборочными испытаниями. Механические свойства металлов контролируют на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, фактически же металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях при сложном напряженном состоянии. При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления, установленного по временному сопротивлению, вводится дополнительный коэфф. надежности γm=1,3.
Методики расчёта ИК
Все расчеты делятся на две группы — статические (или силовые) и конструктивные. Цель силовых расчетов — определить усилия, действующие в конструкции (системе) и в каждом элементе, или, как говорят, определить игру сил. Этим занимается строительная механика. Цель конструктивных расчетов — подтвердить, что при принятых размерах сечений ни одно возможное предельное состояние не наступит. Есть и третья цель — обеспечение путем обоснованного выбора габаритов элемента н размеров сечений минимума расхода металла или иных экономических показателей. Для этого используется раздел строительной механики — теория оптимального проектирования. При выполнении конструктивных расчетов в соответствии с техническими требованиями выполняются три основных проверки — прочности, общей устойчивости, жесткости (гибкости). Проверка прочности: в форме проверки напряжений σ= N/Фн ≤Ryγc ; в форме проверки несущей способности N≤ ФнRyγc ; в форме проверки отношения действующего силового фактора (N) и несущей способности N/( ФнRyγc)≤1, где Фн— геометрический фактор нетто, т. е. с учетом ослабления сечениа, если таковое имеется. Проверка устойчивости (формы):в виде проверки напряжений σ≤ σср или σ= N(ϕtФ)≤ Ryγcр где σср — критическое напряжение для элементов, у которых сжатие возникает при разных видах работы — внентральное сжатие, внецентренное, иэгиб; ϕt — коэф- ициент устойчивости при указанных видах работы.
Проверка жесткости (гибкости):
f/l≤[f/l]— общая деформация; f/l — относительная дефор- ация (мера деформативности); [f/l]—предельная от- эсительная деформация;
Нормативное сопротивление металла временное сопротивление
Предел текучести проката,
| 329 × 40 пикс. Открыть в новом окне | |
Таблица В.5 - Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката
Нормативное сопротивление** проката, Расчетное сопротивление*** проката,
Таблица В.7 - Расчетные сопротивления проката смятию торцевой поверхности, местному смятию в цилиндрических шарнирах, диаметральному сжатию катков
Временное сопротивление, диаметральному сжатию катков (при свободном касании в конструкциях с ограниченной подвижностью) торцевой поверхности (при наличии пригонки) местному в цилиндрических шарнирах (цапфах) при плотном касании Расчетные сопротивления,
Группы стальных конструкций
Группа 1. Сварные конструкции* или их элементы, работающие в особо тяжелых условиях (согласно ГОСТ 25546), в том числе максимально стесняющих развитие пластических деформаций, или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических**, вибрационных или подвижных нагрузок [балки крановых путей; балки рабочих площадок; балки путей подвесного транспорта; элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающих нагрузки от подвижных составов; главные балки и ригели рам при динамической нагрузке; пролетные строения транспортёрных галерей; фасонки ферм; стенки, окрайки днищ, кольца жесткости, плавающие крыши, покрытия резервуаров и газгольдеров; бункерные балки; оболочки параболических бункеров; стальные оболочки свободно стоящих дымовых труб; сварные специальные опоры больших переходов линий электропередачи (ВЛ) высотой более 60 м; элементы оттяжек мачт и оттяжечных узлов].
Группа 2. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке при наличии растягивающих напряжений [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; оболочки силосов; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры транспортёрных галерей; прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений (АС) и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы I при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425 при наличии сварных монтажных соединений.
Группа 3. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке, преимущественно на сжатие [колонны; стойки; опорные плиты; элементы настила перекрытий; конструкции, поддерживающие технологическое оборудование; вертикальные связи по колоннам с напряжениями в расчетных сечениях связей свыше 0,4Ry; анкерные, несущие и фиксирующие конструкции (опоры, ригели жестких поперечин, фиксаторы) контактной сети транспорта; опоры под оборудование ОРУ, кроме опор под выключатели; элементы стволов и башен АС; колонны бетоновозных эстакад; прогоны покрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы 2 при отсутствии сварных соединений.
Группа 4. Вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи, кроме указанных в группе 3; элементы фахверка; лестницы; трапы; площадки; ограждения; металлоконструкции кабельных каналов; вспомогательные элементы сооружений и т.п.), а также конструкции и их элементы группы 3 при отсутствии сварных соединений.
1 При назначении стали для конструкций зданий и сооружений класса КС-3 (ГОСТ 27751) номер группы конструкций следует уменьшать на единицу (для групп 2-4).
2 При толщине проката t > 40 мм номер группы конструкций следует уменьшать на единицу (для групп 2-4); при толщине проката * Конструкция или её элемент считается имеющим сварные соединения, если они расположены в местах действия значительных расчетных растягивающих напряжений илиНормативные и расчетные сопротивления стали
В металлических конструкциях различают два вида расчетного сопротивления R:
Ry – расчетное сопротивление, установленное по пределу текучести и используемое в расчетах, предполагающих упругую работу материала;
Ru – расчетное сопротивление, установленное по пределу прочности и используемое в расчетах конструкций, где допустимы значительные пластические деформации.
