рять требованиям прочности при воздействии наибольших, возможных в условиях эксплуатации, нагрузок. Если для металлических корпусных деталей расчет на прочность не является обязательным (кроме сильно нагруженных деталей), а в ряде случаев прочность автоматически удовлетворяется расчетом на жесткость (малонагруженные станины металлорежущих станков, плиты и т. п.), то в железобетонных деталях напряжения могут вызвать появление трещин в растянутой зоне вследствие низкого сопротивления бетона на растяжение. Поэтому необходимые размеры сечений железобетонных элементов всегда назначаются по условиям прочности от статической нагрузки.

При воздействии динамических многократноловторных нагрузок возможны усталостные разрушения, поэтому железобетонные элементы деталей надо рассчитывать в этом случае по пределу выносливости бетона и арматуры. Расчет на выносливость дополняет, но не заменяет расчета на прочность. Размеры сечений элементов выбирают по наиболее неблагоприятным данным, полученным из расчета на прочность и выносливость.

При расчете несущих элементов машин малой динамичности (большинство металлорежущих станков) динамические нагрузки можно не учитывать [42 ]. Для машин средней и большой динамичности расчет конструкций на прочность и выносливость производится с учетом коэффициента динамичности.

Надежность и точность работы машин зависят не только от общей прочности и жесткости несущих деталей, но также и от прочности и жесткости крепления закладных металлических деталей в железобетоне. Поэтому такой расчет является важным и необходимым. Способы расчета прочности и жесткости анкеровки металлических закладных деталей в бетоне при различных силовых воздействиях разрабатывают на основе экспериментальных исследований, с учетом многочисленных факторов, влияющих на работу анкеровки деталей.

Разработка общей методики расчета железобетонных базовых деталей машин встречает ряд трудностей из-за: принятого в машиностроении чисто индивидуального подхода к проектированию деталей; отсутствия нормативного материала по расчету (лимитирующие деформации, коэффициенты условий эксплуатации, коэффициенты перегрузки и т. п.); сложности статического расчета в связи со сложностью форм. Для решения этих вопросов требуются широкие теоретические, экспериментальные и статистические исследования.

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

Выбор методов расчета. Для расчета строительных железобетонных конструкций?в СССР в настоящее время принят прогрессивный и эффективный метод расчета по предельным состояниям, который приводит к более экономичным конструкциям,

Применение железобетона в машиностроении вызывает необходимость учитывать ряд особенностей, присущих деталям машин.

Так, например, для большинства железобетонных деталей машин и станков трещины в растянутой зоне недопустимы.

Если в конструкции появляются трещины, то полное сечение бетона будет ими ослаблено. По мере раскрытия трещин момент инерции сечения уменьшается, следовательно, прогиб будет нарастать. Таким образом, сечение с трещинами имеет меньший момент инерции, а следовательно, меньшую жесткость и большие прогибы. Это неблагоприятно сказывается на работе деталей машин, критерием работоспособности которых является жесткость.

Трещины нарушают сцепление арматуры с бетоном, а также способствуют коррозии арматуры и бетона вследствие свободного доступа через них влаги и агрессивных сред (масел, эмульсий и т. п.). Трещины понижают жесткость и долговечность железобетонных конструкций.

Размеры элементов базовых деталей машин предопределяются условиями жесткости, длительного сохранения высокой точности геометрических размеров. В большинстве машин нельзя допускать, чтобы отдельные детали имели остаточные деформации и работали за пределами упругости [26]. В процессе эксплуатации деформации деталей всегда упругие. В противном случае при остаточных деформациях машины фактически вышли бы из строя. Отсюда следует, что элементы железобетонных базовых деталей машин работают обычно в I (упругой) стадии, с напряжениями в сечениях, не превышающими определенных величин допускаемых напряжений. Поэтому наиболее приемлемым для расчета элементов железобетонных деталей машин является расчет по упругой стадии, по формулам сопротивления материалов с учетом свойств железобетона [15, 32, 37].

Если в сечениях элементов железобетонных деталей машин возникают растягивающие напряжения, не превосходящие допускаемых, они легко воспринимаются обычным железобетоном.

