Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени Гагарина Ю.А.

Кафедра: Теория сооружений и строительные конструкции (ТСК)

Контрольная работа

на тему:

Примеры применения балок, предварительно напряженных затяжками по шифру 120607

 

 

Выполнил: ст-т группы ПГСипу61

Апухтин Д.А.

Проверил: прф. кафедры ТСК

Иноземцев В. К.

Дата защиты 14.10.2015

 

 

Саратов 2015 г.

 

Содержание

 

 

Исходные данные 1. 3

1.1. Примеры применения балок, предварительно напряженных затяжками. 3

1.2. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям. 5

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 9

Исходные данные 1

Выполнение контрольной работы производится по заданным исходным данным.

1.1. Примеры применения балок, предварительно напряженных затяжками.

1.2. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

1.1. Примеры применения балок, предварительно напряженных затяжками.

Балки, предварительно напря­женные затяжками, вначале использовались в пролет­ных строениях автодорожных мостов. На рис. 1 пока­зана одна из первых конструкций автодорожного моста с предварительно напряженными главными балками (ФРГ).

 

 

Рис.1 Автодорожный мост вблизи Лауффена с предварительно напряженными балками

 

 

Затяжки из четырех ветвей (в каждой по 52 прово­локи диаметром 5,3 мм) с пределом прочности 1,6 кН/мм² размещались по всей длине нижнего пояса. Каждая балка напрягалась усилием 3100 кН. Для защиты от коррозии замкнутые полости в нижних поясах балок за­полнялись асфальтом. Затяжки заанкеровали в торцах балок. Натяжение затяжек снизило максимальное на­пряжение в верхнем поясе с 178 до 128 МПа, а в нижнем поясе с 385 до 150МПа.

В неразрезном трехпролетном мосту вблизи г. Монтабара (ФРГ) с главными балками постоянной высоты предварительное напряжение осуществлялось непрерыв­ными криволинейными затяжками (рис. 2). В соот­ветствии с эпюрой моментов в пролете затяжки распола­гались вблизи нижнего пояса, а у опор перемещались на верхний пояс.

 

 

Рис.2 Неразрезной балочный мост вблизи Монтабара, с предварительно напряженными затяжками

а - поперечное сечение

б - общий вид

в – размещение затяжки по высоте балки

 

 

Затяжки размещались в открытых на­правляющих желобах с внутренней стороны балок и за­креплялись к торцам балок на середине их высоты. Каж­даязатяжка напрягалась усилием 1220 кН.

В СССР построено два крупных моста (через р. Томь у Новокузнецка и р. Дон у Ростова-на-Дону) с пятипролетными неразрезными главными балками, близкими по своей конструкции и схеме предварительного напряже­ния (рис. 3). Главные балки спроектированы с криволинейным нижним поясом, уменьшающим высоту ба­лок в пролете и увеличивающим (до 6,6 м) на опоре.

Рис.3 Пятипролетный мост с предварительно напряженными главными балками

а – общий вид

б – размещение затяжек над средними опорами

1-13 – места закрепления затяжек

 

Такое очертание балок сосредоточивало на опорах боль­шие отрицательные изгибающие моменты, которые вос­принимались опорными сечениями балок, предваритель­но напряженными затяжками. Затяжки из пучков высо­копрочной проволоки размещались над опорами внахлестку. Над опорами моста через р. Томь разме­щалось восемь петлевидных пучков; каждый пучок имел 125 проволок диаметром 3 мм с пределом прочности 190 кН/см². Предварительное напряжение позволило сэкономить около 10 % стали.

Предварительное напряжение применяется и в под­крановых конструкциях. В СССР разработаны разрез­ные подкрановые балки с затяжками пролетом 12 и 18 м для кранов со средним режимом работы грузоподъемно­стью 50/10 и 30/5 т (рис. 4). Сечение балок принима­лось в виде сварного несимметричного двутавра. Затяж­ки выполнялись из пучков высокопрочной проволоки со стаканными анкерами по концам. Предварительное на­пряжение позволяет облегчить массу подкрановых балок на 10—18%. Эффективность применения предваритель­ного напряжения возрастет с увеличением пролета.

 

 

Рис.4 Подкрановая балка под два крана грузоподъемностью 50/10 т.

Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

Блок основных требований, предъявляемых к металлическим конструкциям, представлен на рис. 5. Большинству требованиям строительные конструкции должны соответствовать на стадиях проектирования, изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Главное требование, не только к металлическим конструкциям, – это соответствие эксплуатационному назначению, т.е. обслуживанию того технологического процесса, который должен протекать в проектируемом здании или сооружении. При этом должны быть обеспечены удобство и безопасность с наименьшими затратами для поддержания конструкций в надежном состоянии. Это требование в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него, Выполнению этого требования подчинены все задачи проектирования.

Технические требования сводятся к обеспечению прочности, устойчивости, жесткости. Эти требования определяются СНиП на проектирование металлоконструкций. юда же относится и требование надежности, которое заключается в том, что конструкция должна безотказно работать в течение заданного расчетного периода эксплуатации, и долговечности конструкции, определяемой сроками ее физического и морального износа.

 

Рис. 5. Основные требования к металлическим конструкциям

Физический износ металлических конструкций связан с коррозией и с накоплением других эксплуатационных повреждений. Моральный – с изменением требований и условий эксплуатации (реконструкция производства, модернизация оборудования, изменение санитарных норм и т.п.).

Экономичность определяется затратами на металл и другие материалы, необходимые для изготовления конструкций, стоимостью изготовления, транспортирования и монтажа.

Экономия металла – одно из важнейших требований при проектировании металлических конструкций, так как стоимость металла составляет более половины стоимости конструкций. К тому же сталь является дифицитным материалом, широко применяемым в других областях промышленности.

Экономия металла достигается на основе реализации следующих основных направлений: совершенствование применяемых в строительстве металлоконструкций (практикой наработано большое количество различных видов конструкций); создание и внедрение в строительстве современных эффективных конструктивных форм и систем (пространственные, предварительно напряженные, висячие, структурные и т.п.); совершенствование методов расчета и изыскание оптимальных конструктивных решений с использованием электронно-вычислительной техники.

Совершенствование существующих конструкций, в первую очередь, обеспечивается применением сталей повышенной и высокой прочности, использованием наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей.

Стали повышенной и высокой прочности получают путем легирования и термической обработки, что увеличивает их стоимость. Однако увеличение стоимости отстает от роста прочности металла.

В растянутых элементах и системах повышение прочности реализуется прямым путем (чем выше прочность, тем меньше размеры сечения элемента, воспринимающего одно и то же усилие): требуемая площадь A = N / R_y.

Для сжатых элементов, для которых основным предельным состояниям является потеря устойчивости, повышение прочности стали вступает в противоречие с гибкостью элемента: требуемая площадь A = N /(φR_y).

При увеличении прочности размеры сечения элемента A, воспринимающие усилие N, должны уменьшаться, и, как следствие, уменьшаться радиус инерции i. При этом гибкость λ = l_ef / i увеличивается, а коэффициент продольного изгиба φ, принимаемый по гибкости, уменьшается, что, в свою очередь, приводит к увеличению требуемой площади сечения.

Наибольший эффект от применения высокопрочных сталей может быть получен в сжатых элементах с ограниченной гибкостью до 50 – 60. Особенно целесообразно применение этих сталей в большепролетных и тяжелонагруженных конструкциях, так как для восприятия больших усилий требуются сечения элементов значительных размеров, обладающих большой жесткостью.

Следует отметить, что снижение веса конструкций косвенно сказывается на уменьшении размеров нижерасположенных конструкций (стены, колонны, фундаменты и т.п.), воспринимающих нагрузку от собственного веса, а также при транспортировании и монтаже наиболее легких конструкций.

Мерой эффективности профиля для изгибаемых элементов является ядровое расстояние , а для сжатых – удельный радиус инерции .

Чем выше характеристики момента сопротивления W и радиуса инерции i при одинаковом расходе металла (площадь сечения A одинакова для всех сечений), тем выгоднее сечение балки как конструкции, работающей на изгиб, а колонны, работающей на сжатие.

Для получения высоких характеристик ρ и i материал по сечению необходимо располагать на максимальном удалении от центра тяжести (табл.1.1).

Наиболее эффективным сечением для балок, изгибаемых в одной плоскости (относительно x-x) является двутавровое сечение, а для элементов, работающих на осевое сжатие, – трубы круглого, квадратного и прямоугольного сечений.

Одним из видов эффективных гнутых профилей в кровлях применяяется профилированный настил, обладающий значительной поперечной жесткостью, в то же время у стального листа толщиной до 1 мм, из которого выполнен настил, жесткость для работы на поперечный изгиб практически отсутствует.

 

 

Таблица 1.1