Пособие по расчету и конструированию стальных сейсмостойких каркасов многоэтажных зданий в развитие

п₃ – количество зон равных сопротивлений одинаковых энергопоглотителей в пределах одного этажа;

x_т = ;

с – длина зоны равного сопротивления;

А_f3 – средняя площадь поперечного сечения пояса балочного элемента в пределах длины зоны равного сопротивления (Рисунок 6.5).

Рисунок 6.5 – Энергопоглотители балочного типа

6.6 Кольцевые энергопоглотители

На рисунке 6.6 приведены два типа кольцевых энергопоглотителей, устанавливаемых в крестовых и раскосных связях стальных каркасов многоэтажных зданий. Раскосы связей должны работать на растяжение – сжатие.

Энергопоглотители кольцевого типа отличаются от сдвиговых более высокой деформативностью и меньшей удельной энергопоглощающей способностью. Энергопоглотители первого типа иногда устанавливаются в крестовых связях из архитектурных соображений.

Энергопоглотители первого типа (Рисунок 6.6) имеют двутавровое сечение. Параметры кольца r, h назначают из конструктивных и архитектурных соображений, а так же расчетов на прочность.

Для повышения устойчивости стенку кольца рекомендуется проектировать из поперечно гофрированной листовой стали.

Максимальные усилия в кольце от сжимающих и растягивающих сил F:

М _max = 0,5 F r sin j

Q_max = F × cos j /2 , (6.18)

N_max = 0,5 F

где r – средний радиус кольца, r = r_в + 0,5h

Изменение диаметра кольца в месте приложения сжимающих или растягивающих сил при совместном их действии:

f = ± , (6.19)

где J_к – момент инерции кольца.

Площадь поперечного сечения поясов кольца с гофрированной стенкой назначается по формуле:

А_f = , (6.20)

где N_соот – нормальная сила в кольце в сечении с М_max,

h₁ – расстояние между центрами тяжести поясов кольца,

g_t - повышающий коэффициент изменения предела текучести стали (см. часть 1 Пособия).

Толщина поперечно-гофрированной стенки кольца назначается по формуле:

t_w = , (6.21)

где h_w - высота стенки.

Длина зоны равного сопротивления и малоцикловая прочность кольца определяются по методике балочных энергопоглотителей.

Энергопоглотитель второго типа (Рисунок 6.6) изготавливается из стальных горячекатаных труб или штампуется из листовой стали. Его параметры назначаются из технологических соображений и расчетов на прочность. Для максимального вовлечения материала полуколец в пластическую работу их ширину назначают по закону изменения изгибающего момента, т.е. с зонами равного сопротивления.

Усилия в сечении кольца с угловой координатой j:

М = 0,5 F × r sinj; N = 0,5 F sinj; Q = 0,5 F× cosj.

Если в_о – ширина отрезка трубы в месте расположения болтов, то изменение его ширины назначается от угловой координаты j_о arc sin , где в – ширина полукольца в середине длины.

Изменение диаметра полукольца вдоль действия силы без учета деформаций от нормальных и поперечных сил:

f = , (6.22)

где J_max = вt³/12,

n – коэффициент Пуассона стали.

Толщину полукольца энергопоглотителя при заданных r и в определяют по формуле:

t = , (6.23)

где r – радиус срединной поверхности полукольца.

Ширину полукольца в середине определяют по формуле в = , задавшись в_о и j_о из условия размещения болтов.

Пример. Необходимо найти параметры энергопоглотителя второго типа при F = 40 тс из стали С255 и r = 200 мм.

Определяем диаметр четырех болтов класса прочности 8.8:

А_п = = 2,5 см². Принимаем болты d = 24 мм из условия размещения в_о = 180 мм. При j_о = 30° в = = 360 мм.

Необходимую толщину полукольца определяем по (6.23)

t = = 0,175 = 3,75см » 38 мм.

Из примера видно, что нормальная сила практически не оказывает влияния на толщину полукольца. Приближенно можно назначать его толщину по формуле:

t = . (6.24)

Для нашего примера при определении толщины полукольца по (6.25) она будет равна:

t = = 3,73 см » 38 мм.

Поглощенная 1 см² зоны равных деформаций энергия при уровне фибровых пластических деформаций е за один полуцикл:

_п.ц. » , (6.25)

где n - коэффициент Пуассона

Площадь зоны равных деформаций энергопоглотителя:

А₃ = 4 . (6.26)

Поглощенная одним энергопоглотителем энергия за один полуцикл при уровне фибровых пластических деформаций е :

W_п.ц = _п.ц × А₃ = .(6.27)

Приравнивая (6.2) и (6.27) найдем уровень пластических деформаций стали полуколец энергопоглотителя:

е = . (6.28)

С коэффициентом надежности 1.3 формула (6.28) будет иметь вид:

е = 0,187 , (6.29)

где - горизонтальные перемещения каркаса в пределах i-го этажа.

Для нашего примера:

е = 0,187 = 0,99 » 1 << [ е ] = 25.

Так как е значительно меньше предельного значения [ е ], малоцикловая прочность энергопоглотителя обеспечена.