Силовые же рамы и другие сильно растянутые и изгибаемые элементы необходимо изготавливать из предварительно напряженного железобетона.

Использование для железобетонных деталей машин высокопрочных однородных бетонов высокого качества дает возможность учитывать его работу на растяжение до величин допускаемых напряжений.

В настоящей главе рассматриваются вопросы статической прочности элементов деталей машин из обычного железобетона.

Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса. Выбор допускаемых напряжений является очень важным и наиболее ответственным этапом в расчетах деталей машин на прочность. В практике расчетов "деталей на прочность известно несколько 2 а. и. Дрыга 1] 7

методов выбора допускаемых напряжений. Для расчета на прочность железобетонных деталей машин, учитывая ответственность их, целесообразно воспользоваться наиболее современным и прогрессивным методом - дифференциальным или методом частных коэффициентов [22].

В общем случае формула для расчета допускаемых напряжений имеет вид

предельные напряжения

допускаемые напряжения = ~---.

запас прочности

Прочность деталей характеризуется предельными напряжениями. При статическом нагружении деталей для хрупких материалов (чугун, твердые стали, бетон) характеристикой прочности является предел прочности, для пластичных (мягкие стали)- предел текучести. Пределы прочности бетона для основных видов

напряженного состояния (призменная прочность Rnp, сжатие при изгибе Ru, растяжение 7?) определяются в зависимости от марки бетона (см. табл. 1). Для горячекатаной арматуры, контролируемой характеристикой прочности, является браковочный минимум предела текучести, для холоднообработанной арматуры - браковочный минимум предела прочности. В табл. 4 [40] приведены нормативные сопротивления Ra (браковочные минимумы пределов прочности и текучести) арматуры всех классов.

Выбор коэффициента запаса прочности в основном зависит от наличия концентраторов напряжений, однородности материала детали, степени ответственности детали, точности расчета и характера нагрузок.

Концентрация напряжений. В местах острых углов, отверстий, подрезов, неплавных сопряжений и т. д. при нагружении детали возникают местные повышенные напряжения, называемые «концентрацией напряжений».

При статическом нагружении концентрацию напряжений в железобетоне можно не учитывать.

Концентрация напряжений опасна при динамическом нагружении деталей, но и здесь наблюдается сглаживание напряжений за счет пластической податливости материала. В этом случае в расчет вводят действительные коэффициенты концентрации напряжений k„ и k., которые определяются экспериментально.

Однородность материала деталей. Прочность материалов обладает изменчивостью. При испытании образцов одной и той же партии материала наблюдается естественный разброс. Изменчивость прочности зависит от характера самого материала и совершенства технологического процесса его изготовления и устанавливается опытным путем на основании многочисленных наблюдений.

Путем испытания партии образцов получают среднее значение прочности материала R. 18

ix -I

« g

е- Z 3 g

i = g =

t- s 5

&§

% a baiqderd эггэои эинэнноЬЛ эончггэхиэонхо

-ohhodu irabado

(otf и

io kh a iqdxsw

h ra as о

о Jra bl-co

3 о.

о о о ю

00 с»

о о

с»

о о о о о о

о I о

> о о о

> о о о

го со ю 00 00

о «ю oi li) j)

<<; « « Ш

к R

? 15 CO о

S о "5 -

о oe-fc s X о 5

8 g m о

OJ ra

d. о

S X

о g о 5 ci. 5

§ s

о m о a. с

о. . к

g§

j3 т

о) а

1°

d.S с м н а> с4

Щ о.

ii з

о s щ

s s cq

£ tJ s

cg x 01 n «

§"S

t, ш к

S ffl ffl ce ffl Д

и 5 3 " к „

« s £ и 3j ao. gee

11 ml

ч . i и о s

* я я с • s a s q a>

l; >>e я a 5

£й5

... ra „ s л ja Щ и s = &

•s о - ce S я д

= h So " 0.0 C<n "fw*

о s

Пониженная прочность принимается за возможный предел снижения прочности материала (бетона и арматуры) в практических условиях. Учитывая, что при расчете по допускаемым напряжениям применяется общий коэффициент запаса, состоящий из ряда частных, вводится коэффициент изменчивости механических свойств материалов k по величине, обратный коэффициенту однородности k°6 и kl, принятому в СН и П*.

