După cum arată practica, subiectul colectării sarcinilor ridică cel mai mare număr de întrebări în rândul tinerilor ingineri care încep activitate profesională. În acest articol vreau să iau în considerare ce sunt încărcăturile permanente și temporare, ce sarcini pe termen lung diferă de cele pe termen scurt și de ce este necesară o astfel de separare etc.
Clasificarea sarcinilor după durata de acțiune.
În funcție de durata acțiunii, sarcinile și impacturile sunt împărțite în permanent Și temporar . Temporarîncărcături sunt la rândul lor împărțite în pe termen lung, pe termen scurt Și special.
După cum sugerează și numele, sarcini permanente valabil pe toata perioada de functionare. Sarcini sub tensiune apar în anumite perioade de construcție sau exploatare.
includ: greutatea proprie a structurilor portante și de închidere, greutatea și presiunea solului. Dacă în proiect sunt utilizate structuri prefabricate (bare transversale, plăci, blocuri etc.), valoarea standard a greutății acestora este determinată pe baza standardelor, a desenelor de lucru sau a datelor pașapoartelor fabricilor de producție. În alte cazuri, greutatea structurilor și a solurilor este determinată din datele de proiectare pe baza dimensiunilor lor geometrice ca produsul dintre densitatea lor ρ și volumul. V tinand cont de umiditatea acestora in conditiile constructiei si functionarii structurilor.Densitățile aproximative ale unor materiale de bază sunt date în tabel. 1. Greutățile aproximative ale unor laminate și materiale de finisare sunt date în tabel. 2.
tabelul 1
Densitatea materialelor de construcție de bază
Material |
Densitatea, ρ, kg/m3 |
Beton:- greu- celular |
2400400-600 |
Pietriş |
1800 |
Copac |
500 |
Beton armat |
2500 |
Beton de argilă expandată |
1000-1400 |
Cărămidă cu mortar greu:- realizate din caramizi ceramice solide- realizate din caramizi ceramice goale |
18001300-1400 |
Marmură |
2600 |
Deseuri de constructii |
1200 |
Nisip de râu |
1500-1800 |
Mortar de ciment-nisip |
1800-2000 |
Plăci termoizolante din vată minerală:- nu este supus încărcării— pentru izolarea termică a acoperirilor din beton armat— în sistemele de fațadă ventilată— pentru izolarea termică a pereților exteriori urmată de tencuieli |
35-45160-19090145-180 |
Tencuiala |
1200 |
masa 2
Greutatea materialelor laminate și de finisare
Material |
Greutate, kg/m2 |
Zona zoster bituminoasă |
8-10 |
Foaie de gips-carton grosime 12,5 mm |
10 |
Placi ceramice |
40-51 |
Laminat cu grosimea de 10 mm |
8 |
Placi metalice |
5 |
Parchet de stejar:- 15 mm grosime- grosime 18 mm- grosime 22 mm |
111315,5 |
Acoperiș rulat (1 strat) |
4-5 |
Panou de acoperiș tip sandwich:- grosime 50 mm- grosime 100 mm— grosime 150 mm— grosime 200 mm— grosime 250 mm |
1623293338 |
Placaj:- grosime 10 mm- 15 mm grosime- 20 mm grosime |
710,514 |
Sarcini sub tensiune sunt împărțite în pe termen lung, pe termen scurt si deosebita.
