ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ - Строительство и ремонт

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Элемент конструкции, нагруженный в осевом направлении на сжатие, обычно называется элементом сжатия. Вертикальные сжимающие элементы в зданиях называются колоннами, стойками или подпорками. Сжимающий элемент в фермах крыши называется раскосами, а в кране – стрелой.

Колонны, которые коротки, подвергаются раздавливанию и ведут себя как элементы при чистом сжатии. Длинные колонны склонны к изгибу вне плоскости оси нагрузки.

ТЕОРИЯ КОЛОНН

Формула Эйлера для критической нагрузки для колонны со штыревым сечением, подверженной осевой нагрузке, имеет вид

Где, L = длина колонны между шарнирными концами,
E = модуль упругости, и
I = момент инерции секции колонны.
Колонна придет в негодность, если нагрузки будут больше, чем . В уравнении Эйлера предполагается, что напряжение пропорционально деформации, поэтому,
Критическое напряжение =

Где, A = площадь поперечного сечения, и
r = радиус гирации вокруг оси изгиба
= коэффициент упругости

РАЗЛИЧНЫЕ КОНЕЧНЫЕ УСЛОВИЯ

Колонны с длиной L и эффективной длиной показаны на рисунке ниже:

Прочность сжатых элементов с осевой нагрузкой

Максимальная осевая сжимающая нагрузка, допустимая для сжимающего элемента,

Где, P = осевая сжимающая нагрузка (Н),
= допустимое напряжение при осевом сжатии (МПа)
A = эффективная площадь поперечного сечения элемента.
Индийский стандарт IS 800: 1984
Он предусматривает, что прямое напряжение на площади поперечного сечения осевых сжатых элементов не должно превышать ни допустимое напряжение, рассчитанное по формуле Мерчанта – Ранкина.
Допустимое напряжение при осевом сжатии (МПа):

Где = предел текучести стали в МПа
= критическое напряжение упругости при сжатии =
= коэффициент упругости элемента
Где, = эффективная длина элемента
r = соответствующий радиус гирации элемента
E = модуль упругости = 200000 МПа, и
n = коэффициент, принимаемый равным 1,4
ЭФФЕКТИВНАЯ ДЛИНА СЖАТОГО ЭЛЕМЕНТА
В таблице ниже приведены значения эффективной длины, рекомендованные индийским стандартом IS 800. Фактическая длина L сжатого элемента должна приниматься как длина от центра до центра пересечения несущих элементов или консольная длина в случае свободно стоящих стоек.
Таблица: Эквивалентная длина для различных конечных условий

Тип

Эффективная длина элемента l

Эффективно удерживаемая в положении и ограниченная в направлении с обоих концов.

0.67 L

Эффективно удерживается в положении на обоих концах, ограничена в направлении на одном конце.

0.85 L

Эффективно удерживается в положении с обоих концов, но не ограничена в направлении.

Эффективно удерживается в положении и удерживается в направлении на одном конце, а на другом конце эффективно удерживается в направлении, но не удерживается в положении.

Эффективно удерживается в положении и удерживается в направлении на одном конце, а другой конец частично удерживается в направлении, но не удерживается в положении.

1.5 L

Эффективно удерживается в положении и удерживается в направлении на одном конце, но не удерживается в положении или не удерживается в направлении на другом конце.

2.0 L

Примечание:

L – это неподдерживаемая длина сжатого элемента.

Для балочных стоек эффективная длина должна быть увеличена на 10%.

МАКСИМАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПРОЧНОСТИ:

Согласно индийскому стандарту IS 800, коэффициент прочности не должен превышать значений, приведенных в таблице ниже:

Нет.

Тип элемента

Коэффициент прочности

Член, несущий сжимающую нагрузку, возникающую от мертвых и наложенных нагрузок.

180

Член, подвергающийся сжимающим нагрузкам, возникающим от ветра/землетрясения, при условии, что деформация таких членов не оказывает негативного влияния на напряжение в любой части конструкции.