Коэффициент изменчивости механических свойств материала

А mm

Рекомендуется принимать коэффициенты изменчивости свойств материала, полученные на основании практики эксплуатации железобетонных конструкций, а также статистических данных контрольных испытаний [37].

Для высокопрочных бетонов марок 300-700 сжатие осевое и при изгибе йз" = 1,70; растяжение, срез, скалывание k = 2,0.

Для арматуры из горячекатаной стали класса А-I (марок Ст. О и Ст. 3), а также для арматуры из Ст. О и Ст. 3, подвергнутой

силовой калибровке, fe = 1Л-

Для арматуры из горячекатаной стали периодического профиля

класса А-И и A-III (Ст. 5 и 25Г2С) К, = 1,2.

Для холодносплющенной арматуры периодического профиля и для арматуры из холоднотянутой проволоки = 1,25.

Довольно низкие коэффициенты изменчивости механических свойств для арматуры объясняются тем, что они назначены по отношению к браковочному минимуму прочностных характеристик, а не к средним характеристикам.

Степень ответственности детали. Степень опасности разрушения детали оценивается коэффициентом ответственности детали km, который назначается в каждом конкретном случае [22]. Рекомендуется принимать следующие величины коэффициента ответственности деталей, когда выход из строя детали:

не вызывает остановки машины fe, = 1;

вызывает остановку машины feo„ = 1,11,2;

вызывает аварию = 1,2-1,3.

Точность расчета. Расчет железобетонных базовых деталей машин со сложными расчетными схемами, сечениями и характером загружения требует многих допущений и упрощений. Относительная точность расчета в связи с упрощением схем загружения деталей, упрощенным пониманием условий работы детали, усреднением расчетных данных и т. п. оценивается коэффициентом точно-

* Коэффициент =

зования в формуле (2). 20

принят для удобства его исполь-

сти расчета „ Ориентировочно можнб принимать k„ „ = = 1,11,3 [22].

Характер нагрузок. Вводимые в расчетные формулы нагрузки назначаются на основании экспериментально-теоретических и статистических данных о работе деталей.

Действующие на детали внешние нагрузки можно подразделять на нормативные и расчетные. За нормативные принимают •максимальные нагрузки, соответствующие нормальным условиям эксплуатации машин. За расчетные принимают наибольшие нагрузки, возможные в условиях эксплуатации, вследствие случайных перегрузок.

Превышение расчетной нагрузки по сравнению с нормативной оценивается коэффициентами перегрузки которые устанавливают на основании опыта проектирования, эксплуатации машин и статистической обработки результатов длительных наблюдений.

Аналогично частными коэффициентами можно оценивать и другие факторы, влияющие на выбор прочности в каждом конкретном случае.

Произведение частных коэффициентов называют коэффициентом запаса прочности материала детали:

- изотт. рП1 (2)

тогда допускаемые напряжения равны

предел прочности

Необходимо отметить, что допускаемые напряжения для бетона не должны превышать предела упругой работы бетонов, который в 2,5-3,5 раза ниже марочной (кубиковой) прочности или 0,ARnp. При таких напряжениях модули упругости на сжатие и растяжение приближенно можно считать постоянными и равными начальному модулю упругости Eg.

При напряжениях, превышающих указанные пределы, модули упругости снижаются из-за появления пластических деформаций, и в элементах возникают остаточные деформации.

Для железобетонных элементов характерно, что коэффициенты запаса прочности сжатого бетона (feg. £)> растянутого бетона ih.yi и для арматуры [k) будут иметь различные значения.

Осевое сжатие. К центрально-сжатым элементам относятся стойки, штампы и т. п. По конструкции железобетонные стойки можно разделить на следующие основные типы: стойки с гибкой продольной арматурой и хомутами; стойки с косвенной арматурой в виде спиралей или сварных колец, т. е. бетон в обойме и стойки с жесткой арматурой.

При расчете основываются на следующих допущениях: напряжения сжатия распределяются равномерно по всему сечению; вследствие надежного сцепления арматуры с бетоном железобетонный стержень будет работать как одно целое и деформации