Пособие по проектированию стальных конструкций

2.3.2 Выбор марки стали шпилек расчетных бол тов, предназначенных для крепления стро ительных конструкций, следует производить по табл. 5 с уче том климатических районов.

Шпильки болтов допускается изготовлять из ста лей других марок, механические свойства которых не ниже свойств сталей марок, указанных в табл. 5.

Для климатических районов строительства II₄, II₅ и других (t ³ - 40 °С) допускается изготовлять шпильки расчетных болтов с резьбой диаметром 56 мм и более из низколегированной стали марок 09 Г2С-2 и 10Г2С1-2 по ГОСТ 19281.

2.3.3 Шпильки конструктивных болтов для всех климатических районов следует изготовлять из ста ли марки ВСтЗкп2 по ГОСТ 535.

Марки стали шпилек конструктивных болтов, если последние подлежат проверке на сейсмичес кие воздействия, следует назначать как для шпилек расчетных болтов.

2.3.4 Гайки и муфты фундаментных болтов сле дует изготовлять из сталей тех же марок, что и шпильки.

Таблица 5

Климатический район строительства (расчетная температура, °С)

II₄ (-30 > t ³ - 40);

II₅ и др. (t ³ -30)

I₂, II₂ и II₃

(-40 > t ³ -50)

I₁ (-50 > t ³ -65)

Марка стали шпилек

ВСт3кп2

(по ГОСТ 535)

09Г2С-6 и 10Г2С1-6

(по ГОСТ 19281)

09Г2С-8 и 10Г2С1-8

(по ГОСТ 19281)

3 РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ

3.1 Общие положения

3.1.1 Основной интегральной характеристикой со противления стали деформированию при дей ствии нагрузки является экспериментально получаемая зависимость между напряжением s = N/A и относи тельным удлинением e = D ℓ/ℓ - диаграмма работы (деформирования) стали при одноосном растяже нии (где N - растягивающая сила; А - площадь сечения образца; ℓ - расчетная длина образца).

Значение напряжения, соответствующего наи большей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением R_un (s_u).

При значениях напряжений, равных физическому (для сталей с явно выраженной площадкой теку чести) или условному пределу текучести (рис. 2), работа стали соп ро вождается соответственно теку честью или развитием значительных упругопластических деформаций без ее разрушения.

1 - при наличии явно выраженной площадки те кучести; 2 - при отсутствии площадки текучести

Рисунок 2- Диаграммы работы стали

Таким образом, основными параметрами для оценки работы стали при действии нагрузки явля ются значения временного сопротивления R_un (s_u) и пре дела текучести R_yn (s_у), устанавливаемые в государственных стандартах и технических ус ловиях на поставку металлопроката.

3.1.2 (3.1) Значения временного сопротивления R_un (s_u) и предела текучести R_yn (s_у) для металлопроката, выпускаемого металлургической промышленностью, имеют некоторый разброс. С учетом случайной из менчивости этих характеристик в СНиП РК 5.04-23-2002 установлены значения нормативных сопротивлений соответственно по временному сопротивлению R_un = s_u (s_b) и по пре де лу текучести R_yn = s_y (s_т), обеспеченность которых при поставке металлопро ката по госу дарст венным стандартам и техническим условиям составляет, как правило, не менее 0,95, что соот ветствует требованиям [2].

3.1.3 (3.2) Возможные отклонения сопротивлений сталей в неблагоприятную сторону от их норматив ных значений согласно [2] учтены с помощью коэф фициентов надежности по материалу g_{m ,} которые установлены в СНиП РК 5.04-23-2002 в зависимости от обеспеченности нормативных сопротивлений, гаран тируемой методами контроля качества металлопро ката на металлургических предприятиях.

Чем выше обеспеченность нормативных сопро тивлений поставляемого проката, тем более низки ми приняты коэффициенты надежности по материа лу (см. табл. 2 СНиП РК 5.04-23-2002).

3.2 Расчетные сопротивления стального проката

3.2.1 (3.1) Значения основных расчетных сопротив лений определены делением значений R_un и R_yn на коэффициент надежности по материалу g_m > 1,0:

R_u = R_un / g_m ; R_y = R_yn / g_m , (5)

где R_u - расчетное сопротивление по временному сопротивлению;

R_y - расчетное сопротивление по пределу теку чести.

Значения коэффициента надежности по материа лу g_m в формулах (5) приняты одинаковыми при определении R_u и R_y.

3.2.2 Расчетные сопротивления проката и труб для различ ных видов напряженных состояний приведены в табл. I СНиП РК 5.04-23-2002 в соответствии с государст венными стандартами с использова нием коэффициентов перехода от основных расчет ных сопротивлений. Хотя меха нические свойства проката вдоль и поперек направления прокатки несколько отличаются, расчетные сопротивления в СНиП РК 5.04-23-2002 приняты одинаковыми независимо от направления прокатки.

3.2.3 Расчетные сопротивления проката R_th при растяжении в направлении толщины следует опреде лять по формуле

R_th = 0,5 R_un /g_m . (6)

Развернутая формула для определения величины R_th, будет иметь вид

R_th = . (7)

Значение коэффициента снижения прочности про ката на растяжение в направлении толщины листа g_th практически не зависит от уровня прочности стали и тол щины листа в пределах до 60 мм и равно 0,72. При этом обеспеченность нормативного сопротивления на растяжение в направлении толщины g_th R_un на основании статистических данных принята 0,95.

Неоднородность прочностных свойств проката по толщине существенно выше, чем в плоскости листа. С учетом этого коэффициент надежности по мате риалу при растяжении в направлении толщины листа принят g_mth = 1,1 g_m .

Формула (7) предусматривает расчет на проч ность по временному сопротивлению, т. е. предель ным состоянием является разрушение. Для предот вращения разрушения в формулу (7) введен коэф фициент надежности g_u = 1,3.

После подстановки числовых значений коэффи циентов g_th, g_mth, g_u в формулу (7) расчетное со противление R_th приводится к виду (6).

При расчете проката по R_th коэффициент надеж ности g_u , определяемый в соответствии с разд. 4 СНиП РК 5.04-23-2002 учитывать не следует.

3.2.4 В изгибаемых элементах конструкций (типа пластин, плит, фланцев) малой высоты сопро тивле ние проката переходу в упругопластическое состоя ние из-за наличия больших градиентов нап ряжений существенно превышает расчетные сопротивления R_y, приведенные в СНиП РК 5.04-23-2002

В связи с этим в СНиП РК 5.04-23-2002 предусмотрена возможность учета повышенных значений сопротив ления металла при определении высоты сечения (толщины) элементов конструкций типа опорных плит введением для них коэффициентов условий работы g_c > 1 (см. табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002).

3.3 Расчетные сопротивления сварных соединений

3.3.1 (3.4) Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений, при ве денные в СНиП РК 5.04-23-2002, предполагают следующие условия:

- подготовка материалов, сборка конструкций, сварка и контроль качества осуществляется в соот ветствии с требованиями [8] и других норматив ных документов;

- сварочные материалы для стыковых соединений соответствуют прочности свариваемой стали и ус ловиям эксплуатации конструкций и применяются в соответствии с табл. 55 СНиП РК 5.04-23-2002;

- сварочные материалы для расчетных угловых швов применяются в соответствии с табл. 56 СНиП РК 5.04-23-2002 с учетом условий эксплуатации конструкций, указанных в табл. 55 СНиП РК 5.04-23-2002.

3.3.2 Расчетные сопротивления стыковых соедине ний, выполняемых всеми видами дуговой сварки, принимаются равными расчетным сопротивлениям стального проката при условии соблю дения требова ний п. 12.10, 12.11 СНиП РК 5.04-23-2002 о полном проваре соеди няемых элементов, обеспечиваемом сварками: дву сторонней, односторонней с подваркой корня шва, на подкладках, а также при физическом контроле качества швов.

В случаях, когда в стыковых соединениях невоз можно обеспечить полный провар элементов, реко мендуется принимать R_wy = 0,7 R_y.

3.3.3 Несущая способность сварных соединений с угловыми швами зависит от ориентации шва от носительно направления усилия, действующего на соединение. Однако расчетные сопротивления сое динений с угловыми швами в СНиП РК 5.04-23-2002 упро щенно приняты для наименее бла гоприятной ориен тации - флангового шва и независимыми от угла между продольной осью шва и направлением - силы, действующей на него.

3.3.4 Предельным состоянием для сварных соеди нений с угловыми швами является разрушение. В связи с этим их расчетные сопротивления в СНиП РК 5.04-23-2002 установлены по временному сопро тивлению металла:

- для металла шва в зависимости от его нормативного сопротивления R_wf = f (R_wun);

- для металла границы сплавления - в зависимости от нормативного сопротивления основного металла R_wz = f (R_un);

Числовые значения расчетных сопротивлений сварных соединений с угловыми швами приведены в табл. 56 СНиП РК 5.04-23-2002.

3.4 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений

3.4.1 (3.5) Расчетные сопротивления болтов в табл. 5 и 58 СНиП РК 5.04-23-2002 назначены в зависи мости от классов прочности по ГОСТ 1759.

Класс прочности зависит от марки стали болтов, спосо ба их изготовления и обозначен двумя числами. Первое число, умноженное на 10, означает величину минимального временного сопро тивления в кгс/мм², второе - умноженное на 10, - отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах; произведение чисел - величину предела текучести в кгс/мм².

3.4.2 Расчетные сопротивления растяжению бол тов классов прочности 4.8 и 5.8 по сравнению с бол тами других классов для обеспечения надежности работы приняты в СНиП РК 5.04-23-2002 пониженными ввиду того, что они изготовляются методом холод ной высадки без последующей термообработки, вследствие чего стержень болта характеризуется пониженными пластическими свойствами из-за силь ного наклепа материала [9].

3.5 Характеристики стальных канатов

3.5.1 Для стальных канатов (витых заводского изготовления и из параллельных проволок) с вре менным сопротивлением проволок R_unj до 1800 МПа (180 кгс/мм²) при антикоррозионной защите согласно СНиП 2.03.11-85 (для сооружений на открытом воздухе) или другими методами, соот ветст вующими сроку службы и условиям работы сооружения, при диаметрах проволок не менее 2,4 мм в витых канатах и 3 мм - при параллельных проволоках расчетное усилие растяжения каната N в расчетах на прочность должно удовлетворять не равенству [10]:

, но не более 0,7 R_un, (8)

где А - суммарная номинальная площадь сечения всех проволок каната;

R_un - нормативное сопротивление каната по временному сопротивлению, определяе мое в соответствии с п. 3 [10];

g_u = 1,3 - коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых по вре менному сопротивлению разрыву, учиты вающий особую опасность предельного состояния (вязкое разрушение) по срав нению с предельным состоянием - чрез мерным развитием пластических дефор маций;

g_m = 1,2 - коэффициент надежности стальных кана тов по материалу, учитывающий наряду со статистическим разбросом временного сопротивления также допуски на размер проволок, наличие большего числа про волок в поперечном сечении каната, большую длину канатных элементов, спе цифические условия приемки и отбра ковки проволоки и канатов;

g_n - уровень ответственности сооружения по назначению, учитывающий степень надежности и ка питальности сооружения и принимаемый по табл. 6; для стальных канатов g_n от ражает срок службы сооружения в боль шей степени, чем для других элементов, а также то, что специальный коэф фициент длительной прочности из формулы проч ности стальных канатов исключен;

g_c - коэффициент условий работы канатного элемента, принимаемый по табл. 7 и учи тывающий неравномерное распределение усилий между несколькими канатами, входящими в состав одного элемента, разные степени опасности случайных ме ханических повреждений канатов, пере распределение усилий перед достижением предельного состояния в пространствен ных и предварительно напряженных кон струкциях, а также опасность усталостных разрушений от ветровых воздействий для канатов, не рассчитываемых на вы носливость;

g_k - коэффициент условий работы, учитываю щий влияние на прочность каната мест ных кон центраторов напряжений и при нимаемый по табл. 8.

3.5.2 Нормативное сопротивление R_un следует определять одним из способов:

а) если в государственных стандар тах или технических условиях для данного типа ка ната приведены значения разрывного усилия каната в целом N_un или N_un определяется статистически обоснованным способом с обработкой эксперимен тальных данных:

R_un = ; (9)

б) если в государственных стан дартах или технических условиях значение разрыв ного усилия каната в целом не приведено, но указа но суммарное разрывное усилие всех проволок в канате N_t:

R_un = , (10)

где k - коэффициент агрегатной прочности каната, определяемый в зависимости от конструкции каната по табл. 9;

в) если в технических условиях указано только временное сопротивление R_unj проволоки:

R_un = k R_unj ; (11)

г) если в технических условиях указано только временное сопротивление проволоки, а канат со ставлен из проволок с разными временными сопро тивлениями R_unj и в каждой группе номинальная площадь одной проволоки А_j и число одинаковых проволок с_j:

R_un = k . (12)

3.5.3 Модули упругости витых стальных канатов и пучков параллельных проволок Е рекомендуется принимать по табл. 10. Для витых стальных канатов значения Е даны после предварительной вытяжки.

Таблица 6

Категория зданий и сооружений

Коэффициент g_n

1 Здания и сооружения, отказы которых могут привести к тяжелым эко но мическим , социальным и экологическим пос ледствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м³ и более магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения)

2 Здания и сооружения массового строительства (жилые, общест венные, про изводственные, сельскохозяйственные)

3 Сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и по добные сооружения)

0,95 < g_n £ 1,2

0,95

0,8 £ g_n < 0,95

Таблица 7

Элементы конструкций

Коэффициент g_с

1 Кабели, ванты, шпренгели и другие ка натные элементы линейно-протяженных конструкций, кроме указанных в поз. 3

2 Канатные элементы пространственных висячих и вахтовых покрытий, кроме указанных в поз. 3

3 Ветровые пояса, затяжки, оттяжки, об ратные кабели и другие канатные эле менты, предварительно напрягаемые усилиями, превышающими усилия от внешних нагрузок

4 Оттяжки мачт и несущие элементы канат ных полотен антенно-мачтовых конст рукций согласно табл. 44 СНиП РК 5.04-23-2002

0,85

0,95

1,0

0,80 - 0,95

Таблица 8

Узлы и детали канатных элементов

Коэффициент g_k

Концевые крепления с заливкой цинковым сплавом:

а) закрытых канатов

б) спиральных и многопрядных канатов из круглых проволок

Концевые крепления с холодной заливкой смесью „эпоксидный компаунд + цин ко вый порошок + стальная дробь" в сочетании с вы садкой или сплющиванием концов проволок

Концевые крепления со стальными клиньями в конических стаканах, с алю миниевыми про кладками и заполнением пустот эпоксидным компаундом

Перегибы каната вокруг жесткого основания по круговой кривой:

а) при отношении r/d (где r - радиус кри вой, d - диаметр каната) не менее: 30 - для закрытых, 25 - для спиральных из круглых проволок, 20 - для многопрядных канатов

б) при отношении r/d не менее: 20 - для закрытых, 15 - для спиральных из круглых проволок, 12 - для многопрядных канатов

Узлы с поперечным обжатием закрытых кана тов усилием q, не превышающим 25 кН/см (2500 кг/см):

q =

где N - расчетное усилие растяжения каната;

SN_b - суммарное расчетное усилие растяжения всех прижимных болтов в узле, отнесенное к одному канату;