250

Элемент, обычно испытывающий напряжение, но подверженный изменению напряжения под действием ветра или землетрясения.

350

Натяжной элемент (кроме предварительно натянутого элемента)

400

УГЛОВЫЕ СТОЙКИ

Одиночные угловые прерывистые стойки, соединенные одной заклепкой или болтом, могут быть рассчитаны на осевую нагрузку только при условии, что сжимающее напряжение не превышает . Значение может быть определено исходя из того, что эффективная длина l раскоса находится от центра до центра межсекционного сечения на каждом конце, а r – минимальный радиус гирации. Ни в коем случае коэффициент для одиночных угловых раскосов не должен превышать 180. Если одиночная разрывная стойка соединена сварным швом или двумя или более заклепками или болтами, расположенными вдоль угла на каждом конце, она может быть рассчитана только на осевую нагрузку при условии, что напряжение сжатия не превышает получено на основании того, что l принимается равным 0,85 длины раскоса от центра до центра на каждом конце, а r – минимальному радиусу гирации.
Для двойных угловых стоек, которые являются прерывистыми, соединенными встык с обеими сторонами фермы или секции не менее чем двумя болтами или заклепками в линию вдоль углов на каждом конце или эквивалентной сваркой, нагрузка может рассматриваться как приложенная в осевом направлении. Эффективная длина l в плоскости торцевой фермы может быть принята в пределах от 0,7 до 0,85 расстояния между пересечениями в зависимости от предусмотренного ограничения, в плоскости, перпендикулярной плоскости торцевой фермы, эффективная длина должна быть принята равной расстоянию между центрами пересечений. Расчетное среднее сжимающее напряжение не должно превышать значений полученных для соответствующих коэффициентов жесткости. Углы должны быть соединены заклепками или сварными швами с интервалами по всей длине.

КОМПРЕССИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ СОЕДИНЕННЫХ ВСТЫК ЭЛЕМЕНТОВ

Компрессионный элемент, состоящий из двух уголков, швеллеров или тройников, расположенных спина к спине, соприкасающихся или разделенных небольшим расстоянием, должен быть соединен заклепками, болтами или сваркой таким образом, чтобы коэффициент прочности каждого элемента между соединениями был не более 40 и не более чем в 0,60 раза больше наиболее неблагоприятного коэффициента прочности стойки в целом. Ни в коем случае расстояние между соединительными заклепками в одной линии не должно превышать 600 мм для таких элементов.
Для других типов наращиваемых сжатых элементов, где используются накладные пластины, шаг заклепок не должен превышать 32t или 300 мм, в зависимости от того, что меньше, где t – толщина более тонкой наружной пластины. Там, где пластины подвергаются воздействию плохих погодных условий, шаг не должен превышать 16 т или 200 мм в зависимости от того, что меньше.
Заклепки, сварные швы и болты в этих соединениях должны быть достаточными для восприятия поперечного усилия и изгибающих моментов, если таковые предусмотрены для обрешетки. Диаметр соединительных заклепок должен быть не менее минимального диаметра, указанного в таблице ниже:

Толщина элемента

Минимальный диаметр заклепок

До 10 мм

16 мм

Свыше 10 мм до 16 мм

20 мм

Более 16 мм

22 мм

Для заклепок, болтов, где элементы разделены спина к спине, следует использовать твердую набивку или шайбы.

Концевые стойки должны быть соединены между собой не менее чем двумя заклепками или болтами или их эквивалентом при сварке, и должно быть не менее двух дополнительных соединений, расположенных на равном расстоянии по длине стойки.

В каждом соединении следует использовать не менее двух заклепок или болтов, по одной на линии каждой метки, если ширина ножек соединяемых уголков или столов соединяемых тройников составляет 125 мм или более, или если ширина полотна швеллера составляет 150 мм или более.

ПРОКЛАДКИ И ОБРЕШЕТКА ДЛЯ НАРАЩИВАЕМЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В соответствии с индийским стандартом IS 800-1984, при проектировании пластин для шнуровки и обрешетки используются следующие спецификации.

В наращиваемой секции различные элементы соединены вместе таким образом, что они действуют как единая колонна. В случае эксцентрических нагрузок предпочтение обычно отдается шнуровке. Обрешетка обычно используется для колонн с осевой нагрузкой и в секциях, где компоненты находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Для шнуровки обычно используются плоские стержни. Уголки, швеллеры и трубчатые профили также используются для обшивки очень тяжелых колонн. Для обрешетки используются пластины.

Шнуровки

Система шнуровки в целом должна соответствовать следующим требованиям:

Сжимающий элемент, состоящий из двух основных элементов, связанных шнуровкой, должен, где это практически возможно, иметь радиус гирации вокруг оси, перпендикулярной плоскости шнуровки, не меньше, чем радиус гирации под прямым углом к этой оси.

Система шнуровки не должна меняться по всей длине стойки, насколько это практически возможно.

Крестовину (кроме стяжных пластин) не следует снабжать по всей длине колонны системой шнуровки, если все силы, возникающие в результате деформации элементов колонны, не рассчитаны и не предусмотрены в шнуровке и ее креплении.

Системы одинарной шнуровки на противоположных сторонах основных элементов предпочтительно должны быть расположены в одном направлении, чтобы одна система была тенью другой.

Сжатые элементы со шнуровкой должны быть снабжены стяжными пластинами на концах системы шнуровки и в местах, где система шнуровки прерывается. Стяжные пластины следует проектировать по той же методике, что и для обрешетки.

БАТТЕНЫ

Компрессионные элементы, состоящие из двух основных компонентов, соединенных рейками, предпочтительно должны иметь одинаковое поперечное сечение и симметрично располагаться относительно оси X – X.
Обрешетка должна располагаться напротив друг друга на каждом конце элемента и в местах, где элемент остается в длину, и, насколько это возможно, должна быть равномерно распределена и пропорциональна по всей длине.
Эффективная длина колонн должна быть увеличена на 10 процентов.

Конструктивные детали обрешетки

Расстояние между элементами обрешетки C, от центра до центра концевого крепления должно быть таким, чтобы коэффициент прочности меньшего основного элемента,

или в 0,7 раза больше коэффициента прочности сжатого элемента в целом относительно оси X – X (параллельно обрешетке) в зависимости от того, что меньше.

Эффективная глубина обрешетки d принимается как расстояние между концевыми заклепками или концевыми сварными швами.

для промежуточной обрешетки
d > a, для торцевой обрешетки
d > 2b, для любой обрешетки
где d = эффективная глубина обрешетки
a = центроидальное расстояние между элементами
b = ширина элементов в плоскости обрешетки.

Толщина обрешетки,

где, = расстояние между крайними соединительными линиями заклепок или сварных швов.

КОНСТРУКЦИЯ ОБРЕШЕТКИ

Конструкция обрешетки должна быть рассчитана на изгибающий момент и сдвиг, возникающий при поперечном сдвиге,

Где P = общая осевая нагрузка в сжимающемся элементе.
Поперечный сдвиг V делится поровну между параллельными плоскостями обрешетки. Решетки и их соединения с основными элементами одновременно сопротивляются продольному сдвигу.

и , момент
вызванный поперечным сдвигом V.
где, C = расстояние между рейками
N = количество параллельных плоскостей обрешетки
S= минимальное поперечное расстояние между центрами групп заклепок или сварки.
Концевые соединения также должны быть рассчитаны на сопротивление продольной поперечной силе и момента M.

Для сварного соединения

Нахлест < 4t

Общая длина сварного шва на кромке обрешетки < D/2

a + b + c < D/2 пусть t = толщина обрешетки Длина непрерывного сварного шва на каждом краю обрешетки < 1/3 от общей требуемой длины. Длина обратного шва вдоль поперечной оси колонны < 4t Где t и D - толщина и общая глубина обрешетки, соответственно.

Читайте далее: