Расчёт высокопрочных болтов в соединениях на сдвиг и растяжение. Размещение болтов в соединении.

Раскисление стали

Раскисление стали - это снижение содержания кислорода в стали до уровня, исключающего возможность окислительных реакций в слитке. Образующиеся при этом твёрдые, жидкие или газообразные продукты раскисления стали необходимо удалить до затвердевания слитка, так как они снижают качество стали. Содержание кислорода после раскисления стали снижается на порядок.

Стадии процесса раскисления:

1. Растворение раскислителей в жидком металле.

2. Реакции между кислородом и раскислителем.

3. Образование зародышей, рост и выделение продуктов раскисления.

Способы раскисления стали:

1. Осаждающее раскисление;

2. Диффузионное раскисление;

3. Специальные способы раскисления (обработка синтетическими шлаками; раскисление в вакууме).

7. Принципы выбора строительных сталей

Выбор стали производят на основе проектирования и технико-экономического анализа с учетом требований и норм. Выбор стали зависит от: -температуры среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция. Это учитывает повышенную опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах

- характера нагружения.

- способа соединения элементов

- вида напряженного состояния

- толщины проката. Этот фактор учитывает изменение свойств стали с увеличением толщины.

При выборе стали необходимо учитывать группу конструкций.

К первой группе относят сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях. Конструкции первой группы работают в сложных условиях, способствующих их хрупкого разрушения.

Ко второй группе относят сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку. Повышенная опасность хрупкого разрушения, связанная с наличием поля растягивающих напряжений.

К третьей группе относят сварные конструкции, работающие при воздействии сжимающих напряжений, а также конструкции второй группы при отсутствии сварных соединений.

В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы, а также конструкции третьей группы при отсутствии сварных соединений.

В пределах каждой группы в зависимости от температуры к сталям предъявляют требования по ударной вязкости при различных температурах. В материалах для сварных конструкций обязательно следует оценивать свариваемость.

8. Влияние различных факторов на свойства строительных сталей. Дефекты кри­сталлической решетки стали. Наклеп и старение стали.

Среди факторов влияющих на свойство стали выделяют:

наклёп

старение

воздействие температуры

воздействие агрессивной среды

Повторные загружения в пределах упругих деформаций не изменяют вида диаграммы работы стали.

Если образец загрузить до пластической стадии и затем снять нагрузку, то он не вернется к первоначальному состоянию, появится остаточная деформация ..

При повторном нагружении образца после некоторого отдыха он снова работает упруго. То же самое будет и в том случае, если разгрузку начать после того, когда будет пройдена вся площадка текучести.

Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации называют наклепом. При наклепе искажается атомная решетка, она закрепляется в новом деформированном состоянии. В состоянии наклепа сталь становится более жесткой, пластичность стали снижается, появляется опасность хрупкого разрушения, что неблагоприятно сказывается на работе строительных конструкций. Наклеп возникает в процессе изготовления конструкций при холодной гибке элементов, пробивке отверстий. В некоторых случаях когда снижение пластичности не имеет большого значения, наклеп используют для повышения пределов упругой работы. Повышение предела текучести допускается также учитывать при расчете из гнутых профилей, где в зоне гиба металл получает наклеп.

Механические свойства при нагревании стали до 200…250 С не меняются. При температуре 250…300 С прочность стали повышается, пластичность снижается. При этой температуре не следует сталь деформировать или подвергать ее ударным воздействиям. Нагрев выше 400⁰С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при 600...650 С наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность. При отрицательных температурах прочность стали возрастает, ударная вязкость падает и сталь становится хрупкой. Зависимость ударной вязкости от температуры характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. В качестве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше.  Для сталей, используемых в строительных конструкциях, среди факторов, вызывающих хрупкое разрушение, одни из доминирующих является снижение температуры. В связи с этим сопротивление элементов стальных конструкций хрупкому разрушению отождествляют с понятием их хладостойкости.

Упругие деформации обратимы→повторное загружение в этой стадии не отражается в работе материала . Повторное загружение выше упругой стадии работы без перерыва между 1-ым и 2-ым загружением ведет к увеличению пластических деформаций, вследствие искажения структуры при первом загружении. При большом перерыве между 1-ым и 2-ым загружением упругие св-ва материала восстанавливаются до пределов, предшествующих загружению (это повышение упруги свойств наз. наклепом) вследствие старения и закрепления кристаллической решетки в новом положении.

При повторных нагружениях в пределах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается в результате необратимых остаточных деформаций, т.е. металл становится как бы более жестким.

Рис. Диаграммы деформации стали

а) без перерыва б)с перерывом (после отдыха)

9. Сортамент металлопроката. Влияние толщины элементов профилей и температу­ры на механические характеристики стали.

Листовая сталь:

а)Тонкие листы (до 4мм)–применяют при изготовлении гнутых и штампованных тонкостенных профилей, для кровельных покрытий и т д; б)Толстые листы (от 4 до 6мм)-используют в листовых конструкциях и сплошностенчатых эл-ах стержневых конструкциях (балки, колонны); в)Универсальная широкополосная (6-60мм)-применение данной стали уменьшает отходы и снижает трудоемкость изготовления к-ций, т к не требует резки и выравнивания кромок строжкой; г)Слябы/сталь полосовая (60-200мм)-изготовление диафрагм и рёбер жесткости, а так же изготовление гнутых профилей; д)Рифлёная сталь (2,5-8мм)-для настилов площадок; е)Рулонная сталь.

Сортамент профильного проката:

а)Уголки (равнополочные/неравнополочные), тонкие-рациональны в эл-ах, работающих на осевое сжатие; толстые-при опирании на них плит перекрытий; - широко используются при изготовлении ферм; б)Тавры/двутавры-наиболее рациональный профиль для эл-ов, работающих на изгиб (т к имеет наибольший удельный момент сопротивления). Двутавры: обыкновенные и широкополочные; в)Швелера-используют в эл-ах, работающих на изгиб, напр прогонах покрытий зданий, для изготовл путей подвесных кранов; г)Трубы (круглые: горячекатаные(ǿ25-550мм) и сварные;/квадратные/прямоугольные)- наиболее рационально применение труб в элементах, работающих на осевое сжатие; е)рельсы.

Механические свойства при нагревании стали до 200…250 С не меняются. При температуре 250…300 С прочность стали повышается, пластичность снижается. При этой температуре не следует сталь деформировать или подвергать ее ударным воздействиям. Нагрев выше 400⁰С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при 600...650 С наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность. При отрицательных температурах прочность стали возрастает, ударная вязкость падает и сталь становится хрупкой. Зависимость ударной вязкости от температуры характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. В качестве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше.  Для сталей, используемых в строительных конструкциях, среди факторов, вызывающих хрупкое разрушение, одни из доминирующих является снижение температуры. В связи с этим сопротивление элементов стальных конструкций хрупкому разрушению отождествляют с понятием их хладостойкости.

10. Работа стали под статической нагрузкой при одноосном напряженном состоянии стали. Условие пластичности при одноосном напряженном состоянии.

Работа стали при одноосном напряжённом состоянии аналогична работе на растяжение. На первой стадии напряжения образца происходят упругие деформации стали. Первая стадия пропорциональности, упругой работы, деформации происходят за счёт упруго возвратного искажения кристаллической решетки стали , дальше происходят сдвиги в зёрнах перлита. На этой стадии возрастает плотность дислокации. Увеличение нагрузки идет на увеличение линии сдвигов в зоне перлита, что приводит к росту деформации на площадке текучести

3 стадия  

Дальнейшее развитие пластического течения сдерживается зернами перлита .

4 стадия – стадия самоупрочнения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к удлинению образца сопровождающегося деформацией сужения. Находится слабое место, где продольные деформации концентрируются, образуя шейку. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит разрыв. Путем сдвига зерен феррита, но в определенной степени играет наличие перлита, который на определённой фазе будет оказывать сопротивление сдвигу.

Запас работы материала можно оценить соотношением

для малоуглеродистых сталей  0,6

для низколегированных  0,8

В упругой стадии работы важной характеристикой является угол уклона – модуль упругости Е=2,05*10⁵ МПа

 - условие пластичности при одноосном напряженном состоянии.

 11. Работа стали при многоосном напряжении состоянии. Обобщенный закон Гука и условие пластичности при многоосном напряженном состояний.

Переход в пластичсост-е зависит от знака и соотношений действующ. напряжений.

Пусть σ₁и σ₂ ≠0, а σ₃=0

1) При однозначн. двухосн. простомнагружении, когда нагрузка в обоих направлениях нарастает одинаково и равномерн. распред. напряж. по сеч-ю.

пластич. теч-е идет путем сдвига к наклонн. пл-тям поверхности образца. Поэтому напряж. сдерживают пластич. деф-ции. Протяженность площадки текучести уменьшается.

2) При разнозначн. двухосн. напряжении и равномерном распределении напряж. по сеч-ю, пластич. течение происходит по плоскостям, перпендикулярным плоскости пластины при напряжениях меньших, чем при однозначн. нагружении. Сталь становится более пластичной. Если изгиб, то это приводит к повышению σ_у

Разнозначн. напряж. пластич. деф-ции ускоряют, а сталь становится более пластичной.

3) При сложном двухосном нагружении напряжения изменяются сначала в одном направлении, а затем с тем же знаком в другом.

Если напряж. в одном направл. достигают σ_уто напряжения следует уменьшить до такого значения, для которого деф-циинагружения соответствуют сдвигу.

Текучесть стали можно представить, как процесс изм-я формы тела при постоянном объеме.

С учетом выражений для обобщенного з-на Гука:

Обобщенный закон Гука:

Приведенное напряжение:

12.Виды напряжений.

При проектировании конструктивных схем зданий их действительное напряжённо диформированное состояние может складываться из следующих видов напряжений:

· Основные напряжения – могут быть выявлены в расчётах математической модели сооружения методами курса сопромата на основе системы внутренних усилий полученных в результате изучения задачи методами смеха.

· Дополнительные напряжения – напряжения возникающие в конструктивной схеме в следствии некоторых упрощений принятых в расчётной схеме. Такие напряжения должны быть достаточно малы, что достигается совершенствованием методов расчёта. Дополнительные напряжения не могут быть учтены расчётом.

· Местные напряжения – результат нарушения плоскости сечения, концентрации напряжений должны быть устранены.

· Начальные напряжения – такие напряжения результат неравномерного остывания после прокатки конструкции. Начальные напряжения всегда внутренне уравновешены – эпюры двузначны.

13. Основы метода расчета металлоконструкций по предельным состояниям в соот­ветствии с ГОСТ 27751-88. Предельные состояния первой и второй групп.

Строительные конструкции и основания должны быть запроектированы таким образом, чтобы они обладали достаточной надежностью при возведении и эксплуатации с учетом, при необходимости, особых воздействий (например, в результате землетрясения, наводнения, пожара, взрыва).

 Основным свойством, определяющим надежность строительных конструкций, зданий и сооружений в целом, является безотказность их работы - способность сохранять заданные эксплуатационные качества в течение определенного срока службы.

В соответствии с ГОСТ 27751-88 "Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету" предельные состояния подразделяются на две группы:

Предельные состояния первой группы характеризуются:

разрушением любого характера (например, пластическим, хрупким, усталостным);

потерей устойчивости формы, приводящей к полной непригодности к эксплуатации;

потерей устойчивости положения;

переходом в изменяемую систему;

качественным изменением конфигурации;

другими явлениями, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (например, чрезмерными деформациями в результате ползучести, пластичности, сдвига в соединениях, раскрытия трещин, а также образованием трещин).

 Предельные состояния второй группы характеризуются:

достижением предельных деформаций конструкции (например, предельных прогибов, поворотов) или предельных деформаций основания;

достижением предельных уровней колебаний конструкций или оснований;

образованием трещин;

достижением предельных раскрытий или длин трещин;

потерей устойчивости формы, приводящей к затруднению нормальной эксплуатации;

другими явлениями, при которых возникает необходимость временного ограничения эксплуатации здания или сооружения из-за неприемлемого снижения их срока службы (например, коррозионные повреждения).

Расчет по предельным состояниям имеет целью обеспечить надежность здания или сооружения в течение всего его срока службы, а также при производстве работ.

14.Нормативное и расчетное сопротивление стали по пределу текучести:

Изучая работу стали под нагрузкой, пришли к выводу: разрушение происходит при  При  появляется текучесть стали. В большинстве случаев эту текучесть нужно ограничить или исключить. Расчетное значение сопротивления стали по СНиП II23-81*. Значение и временное сопротивление установленные этим документом для определения класса стали с учетом статистической изменчивости усл контроля, вида проката стали, его толщины и др. называется нормативным сопротивлением по пределу текучести.

  ; ;где ,-нормативные сопр. по временному сопр.; -нормативные сопр. по пределу текучести; -коэф. надёжности по материалу; -расч. сопр. по пределу текучести; - расч. сопр. по временному сопр. - коэф. условие работы, Учитывает обстоятельства не нашедшие учёта в расчётах и установление расчётных характеристик. -коэф. надёжности по назначению и ответственности здания. -для пром. зданий; - для с/х зданий. -коэф. надёжности по временному сопр. ( =1.3)

Расчетное сопротивление стали по ТКП EN 1993-1-1. При определении несущей способности конструкции, расчетное сопротивление стали определяется по  где - нормативное значение несущей способности, -общий частный коэф безопасности для конкретного расчетного случая.

Коэффициент условий работы учитывает степень идеализации расчетной модели отражает совокупность факторов, влияющих на работу конструкции, но не учтенных другими коэффициентами. Коэффициент условий работы имеет статическую природу и строго обоснован.

15.Учет условий работы и степени ответственности конструкций. Коэф-т условий работы. Коэф-т надеж-ти по ответств-ти.

Возможные отклонения принятой расчетной модели от реальных условий работы элементов конструкций, соединений, зданий и сооружений и их оснований, а также изменения свойств материалов вследствие влияния температуры, влажности, длительности воздействия, его многократной повторяемости и другх факторов, не отражаемых непосредственно в расчетах, учитываются коэффициентами условий работы гамма-d.

Коэффициенты условий работы могут учитывать факторы, которые еще не имеют приемлемого аналитического описания, такие, как влияние коррозии, агрессии среды, биологических воздействий.

Коэффициенты условий работы и способ их введения в расчет устанавливаются на основе экспериментальных и теоретичаских данных о действительной работе материалов, конструкций и оснований в условиях эксплуатации и производства работ.

Учет ответственности зданий и сооружений

Для учета ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими последствиями их отказов, устанавливаются три уровня: I - повышенный, II - нормальный, III - пониженный.

Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м2 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения). При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности и ответственности гамма_п, принимаемый равным: для I уровня ответственности - более 0,95, но не более 1,2; для II уровня - менее 0,95, для III уровня менее 0,95, - но не менее 0,8.На коэффициент надежности по ответственности следует умножать нагрузочный эффект (внутренние силы и перемещения конструкций и оснований, вызываемые нагрузками и воздействиями).Примечание. Настоящий пункт не распространяется на здания и сооружения, учет ответственности которых установлен в соответствующих нормативных документах.Уровни ответственности зданий и сооружений следует учитывать также при определении требований к долговечности зданий и сооружений, номенклатуры и объема инженерных изысканий для строительства, установления правил приемки, испытаний, эксплуатации и технической диагностики строительных объектов. Отнесение объекта к конкретному уровню ответственности и выбор значений коэффициента гамма_п производится генеральным проектировщиком по согласованию с заказчиком".

