загрузка...
загрузка...
На головну

Розрахунок на міцність елементів, що згинаються окремо розташованих опор

  1. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  2. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  3. I. Визначити ризик від окремого джерела
  4. I. Розрахунок накопичувальної частини трудової пенсії.
  5. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  6. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  7. I. Розрахунок розміру страхової частини трудової пенсії.

При проектуванні несучих конструкцій окремо розташованих опор в першу чергу визначають навантаження, які передаються на опору від трубопроводів, а потім послідовно розраховують траверсу, колону, базу колони і фундамент.

5.1 Навантаження і впливи на окремо стоять опори

При розрахунку окремо розташованих опор та естакад необхідно враховувати навантаження, що виникають при їх зведенні, експлуатації та випробувань трубопроводів.

Окремо стоять опори і естакади повинні розраховуватися на навантаження від ваги трубопроводів з ізоляцією, ваги продукту, що транспортується, на горизонтальні навантаження і впливи від трубопроводів, навантаження від ваги людей і ремонтних матеріалів на обслуговуючих майданчиках та перехідних містках, а також снігові і вітрові навантаження, при найбільш несприятливому їх поєднанні.

Всі навантаження, що діють на трубопровід, повинні бути приведені до його осі і розкладені на складові: вертикальну, горизонтальну уздовж трубопроводу і горизонтальну поперек трубопроводу. Величина розподіленої вздовж труби навантаження характеризується її інтенсивністю

 ..., (5.1)

де  - Погонний вага труби;  - Вага ізоляції;

 - Вага продукту;  - Снігове навантаження.

У тому випадку, якщо трубопровід прокладений по багатопролітної схемою (рис. 30), вертикальне навантаження на одну опору  визначається в залежності від довжини прольотів між опорами

 , (5.2)

де  - Інтенсивність сумарної вертикального навантаження на трубопровід;

 - Довжина прольоту між окремо розташованими опорами.

Мал. 30. Розрахункова схема для визначення вертикального навантаження на опору

Нормативна вертикальне навантаження від трубопроводів на траверси опор і естакад повинна прийматися за сумою вертикальних нормативних навантажень від всіх трубопроводів (рис. 31).

Мал. 31. Визначення навантажень на траверсу від декількох

технологічних трубопроводів

Проміжні опори відчувають горизонтальне навантаження  від трубопроводів, яка виникає через сил тертя в опорному пристрої

 , (5.3)

де  - Коефіцієнт тертя, який приймається рівним 0,3 для опор ковзання сталь по сталі, і приймається рівним 0,1 для коткових опор (рис. 27).

На малюнку 32 показана розрахункова схема траверси, що несе три технологічних трубопроводу і спирається на дві колони. На цій схемі не враховано навантаження від власної ваги траверси.

Мал. 32. Розрахункова схема траверси

Щоб розрахувати траверсу на міцність, її подають як статично визначної балки, згинається в двох площинах. Опори балки знаходяться в місцях встановлення колон. З рівнянь статики визначають реакції опор и  у вертикальній і горизонтальній площинах відповідно. Після цього будують епюри поперечних сил ,  і згинальних моментів , .

5.2 Розрахунок залізобетонних траверс

5.2.1. Залізобетонні траверси з одиночної арматурою

У цьому випадку вважається, що граничний стан настає, коли внутрішні поздовжні зусилля в розтягнутій сталевої арматури досягають величини, що відповідає межі текучості матеріалу  (Рис. 33)

 . (5.4)

Рис.33. Розрахункова схема залізобетонної балки з одиночної арматурою

Одночасно, такому зусиллю в сталевої арматури буде відповідати прямокутна епюра напружень в стислому бетоні, тобто коли в процесі росту навантаження в результаті повзучості бетону напруги вирівняються і досягнуть межі текучості  . Відповідно зусилля в бетоні буде визначатися

. (5.5)

При розрахунку на міцність визначають допустиму величину згинального моменту в залізобетонній балці (траверсі).