raporta:— încărcare de la oameni, mobilier, animale, utilaje pe etajele clădirilor rezidențiale, publice și agricole cu valori standard reduse;
— încărcături de la vehicule cu valori standard reduse;
— greutatea pereților despărțitori temporari, a chitului și a suporturilor pentru echipamente;
— încărcături de zăpadă cu valori standard reduse;
— greutatea echipamentelor staționare (mașini, motoare, containere, conducte, lichide și solide care umple echipamentul);
- presiunea gazelor, lichidelor si solide friabileîn containere și conducte, suprapresiuneși rarefierea aerului care apare în timpul ventilației minelor;
— încărcături pe podele din materialele depozitate și echipamentele de rafturi în depozite, frigidere, hambare, depozite de cărți, arhive ale localurilor similare;
— influențele tehnologice ale temperaturii de la echipamentele staționare;
— greutatea stratului de apă pe suprafețele plane umplute cu apă;
— sarcinile verticale de la rulante și rulante cu o valoare standard redusă, determinată prin înmulțirea valorii standard complete a sarcinii verticale de la o macara din fiecare travă a clădirii cu coeficientul:
0,5 - pentru grupuri de moduri de funcționare ale macaralelor 4K-6K;
0,6 - pentru grupul de mod de funcționare a macaralei 7K;
0,7 - pentru grupul de mod de funcționare a macaralei 8K.
Grupurile de moduri de macara sunt acceptate conform GOST 25546.
raporta:— greutatea oamenilor, materialelor de reparații în zonele de întreținere și reparare a echipamentelor cu valori standard complete;
— încărcături de la vehicule cu valori standard complete;
— încărcături de zăpadă cu valori standard complete;
— încărcături de vânt și gheață;
— sarcinile de la echipamente care apar în modurile de pornire, tranziție și testare, precum și în timpul rearanjare sau înlocuire a acestuia;
— influențele climatice ale temperaturii cu valoarea standard completă;
- încărcături de la echipamente mobile de ridicare și transport (stivuitoare, vehicule electrice, stivuitoare, palanuri, precum și rulante și rulante cu valori standard complete).
raporta:— impacturi seismice;
— efecte explozive;
- sarcini cauzate de perturbări bruște proces tehnologic, defecțiune temporară sau defecțiune a echipamentului;
- impacturi cauzate de deformarile bazei, insotite de o modificare radicala a structurii solului (la inmuierea solurilor de tasare) sau de tasarea acestuia in zonele miniere si carstice.
Atunci când se rezolvă probleme de rezistență structurală, forțele externe sau sarcinile, sunt numite forțe de interacțiune a elementului structural luat în considerare cu corpurile asociate acestuia. Dacă forțele externe sunt rezultatul interacțiunii directe, de contact a unui corp dat cu alte corpuri, atunci ele sunt aplicate numai punctelor de pe suprafața corpului în punctul de contact și se numesc forțe de suprafață. Forțele de suprafață pot fi distribuite continuu pe întreaga suprafață a corpului sau pe o parte a acestuia. Cantitatea de sarcină pe unitate de suprafață se numește intensitate a sarcinii, este de obicei notă cu litera p și are dimensiunile N/m2, kN/m2, MN/m2 (GOST 8 417-81). Este permisă utilizarea denumirii Pa (pascal), kPa, MPa; 1 Pa = 1 N/m2.
Sarcina de suprafață redusă la planul principal, adică sarcina distribuită de-a lungul liniei, se numește sarcină liniară, este de obicei notă cu litera q și are dimensiunile N/m, kN/m, MN/m. Modificarea în q de-a lungul lungimii este de obicei prezentată sub forma unei diagrame (grafic).
În cazul unei sarcini distribuite uniform, diagrama q este dreptunghiulară. Sub acțiunea presiunii hidrostatice, diagrama q este triunghiulară.
Rezultanta sarcinii distribuite este numeric egală cu aria diagramei și se aplică la centrul său de greutate. Dacă sarcina este distribuită pe o mică parte a suprafeței corpului, atunci ea este întotdeauna înlocuită cu o forță rezultantă, numită forță concentrată P (N, kN).
Există sarcini care pot fi reprezentate sub forma unui moment concentrat (pereche). Momentele M (Nm sau kNm) sunt de obicei desemnate într-unul din două moduri sau sub forma unui vector perpendicular pe planul de acțiune al perechii. Spre deosebire de vectorul forță, vectorul moment este reprezentat ca două săgeți sau o linie ondulată. Vectorul cuplului este de obicei considerat drept dreptaci.
Forțele care nu sunt rezultatul contactului a două corpuri, dar sunt aplicate în fiecare punct al volumului corpului ocupat (greutate proprie, forțe de inerție) se numesc forțe volumetrice sau de masă.
În funcție de natura aplicării forțelor în timp, se disting sarcinile statice și dinamice. O sarcină este considerată statică dacă crește relativ lent și lin (cel puțin peste câteva secunde) de la zero la valoarea sa finală și apoi rămâne neschimbată. În acest caz, putem neglija accelerațiile maselor deformate și, prin urmare, forțele de inerție.
Sarcinile dinamice sunt însoțite de accelerații semnificative atât ale corpului deformabil, cât și ale corpurilor care interacționează cu acesta. Forțele inerțiale care apar în acest caz nu pot fi neglijate. Sarcinile dinamice sunt împărțite de la sarcinile de impact aplicate instantaneu în cele recurente.
Sarcina aplicată instantaneu crește de la zero la maxim într-o fracțiune de secundă. Astfel de sarcini apar în timpul aprinderii amestec combustibilîn cilindrul motorului combustie interna, la pornirea unui tren.
O sarcină de impact se caracterizează prin faptul că în momentul aplicării ei, corpul care provoacă sarcina are o anumită energie cinetică. O astfel de încărcare are loc, de exemplu, la împingerea piloților cu ajutorul unui dispozitiv de șantier, în elementele unui ciocan de forjare.
Clasificarea Forțelor Externe (Încărcări) Rezistența Materialelor
Forțele externe în rezistența materialelor sunt împărțite în activȘi reactiv(reacții de conectare). Încărcături sunt forțe externe active.
Încărcări după metoda de aplicare
Prin metoda de aplicare încărcături Sunt voluminos(greutatea proprie, forțele de inerție) care acționează asupra fiecărui element infinitezimal al volumului și pe cele de suprafață. Sarcini de suprafață sunt împărțite în sarcini concentrateȘi sarcini distribuite.
Încărcături distribuite caracterizat prin presiune - raportul dintre forța care acționează asupra unui element de suprafață normal cu acesta față de zonă a acestui elementși sunt exprimate în Sistemul Internațional de Unități (SI) în pascali, megapascali (1 PA = 1 N/m2; 1 MPa = 106 Pa), etc., iar în sistemul tehnic - în kilograme de forță pe milimetru pătrat etc. . (kgf/mm2, kgf/cm2).
În materialele compromițătoare, acestea sunt adesea luate în considerare sarcini de suprafață, distribuite pe lungimea elementului structural. Asemenea sarcini sunt caracterizate prin intensitate, de obicei notată q și exprimată în newtoni pe metru (N/m, kN/m) sau în kilograme de forță pe metru (kgf/m, kgf/cm) etc.
Se încarcă în funcție de natura modificărilor în timp
Pe baza naturii modificărilor de-a lungul timpului, acestea se disting sarcini statice- creste lent de la zero la valoarea sa finala si apoi nu se modifica; Și sarcini dinamice provocând forțe de inerție mari.
Ipoteze de rezistență a materialului
Ipotezele Sopromat Sopromat
Atunci când se construiește o teorie de calcul pentru rezistență, rigiditate și stabilitate, se fac ipoteze legate de proprietățile materialelor și deformarea corpului.
Ipoteze legate de proprietățile materialelor
Să luăm în considerare mai întâi ipoteze legate de proprietățile materialelor:
ipoteza 1: materialul este considerat omogen (proprietățile sale fizice și mecanice sunt considerate aceleași în toate punctele;
ipoteza 2: materialul umple complet întregul volum al corpului, fără goluri (corpul este considerat ca un mediu continuu). Această ipoteză face posibilă utilizarea metodelor de calcul diferențial și integral atunci când se studiază starea de efort-deformare a unui corp, care necesită continuitatea funcției în fiecare punct al volumului corpului;
ipoteza 3: materialul este izotrop, adică proprietățile sale fizice și mecanice în fiecare punct sunt aceleași în toate direcțiile. Materiale anizotrope - ale căror proprietăți fizice și mecanice se modifică în funcție de direcție (de exemplu, lemn);
ipoteza 4: materialul este perfect elastic (după îndepărtarea sarcinii, toate deformațiile dispar complet).
