Пособие по проектированию стальных конструкций

ℓ - длина контакта каната с основанием

Концевые крепления гильзо-клинового типа

0,95

1,0

1,0

1,0

1,0

0,90

1,0

0,90

Примечания:

1 Указанные в таблице коэффициен ты g_k (в том числе и для других типов анкеров при мень ших r и больших интенсивностях q) допускается корректи ровать по статистически обоснованным результатам испыта ний образцов узлов и канатных элементов.

2 Запрещается применять в постоянных сооружениях конструктивные решения, требующие введения g_k < 0,85, кроме отдельных узлов антенных сооружений связи, кон струкция которых определяется технологи чес кими требо ваниями.

Таблица 9

Тип каната (пучка)

Коэффициент k

Из параллельных проволок

Спиральный закрытый

Спиральный из крутых проволок

Многопрядный

1,00

0,90

0,85

0,80

Таблица 10

Конструкция стальных канатов

Е, МПа (кгс/см²), при расчете на нагрузки

временные

постоянные

Пучки параллельных проволок сплош ного или трубчатого сечения

Витые канаты:

спиральные (закрытые и из круглых про волок) при кратности свивки:

а) 7-10

б) 12-14

многопрядные при кратности свивки:

а) прядей и канатов менее 7,5

б) прядей 14-16 и канатов 10-12

в) с органическим сердечником

2 × 10⁵ (1,96 × 10⁶)

1,5 × 10⁵ (1,47 × 10⁶)

1,7 × 10⁵ (1,67× 10⁶)

1,3 × 10⁵ (1,27× 10⁶)

1,5 × 10⁵ (1,47× 10⁶)

1,1 × 10⁵ (1,08× 10⁶)

2 × 10⁵ (1,96 × 10⁶)

1,2 × 10⁵ (1,18 × 10⁶)

1,4 × 10⁵(1,37 × 10⁶)

1,0 × 10⁵ (0,98 × 10⁶)

1,2 × 10⁵ (1,18 × 10⁶)

1,0 × 10⁵ (0,98 × 10⁶)

4 УЧЕТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

4.1 Коэффициент надежности и условий работы

4.1.1 (разд. 4) Достижение временного сопротивления означает полное разрушение материала со всеми недопустимыми последствиями. Поэтому ненаступление этого состояния должно иметь относительно большую обеспеченность, что достигается в СНиП РК 5.04-23-2002 введением коэффициента надежности g_u = 1,3. Этот коэффициент имеется в расчетных формулах для проверки элементов конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетных сопротивлений R_u, а также учтен при назначении расчетных сопротивлений для сварных и болтовых соединений.

Принятое значение коэффициента g_u обеспечива ет возможность надежно использовать в расчетах диаграммы работы сталей в зонах больших дефор маций. Например, для наиболее массовых пластичных малоуглеродистых сталей диаграмма работы при этом используется до значений относительных удлинений e = 4 - 5 %, что хорошо согласуется с экспериментальными данными.

4.1.2 (разд. 4) В целях снижения стоимости и материалоемкости строительства в [3] степень ответст венности сооружения учи тывается коэффициентом надежности по ответственности g_n (см. табл. 6).

На коэффициент надежности по ответственности g_n следует умножать расчетные значения нагрузок, уси лий или иных воздействий [см. формулу (2)] и де лить предельные значения пере ме щений и парамет ров колебаний и изменения положения конструкций [см. формулу (4)].

Примечание - Допускается делить на ко эффициент g_n предельные значения несущей способ ности S, определяемой по формуле (3).

4.1.3 (разд. 4) Согласно требованиям [2] особенности действительной работы стали, элементов кон струкций и их соединений, имеющие систематичес кий характер, но не отражаемые непос редственно в расчетах, учитываются коэффициентами условий работы.

Установленные в табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002 коэффициенты условий работы g_с для элементов конструкций введены с целью учета:

а) упрощения расчетных схем при расчетах на общую устойчивость сплошных балок, которые рассчитываются как идеально упругие системы (поз. 4 табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002), а также сжатых элементов из одиночных уголков, прикрепляемых одной полкой и рассчитываемых как центрально-сжатые, хотя схема их работы соответствует вне центренному сжатию (поз. 9 и 10 табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002);

б) фактических значений начальных искривлений сжатых составных элементов таврового сечения из уголков, в которых в связи с несимметричным расположением швов при приварке прокладок между уголками начальные искривления превышают учи тываемые в расчетах (поз.3 табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002);

в) воздействия на конструкции больших посто янных и длительно действующих временных нагру зок, приводящих в процессе эксплуатации к высо кому уровню напряжений, незначительное превыше ние которого может вызвать опасность наступления предельных состояний первой группы (поз. 1, 2 и 5 табл.6 СНиП РК 5.04-23-2002);

г) локального повышения прочностных свойств стали возле отверстий при расчете на прочность сечений, ослабленных отверстиями для болтов (поз. 6-8 табл. б СНиП РК 5.04-23-2002). Подробные разъяснения этих требований приведены в разд. 5 настоящего Пособия.

4.1.4 (11.7) При расчетах болтовых соединений коэффициенты условий работы g_b по табл. 36 СНиП РК 5.04-23-2002 введены для:

а) учета неравномерности работы болтов в мно гоболтовых соединениях на болтах классов точнос ти В и С (g_b = 0,9);

б) исключения возможности разрушения соеди няемых элементов при уменьшенных рас стояниях между болтами и от края элемента до ближайшего отверстия (g_b = 0,80; g_b = 0,75).

Коэффициенты условий работы g_c, установлен ные для элементов конструкций согласно поз. 1 и 2 табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002, следует учитывать и при расчетах болтовых соединений (включая одноболто вые) .

4.1.5 Коэффициенты условий работы g_c (g_b)< 1, приведенные в табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002, в расчетах одновременно учитывать, как правило, не следует.

4.2 Особенности расчета стальных конструкций с учетом неупругих деформаций

4.2.1 Учет неупругих деформаций за счет использо вания двух видов расчетных сопротивлений стали R_y, R_u и условия ограничения пластических дефор маций в сечениях имеет свои особенности по сравне нию с ранее применявшимися методами расчета стальных конструкций.

4.2.2 Введение в расчеты коэффициента надежнос ти g_u = 1,3 в значительной мере ограничивает об ласть использования диаграмм работы сталей.

Для пластичных малоуглеродистых сталей [s_у = 220 - 240 МПа (2450 кгс/см²)] с отношением s_u / s_y ⁼ 1,5 - 1,7 при расчете растянутых элементов оказывается возможным в ряде случаев учи тывать значительное развитие неупругих деформаций и да же переход в стадию самоупрочнения до значений e = 4 -5 % (см. п. 1.2.2).

Для сталей высокой прочности [s_у > 600 МПа (6100 кгс/см²)] с отношением s_u / s_у = 1,15 -1,20 вве дение коэффициента g_u = 1,3 приводит к тому, что в связи с близостью значений s_u и s_y расчет, как правило, будет выполняться в пределах упругости. При этом учет неупругих деформаций при расчетах растянутых элементов не допускается.

4.2.3 Временное сопротивление при растяжении ха рактеризует полное разрушение стали. При осевом сжатии сталь разрушить труднее, поэтому в исклю чительных случаях работы стали на сжатие в расчетах допускаются высокие напряжения, близкие к временному сопротивлению (например, при смятии торцевой поверхности при наличии пригонки).

В остальных случаях осевого сжатия расчет на прочность элементов из сталей с отношением s_u / s_у = 1,5 -1,7 следует выполнять так же, как при растяжении.

В то же время для сжатых элементов из сталей с отношением s_u / s_у = 1,15 -1,20 в отличие от рас тяжения расчет можно выполнять с учетом неупругих деформаций, что обеспечит более полное использо вание прочностных свойств сталей.

4.2.4 Исчерпание несущей способности большинст ва сжатых (с учетом начальных несовершенств) и сжато-изгибаемых элементов происходит из-за поте ри устойчивости формы, которая определяется главным образом параметрами длины и жесткос ти сечения. Поскольку жесткость изменяется с раз витием пластических деформаций, проверку по тери устойчивости формы необходимо выполнять на основе расчетного сопротивления R_y для всех марок строительных сталей.

4.2.5 Особенности учета неупругих деформаций при простом растяжении и сжатии, изложенные в пп. 1.2.2 и 4.2.2, могут быть распространены на слу чай изгибаемых элементов соответственно для растянутой и сжатой областей сечения. При этом для сталей с отношением s_u / s_у = 1,5 -1,7 в рас четах на прочность при изгибе в ряде случаев мож но учитывать значительное развитие неупругих де формаций и переход в зону самоупрочнения.

Для изгибаемых элементов из высокопрочных сталей (s_u / s_у ⁼ 1,15 - 1,20) неупругие деформации могут учитываться только в сжатой области сече ния; в растянутой - расчет, как правило, следует выполнять в пределах упругости. Согласно пп. 5.12 и 5.18 СНиП РК 5.04-23-2002 расчет таких элементов сле дует выполнять без учета развития пластических деформаций.

4.2.6 Применение условия ограничения пласти ческих деформаций в сечениях при расчете из ги бае мых элементов имеет цель обеспечить более полное использование прочностных свойств стали для эле мента в целом. При этом необходимо иметь в виду, что с увеличением пластических де формаций силовые факторы в сечении возрастают. Однако при этом снижается эффективность компо новки сечений по условиям общей и местной устой чивости, а также жесткости элементов в целом, что необходимо учитывать при подборе сечений мини мальной площади. В связи с этим в ряде случаев бо лее эффективным может оказаться расчет с учетом меньших значений пластических деформаций, опре деляемых назначением конструкций, условиями их эксплуатации, а также при меняемыми сталями и профилями поперечных сечений.

4.2.7 При выполнении расчетов стальных конст рукций с учетом изложенных особенностей расчет на прочность по условию пластического разрушения следует выполнять с использованием расчетного со противления R_u и характеристик сечения «нетто».

При расчете конструкций на прочность по усло вию ограничения пластических деформаций необхо димо использовать расчетное сопротивление R_y и, как правило, геометрические характеристики сече ния «брутто» (более подробные разъяснения этого метода расчета приведены в разд. 5).

4.2.8 Изложенный подход к расчету стальных конструкций в целом характеризуется тем, что при расчете на основе R_u большинства конструкций из сталей с отношением s_u / s_у > 1,3 значительное раз витие пластических деформаций (для пластичных малоуглеродистых сталей даже переход в стадию самоупрочнения) предполагается лишь на неболь шой длине (например, в пределах отверстий), что не будет сопровождаться ростом общих перемеще ний системы.

При расчетах конструкций из сталей с отношени ем s_u / s_у < 1,3 развитие пластических дефор маций в растянутых элементах или зонах растяжения изги баемых элементов обычно не допускается; ограни ченные пластические деформации предполагаются в сжатых элементах или в зонах сжатия изгибаемых элементов при условии обеспечения местной и об щей устойчивости.

4.2.9 При существующих кривых распределения фактических значений предела текучести s_у обеспе ченность установленных СНиП РК 5.04-23-2002 расчетных сопротивлений R_y, как правило, выше 0,98, в связи с чем фактические перемещения и деформации в конструкциях при расчетных предельных ( g_f > 1,0) нагрузках в целом будут меньше определяемых по расчету, а часть конструкции при этом будет рабо тать в пределах упругих деформаций.

5 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСЕВЫЕ СИЛЫ И ИЗГИБ

5.1 Центрально-растянутые и центрально-сжатые элементы

5.1.1 (5.1) Согласно требованиям [2] в расчетах стальных конструкций разрешается использовать два вида расчетных сопротивлений - по пределу текучести R_y и по временному сопротивлению R_u. При этом в расчетах необходимо учитывать значения отношений R_u / R_y, которые изменяются в пределах от 1,17 до 1,70. Кроме того, следует также раз личать элементы, не ослабленные и ослабленные отверстиями для болтов. Эти особенности работы стали отражены в [2] и были учтены при формули ровке требований СНиП РК 5.04-23-2002 по расчету на прочность, разъяснение которых приводится в пп. 5.1.2 - 5.1.4 настоящего Пособия.

5.1.2 ( 5.1) При проверке прочности центрально-растянутых элементов с ослаблением сечений от верстиями для болтов не более 15 % в общем слу чае должны быть выполнены следующие условия:

£ 1; (13)

£ 1, (14)

где g_u - коэффициент, принимаемый согласно СНиП РК 5.04-23-2002;

b - коэффициент, принимаемый свыше 1,0 [11];

А_n - площадь сечения „нетто";

R_u и R_y - расчетные сопротивления, принимаемы согласно СНиП РК 5.04-23-2002;

А - площадь сечения „брутто".

Условие равнопрочности по формулам (13) (14) для центрально-растянутых элементов получит вид

, (15)

где a = А_п /А.

Из формулы (15) следует: если R_u / R_y > g_u / (ab), решающей является проверка по формуле (14); в противном случае - по формуле (13).

При a = 0,85 и b = 1,1 [11] следует, что при R_u / R_y > 1,39 достаточно выполнить проверку по формуле (14), если R_u / R_y < 1,39, то необходима проверка по двум формулам (13) и (14).

5.1.3 (5.1) При ослаблении сечений отверстиями для болтов свыше 15 % формула (13) остается без изменения, а формула (14) получит вид

£ 1, (16)

где 1,18 a А - условная площадь, вводимая в расчет при ослаблении сечения свыше 15 % (см. СНиП РК 5.04-23-2002).

Из условия равнопрочности при проверках по формулам (13) и (16) имеем

= 1,18 = 1,39. (17)

5.1.4 (5.1) Для упрощения практических расчетов в СНиП РК 5.04-23-2002 расчетные формулы (13), (14) и (16) приведены к одной формуле с введением соответствующего коэффициента условий работы g_с:

£ 1. (18)

Коэффициент условий работы g_с определен из сопоставления формул (13), (14) и (16) с формулой (18).

Для большинства наиболее широко применяемых углеродистых сталей с отношением R_u / R_y > 1,39 находим:

при a ³ 0,85 g_с = 1/a;

при 0,75 £ a < 0,85 g_с =1,18.

Для сталей с отношением R_u / R_y < 1,39

g_с = .

При наиболее вероятном ослаблении сечения отверстиями для болтов от 8 до 25 % (a = 0,92-0,75) и R_u / R_y > 1,39 g_с = 1,09 ÷ 1,18. При R_u / R_y < 1,39 g_с = 0,99 ÷ 1,18; при этом меньшее значение g_с соответствует R_u / R_y = 1,17, что выполняется для двух марок сталей 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ, приведен ных в СНиП РК 5.04-23-2002.

С учетом изложенного в СНиП РК 5.04-23-2002 приняты g_с = 1,1 для сталей с пределом текучести s_y £ 440 МПа (4500 кгс/см²) ; g_с = 1,0 - для сталей с пределом текучести s_y > 440 МПа (4500 кгс/см²).

С целью упрощения расчетов на прочность сече ний, ослабленных отверстиями для болтов, указан ные значения коэффициентов g_с приняты и для дру гих видов напряженно-деформированных состоя ний элементов конструкций (сжатие, изгиб, сжатие или растяжение с изгибом; см. поз. 6 - 8 табл. 6 СНиП РК 5.04-23-2002).

Расчет на прочность центрально-растянутых элементов двутаврового сечения с поперечно-гофрированной стенкой производится по формуле:

£ R_y g_c, (19)

где A_{f n} - суммарная площадь нетто поясов двутавра.

Поперечно-гофрированная стенка, практически, не включается в работу на растяжение.

5.1.5 При расчете на прочность центрально-сжатых элементов необходимо учитывать особенности ра боты стали на сжатие (см. п. 4.2.3). В частности, рас чет на прочность центрально-сжатых эле ментов с соединениями на болтах класса точности А допуска ется выполнять как для неос лабленных элементов [2].

5.1.6 (5.2) Работа растянутых элементов стальных конструкций после достижения металлом предела текучести при R_u / R_y > g_u = 1,3 допускается в ог раниченных случаях, когда при значительных де формациях конструкций не нарушается их нормаль ная эксплуатация. К таким конструкциям относят ся, как правило, отдельные листовые конструкции, в основном, с равномерным распределением напря жений (например, листовые настилы, некоторые ви ды трубопроводов и резервуаров и т. п.). Учитывать работу стали после достижения предела текучести в каждом конкретном случае необходимо на основе опыта проектирования и эксплуатации соответст вующего типа конструкций.

5.1.7 Требования по проверке устойчивости цент рально-сжатых стержней установлены в СНиП РК 5.04-23-2002 на основе расчета внецентренно-сжатых стержней с учетом влияния формы сечения, на чального искривления оси, случайного эксцентриси тета сжимающей силы, а также соединительных эле ментов (для сквозных стержней).