Розглянемо рівновагу відтятою частини залізобетонної балки, до якої додається зовнішній згинальний момент  . Визначимо суму моментів відносно точки  , Яку помістимо в поперечному перерізі на лінії дії поздовжньої сили  в арматурі.

 (5.6)

 . (5.7)

Несуча здатність залізобетонної балки забезпечується, якщо зовнішній момент не перевищить величини граничного моменту внутрішніх сил.

 (5.8)

Для елемента прямокутного перерізу (рис. 33)

 . (5.9)

Положення нейтральної осі і площа стиснутої зони визначаються з умови рівності нулю поздовжніх сил

.

 . (5.10)

5.2.2. Залізобетонні траверси з подвійною арматурою

Залізобетонні балки з подвійною арматурою застосовують в тому випадку, коли вигинає момент по довжині балки змінює знак, тобто розтягнуті волокна будуть знаходитися як у верхній, так і в нижній частинах балки (рис. 34).

Рис.34. Розрахункова схема залізобетонної балки з подвійною арматурою

У цьому випадку умова міцності можна також отримати з умови рівності моментів щодо точки

 , (5.11)

де  - Розрахунковий опір сталі арматури стиску;

- Площа перерізу стиснутої арматури.

Положення нейтральної осі і площа стиснутої зони визначаються з умови рівності нулю поздовжніх сил

 (5.12)

5.3 Розрахунок сталевих балкових конструкцій опор і естакад.

На практиці найбільш часто зустрічаються два варіанти конструкцій:

· Прокатні балки;

· Зварні двотаврові балки (складові).

Прокатні балки застосовують, як правило, для перекриття невеликих просторів конструктивними елементами. Їх несуча здатність обмежена номенклатурою випущених прокатних профілів.

У порівнянні з іншими складовими балками, прокатні балки мають ряд особливостей:

· Вони більш металлоемки;

· Менш трудомісткі у виготовленні;

· Більш надійні в експлуатації;

· Відсутність зварних швів в області контакту полиць зі стінкою істотно знижує концентрацію напружень і можливість виникнення початкових дефектів.

5.3.1 Перевірка двотаврової балки на міцність.

Перевірку на міцність проводять в тих точках сталевих балок, де виникають найбільші нормальні або дотичні напруження. Крім того, розглядаються ті небезпечні місця в конструкції балки, де одночасно діють як нормальні, так і дотичні напруження, так як саме в цих точках може виконуватися умова переходу матеріалу в пластичний стан. Як правило, в поперечних перетинах, де виникають максимальний згинальний момент  або максимальна поперечна (перерізуюча) сила  прикладені зосереджені сили від навантажень (наприклад: від ваги лежить на балці труби), в тому числі опорні реакції.

У поперечних перетинах балки, де згинальний момент , перевірку на міцність виконують за нормальними напруженням

 , (5.13)

де  - Момент опору перерізу нетто;

- Розрахунковий опір сталі;

 - Коефіцієнт умов роботи.

У тих випадках, коли в перерізі з максимальним изгибающим моментом діють ще й значні поперечні сили, застосовують таку формулу (СНиП II-23-81)

 (5.14)

де  - Коефіцієнт, що враховує можливість розвиток пластичних деформацій.

коефіцієнт  обчислюють таким чином.

Спочатку обчислюють середні дотичні напруження в перерізі

 (5.15)

де  - Товщина стінки двутавра;

- Висота перетину двотавру.

коефіцієнт  приймається рівним  по таблиці 5.1, якщо дотичні напруження  , де  - Розрахунковий опір сталі зсуву.

 , (5.16)

де  - Коефіцієнт надійності за матеріалом.

Таблиця 5.1

 0,25  1,19
 0,5  1,12
 1,0  1,07
 2,0  1,04

 - Площа полки двотавру;

 - Площа стінки двутавра.

для діапазону  коефіцієнт  знаходять в залежності від значення середніх дотичних напружень в перерізі

 (5.17)

де  - Для двутавров, що згинаються у площині найбільшої жорсткості;

 - Для інших перетинів.