Ipoteze de deformare
Acum să ne uităm la principal ipoteze legate de deformarea corpului.
ipoteza 1: deformarile sunt considerate mici. Din această ipoteză rezultă că la întocmirea ecuațiilor de echilibru, precum și la determinarea forțelor interne, este posibil să nu se țină cont de deformarea corpului. Această ipoteză este uneori numită principiul mărimii inițiale. De exemplu, să considerăm o tijă încorporată la un capăt într-un perete și încărcată la capătul liber cu o forță concentrată (Fig. 1.1).
Momentul în înglobare, determinat din ecuația de echilibru corespunzătoare folosind metoda mecanicii teoretice, este egal cu: . Totuși, poziția dreaptă a tijei nu este poziția sa de echilibru. Sub influența forței (P), tija se va îndoi, iar punctul de aplicare a sarcinii se va deplasa atât pe verticală, cât și pe orizontală. Dacă notăm ecuația de echilibru a tijei pentru starea deformată (îndoită), atunci momentul adevărat care apare în încastre va fi egal cu: . Presupunând că deformațiile sunt mici, credem că deplasarea (w) poate fi neglijată față de lungimea tijei (l), adică atunci . Ipoteza nu este posibilă pentru toate materialele.
ipoteza 2: mișcările punctelor corpului sunt proporționale cu sarcinile care provoacă aceste mișcări (corpul este deformabil liniar). Pentru structurile liniar deformabile este valabil principiul independenței acțiunii forțelor ( principiul suprapunerii): rezultatul acțiunii unui grup de forțe nu depinde de succesiunea de încărcare a structurii cu acestea și egal cu suma rezultatele acțiunii fiecăreia dintre aceste forțe separat. Acest principiu se bazează și pe presupunerea reversibilității proceselor de încărcare și descărcare.
După natura aplicației: concentrat și distribuit.
După durata acţiunilor în timp: variabilă şi constantă.
După natura acțiunii: static și dinamic.
Sarcini constante:
Greutatea unei părți a clădirilor și a structurilor, inclusiv greutatea structurilor portante și a structurilor de închidere;
Greutatea și presiunea solului, presiunea rocilor;
Impactul precomprimarii în structuri;
Sarcini sub tensiune: Greutatea pereților despărțitori temporari; Greutatea echipamentelor staționare: mașini, dispozitive; Încărcări pe etajele clădirilor rezidențiale și publice cu valori standard reduse; Încărcări pe podele rezidențiale din depozite, frigidere, hambare, arhive, biblioteci și clădiri și spații auxiliare; Încărcări de zăpadă cu o valoare de proiectare redusă;
Sarcini pe termen scurt : Sarcini pe etajele clădirilor rezidențiale și publice cu valori standard complete; Încărcări de zăpadă cu valoare totală de proiectare; Încărcături de la echipamente mobile de ridicare și transport (poduri și macarale, palanuri, încărcătoare); Încărcăturile apărute în timpul fabricării, transportului și construcției structurilor, în timpul instalării și relocarii echipamentelor, precum și încărcăturile din greutatea produselor și materialelor depozitate temporar în timpul construcției; Sarcini de la echipamente apărute în modurile de pornire, tranziție și testare; Sarcini de vant; Temperatură și influențe climatice;
Sarcini speciale: Impacturi seismice și explozive; Sarcini cauzate de o întrerupere bruscă a procesului tehnologic, defecțiune temporară sau defecțiune a echipamentelor; Impactul deformațiilor inegale, însoțite de modificări ale structurii solului;
Funcționarea stâlpilor comprimați central sub sarcină și condițiile prealabile pentru calculele capacității portante. Calculul coloanelor (racks) comprimate central.