Расчетное сопротивление Ry и Ru определяются соответственно по формулам:
где Ryn и Run – нормативные сопротивления, соответственно равные:
В приведенных формулах sm – предел текучести, sв – предел прочности (временного сопротивления) материала; gm – коэффициент надежности по материалу, учитывающий изменчивость свойств материала и выборочный характер испытаний образцов по определению sm и sв. Этот коэффициент учитывает также масштабный фактор – механические характеристики определяются на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, в то время как металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях.
Значение нормативных сопротивлений Ryn = sm и Run = sв, а также значения коэффициента gm устанавливают статистически. Нормативные сопротивления имеют статистическую обеспеченность не менее 0,988. Это означает, что в 988 случаях из 1000, значения предела текучести sm и предела прочности sв, будут не менее значений, указанных в сертификате на сталь. Коэффициент надежности по материалу gm устанавливается на основании анализа кривых распределения, полученных в результате испытаний образцов стали. Значения этого коэффициента в зависимости от государственного стандарта или технических условий на сталь дает табл. 1.3.2 ДБН [4]. Значения коэффициента gm изменяются от 1,025 до 1,050.
Нормативные Ryn и Run и расчетные Ry и Ru сопротивления для разных марок стали в зависимости от вида проката (лист или фасон) и его толщины представлены в табл.Е.2 ДБН [2]. В расчетах также используют расчетное сопротивление на сдвиг (срез) Rs =0,58Ry, на смятие Rp = Ru и др.
Нормативные и расчетные сопротивления для некоторых наиболее применяемых марок сталей приведены в табл. 2.5 .
Таблица 2.5 -- Нормативные и расчетные сопротивления стали по ГОСТ 27772-88.
| Сталь | Таблица проката, мм | Нормативные сопротивления, МПа, проката | Расчетные сопротивления, МПа, проката | ||||
| листового | фасонного | листового | фасонного | ||||
| Ryn | Run | Ryn | Run | Ry | Ru | Ry | Ru |
| С235 | 2-20 20-40 | ||||||
| С245 | 2-20 20-30 | - | - | - | - | ||
| С255 | 4-10 10-20 20-40 | ||||||
| С275 | 2-10 10-20 | ||||||
| С285 | 4-10 10-20 | ||||||
| С345 | 2-10 20-20 20-40 | ||||||
| С345К | 4-10 | ||||||
| С355 | 20-80 | – | – | – | – | ||
| С375 | 2-10 10-20 20-40 | ||||||
| С390 | 4-50 | – | – | – | – |
Таким образом, в методе предельных состояний все исходные величины, случайные по своей природе, представляются в нормах некоторыми нормативными значениями, а влияние их изменчивости на конструкцию учитывается соответствующими коэффициентами надежности. Каждый из введенных коэффициентов учитывает изменчивость лишь одной исходной величины (нагрузки, условий работы, свойств материалов, степени ответственности сооружения). Эти коэффициенты часто называют частными, а сам метод расчета по предельным состояниям за рубежом называют методом частных коэффициентов.
Выбор марок сталей для строительных конструкций
Выбор марок сталей для строительных конструкций выполняется с учетом множества факторов, указанных в нормах [3], важнейшими из которых являются класс ответственности сооружения, категории конструкций по назначению и по напряженному состоянию. Учитываются также ряд других факторов, усложняющих условия эксплуатации конструкций (наличие растягивающих напряжений, неблагоприятное влияние сварных соединений).
В связи с этим все конструкции и их элементы делятся на четыре группы. Группы конструкций следует принимать в зависимости значения от показателя группы s, который определяется как сумма отдельных показателей S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5, которые приводятся соответственно в табл. 2.6.
Таблица 2.6 – Показатели групп конструкций
| Факторы | Обозначение | Характерис тика | Показатель, балл |
| Класс ответственности сооружения | S1 | I II. III | |
| Категория конструкции по назначению | S2 | А Б В | |
| Категория конструкции по напряженному состоянию | S3 | I II III | |
| Наличие растягивающих напряжений от расчетной нагрузки | S4 | есть нет | |
| Неблагоприятное влияние сварных соединений | S5 | есть нет | |
| Примечание: Неблагоприятное влияние сварных соединений следует учитывать тогда, когда они расположены в местах действия значительных расчетных растягивающих напряжений (σ > 0,3 Ry; σ > 0,3 Ry ), или в местах, где прочность сварного соединения определяет пригодность до эксплуатации конструкции в целом. |
Классификация конструкций и их элементов по группам в зависимости от значения показателя S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 принята следующая:
ü При S > 26 конструкция относится к 1-ой группе;
ü при 23 ≤S ≤ 26 конструкция относится ко 2-ой группе;
ü при 19 ≤S ≤ 22 – к 3-ей,
ü при 18 ≤S – к 4-ой группе конструкций.
Классы ответственности сооружения I, II, IIIтабл. 2.6 соответствуют классам последствий (ответственности) СС3, СС2, СС3, приведенным в табл. 2.2.
Выбор марок сталей производят по табл.. 2.7 в зависимости от группы конструкцій.
Таблиця 2.7 -- Сталі для сталевих конструкцій будівель і споруд
Тесты для самоконтроля
1. Потеря устойчивости относится к предельным состояниям:
2. Коэффициент γm учитывает:
А – условия работы конструкции;
Б – изменчивость свойств материала;
В – изменчивость нагрузок.
3. Расчетное сопротивление Ry определяют по формуле:
А – Ry = Ryn / γm ;
Б – Ry = Run / γn ;
В – Ry = Run / γc.
4. Непригодность конструкций к эксплуатации характеризует предельное состояние:
5. Коэффициент γn учитывает:
А – степень ответственности сооружения;
6. Расчетное сопротивление Ry устанавливают :
А – по пределу упругости;
Б – по пределу текучести;
В – по пределу прочности.
7. Коэффициент γfm применяют для определения расчетной нагрузки:
8. Расчет на устойчивость выполняют с учетом расчетной нагрузки:
9. Хрупкое разрушение относится к предельным состояниям:
10. Здания высокой степени ответственности относятся к группе:
11. Расчетное сопротивление Rи определяют по формуле:
А – Rи = Rиn / γm ;
Б – Rи = Run / γn ;
В – Rи = Run / γc.
12. Коэффициент γс учитывает:
В – условия работы конструкции.
13. Проверка трещиностойкости железобетонной конструкции относится:
А – к I группе предельных состояний;
Б – ко II группе предельных состояний;
В – к III группе предельных состояний.
Тема 2 (продолжение)
Классификация нагрузок. Нагрузка от веса конструкций и грунта. Нагрузки на перекрытия и покрытия зданий. Снеговая нагрузка. Ветровая нагрузка. Сочетания нагрузок.
Классификация нагрузок
Нагрузки и воздействия подразделяются на механические и немеханической природы, приводящие к снижению несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций
Механические нагрузки (силы, приложенные к конструкции, или вынужденные деформации) учитываются в расчетах непосредственно.
Воздействия немеханической природы, например, влияние агрессивной среды, как правило, в расчете учитывается косвенно.
В зависимости от причин возникновения нагрузки и воздействия подразделяются на основные и эпизодические.
В зависимости от изменчивости во времени нагрузки и воздействия подразделяются на постоянные и переменные (временные). Переменные (временные) нагрузки делятся на: длительные; кратковременные; эпизодические.
Основой для назначения нагрузок являются их характеристические значения.
Расчетные значения нагрузок определяются умножением характеристических значений на коэффициент надежности по нагрузке, зависящий от вида нагружения. В зависимости от характера нагрузок и целей расчета используют четыре вида расчетных значений – предельное; эксплуатационное; циклическое; квазипостоянное. Их значения определяют соответственно по формулам:
где F0 – характеристические значения нагрузок; γfm , γfe , γfc , γfp – коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам;
γn – коэффициенты надежности по назначению сооружения, учитывающие степень его ответственности (см. табл. 2.2).
К постоянным нагрузкам относят:
ü вес несущих и ограждающих конструкций здания;
ü вес и давление грунтов (насыпей, засыпок);
ü усилие от предварительного напряжения в конструкциях.
К переменным длительным нагрузкам относят:
ü вес временных перегородок, подливок, подбетонок под оборудование;
ü вес стационарного оборудования и его заполнения жидкостями, сыпучими
ü давление газов, жидкостей и сыпучих тел в ёмкостях и трубопроводах;
ü нагрузки на перекрытия от складируемых материалов в складах, архивах;
ü температурные технологические воздействия от оборудования;
ü вес слоя воды в водонаполненных покрытиях;
ü вес отложения производственной пыли;
ü воздействия, обусловленные деформациями основания без изменения структуры грунта;
ü воздействия, обусловленные изменением влажности, агрессивности среды,
усадкой и ползучестью материалов.
К переменным кратковременным нагрузкам относят:
ü снеговые нагрузки;
ü ветровые нагрузки;
ü гололедные нагрузки;
ü нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, включая мостовые и подвесные краны;
ü температурные климатические воздействия;
ü нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий;
ü вес людей, ремонтных материалов в зоне обслуживания оборудования;
ü нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном
и испытательном режимах.
К эпизодическим нагрузкам относят:
ü сейсмические воздействия;
ü взрывные воздействия;
ü нагрузки аварийные, вызванные нарушениями технологического процесса, поломкой оборудования;
ü нагрузки, обусловленные деформациями основания с коренным изменением
структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах.
Характеристические и расчетные значения эпизодических нагрузок определяются специальными нормативными документами.
Читайте также: