Стальные конструкции нормы проектирования

s₁ = £ g_cs_cr1, (126)

где s₁ - расчетное напряжение в оболочке;

s_cr1 - критическое напряжение, равное меньшему из значений y R_y или c E t / r (здесь r - радиус срединной поверхности оболочки; t - толщина оболочки).

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

. (127)

Значения коэффициентов с следует определять по табл. 32.

Таблица 32

r / t

100

200

300

400

600

800

1000

1500

2500

с

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 0,07 Е (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

(128)

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 (128).

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

при расчетном напряжении s £ 0,8 R_y

; (129)

при расчетном напряжении s = R_y

. (130)

При 0,8 R_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 р, нормального к боковой поверхности следует выполнять по формуле

s ₂ £ g_c s _{cr 2} , (131)

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

s_cr2 - критическое напряжение, определяемое по формулам:

при 0,5 £ ℓ / r £ 10 s_cr2 = 0,55 E (r / ℓ) (t / r) ^{3 / 2}; (132)

при ℓ / r ³ 20 s_cr2 = 0,17 E (t / r)² (133)

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 0,5 r между осями, должна быть рассчитана на устойчивость по формулам (131) - (133) 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 = 1,8 r, при этом в сечение ребра следует включать участки оболочки шириной 0,65t 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

(134)

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. 22) следует выполнять по формуле

N £ g_c N_cr , (135)

где N_cr - критическая сила, определяемая по формуле

N_cr = 6,28 r_m t s_{cr 1} cos ² b , (136)

здесь t - толщина оболочки;

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

(137)

Рис.22. Схема конической оболочки вращения под действием продольного усиления сжатия

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

s₂ £ g_c s _{cr 2} , (138)

здесь s ₂ = p r_m / t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;

s_cr2 - критическое напряжение, определяемое по формуле

s _{cr 2} = 0,55 E (r_m / h) (t / r_m) ^{3 / 2} , (139)

где h - высота конической оболочки (между основаниями);

r_m - радиус, определяемый по формуле (137).

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

, (140)

где значения N_cr и s_cr2 следует вычислять по формулам (136) и (139).

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

s £ g_c s_cr , (141)

где s = p r / 2t - расчетное напряжение;

s_cr = 0,1 E t / 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 нaгpyжeний 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, (142)

где R_n - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл. 33 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 × 10 ⁶ по формулам:

для групп элементов 1 и 2 ; (143)

для групп элементов 3—8 ; (144)

при n ³ 3,9 × 10 ⁶ a = 0,77;

g_n - коэффициент, определяемый по табл. 34 в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений r = s_min / s_max; здесь s_max и s_min - 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".

При расчетах на выносливость по формуле (142) произведение aR_ng_n не должно превышать R _u / g_u

Таблица 33

Группы элементов

Значения R _v при временном сопротивлении стали разрыву R_un , МПа(кгс / см ²)

до 420 (4300)

св. 420 (4300)

до 440 (4500)

св.440 (4500)

до 520 (5300)

св.520 (5300)

до 580 (5900)

св. 580 (5900)

до 635 (6500)

1

2

120 (1220)

100 (1020)

128 (1300)

106 (1080)

132 (1350)

108 (1100)

136 (1390)

110 (1120)

145 (1480)

116 (1180)

3

4

5

6

7

8

Для всех марок стали

То же

“

“

“

“

90 (920)

75 (765)

60 (610)

45 (460)

36 (370)

27 (275)

9.3. Стальные конструкции и их элементы, непосредственно воспринимающие нагрузки с количеством циклов нагружений менее 10⁵, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и в необходимых случаях проверять расчетом на малоцикловую прочность.

Таблица 34

s _max

Коэффициент асимметрии напряжений p

Формулы для вычисления коэффициента g_v

Растяжение

-1 £ r £ 0

0< r £ 0,8

0,8 < r < 1

Cжатие

-1 £ r < 1

10. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ С УЧЕТОМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂, II₃ , II₄ и II₅, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

s_max £ b R_u / g_u , (145)

где s_max - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и j _b;

b - коэффициент, принимаемый по табл. 84.

Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом согласно требованиям разд. 5 настоящих норм.

  11. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ   Сварные соединения 11.1. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле

(146)

где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;

l_w - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2 t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

При расчете сварных стыковых соединений элементов конструкций, рассчитанных согласно п. 5.2, в формуле (146) вместо R_{w y} следует принимать R_{w u} / g_u.

Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

Рис. 23. Cхема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1 - сечение по металлу шва; 2 - сечение по металлу границы сплавления

11.2. Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 23) :

по металлу шва (сечение 1)

N / (b_f k_f l_w ) £ R_wf g_wf g_c ; (147)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

N / (b_z k_f l_w ) £ R_{w z} g_{w z} g_c ; (148)

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

b_f и b_z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) - по табл. 35; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см²) не зависимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки b_f = 0,7 и b_z = 1;

g_{w f} и g_{w z} - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых g_{w f} = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_{w un} = 410 МПа (4200 кгс/см²) и g _{w z} = 0,85 для всех сталей.

Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см²) следует применять электроды или сварочную проволоку согласно п. 3.4 настоящих норм, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R_wf должны быть более R_wz, а при ручной сварке - не менее чем в 1,1 раза превышать расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R_wz, но не превышать значений R_wz b_z / b_f ; в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см²) допускается применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие R_{w z} < R_{w f} £ R_{w z} b _z / b _f.

При выборе электродов или сварочной проволоки следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55