У перетину, де виникає максимальна поперечна сила  , Перевірка на міцність проводиться по дотичним напруженням (рис. 35).

Рис.35. Розрахункова схема вигину сталевої двотаврової балки

Для балки довільного перетину дотичні напруження визначаються за формулою Журавського

 , (5.18)

де  - Статичний момент відтятою частини перерізу;

- Момент інерції перерізу;

- Ширина перетину в точці з координатою .

Для двотавру максимальні дотичні напруження виникнуть на лінії горизонтальній осі симетрії, де

 . (5.19)

Для тих перерізів згинальних балок, де прикладені зосереджені навантаження, а також в опорних перетинах балок необхідно виконати розрахунок на зріз стінки двутавра

 (5.20)

де  - Висота стінки двотаврової балки.

Для розрахунку на міцність балки в місцях прикладання навантаження до верхнього поясу, а також в опорних перетинах балок, які не укріплених ребрами жорсткості, слід виконати перевірку на міцність з урахуванням місцевих напружень.

Величина місцевих напружень  залежить від навантаження  , Що передається від труби через опорний пристрій, і розмірів тієї площадки стінки двутавра, на яку передається деформація стиснення через згинається пояс двотавру (рис. 36)

Рис.36. Розрахункова схема двотаврової балки на вигин в місці прикладання навантаження

Умова міцності при перевірці тільки по місцевим напруженням

 (5.21)

де  - Розрахункове значення навантаження (зосередженої сили);

- умовна довжина розподілу локального навантаження

 . (5.22)

5.3.2 Зварні двотаврові балки

Розрахунок на міцність таких балок проводиться аналогічно за максимальними нормальними напруженням  і максимальним дотичним напруженням  при дотриманні співвідношень між конструктивними розмірами (рис.33)

 (5.23)

У небезпечних перетинах, де виникають несприятливі поєднання нормальних, дотичних і місцевих напружень (точки  в зоні стінки біля пояса) перевірку міцності виконують по  гіпотезі міцності (питомої енергії формозміни).

 . (5.24)

У цій формулі  - Нормальні напруження на рівні поясних швів від згинального моменту .

Дотичні напруження від поперечної сили

 , (5.25)

де  статичний момент відтятою частини двотавру;

 - Площа полки двотавру;

 - Координата центра ваги полки відносно центра ваги перерізу двотавру.

Якщо місцеві напруги відсутні, тоді .

Якщо ця умова не виконується, стінку балки під зосередженою силою зміцнюють ребрами жорсткості.

5.3.3 Перевірка загальної стійкості балки

При вигині високих балок з вузькими поясами може статися бічне випинання стиснутого пояса (мал.37). При цьому балка згинається не тільки в площині дії зовнішніх сил, але і в площині min жорсткості, внаслідок чого відбувається скручування балки.

Мал.37. Розрахункова схема втрати стійкості стиснутого пояса

двотаврової балки при вигині

Випинання відбувається на ділянці між закріпленнями верхнього пояса. Відстані між закріпленнями називаються розрахунковою довжиною балки .

Розрахунок на загальну стійкість балок двотавр перетину виконують з урахуванням коефіцієнта зменшення допустимої напруги на стиск  , Який залежить від гнучкості балки і матеріалу з якого вона виготовлена

 , (5.26)

 . (5.27)

де  - Коефіцієнт залежить від характеру навантаження, його величину необхідно приймати згідно зі СНиП II-23-81 «Сталеві конструкції».

Наприклад, для незакріпленого в прольоті пояса і зосередженої сили

, (5.28)

 (5.29)

де - полярний момент інерції перерізу.

Загальну стійкість не потрібно перевіряти при відношенні  що не перевищують критичних значень (див. СНиП).

5.3.4 Перевірка жорсткості балок

Цей розрахунок відноситься до другої групи граничних станів.

Жорсткість балок перевіряють за формулою:

 (5.30)

де  - Максимальний прогин, викликаний нормативним навантаженням;

- Проліт балки;

 - Граничний відносний прогин.

зазвичай  приймається в межах 200 ... 400.

Наприклад, прогин однопрогоновою балки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням:

 , (5.31)

де  - Нормативна погонне навантаження на балку.

При граничному прогині і при напрузі рівному розрахункового опору, виходить вираз для мінімально можливої ??висоти балки:

 . (5.32)

де  - Розрахункова погонне навантаження на балку.

5.3.5 Розрахунок поясних швів

Розглянемо розрахунок безперервних зварних швів що з'єднують стінку двотавру з його поясами.

Зварні шви перешкоджають взаємному зсуву поясів і стінки (рис. 38), внаслідок чого в них виникають дотичні напруження. У разі впливу поперечних сил на двутавр відповідно до закону парності дотичних напружень зусилля на зварений шов дорівнюватиме зусиллю від дотичних напружень в цій точці поперечного перерізу (рис. 38).

Мал. 38. Розрахункова схема зварних швів поясів двотавру

Зсувне зусилля на одиницю довжини пояса відповідно до формули Журавського

 , (5.33)

де .

Умова міцності для поясних швів, що сприймають зсувні зусилля

 (5.34)

де  - Для одностороннього зварного шва;

 - Для двостороннього зварного шва.

Звідси отримуємо вираз для обчислення величини катета зварного шва

 . (5.35)

5.3.6 Розрахунок зварних стиків двотаврових балок

Розрізняють зварні стики балок (рис. 39), виконані в заводських умовах 1 і монтажні стики, виконані при спорудженні конструкції на будівельному майданчику 2.

Заводські стики виконують з метою збільшення довжини відправних будівельних елементів. Такі стики мають безсумнівні переваги технології виготовлення, точності і якості з'єднань.

Мал. 39. Стиковка двотаврової балки за допомогою зварювання

Найбільш простим виходить такий стик, коли пояса і стінка стикуються в одному перерізі. Однак він не забезпечує равнопрочності стикового перетину з поперечним перерізом балки, коли в роботі бере участь тільки основний матеріал.

У зв'язку з цим для досягнення равнопрочного стику:

· Мають стик в перерізі, де момент не перевищує ;

· Влаштовують шов вразбежку.

Збільшення надійності стику при дії значних моментів і поперечних сил досягають за допомогою горизонтальних накладок, встановлених по верхній і нижній полицях, і вертикальних двосторонніх накладок по стінці балки (рис.40).

Рис 40. Стик двотаврової балки за допомогою накладок

Згинальний момент представляється парою сил  , Що діють в серединних площинах поясних накладок.

Необхідна площа перерізу поясних накладок:

 , (5.36)

де  - Відстань між центрами накладок.

Ширина накладки приймається на 18-20 мм менше або більше ширини полиці двотавру.

Довжину полунакладкі знаходять з умови розміщення 2-х кутових швів, розрахованих на передачу чинного в накладці зусилля .

Поперечну силу в перерізі стику сприймають накладки на стінці і вертикальні кутові шви.

Сумарна товщина накладок - не менше товщини стінки. Ширина  = 150 ... 200 мм.

Накладки перевіряють на зріз:

 , (5.37)

де .

При розрахунку катетів вертикальних швів враховують поперечну силу  і момент .

Умова міцності зварних швів:

 (5.38)

де  - Момент опору перерізу зварних швів;  - Площа перетину зварних швів;

 - Розрахункова довжина зварного шва.

 



Попередня   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   Наступна

СТІЙКІСТЬ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ | ПРОЕКТУВАННЯ ОПОР І естакади МАГІСТРАЛЬНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ТРУБОПРОВОДІВ | ЗАЛІЗОБЕТОННІ КОНСТРУКЦІЇ | Розрахунок окремо стоїть фундаменту під колону | Розрахунок поздовжніх деформацій надземної ділянки трубопроводу | сферичні резервуари |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати