|
|
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙСОДЕРЖАНИЕ Стр. Тема 1.Цели и основные идеи предварительного напряжения металлических конструкций……………………………………………………………4 Тема 2.Стержни, предварительно напряженные затяжками, работающие на растяжение, центральное и внецентренное сжатие………………….11 Тема 3.Балки и балочные системы…………………………………………….26 Тема 4.Фермы, предварительно напряженные затяжками…………………..47 Тема 5.Строительные конструкции из алюминиевых сплавов……………...61 Тема 6.Основные положения проектирования висячих покрытий………….75 Тема 7.Однопоясные покрытия и мембраны………………………………....80 Тема 8.Покрытия с растянутыми изгибно-жесткими элементами…………..85 Тема 9.Металлические конструкции многоэтажных зданий. Общие вопросы проектирования многоэтажных зданий………………………………91 Тема 10.Основные положения проектирования стальных конструкций многоэтажных зданий………………………………………………...102 Тема 11.Особенности металлических мостов и их место в мостостроении116 Тема 12.Особенности норм проектирования и общих методов расчета металлических пролетных строений………………………………...119 Тема 13.Сплошностенчатые сталежелезобетонные проллетные строения..126 Тема 14.Сплошностенчатые цельностальные пролетные строения……….133
Список использованной литературы............................................................141
ТЕМА 1. ЦЕЛИ И ОСНОВНЫЕ ИДЕИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Предварительное напряжение металлических конструкций используется как метод регулирования напряженного состояния конструкций для повышения их эффективности, т. е. снижения расхода материала в проектируемой конструкции при заданной несущей способности или жесткости. Существуют разнообразные способы создания предварительного напряжения, и все они связаны с дополнительными затратами труда, а иногда и материала на дополнительные элементы. Предварительное напряжение целесообразно, если эффект, получаемый от него, полностью окупает дополнительные затраты. Основной идеей предварительного напряжения является создание искусственным путем в конструкции, стержне или наиболее напряженном сечении стержня напряжений обратного знака тем напряжениям, которые возникают при действии эксплуатационной нагрузки.
Рис. 1.1. Повышение несущей способности стержня, работающего на растяжение 1 – без предварительного напряжения; 2 – с предварительным напряжением
При заданном усилии Аналогично повышается несущая способность изгибаемого элемента, если в сечении с наибольшим изгибающим моментом создать эпюру предварительных напряжений обратного знака тем напряжениям, которые возникают от нагрузки (рис. 1.2). Тогда максимально допустимый изгибающий момент в сечении
Рис. 1.2. Напряжения в предварительно напряженной балке а – сечение балки; б – эпюра предварительного напряжения; в – эпюра напряжений от нагрузки Снижение перемещений конструкций от заданных нагрузок. Во многих случаях предельное состояние конструкции определяется не предельными напряжениями, а заданными предельными перемещениями Предварительным напряжением можно вызвать в конструкции начальные перемещения
Рис. 1.3. Уменьшение конечных перемещений (а) и повышение жёсткости (б) конструкций методом предварительного напряжения
Рис. 1.4. Работа на растяжение стержня, предварительно напряженного затяжкой а – стержень; б – диаграмма напряжений; в – диаграмма деформаций; 1 – жесткий стержень; 2 - затяжка
При приложении нагрузки При предварительном напряжении удлинение комбинированного стержня от нагрузки
без предварительного напряжения Большие деформации зачастую препятствуют применению высокопрочных сталей в конструкциях. В комбинированном стержне с предварительным напряжением удлинение от нагрузки не зависит от расчетного сопротивления затяжки и не может быть больше, чем удвоенное удлинение стержня из обычной малоуглеродистой стали, так как Создание предварительного напряжения (растяжения) в гибких элементах для придания им жесткости. Гибкие металлические элементы – канаты, тонкие листы, проволока, арматурные стержни – обычно могут воспринимать только растягивающие усилия, несущая способность их на сжатие равна нулю.
Рис. 1.5. Работа на сжатие гибких стержней при предварительном растягивающем напряжении а – схема работы; б – балка с опорой из гибкого сечения Регулирование усилий в конструкции смещением опор. В статически неопределимых системах можно искусственным смещением опор создать предварительное напряжение в конструкции и, значит, изменить начальную эпюру усилий (моментов, осевых сил и т. п.), которая складывается с эпюрой усилий от нагрузки, выравнивает расчетные усилия, уменьшая их в наиболее напряженных сечениях и увеличивая в менее напряженных (рис. 1.6). Примером может служить понижение средней опоры у двухпролетной балки (рис. 1.6, в), чем достигается выравнивание моментов в пролетах и на опоре (рис. 1.6,а). На опоре момент от нагрузки уменьшается, а в пролетах – увеличивается. Результирующий расчетный момент увеличить опорный момент и уменьшить пролетный (рис. 1.6,б). Этот способ предварительного напряжения требует минимальных затрат.
Рис. 1.6. Регулирование моментов в неразрезной балке смещением опор а – эпюра моментов от нагрузки; б – моменты при подъёме средней опоры; в – моменты при опускании средней опоры
Создание предварительного напряжения упругими деформациями элементов конструкции. Предварительное напряжение можно создать изгибом или растяжением отдельных элементов конструкции в пределах их упругой работы, а затем соединением элементов между собой в напряженном состоянии. После снятия с конструкции приложенных усилий в ней остаются предварительны напряжения, которые можно получить обратными по знакам напряжениям от нагрузки. Этот прием широко используется при изготовлении несущих панелей, состоящих из каркаса и стальной обшивки (рис. 1.7). Обшивка прикрепляется к предварительно изогнутым верхним и нижним частям каркаса. При образовании панели соединением двух частей в одну элементы конструкций получают обратный принудительный изгиб, причем в тонкой обшивке возникают растягивающие напряжения, что обеспечивает ее работу на сжатие при загружении панели. Если составленную из двух тавров балку сварить в изогнутом состоянии, то после освобождения ее от искусственно приложенного изгибающего момента
Рис. 1.7. Создание упругим изгибом предварительного напряжения в обшивках панелей Многоступенчатое предварительное напряжение. Эффект от предварительного напряжения можно повысить, если применять его многоступенчатым способом, при котором приложение усилий предварительного напряжения и нагрузки чередуются (рис. 1.8). Сначала создается предварительное напряжение
Рис. 1.8. Повышение несущей способности стержней при многоступенчатом предварительном напряжении
Если нагрузка нескольких циклов в процессе эксплуатации будет снята, то усилия нескольких циклов предварительного напряжения суммируются, они превзойдут предельное значение и конструкция разрушится. Существуют разнообразные способы создания предварительного напряжения, что позволяет применить его к любому виду конструкции. Предварительное напряжение можно создать в отдельных элементах на заводе или на монтаже как при укрупнительной сборке, так и в проектном положении.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
Из рис. 1.1 видно, что при растяжении ненапряженного стержня напряжения в нем достигают расчетного сопротивления 
при нагрузке 
. При создании в стержне предварительного напряжения сжатия 
расчетное сопротивление 
. В последнем случае вначале под действием нагрузки погашается предварительное сжимающее напряжение, а затем возникает растягивающее. Расчетное усилие стержня с площадью сечения 
без предварительного напряжения 
; с предварительным напряжением 
.
требуемые площади сечения стержня будут соответственно равны: без предварительного напряжения 
с предварительным напряжением 
.
, в то время как максимальный момент того же сечения без предварительного напряжения 
. Соответственно при заданном максимальном изгибающем моменте требуемый момент сопротивления сечения при предварительном напряжении будет меньше, чем без предварительного напряжения.
, устанавливаемыми требованиями эксплуатации. В этих случаях предварительное напряжение может уменьшить перемещение от заданной нагрузки и соответственно позволит спроектировать конструкцию более экономичной.
, обратные по знаку перемещениям от нагрузки (рис. 1.3,а). Тогда при действии эксплуатационной нагрузки сначала погашаются начальные перемещения 
и перемещения 
. В рассматриваемом случае жесткость конструкции не увеличивается, а лишь уменьшаются конечные перемещения под нагрузкой. Однако предварительным напряжением можно увеличить и жесткость конструкции, т. е. уменьшить перемещения от единичной нагрузки (рис. 1.3,б). Этот прием, используемый весьма часто в строительной практике, будет рассмотрен далее.
Создание предварительного напряжения затяжками из высокопрочных материалов. Этот способ предварительного напряжения может быть использован практически во всех конструкциях. Рассмотрим его принципиальные положения на стержне, работающем на осевое растяжение (рис. 1.4). Конструкция состоит из жесткого стержня (двух швеллеров, трубы и т. п.) и затяжки, расположенной по центру тяжести сечения стержня (рис. 1.4,а). Получается комбинированная конструкция. Жесткий стержень выполнен из обычной малоуглеродистой стали, затяжка – из высокопрочного материала (стальной канат, пучок из высокопрочной проволоки, высокопрочный арматурный стержень и т. п.). При введении затяжки конструкция становится один раз статически неопределимой. Натяжением затяжки до приложения нагрузки создается сжимающее напряжение 
в жестком стержне, которое уравновешивается растягивающими напряжениями 
в затяжке. Стержень становится предварительно напряженным.
и 
, то при расчетном усилии 
, а в затяжке её расчетного сопротивления 
. Несущая способность комбинированного стержня, равная 
, будет такой же, как и несущая способность комбинированного стержня с теми же параметрами без предварительного напряжения, однако удлинение стержня от нагрузки окажется при предварительном напряжении значительно меньшим.
,
, что значительно больше 
(рис. 1.4, в). Меньшее удлинение комбинированного стержня объясняется тем, что в процессе предварительного напряжения затяжка уже вырабатывает значительную часть деформаций, определяемых ее расчетным сопротивлением. В комбинированном стержне без предварительного напряжения жесткий стержень и затяжка работают под нагрузкой совместно, начиная с нулевых напряжений. При напряжениях, равных пределу текучести материала жесткого стержня, он выключается из работы, и нагрузку продолжает воспринимать одна затяжка до исчерпания ее несущей способности. Удлинение стержня под нагрузкой определяется расчетным сопротивлением затяжки: 
Однако если гибкие элементы предварительно натянуть, то они могут работать на сжатие в пределах погашения созданных в них растягивающих напряжений (рис. 1.5). На рис. 1.5,б показана балка с гибкой средней опорой, в которой предварительным напряжением создано растягивающее усилие и опора работает как жесткая стойка. Это широко используется в различного вида металлических конструкциях для повышения жесткости конструкции и эффективного использования гибких высокопрочных элементов, особенно в висячих системах, где предварительное напряжение гибких нитей обеспечивает жесткость системы (см. разд. III [1]).
меньше расчетного момента на опоре 
в балке без предварительного напряжения смещением опоры. Иногда (например, в пролетных строениях неразрезных мостов) целесообразно поднятием средней опоры
балка будет иметь эпюру напряжений с растяжением в верхней полке и сжатием в нижней – обратными по знаку напряжениями от нагрузки (см. рис. 3.17).
, погашающая предварительное напряжение. Затем опять создается преднапряжение 
, воспринимаемой конструкцией без предварительного напряжения. Однако нужно учитывать, что все циклы загружения, кроме последнего, должны осуществляться постоянной нагрузкой. Временной может быть лишь нагрузка последнего цикла.