16. Нагрузки и воздействия. Клас-я и хар-р нагрузок. …

Строительные конструкции в процессе эксплуатации подвергается нагрузкам и воздействиям, и это влияет на напряжённо-деформированное состояние. Нагрузки и воздействия могут приниматься либо по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» либо по Еврокоду 1 (1991-1) «Воздействия на конструкции», ТКП ЕN 1991-3 «общие воздействия, снеговые нагрузки», 1991-4 «общие воздействия, снеговые нагрузки»,1991-5 «температурные воздействия», 1991-6 «при производстве строит. работ», 1991-7 «особые воздействия». Кроме выше написанных общая клас-ция воздействий, котор. подчинены все норм. документы ТКП ЕN 1990, основы проектирования несущих конструкций.Согласно СНиП 2.01.07-85 в зав-ти от воздействия нагрузки подразделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые). Постоянные (вес частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов, в том числе несущих и ограждающих конст-ций, если они сохраняют нагрузки). К длительно-действующим нагрузкам необх. учитывать вес оборудования, нагрузки от складских помещений, давление жидкости и газов. К кратковременным относят атмосф-е возд-я (снег,ветер, гололёд), мостовые оборуд-я, нагрузки возник-е при монтаже конст-й. К особым нагрузкам относят сейсмические и основные нагрузки сейсмич. процессов (аварийные ситуации), нагрузки вызван-е чрезмермерным нагружением.Все нагрузки носят случ. характер, поэтому могут быть предст-ны в виде случ. элементов. СНиП 2.01.07-85 устанав-т 2 кол-ва нагрузок: норматив. и расчётной. Р=Рn*ɣ_fp; Коэф-ты надёж-ти должны гарантировать обеспечив-ть 0,95-0,99. За нормат-е приняты нагрузки обеспеч-е безоп-ть. Нормат-я снеговая нагрузка принята средняя из ежедневных максимумов по данным электростанций. Тер-рия раздел-на на 6 районов, для каждого указыв-я вел-на значения S_o (IБ;IIБ) S_n= S_o*µ; S= Sn*ɣ_f,s; µ - коэф-т, учит-й особ-ти снегового покрова по отнош-ю к гориз-й поверх-ти земли. Коэф-т надёжности по снеговой нагрузке в зав-ти от отношения: Ветровая нагрузка зависит от скорости ветра на уровне 10м над пов-тью земли и приним-я, как превышаемая средним 1 раз в 5 лет, с обеспеч-тью в среднем на 80%, а w_o=0,061V² (давл-е воздуха). Влияние размеров, формы и углов пов-ти относ-но напр-я ветра учитыв-ся аэродинам-м коэф-м С. Приведён в прилож-и 4 (СНиП). Средняя составляющая норм-й ветровой нагрузки на высоте здания z вычисл-м: Wzn=Wo*k*C; для высотных зданий ещё учитывают пульсационную составляющую Wp.

Сочетание нагрузок и возд-й. На здания и соор-я действуют комплекс нагрузок, поэтому расчёт констр-и следует вести с учётом наиболее неблагоприятных сост-й, расчётных нагрузок, соотв-х усилий определ-х для всех характ-х сечений. Вер-ть всех нагрузок учит-ся коэф-м сочетаний ψ, с макс. усилием Ed≤Rd будет получаться при реально-возм-х их комбинациях. В нормах проектирования 2.01.07-85 приведены 2 расч-х сочетания: основные и особые. Основные сост-т из пост-х, длит-х и времен-х нагрузок; особые – из пост-х, длит-х, времен-х или одной из них. Пост-я нагрузка берётся всегда + 1 из времен-х прини-я коэф-т сочетания ψ=1. Пост-я нагрузка берётся всегда + 2 или более времен-х с коэф-м ψ<1. В основных соч-ях для длит-х нагрузок ψ=0,95, для кратковрем-х ψ=0,9. В особых соч-ях для длит-х ψ=0,95, кратк-х – ψ=0,8, для особых – ψ=1. Наиболее правильно рассчитывать сооружение на расчёт-е комбинации нагружения, принимая при особых сочетаниях в 2 вариантах. Почему? Т.к. реальные здания и соор-я работают нелинейно.

17.Все нагрузки носят случ. характер, поэтому могут быть предст-ны в виде случ. элементов. СНиП 2.01.07-85 устанав-т 2 кол-ва нагрузок: норматив. и расчётной. Р=Рn*ɣ_fp; Коэф-ты надёж-ти должны гарантировать обеспечив-ть 0,95-0,99. За нормат-е приняты нагрузки обеспеч-е безоп-ть. Нормат-я снеговая нагрузка принята средняя из ежедневных максимумов по данным электростанций. Тер-рия раздел-на на 6 районов, для каждого указыв-я вел-на значения S_o (IБ;IIБ) S_n= S_o*µ; S= Sn*ɣ_f,s; µ - коэф-т, учит-й особ-ти снегового покрова по отнош-ю к гориз-й поверх-ти земли. Коэф-т надёжности по снеговой нагрузке в зав-ти от отношения: Ветровая нагрузка зависит от скорости ветра на уровне 10м над пов-тью земли и приним-я, как превышаемая средним 1 раз в 5 лет, с обеспеч-тью в среднем на 80%, а w_o=0,061V² (давл-е воздуха). Влияние размеров, формы и углов пов-ти относ-но напр-я ветра учитыв-ся аэродинам-м коэф-м С. Приведён в прилож-и 4 (СНиП). Средняя составляющая норм-й ветровой нагрузки на высоте здания z вычисл-м: Wzn=Wo*k*C; для высотных зданий ещё учитывают пульсационную составляющую Wp.При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности и ответственности гамма_п, принимаемый равным: для I уровня ответственности - более 0,95, но не более 1,2; для II уровня - менее 0,95, для III уровня менее 0,95, - но не менее 0,8.

18. Предельное сост-е в соотв-и с ГОСТ 27751-88 – это такие сост-я констр-й, при которых она перестаёт удовлетворять предъявленным к ним требованиям в процессе экспл-ции или при возведении с заданным в соотв-и с назначением ответ-ти сооруж-я.Предельные состояния подразделяются на две группы:

первая группа включает предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций, оснований (зданий или сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом;

вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (оснований) или уменьшающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы.

Предельные состояния первой группы характеризуются: разрушением любого характера (например, пластическим, хрупким, усталостным);потерей устойчивости формы, приводящей к полной непригодности к эксплуатации;потерей устойчивости положения ;переходом в изменяемую систему;качественным изменением конфигурации;другими явлениями, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (например, чрезмерными деформациями в результате ползучести, пластичности, сдвига в соединениях, раскрытия трещин, а также образованием трещин).

Ed≤Rd; Ed-расч-е значение эффекта от воздейс-я или наибольшее возможное усилие рассм-е в сечении эл-та конст-и, как ф-я, расчёт-х комбинаций внешних силовых возд-й; Rd-расч-е значение сопр-я констр-и, т.е. предельное усилие, которое может воспринять расчитыв-й эл-т, как ф-ю физич-х и геомтр-х её параметров.

Предельные состояния второй группы характеризуются:достижением предельных деформаций конструкции (например, предельных прогибов, поворотов) или предельных деформаций основания;достижением предельных уровней колебаний конструкций или оснований ;образованием трещин; достижением предельных раскрытий или длин трещин;потерей устойчивости формы, приводящей к затруднению нормальной эксплуатации ;

другими явлениями, при которых возникает необходимость временного ограничения эксплуатации здания или сооружения из-за неприемлемого снижения их срока службы (например, коррозионные повреждения).

Предельные состояния, по которым требуется выполнять расчеты, определяются стандартами на проектирование.

Расчет по предельным состояниям имеет целью обеспечить надежность здания или сооружения в течение всего его срока службы, а также при производстве работ.Условия обеспечения надежности заключаются в том, чтобы расчетные значения нагрузок или ими вызванных усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытий трещин не превышали соответствующих им предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования конструкций или оснований.

Сd≤Rd; Сd-расч-е значение числен-го предела определ-го критерия эксплуатации пригодности.

19)

20)

21,22)

23.Развитие пластических деформаций при наличии момента и продольной силы так же, как и в изгибаемых элементах, приводит к образованию шарнира пластичности, но при этом положение нейтральной оси в процессе развития пластических деформаций смещается. При увеличении момента и продольной силы на одной из сторон стержня фибровые напряжения достигают предела текучести и затем останавливаются в своем развитии. Напряжения в прочих фибрах (угол наклонной части эпюры напряжений) продолжают расти, пока, наконец, напряжения на другой стороне стержня не достигнут предела текучести, после чего пластичность распространяется на все фибры сечения.

Для обеспечения эксплуатационной пригодности конструкций проверяют прочность элементов при совместном действии изгиба и осевой силы, как и изгибаемых элементов, по критерию ограниченных пластических деформаций

Коэффициенты п, сх и су учитывают степень развития пластических деформаций и зависят от формы сечения.

24. Проверка прочности изгибаемых эл-ов :

-по нормальным напряжениям в упругой и упругопластической области работы стали.

а) для изгибаемых эл-ов, балок изменен деформ по высоте происходит по линейн закону и напряжен распредел аналогично вплоть до предела текучести σ_Т. σ=ε∙Е Напряжение в любой точке от нейтральной оси: σ=М∙y/I Максимальные напряжения будут в самой крайней точке сечения при y_max=h/2.Отношение момента инерции I_x расстоянию от нейтральной точки до наиболее удален края y_max=h/2 назыв. Моментом сопротивления

W= I_x/ y_max=2 I_x/h

Тогда максимал напряжения в наиболее удален точки сечения будут равны:

σ=M/W_x.min≤[σ]=R_yγ_c

Проверка прочности по нармалнапряжен-этоIгр предел состоян, т е максимал изгиб момент рассчит-ся по расчетным нагрузкам.

б) При увелич нагрузки, крайние волокна раньше других достигают предела текучести σ_Т и рост напряжен в них прекращается (стадия б).при этом в центральн части остается упругое ядро, высотой а, где напряжен не превышает предела текучести σ<σ_Т.Прогиб балки резко возрастает и эпюра моментов приближается к М пластическ. Эта стадия работы стали назыв упругопластической. Полное исчерпание несущей способности произойдет, когда а→0.

в) введем коэф С, характеризующий резерв несущей способности при упругопластич работе. Тогда С=М_пл/М=W_пл.x/W_x. Следовательно формула проверки прочности при упругопластич работе матер.приобретает вид:

σ=М/(W_x∙C)≤R_y∙γ_c.

При изгибе в 2-ух плоскостях формула проверки прочности имеет вид:

σ=М_x/(W_x,min∙C_x)+ М_y/(W_y,min∙C_y)≤ R_y∙γ_c.

W_x,min, W_y,min-минимал моменты сопротивлен относительно соответствующих осей.

- по касательным напряжениям.

Проведём проверку прочности по наибольшим касательным напряжениям:

Где: Rs -расчетное сопротивление сдвигу (срезу)=0,58*Ry;

Sy -статич-ий м-нт инерции; -коэф условий работы. tw- толщина стенки балки;

bf-полка; h-высота;

Проверка прочности по касательным напряжениям – I гр. пред сост-ий (эп. моментов; мах изгиб.м-нт и сила рассчит-ся на расчётную нагрузку)

- по приведённым напряжениям.

При возд-ии на балку одновременно с норм-ми напряж-ми местных напр-ий , возн-ет сложнонапряжённое деформир-оесост, тогда проверка прочности произв-ся по приведенным напряжениям:

 ;

 Где: = -локальные напряжения; если данные напряжения отсутствуют, то

где: 1,15-коэф, учитывающий развитие в пластических деформациях.

25 .Устойчивость ценрально сжатых стержней .Теор предпосылки и реальная работа.Условие устойчивости.

σ=N/A≤[ σ]

[σ]={R_yγ_c;R_u∙γ_c/γ_m

Работа стальных эл-ов при центральном растяжении при условии обеспеч его устойчивости полностью соответствует работе материала при простом сжатии. Предполагают, что напряжения в сечении таких эл-овраспредел равномерно. В соответствии с неравенством 1-ого предел состоян проверка прочности централ сжатых либо растянутых эл-ов выглядит вот так:

σ=N/A_н≤R_yγ_с≤[ σ],

где N-предельная сила в эл-те получен от расчет.нагрузок

R-расчетное сопротивление R_y,если в стержне не допускается развитие пластических деформаций. Если же пластические деформации допускаются, то принемаетсянебольшим м/д R_y и R_u/γ_m.:R_u/γ_u R_y N/A R_u γ_c/γ_u

γ_u-коэф-т надёжности при расчётах элем-в по σ_u.

Потеря устойчивости центрально-сжатого стержня: формы потери устойчивости, расчётная длина, гибкость стержня.

Форма потери устойчивости зависит от способа закрепления концов стержней, значения критических напряжений, а следовательно и от коэффициента продольного изгиба(фи). Приведённые в таблице значения коэффициента фи присущи для основного случая, когда стержень с 2-х концов закреплён шарнирами, а мю =1. Для других способов закрепления функцию фи можно привести к основному случаю, путём замены действительной длины на расчётную:

т. е. вводим данный коэффициент мю, учитывающий способы закрепления концов стержней, в этом случае гибкость стержня равна:

Формула Эйлера при проверке устойчивости центрально-сжатого стержня. Область с применения.

- предел выпучивания

Для расчёта устойчивости применяется формула Эйлера:(во всех последующих формулах π должно быть в квадрате!)

,когда  , где

применяется ф-ла Эйлера,если< то нельзя.

-коэффициент приведения расчетной длины.

26.Общая уст-ть плоской формы изгиба элемента. Условие уст-ти.При изгибе балки, при достижении шарнира пластичности, происходит её выпучивание, т. е. вследствие закручивания балки появ-ся дополнит-ыйэксц-т. В завис-ти от приложения нагрузки (либо к верх-у, либо к нижн-у поясу), эксцентриситет соотв-но увелич-ет, либо уменьшает закручивание балки. Приложение нагрузки к верхнему поясу гораздо опаснее. При проверке общей устойчивости, мах напряжение от изгиба сравнивается с критическим (условие устойчивости):

σ_cr=M/W

=σ_cr/R_y

σ σ_cr=φ_б R_y γ_c

Вводим коэф уст-ти балки:

тогда формула проверки прочности приобретает следующий вид:

σ_cr=M/W φ_б R_y γ_c

Проверка общей устойчивости не требуется:

1) При передаче нагрузки ч/з сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки, и жестко с ним связанный.

2) При отношении расчётной длины балки  к ширине

сжатогопояса , не превышающего предельных значений:

.

27. Условие прочности внецентренно нагруженных стержней

Расчет на прочность. Предельные состояния по прочности внецентренно растянутых (растянуто-изогнутых) и внецентренно сжатых (сжато-изогнутых) элементов конструкций при динамических воздействиях, а также элементов конструкций, выполненных из сталей высокой прочности с расчетным сопротивлением R>580 МПа, определяются достижением наибольшими фибровыми напряжениями расчетного сопротивления. Их расчет выполняется по упругой стадии работы материала по формуле:

Для внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов из пластичных сталей с пределом текучести до 580 МПа при действии статических нагрузок предельное состояние по прочности определяется с учетом развития пластических деформаций. Развитие пластических деформаций при наличии момента и продольной силы так же, как и в изгибаемых элементах, приводит к образованию шарнира пластичности, но при этом положение нейтральной оси в процессе развития пластических деформаций смещается (рис. 3.17).

При увеличении момента и продольной силы на одной из сторон стержня фибровые напряжения достигают предела текучести и затем останавливаются в своем развитии. Напряжения в прочих фибрах (угол наклонной части эпюры напряжений) продолжают расти, пока, наконец, напряжения на другой стороне стержня не достигнут предела текучести, после чего пластичность распространяется на все фибры сечения. Очевидно, что разность площадей эпюр напряжений, умноженная на , равна предельной продольной силе

где A1 и A2 - площади частей сечения. Площадь определяет одну составляющую пары изгибающего момента; такая же площадь на другой стороне сечения должна определять вторую составляющую этой пары. Отсюда предельный момент

где е - расстояние между центрами площадей A1.Таким образом, в пластической стадии напряжения от продольной силы и момента можно условно разделить. Напряжения от продольной силы занимают среднюю часть - сечения A1= A-2A2, а напряжения от момента края на площадях A2.Образование шарнира пластичности приводит к неограниченному росту перемещений. Для обеспечения эксплуатационной пригодности конструкций проверяют прочность элементов при совместном действии изгиба и осевой силы, как и изгибаемых элементов, по критерию ограниченных пластических деформаций

Коэффициенты п, сх и су учитывают степень развития пластических деформаций и зависят от формы сечения.

Потеря устойчивости внецентренно сжатых и сжато-изогнутых.

Расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов следует выполнять как в плоскости действия момента (плоская форма потери устойчивости), так и из плоскости действия момента (изгибно-крутильная форма потери устойчивости).

Расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле:

N/φ_eA≤Rγ_c

а) для сплошностенчатых стержней — по табл. 1 обязательного приложения 4 в зависимости от условной гибкости и приведенного относительного эксцентриситета mef определяемого по формуле:

m_ef=ηm

где η - коэффициент влияния формы сечения, определяемый по табл. 3 обязательного приложения 4;

 m=eA/W_c- относительный эксцентриситет (здесь е — эксцентриситет; Wc -момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна).

Расчет на устойчивость выполнять не требуется для сплошностенчатых стержней при тef>10;

б) для сквозных стержней с решетками или планками, расположенными в плоскостях, параллельных плоскости изгиба, - по табл. 2 обязательного приложения 4 в зависимости от условной приведенной гибкости, определяемой по формуле:

в-рλ_ef=λ_ef(r/e)^1/2

и относительного эксцентриситета т, определяемого по формулам

m_x=e_xAy₁/I_x ; m_y=e_yAy₁/I_y

где x1,y1расстояния соответственно от оси у-у или х-х до оси наиболее сжатой ветви, но не менее расстояния до оси стенки ветви.

 Проверки устойчивости внецентренно-сжатых стержней в плоскости изгибающего момента.

 ;

Проверка устойчивости внецентренно-нагруженных элементов в плоскости наибольшей жесткости, произв-ся по ф-ле (1). В наименьшей жесткости (2). Где:

Где;

 (фи с)-коэф усталости. При внецентренном сжатии зависит от приведённого эксцентриситета и приведённой гибкости(лямбда с чертой).

m- относительный эксцентриситет;

- коэф влияния формы сечения; ;

е - эксцентриситет;

р - ядровое расстояние;

с – коэф, учитывающий развитие пластических деформаций (коэф устойчивости).

28. Работа стали при повторных нагрузках.

Упругие деформации обратимы→повторноезагружение в этой стадии не отражается в работе материала . Повторное загружение выше упругой стадии работы без перерыва между 1-ым и 2-ым загружением ведет к увеличению пластических деформаций, вследствие искажения структуры при первом загружении. При большом перерыве между 1-ым и 2-ым загружением упругие св-ва материала восстанавливаются до пределов, предшествующих загружению (это повышение упруги свойств наз. наклепом) вследствие старения и закрепления кристаллической решетки в новом положении.

При повторных нагружениях в пределах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается в результате необратимых остаточных деформаций, т.е. металл становится как бы более жестким.

Рис. Диаграммы деформации стали

а) без перерыва б)с перерывом (после отдыха)

Расчёт на выносливость.

В случаях динамических воздействий на один из видов НДС(сжатие/растяжение ,изгиб, и тд)должны подтверждать циклические воздействия(возможность восприятия динам нагр)

_max α R_u γ_u

R_u- расчётное сопротивление при вибрационном воздействии

Α-коэф-т учитывающий кол-во циклов нагружения

_max=β  (R_u/ R_y) γ_c

Β-коэф-т принимаемый по таблицам СНиП с учётом групп соединения элементов

29. Расчет на прочность с учетом хрупкого разрушения

Концентрация напряжений в металлических конструкциях.

В тех местах, где имеются искажения сечения (около отверстий, трещин, утолщений и т.п.) происходит искривление линий силового потока и их сгущение около препятствий (см. рис.), что приводит к повышению напряжений в этих местах.   

Рис. а) около отверстий б) около трещин

Коэффициентом концентрации наз. отношение максимального напряжения в местах концентрации к номинальному, равномерно распределенному по ослабленному сечению. Коэфф. концентрации у круглых отверстий и полукруглых выточек равен 2-3; в местах острых надрезов достигает 8-9.

При статических нагрузках и нормальной температуре концентрация напряжений существенно не влияет на несущую способность, поэтому при расчете элементов металлических конструкций притакого вида воздействиях их влияние на прочность не учитывается.

Металл должен быть проверен на хрупкость. Проверяется испытаниями на ударную вязкость, кот измеряется удельной работой, затрачиваемой на разрушение образца. Измеряется порогом хладноломкости стали, кот не должен превышать 0.3 Мдж.

30. Понятие о расчете по деформированной схеме

Большинство задач сопротивления материалов решается безучета влияния деформации конструкции на ее расчетную схему.Обычно вполне обоснованно считают, что из-за малости деформаций геометрическое очертание конструкции до и после нагруженияпрактически одно и то же. Положения точек приложения н линий
действия внешних сил остаются неизменными. Неизменными остаются взаимные положения внешних нагрузок и главных центральных осей любого поперечного сечения. Внутренние ситовые факторы в сечениях не зависят от деформаций и перемещений.

Использование таких упрощений расчетной схемы уменьшаеттрудоемкостьрасчетов. Задачи в подобных случаях описываютсясравнительно простыми математическими уравнениями.

В то же время отметим, что игнорирование влияния перемещений на расчетную схему конструкции не всегда допустимо.Рассмотрим, например, внецентренно сжатый стержень (рис. 13.1). Пренебрегая искривлением оси.считаем,что изгибающий момент в сечениях М_х = Fе. Но, строгоговоря, плечо силы равно е + f- v. Если перемещение f
конца стержня окажется соизмеримым с эксцентриситетоме, то пренебрежение деформациями количественно недопустимо. К тому же добавим, что вносимая предположением погрешность, идет не в запас прочности.

Специфика расчетов по деформированной схеме состоит в том, что приcоставлении уравнений равновесияучитывают деформации конструкции.

Для обсуждаемого внецентренно сжатого стержня при расчетепо деформированной схеме следует записать М_х = F(е +f-v).

31. Виды напряжений в конструкциях под нагрузкой. Методы их учета и оценки. Ра­бота тонкостенных стальных стержней в упругопластической стадии.

Напряжения в зависимости от вида подразделяются на основные, дополнительные, местные и начальные.

Основные напряжения - напряжения, определяемые от внешних воздействий методами, излагаемыми в курсе сопротивления материалов. Поскольку основные напряжения уравновешивают внешние воздействия и определяют несущую способность элементов конструкций, они и выявляются расчетом и по ним в основном судят о надежности конструкций (за исключением особых случаев).

Дополнительные напряжения - напряжения, возникающие в результате дополнительных связей по отношению к принятой идеализированной расчетной схеме- (например, из-за жесткости узлов, дополнительных систем связей и т. п.). Дополнительные напряжения, определямые методами строительной механики, при пластичном материале не оказывают существенного влияния на несущую способность конструкции.не учитываются расчетом (за исключением некоторых специальных случаев).

Местные напряжения могут быть двух видов:

- в результате внешних воздействий;

- в местах резкого изменения или нарушения сплошности сечения, где вследствие искажения силового потока происходит концентрация напряжений.

В первом случае местные напряжения уравновешиваются с внешними воздействиями, во втором - они внутренне уравновешены.

Местные напряжения могут привести к развитию чрезмерных пластических деформаций, трещин или к потере устойчивости в тонких элементах сечений (например, стенки двутавра). Местные напряжения этого вида учитывают в расчете.

Начальные напряжения. Начальными называются напряжения, которые имеются в ненагруженном внешней нагрузкой элементе и которые появились в нем в результате неравномерного остывания после прокатки или сварки или в результате предшествующей работы элемента и его пластической деформации, поэтому они называются также внутренними, собственными или остаточными.

32 основы метода расчета МК по пред.Состояниям.Группы и виды предельных состояний.Расчетная нагрузка и расчетное сопротивление. Расчёты выполняются по макс. расчётным нагрузкам и воздействиям, возникающих в условиях нормальной эксплуатации. ,где -усилие в расчётном элементе конструкции, - предельное усилие, которое может воспринять элемент. -определяется от расчётных нагрузок . ,где -нормативные нагрузки; -коэфиц. надёжности по нагрузке; -коэф. надёжности учитывающий степень ответственности здания. - коэф. сочетаний. ,где -усилие от =1

S- усилие, которое может быть воспринято сооружениями. ,гдеR- расчётное сопротивление( ) -геом. хар-ки сечения -расч. сопр. по пределу текучести

- расч. сопр. по временному сопр. , , где , -нормативные сопр.; -коэф. надёжности по материалу. ;

-коэф. надёжности по ( =1.3) - коэф. условие работы.

Для 1 группы предельных состояний, по остаточным или полным перемещениям.

,где

- перемещение вызванное единичной нагрузкой.

- предельное остаточное перемещение.

 Группы и виды предельных состояний.В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течении срока службы, учитываются следующие предельные состояния:

1. По потере несущей способности или полной непригодности к эксплуатации конструкций.2. По затруднению нормальной эксплуатации сооружений.К предельным состояниям 1-ой группы относятся: а) общая потеря устойчивости формы б) потеря устойчивости положения в) разрушения любого характера г) переход конструкции в изменяемую систему д) качественное изменение конфигурации д) состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации.Первая группа по характеру предельных состояний разделяется на две подгруппы: а) по потере несущей способности (первые пять состояний) б) по непригодности к эксплуатации (шестое состояние).К предельным состояниям 2-ой группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию, или снижающие долговечность из-за появления недопустимых перемещений. Расчётные нагрузкиопредел. умн. нормативных на коэф. -учитывает изменчивость нагр. вследствии случайных отступлений от заданных усл. экспл. Устан-ся после статистич. Обработки данных наблюдений.

Коэф. массы кон-й зависит от вида материала

Стальн.-1,05; дерев.-1,1; утеплители, засыпки-1,3(1,2); крановое оборудование-1,1.

Снег -            Ветер - не учитывает динамичности нагр. Расчетные сопротивления при определении несущей способности стальных конструкций расчетноесопротивление стали определяется по формуле

Где -нормативное значение несущей способности определяемое по нормативным и номинальным свойствам стали. - общий частный коэфф безопасности для конкретного расчетного случая.

33Нагрузки и воздействия. Нормативная и расчетная нагрузки. Коэфф надежности по нагрузке.Сочетания нагрузок.    Нагрузки и воздействия.

Классификация:

по времени действия

а) постояные(собств. вес зданий, вес и давл. грунта, предварительное напряжение)   

б) временые – длительные(вес стационарного оборудования, вес жидкости в оборуд., нагр. в складских помещениях) - кратковременные(атмосферные, нагр. на перекрытия от людей)

в) особые(сейсмические, аварийные, взрывные)

Нормативные нагрузки:

а) постоянные (определяются по массе конструкции при проектировании).

б) временно-длительные (по СНиПам, каталогам).

в) кратковременные (на основе опыта эксплуатации, по результатам испытаний).

г) ветровые

среднесоставляющие ветровой нагрузки

-скоростной напор ветра(по СНиП) в зависимости от района строительства.

К-попр. коэф. Учитывающий тип местности и высоту

С- аэродинамический коэф-т.

д) гололёдныенагр (при расчёте антенн, мачт)

е) сейсмические нагр (в зависимости от бальности территории)

Расчётные нагрузкиопредел. умн. нормативных на коэф. -учитывает изменчивость нагр. вследствии случайных отступлений от заданных усл. экспл. Устан-ся после статистич. Обработки данных наблюдений.

Коэф. массы кон-й зависит от вида материала

Стальн.-1,05; дерев.-1,1; утеплители, засыпки-1,3(1,2); крановое оборудование-1,1.