Стальные конструкции

Значения h_red следует определять:

для центрально-сжатых элементов швеллерного сечения по формуле

, (92, а)

где - условная гибкость стенки швеллерного сечения, принимаемая по табл. 27*;

для центрально-сжатых элементов двутаврового и коробчатого сечений по формуле

, (92, б)

где l_uw - условная гибкость стенки соответствующего сечения, принимаемая по табл. 27* при m = 0;

- условная гибкость стенки, при вычислении h_red1 принимаемая равной ;

k - коэффициент, принимаемый равным для двутаврового сечения k = 1,2 + 0,15 (при > 3,5 следует принимать = 3,5) и для коробчатого сечения k = 2,9 + 0,2 - 0,7 (при > 2,3 следует принимать = 2,3); здесь - условная гибкость элемента, принятая по табл. 27*;

для внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов по формуле (92, б), где значение следует вычислять по табл. 27*, а значение k при = ₁.

Указанные изменения расчетной высоты стенки следует принимать только для определения площади сечения А при расчетах по формулам (7), (51), (61) и (62) настоящих норм.

7.21*. Стенки сплошных колонн при следует укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5-3) h_ef одно от другого; на каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер.

Минимальные размеры выступающей части поперечных ребер жесткости следует принимать согласно требованиям п. 7.10 настоящих норм.

Поясные листы (полки) центрально-, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и изгибаемых элементов 7.22*. Расчетную ширину свеса поясных листов (полок) b_ef следует принимать равной расстоянию: в сварных элементах - от грани стенки (при односторонних швах от грани стенки со стороны шва) до края поясного листа (полки); в прокатных профилях - от начала внутреннего закругления до края полки; в гнутых профилях (рис. 11) - от края выкружки стенки до края поясного листа (полки).

7.23*. В центрально-, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах с условной гибкостью от 0,8 до 4 отношение расчетной ширины свеса поясного листа (полки) b_ef к толщине i следует принимать не более значений, определяемых по формулам табл. 29*.

Таблица 29*

Характеристика полки (поясного листа) и сечения элемента

Наибольшие отношения

Неокаймленная двутавра и тавра

Окаймленная ребром двутавра и тавра

Неокаймленная равнополочных уголков и гнутых профилей (за исключением швеллера)

Окаймленная ребром равнополочных уголков и гнутых профилей

Неокаймленная большая неравнополочного уголка и полка швеллера

Окаймленная ребром и усиленная планками гнутых профилей

При значениях < 0,8 или > 4 в формулах табл. 29* следует принимать соответственно = 0,8 или = 4.

7.24. В изгибаемых элементах отношение ширины свеса сжатого пояса b_ef к толщине i следует принимать не более значений, определяемых по табл. 30.

Таблица 30

Расчет изгибаемых элементов

Характеристика свеса

Наибольшие значения отношения

В пределах упругих деформаций

Неокаймленный

Окаймленный ребром

С учетом развития пластических деформаций¹

Неокаймленный

b_ef/t = 0,11h_ef /t_w, но не более

Окаймленный ребром

b_ef /t = 0,16h_ef/t_w, но не более

_____________

¹ При h_ef/t_w £ 2,7 наибольшее значение отношения b_ef/t следует принимать:

для неокаймленного свеса b_ef/t = 0,3 ;

для окаймленного ребром свеса b_ef/t = 0,45 ,

Обозначения, принятые в таблице 30:

h_ef - расчетная высота балки;

t_w - толщина стенки балки.

7.25. Высота окаймляющего ребра полки a_ef, измеряемая от ее оси, должна быть не менее 0,3b_ef в элементах, не усиленных планками (рис. 11) и 0,2b_ef - в элементах, усиленных планками, при этом толщина ребра должна быть не менее 2a_ef .

7.26*. В центрально-сжатых элементах коробчатого сечения наибольшее отношение расчетной ширины пояса к толщине b_ef/t следует принимать по табл. 27* как для стенок коробчатого сечения.

Во внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах коробчатого сечения наибольшее отношение b_ef/t следует принимать:

при m £ 0,3 - как для центрально-сжатых элементов;

при m ³ 1,0 и £ 2 + 0,04m b_et/t = ;

при m ³ 1,0 и > 2 + 0,04m

.

При значениях относительного эксцентриситета 0,3 < m < 1 наибольшие отношения b_ef/t следует определять линейной интерполяцией между значениями b_ef/t, вычисленными при m = 0,3 и m = 1.

7.27*. При назначении сечений центрально-, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов по предельной гибкости, а изгибаемых элементов - по предельным прогибам, а также при соответствующем обосновании расчетом наибольшие значения отношения расчетной ширины свеса к толщине b_ef/t следует умножать на коэффициент , но не более чем на 1,25.

Здесь следует принимать:

для центрально-, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов: j_m - меньшее из значений j, j_e, j_exy, cj, использованное при проверке устойчивости элемента; s = N/A;

для изгибаемых элементов: j_m = 1; s - большее из двух значений или .

8. Расчет листовых конструкций Расчет на прочность 8.1. Расчет на прочность листовых конструкций (оболочек вращения), находящихся в безмоментном напряженном состоянии, следует выполнять по формуле

, (93)

где s_x и s_y - нормальные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

g_c - коэффициент условий работы конструкций, назначаемый в соответствии с требованиями СНиП по проектированию сооружений промышленных предприятий.

При этом абсолютные значения главных напряжений должны быть не более значений расчетных сопротивлений, умноженных на g_c.

8.2. Напряжения в безмоментных тонкостенных оболочках вращения (рис. 17), находящихся под давлением жидкости, газа или сыпучего материала, следует определять по формулам:

; (94)

, (95)

где s₁ и s₂ - соответственно меридиональное и кольцевое напряжения;

r₁ и r₂ - радиусы кривизны в главных направлениях срединной поверхности оболочки;

p - расчетное давление на единицу поверхности оболочки;

t - толщина оболочки;

F - проекция на ось z-z оболочки полного расчета давления, действующего на часть оболочки abc (рис. 17);

r и b - радиус и угол, показанные на рис. 17.

Рис. 17. Схема оболочки вращения

Рис. 18. Схема конической оболочки вращения

8.3. Напряжения в замкнутых безмоментных тонкостенных оболочках вращения, находящихся под внутренним равномерным давлением, следует определять по формулам:

для цилиндрических оболочек

и ; (96)

для сферических оболочек

; (97)

для конических оболочек

и , (98)

где p - расчетное внутреннее давление на единицу поверхности оболочки;

r - радиус срединной поверхности оболочки (рис. 18);

b - угол между образующей конуса и его осью z-z (рис. 18).

8.4. В местах изменения формы или толщины оболочек, а также изменения нагрузки должны быть учтены местные напряжения (краевой эффект).

Расчет на устойчивость 8.5. Расчет на устойчивость замкнутых круговых цилиндрических оболочек вращения, равномерно сжатых параллельно образующим, следует выполнять по формуле

s₁ £ g_cs_cr1, (99)

где s₁ - расчетное напряжение в оболочке;

s_cr1 - критическое напряжение, равное меньшему из значений yR_y или cEt/r (здесь r - радиус срединной поверхности оболочки; t - толщина оболочки).

Значения коэффициентов y при 0 < r/t £ 300 следует определять по формуле

. (100)

Значения коэффициентов c следует определять по табл. 31.

Таблица 31

r/t

100

200

300

400

600

800

1000

1500

2500

c

0,22

0,18

0,16

0,14

0,11

0,09

0,08

0,07

0,06

В случае внецентренного сжатия параллельно образующим или чистого изгиба в диаметральной плоскости при касательных напряжениях в месте наибольшего момента, не превышающих значений 0,07Е (t/r)^3/2, напряжение s_cr1 должно быть увеличено в (1,1 - 0,1 s¢₁/s₁) раз где s¢₁ - наименьшее напряжение (растягивающие напряжения считать отрицательными).

8.6. В трубах, рассчитываемых как сжатые или сжато-изгибаемые стержни, при условной гибкости должно быть выполнено условие

. (101)

Такие трубы следует рассчитывать на устойчивость в соответствии с требованиями разд. 5 настоящих норм независимо от расчета на устойчивость стенок. Расчет на устойчивость стенок бесшовных или электросварных труб не требуется, если значение r/t не превышает половины значений, определяемых по формуле (101).

8.7. Цилиндрическая панель, опертая по двум образующим и двум дугам направляющей, равномерно сжатая вдоль образующих, при b²/(rt) £ 20 (где b - ширина панели, измеренная по дуге направляющей) должна быть рассчитана на устойчивость как пластинка по формулам:

при расчетном напряжении s £ 0,8R_y

; (102)

при расчетном напряжении s = R_y

. (103)

При 0,8R_y < s < R_y наибольшее отношение b/t следует определять линейной интерполяцией.

Если b²/(rt) > 20, панель следует рассчитывать на устойчивость как оболочку согласно требованиям п. 8.5.

8.8*. Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления p, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле

s₂ £ g_cs_cr2, (104)

где s₂ = pr/t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;

s_cr2 - критическое напряжение, определяемое по формулам;

при 0,5 £ l/r £ 10

s_cr2 = 0,55E(r/l)(t/r)^3/2; (105)

при l/r ³ 20

s_cr2 = 0,17E(t/r)²; (106)

при 10 < l/r < 20 напряжение s_cr2 следует определять линейной интерполяцией.

Здесь l длина цилиндрической оболочки.

Та же оболочка, но укрепленная кольцевыми ребрами, расположенными с шагом s ³ 0,5r между осями, должна быть рассчитана на устойчивость по формулам (104) - (106) с подстановкой в них значения s вместо l.

В этом случае должно быть удовлетворено условие устойчивости ребра в своей плоскости как сжатого стержня согласно требованиям п. 5.3 при N = prs и расчетной длине стержня l_ef = 1,8r, при этом в сечение ребра следует включать участки оболочки шириной с каждой стороны от оси ребра, а условная гибкость стержня не должна превышать 6,5.

При одностороннем ребре жесткости его момент инерции следует вычислять относительно оси, совпадающей с ближайшей поверхностью оболочки.

8.9. Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в пп. 8.5 и 8.8*, следует выполнять по формуле

, (107)

где s_cr1 должно быть вычислено согласно требованиям п. 8.5, а s_cr2 - согласно требованиям п. 8.8*.

8.10. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения с углом конусности b £ 60°, сжатой силой N вдоль оси (рис. 19) следует выполнять по формуле

N £ g_cN_cr, (108)

где N_cr - критическая сила, определяемая по формуле

N_cr = 6,28r_mts_cr1cos²b, (109)

здесь t - толщина оболочки;

s_cr1 - значение напряжения, вычисленное согласно требованиям п. 8.5 с заменой радиуса r радиусом r_m, равным

. (110)

Рис. 19. Схема конической оболочки вращения под действием продольного усилия сжатия

8.11. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления p, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле

s₂ £ g_cs_cr2, (111)

здесь s₂ = pr_m /t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;

s_cr2 - критическое напряжение, определяемое по формуле

s_cr2 = 0,55E(r_m /h)(t/r_m)^3/2, (112)

где h - высота конической оболочки (между основаниями);

r_m - радиус, определяемый по формуле (110).

8.12. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в пп. 8.10 и 8.11 следует выполнять по формуле

, (113)

где значения N_cr и s_cr2 следует вычислять по формулам (109) и (112).

8.13. Расчет на устойчивость полной сферической оболочки (или ее сегмента) при r/t £ 750 и действии внешнего равномерного давления p, нормального к ее поверхности, следует выполнять по формуле

s £ g_cs_cr, (114)

где s = pr/2t - расчетное напряжение;

s_cr = 0,1Et/r - критическое напряжение, принимаемое не более R_y;

r - радиус срединной поверхности сферы.

Основные требования к расчету металлических мембранных конструкций 8.14. При расчете мембранных конструкций опирание кромок мембраны на упругие элементы контура следует считать шарнирным по линии опирания и способным передавать сдвиг на элементы контура.

8.15. Расчет мембранных конструкций должен производиться на основе совместной работы мембраны и элементов контура с учетом их деформированного состояния и геометрической нелинейности мембраны.

8.16. Нормальные и касательные напряжения, распределенные по кромкам мембраны, следует считать уравновешенными сжатием и изгибом опорного контура в тангенциальной плоскости.

При расчете опорных элементов контура мембранных конструкций следует учитывать:

изгиб в тангенциальной плоскости;

осевое сжатие в элементах контура;

сжатие, вызываемое касательными напряжениями по линии контакта мембраны с элементами контура;

изгиб в вертикальной плоскости.

8.17. При прикреплении мембраны с эксцентриситетом относительно центра тяжести сечения элементов контура кроме факторов, указанных в п. 8.16, при расчете контуров следует учитывать кручение.

8.18. При определении напряжений в центре круглых в плане плоских мембран допускается принимать, что опорный контур является недеформируемым.

8.19. Для определения напряжений в центре эллиптической мембраны, закрепленной на деформируемом контуре, допускается применять требования п. 8.18 при условии замены значения радиуса значением большей главной полуоси эллипса (отношение большей полуоси к меньшей должно быть не более 1,2).

9. Расчет элементов стальных конструкций на выносливость 9.1. Стальные конструкции и их элементы (подкрановые балки, балки рабочих площадок, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, конструкции под двигатели и др.), непосредственно воспринимающие многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с количеством циклов нагружений 10⁵ и более, которые могут привести к явлению усталости, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и проверять расчетом на выносливость.

Количество циклов нагружений следует принимать по технологическим требованиям эксплуатации.

Конструкции высоких сооружений типа антенн, дымовых труб, мачт, башен и подъемно-транспортных сооружений, проверяемые на резонанс от действия ветра, следует проверять расчетом на выносливость.

Расчет конструкций на выносливость следует производить на действие нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.

9.2*. Расчет на выносливость следует производить по формуле

s_max £ aR_ng_n, (115)

где R_n - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл. 32* в зависимости от временного сопротивления стали и групп элементов конструкций, приведенных в табл. 83*;

a - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений n и вычисляемый:

при n < 3,9×10⁶ по формулам:

для групп элементов 1 и 2

; (116)

для групп элементов 3-8

; (117)

при n ³ 3,9×10⁶ a = 0,77;

g_n - коэффициент, определяемый по табл. 33 в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений r = s_min/s_max; здесь s_min и s_max - соответственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов j, j_e, j_b. При разнозначных напряжениях коэффициент асимметрии напряжений следует принимать со знаком «минус».