Comprimat central sunt elemente a căror sarcină acționează asupra centrului de greutate al secțiunii (în coloanele cu secțiune transversală simetrică, se presupune că centrul de greutate al secțiunii coincide cu centrul geometric). Starea de efort-deformare a stâlpilor comprimați central și natura distrugerii acestora depind de mulți factori: material, dimensiunea și forma secțiunii transversale, lungimea, metodele de asigurare a capetelor. În timpul îndoirii longitudinale sau transversale, distrugerea elementului are loc deoarece tensiunile din fibrele sale cele mai exterioare ating valori extreme, iar materialul se prăbușește. Toate elementele comprimate sunt supuse unei îndoiri longitudinale într-un grad sau altul; manifestarea acesteia depinde de flexibilitatea lor și de materialul din care este realizat elementul comprimat. Stâlpii din oțel și lemn tind să aibă dimensiuni mici în secțiune transversală și sunt mai flexibili, în timp ce stâlpii din beton armat și din zidărie tind să aibă dimensiuni transversale mai mari și, prin urmare, sunt mai puțin flexibili. Standardele iau în considerare valorile sigure ale îndoirii longitudinale - aceasta este baza pentru calculul coloanelor.
Calcul:
Alege schema de proiectare coloane;
Folosind SNiP sau o carte de referință, găsim rezistența de proiectare: R y = 24,5 KN
Găsiți aria secțiunii transversale: A
Determinați coeficientul de flambaj
Determinați lungimea de proiectare a tijei: L ef = µ*L 0
Pe baza sortimentului, determinăm momentele de inerție ale secțiunii față de axele centrale principale: J x, cm 4; Jy, cm 4
Găsim raza minima inerție: i min = √ J min / √A
Să se determine flexibilitatea tijei: λ = μ * L 0 / i min
Coeficientul de flambaj (φ) se determină în funcție de flexibilitate;
Capacitatea portantă este determinată de valoarea admisă a forței de compresiune.
Statisticîncărcăturile nu se modifică în timp sau se modifică foarte lent. Când sunt supuse sarcinilor statistice, se efectuează calcule de rezistență.
Re-variabileîncărcăturile modifică în mod repetat valoarea sau valoarea și semnul. Acțiunea unor astfel de sarcini provoacă oboseală metalică.
Dinamic sarcinile își schimbă valoarea într-o perioadă scurtă de timp, produc accelerații mari și forțe de inerție și pot duce la distrugerea bruscă a structurii.
Din mecanica teoretică se știe că, în funcție de metoda de aplicare a sarcinilor, pot exista concentrat sau distribuite la suprafață.
În realitate, transferul de sarcină între părți are loc nu într-un punct, ci într-o anumită zonă, adică sarcina este distribuită.
Totuși, dacă aria de contact este neglijabil de mică în comparație cu dimensiunile piesei, forța este considerată concentrată.
La calcularea corpurilor reale deformabile în rezistența materialelor, nu este necesară înlocuirea sarcinii distribuite cu una concentrată.
Axiomele mecanicii teoretice în rezistența materialelor sunt utilizate într-o măsură limitată.
Nu puteți transfera o pereche de forțe într-un alt punct al unei piese, nu puteți muta o forță concentrată de-a lungul liniei de acțiune și nu puteți înlocui un sistem de forțe cu o rezultantă atunci când determinați deplasările. Toate cele de mai sus modifică distribuția forțelor interne în structură.
În timpul construcției și exploatării, clădirea suferă diferite sarcini. Influențe externe poate fi împărțit în două tipuri: putereȘi non-forță sau influențe ale mediului.
LA puternic impacturile includ tipuri diferiteîncărcături:
permanent– din greutatea proprie (masa) elementelor de construcție, presiunea solului asupra elementelor sale subterane;
temporar (pe termen lung)– din greutatea echipamentelor staționare, încărcăturii depozitate pe termen lung, greutatea proprie a elementelor permanente de construcție (de exemplu, pereții despărțitori);
Pe termen scurt– din greutatea (masa) echipamentelor mobile (de exemplu, macarale în clădiri industriale), oameni, mobilă, zăpadă, vânt;
special– din impacturi seismice, impacturi rezultate din defecțiuni ale echipamentelor etc.
LA neputincios raporta:
efectele temperaturii, provocând modificări ale dimensiunilor liniare ale materialelor și structurilor, ceea ce la rândul său duce la apariția efectelor de forță, precum și afectarea condițiilor termice ale încăperii;
expunerea la umiditatea atmosferică și a solului, și umiditate vaporoasă conținute în atmosferă și aerul din interior, determinând modificarea proprietăților materialelor din care sunt realizate structurile clădirii;
mișcarea aerului provocând nu numai sarcini (cu vânt), ci și pătrunderea acestuia în structură și incinte, modificându-le umiditatea și condițiile termice;
expunerea la energie radiantă soarele (radiația solară) provocând, ca urmare a încălzirii locale, modificarea proprietăților fizice și tehnice ale straturilor de suprafață ale materialelor, structurilor, modificări ale condițiilor luminoase și termice ale incintei;
expunerea la impurități chimice agresive conținut în aer, care în prezența umidității poate duce la distrugerea materialului structurilor de construcție (fenomenul de coroziune);
efecte biologice cauzate de microorganisme sau insecte, ducând la distrugerea structurilor din organic materiale de construcții;
expunerea la energia sonoră(zgomot) și vibrații de la surse din interiorul sau din exteriorul clădirii.
Acolo unde se aplică efortul încărcături sunt împărțite în concentrat(de exemplu, greutatea echipamentului) și distribuite uniform(greutate proprie, zăpadă).
În funcție de natura încărcăturii, acestea pot fi static, adică constantă ca mărime în timp şi dinamic(tobe).
În direcție - orizontală (presiunea vântului) și verticală (greutatea proprie).
Acea. o clădire este supusă unei varietăți de sarcini în ceea ce privește mărimea, direcția, natura acțiunii și locația aplicării.
Orez. 2.3. Încărcări și impacturi asupra clădirii.
Poate exista o combinație de sarcini în care toate vor acționa în aceeași direcție, întărindu-se reciproc. Aceste combinații nefavorabile de sarcini sunt pe care structurile clădirilor sunt proiectate să le reziste. Valorile standard ale tuturor forțelor care acționează asupra clădirii sunt date în DBN sau SNiP.
5. Elemente din oțel tensionate central: schema de funcționare, aplicare, calcul rezistență
Elemente întinse central- sunt elemente in sectiunea normala a caror punct de aplicare a fortei de tractiune longitudinala N coincide cu punctul de aplicare a forţelor rezultante în armătura longitudinală.
Elementele întinse central includ stringeri de arc, coarde inferioare și bretele în jos ale fermelor și alte elemente (Fig. 51).
Elementele tensionate central sunt proiectate, de regulă, pentru a fi precomprimate.
Principii de bază pentru proiectarea elementelor tensionate central:
Armatura de lucru a tijei fara pretensionare se leaga pe lungimea sa prin sudare;
Îmbinările prin suprapunere fără sudură sunt permise numai în structurile de plăci și pereți;
Armatura precomprimata la tractiune in elemente liniare nu trebuie sa aiba imbinari;
În secțiune transversală, armătura precomprimată este plasată simetric (pentru a evita comprimarea excentrică a elementului);
Elemente întinse excentric- acestea sunt elemente care sunt întinse simultan prin forța longitudinală Nși se îndoaie cu o clipă M, care este echivalent cu întinderea excentrică prin forță N cu excentricitate e o raportat la axa longitudinală a elementului. În acest caz, se disting două cazuri: când forța de tracțiune longitudinală N aplicate între forțele rezultante în armătura de tracțiune și compresie și poziția când forța este aplicată dincolo de o distanță dată.
Elementele întinse excentric includ coardele inferioare ale fermelor contravântuite și alte structuri.