Страница 5: СНиП РК 1.01-01-2001. Пособие по проектированию стальных конструкций (32561)

Коэффициенты условий работы ??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 ??c (??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 Ry, Ru 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 ??u = 1,3 в значительной мере ограничивает об ласть использования диаграмм работы сталей.

Для пластичных малоуглеродистых сталей [??у = 220 - 240 МПа (2450 кгс/см2)] с отношением ??u / ??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 ?? = 4 -5 % (см. п. 1.2.2).

Для сталей высокой прочности [??у > 600 МПа (6100 кгс/см2)] с отношением ??u / ??у = 1,15 -1,20 вве дение коэффициента ??u = 1,3 приводит к тому, что в связи с близостью значений ??u и ??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 ??u / ??у = 1,5 -1,7 следует выполнять так же, как при растяжении.

В то же время для сжатых элементов из сталей с отношением ??u / ??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 Ry 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 ??u / ??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 (??u / ??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 Ru и характеристик сечения «нетто».

При расчете конструкций на прочность по усло вию ограничения пластических деформаций необхо димо использовать расчетное сопротивление Ry 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 Ru большинства конструкций из сталей с отношением ??u / ??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 ??u / ??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 ??у обеспе ченность установленных СНиП РК 5.04-23-2002 расчетных сопротивлений Ry, как правило, выше 0,98, в связи с чем фактические перемещения и деформации в конструкциях при расчетных предельных ( ??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 Ry и по временному сопротивлению Ru. При этом в расчетах необходимо учитывать значения отношений Ru / Ry, 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 ??u - коэффициент, принимаемый согласно СНиП РК 5.04-23-2002;

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

Аn - площадь сечения „нетто";

Ru и Ry - 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 ?? = Ап /А.

Из формулы (15) следует: если Ru / Ry ?? ??u / (????), решающей является проверка по формуле (14); в противном случае - по формуле (13).

При ?? = 0,85 и ?? = 1,1 [11] следует, что при Ru / Ry ?? 1,39 достаточно выполнить проверку по формуле (14), если Ru / Ry < 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 ?? 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 ??с:

?? 1. (18)

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

Для большинства наиболее широко применяемых углеродистых сталей с отношением Ru / Ry ?? 1,39 находим:

при ?? ?? 0,85 ??с = 1/??;

при 0,75 ?? ?? ?? 0,85 ??с =1,18.

Для сталей с отношением Ru / Ry ?? 1,39

??с = .

При наиболее вероятном ослаблении сечения отверстиями для болтов от 8 до 25 % (?? = 0,92-0,75) и Ru / Ry > 1,39 ??с = 1,09 ÷ 1,18. При Ru / Ry < 1,39 ??с = 0,99 ÷ 1,18; при этом меньшее значение ??с соответствует Ru / Ry = 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 ??с = 1,1 для сталей с пределом текучести ??y ?? 440 МПа (4500 кгс/см2) ; ??с = 1,0 - для сталей с пределом текучести ??y > 440 МПа (4500 кгс/см2).

С целью упрощения расчетов на прочность сече ний, ослабленных отверстиями для болтов, указан ные значения коэффициентов ??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:

?? Ry ??c, (19)

где Af 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 Ru / Ry ?? ??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).

Начальные искривления или случайные эксцент риситеты приняты в соответствии с допускаемыми отклонениями, установленными в нормах на изго товление стальных конструкций [12].

При решении поставленной задачи был рассмот рен внецентренно-сжатый стержень, схема которого приведена на рис. 3, а. При этом решение выполня лось в предположении малости пере мещений по де формированной схеме с учетом пластических де формаций, а значение расчетной несущей способнос ти принято равным предельному значению сжимаю щей силы Nu, которая может быть воспринята эле ментом (рис. 3, б). Форма изогнутой оси принима лась по полуволне синусоиды.

а — расчетная схема; б - кривая состояния равновесия

Рисунок 3 - К расчету сжатых стержней

5.1.8 (5.3) В СНиП РК 5.04-23-2002 методика практичес ких расчетов центрально-сжатых элементов приве дена с использованием коэффициентов устойчивос ти при центральном сжатии ?? (коэф фи ци ентов про дольного изгиба), которые вычислены с учетом рекомендаций п. 5.1.7 настоящего Пособия в зависи мости от условной гибкости и приня ты равными ?? = Nu / (A Ry).

При вычислении значений коэффициентов ?? типы поперечных сечений сжатых элементов принимались в соответствии с табл. 73 СНиП РК 5.04-23-2002, а началь ные несовершенства еb - по формуле:

eb = , (20)

где i - радиус инерции сечения;

ℓ - расчетная длина элемента.

При нормировании коэффициентов ?? определя лась также критическая сила упругих идеальных стержней по методу Эйлера. Окончательные значе ния коэффициентов ?? принимались наименьшими из двух: вычисленных с учетом начальных несовер шенств или по методу Эйлера с введением коэффициента надежности ??е = 1,3 (?? = ). Это было сделано для ограничения про гибов сжатых стержней при относительно больших гибкостях, когда влияние начальных несовер шенств, определяемых по формуле (20), станови лось несущественным.

Полученные таким образом значения коэффици ентов ?? для различных форм поперечных сечений были усреднены и аппроксимированы с помощью формул (8) - (10) СНиП РК 5.04-23-2002, на основании ко торых для различных значений расчетных сопротив лений Ry была составлена табл. 72 СНиП РК 5.04-23-2002.

Анализ значений коэффициентов ?? позволяет ис пользовать в расчетах и более простые приближен ные зависимости (с точностью до 1,5 %) следующе го вида:

при 0 ?? ?? 2,5 ?? = 1 - 0,066 ;

при 2,5 ?? ?? 4,5 ?? = 1,46 - 0,34 + 0,021 2; (21)

при ?? 4,5 ?? = .

Значения ??, полученные по формулам (21), при ведены в табл.11.

Таблица 11