Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

При наличии в элементе дополнительной продольной арматуры с сечением стержня /„, при расстоянии между стержнями а, сечение стержня будет

(34)

Особенности расчета составных сечений. Составные сечения состоят из нескольких материалов. Так, в железобетонных деталях машин применяют железобетонные элементы, в сечении которых значительную роль занимают металлические детали, распространяющиеся на часть или полную длину элементов.

Ряд исследований (экспериментальных и теоретических) доказывают возможность осуществления прочного и жесткого сопряжения таких металлических деталей с бетоном при соответствующей их анкеровке.

При расчете элементов железобетонных деталей в упругой стадии на изгиб, центральное и внецентренное сжатие и растяжение можно считать совместную работу металлических закладных деталей с бетоном обеспеченной.

Приведенный выше метод расчета железобетонных элементов на прочность по упругой стадии (классическая теория) вполне пригоден для расчетов составных сечений железобетонных элементов. Площадь сечения металла заменяют п-кратной площадью бетона п = -0 и в расчетные формулы добавляют элементы,

содержащие сечение металла закладных деталей.

Приводить подробный расчет таких сечений нет смысла, так как он аналогичен уже рассмотренному методу расчета.

Некоторые особенности приобретает расчет составных сечений при изгибе железобетонных элементов, в которых основная масса металла сосредоточена в сжатой зоне.

Концентрация металла в сжатой зоне железобетонных изгибаемых элементов ухудшает работу растянутой зоны бетона, так как нейтральная ось резко поднимается к сжатой грани сечения, вовлекая тем самым большую часть бетона в растянутую зону. Для уравновешивания больших площадей металла сжатой зоны требуется значительное количество арматурной стали, располагаемой в растянутой зоне (при условии сохранения положения нейтральной оси).

РАСЧЕТ НА ЖЕСТКОСТЬ

Основным критерием работоспособности большинства базовых

деталей машин является их жесткость, поэтому расчет на жесткость

для таких деталей является определяющим.

Расчет и оценка жесткости деталей может производиться: 1. По условной жесткости - перемещению точки приложения

нагрузки при действии условной сосредоточенной силы. Такую

характеристику жесткости можно использовать для сравнительной оценки жесткости рассматриваемой детали в сравнении с деталью, зарекомендовавшей себя в работе. При этом производится сопоставление смещений в направлениях, непосредственно влияющих на качество и точность изготовления или Точность установки узлов и деталей машин. Показателем жесткости принимают величину

/ = ~ кГ/мм, (35)

где Р - действующая сила;

/ - деформация по направлению действия силы. 2. По геометрической жесткости сечения. На жесткость при изгибе влияют: модуль упругости £, форма поперечного сечения детали, момент инерции приведенного сечения /„р и кривизну

оси элемента. Большое значение имеет форма поперечного сечения, так как выбором формы элемента можно увеличить моменты инерции. В железобетонных станинах заполнением внутренних пустот достигается значительное увеличение площади поперечного сечения, а следовательно, момента инерции и жесткости сечения в целом. Внешние габаритные размеры при этом остаются прежними. Показателем жесткости сечения при изгибе служит величина

В = £/„р = Mq, (36)

где Q - радиус кривизны.

Жесткость при кручении характеризуется величиной

(37)

где Мкр - крутящий момент;

Ф - угол закручивания на единицу длины. 3. По допустимым деформациям, установленным стандартами, которые предопределяются потребной точностью изготовления изделий, точностью установки узлов и деталей машин, требованиями прямолинейности и устойчивости рабочей поверхности деталей. Так, для сверлильных станков критерием жесткости является перпендикулярность оси сверла и стола, для токарных - отжим резца, для резьбонакатных - разжим станины, для станин клетей прокатных станов - разжим станины по направлению усилия прокатки и т. д. Особенно высокая жесткость требуется для базовых деталей металлорежущихстанков, которые должны обеспечивать максимальную частоту собственных колебаний и минимальную резонансную амплитуду. Железобетонная станина должна обладать такой жесткостью, при которой ее деформации, при действии наибольших усилий во время работы станка, не выходят за пределы допусков на неточность обработки. При этом



необходимо учесть, что в балансе упругих перемещений, приведенных к инструменту, в станках с вращательным главным движением со шпинделями, несущими поперечную нагрузку, доля станины и корпусных деталей вместе с направляющими прямолинейного движения достигает 50%, а в станках с поступательным главным движением, в которых шпиндель отсутствует, - 90% и более [16].

Повышенная деформативность станин клетей тонколистовых прокатных станов горячей и холодной прокатки сказывается на величине допусков по толщине прокатываемых листов. В частности, толщина прокатываемого листа будет больше предусмотренной. В данном случае необходимо обеспечить достаточную жесткость станин клетей. Для станов холодной прокатки общие деформации станины не должны превышать 0,2-0,3 мм, а для станов «Кадрто» горячей прокатки 0,5--0,7 мм [18].

При определении деформаций железобетонных деталей необходимо учитывать деформации основного материала (собственные деформации) и местные, контактные деформации.

Собственные деформации железобетонных элементов могут быть определены в упругой стадии, так же как и для сплошного тела, с учетом работы растянутого бетона по известным формулам сопротивления материалов. При этом в расчет вводят приведенные поперечные сечения с учетом арматуры. Расчет на местную жесткость производится специальными методами (контактная задача, жесткость анкеровки и т. п.). Иногда теоретические методы расчета деталей очень сложны и их приходится базировать на данных экспериментов.

РАСЧЕТ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

Расчет на выносливость при переменных нагрузках. Одной из предпосылок для расчета железобетонных деталей на выносливость является гипотеза о плоских сечениях. Влияние бетона растянутой зоны на деформации арматуры не учитывается. При расчете на выносливость принимают во внимание нормативные нагрузки, которые соответствуют нормальным условиям эксплуатации. Размеры сечений конструкций принимают наибольшими, полученными из расчета на прочность или выносливость, поэтому расчет на выносливость не заменяет расчета на прочность.

Метод расчета на выносливость основан на использовании формул теории упругого тела. Изменение напряженного состояния в железобетонных деталях под воздействием переменных нагрузок учитывают путем введения пониженной величины модуля деформаций бетона Еб, отражающего процесс нарастания остаточных деформаций в бетоне. Величину модуля Eg непосредственно в расчет не вводят, а вводится коэффициент приведения п, равный -~,

Проектная марка бетона......Ш 300 400 500- 800

Значение коэффициента....... 25 20 15 10

Расчет элементов железобетонных деталей на выносливость сводится к определению напряжений в бетоне и арматуре и сравнению и5с с соответствующими расчетными сопротивлениями на выносливость. Расчет элементов железобетонных деталей машин на выносливость производится по принятой методике.

Расчет на удар. Динамичность нагрузок на практике учитывают с помощью динамического коэффициента kg. Чтобы получить максимальное значение динамического усилия, динамическую нагрузку заменяют статической, а найденное от нее усилие или перемещение умножается на динамический коэффициент.

So = Skg. (38)

Коэффициент kg зависит от вида динамической нагрузки, схемы, массы, жесткости конструкции и от ряда других факторов. Обычно его определяют аналитически.

При ударе падающего груза по упругому материалу, точки, по которым происходит удар, приобретают некоторую скорость движения. Однако для развития деформаций всего материала требуется время, которое может оказаться большим, чем продолжительность удара. Поэтому обычно производится условный расчет на удар, по которому определяют внутренние силы и перемещения, возникающие после удара. Таким образом, определяют наибольшее перемещение точек, по которым наносится удар,. Зная перемещения, можно решить задачу напряженного состояния материала.

Существует ряд предложений по расчету железобетонных конструкций на удар, но только при действии единичного удара. Действие многократного удара на материалы пока не изучено. Рассмотрим метод расчета железобетонных элементов при действии единичного удара.

В качестве критерия сопротивляемости железобетонной конструкции действию ударной нагрузки некоторые авторы рекомендуют принимать статическую прочность. Одним из предложений по расчету железобетонных конструкций на ударную нагрузку является расчет по «классической теории» железобетона. Сила удара не должна вызывать пластических деформаций конструкции. Так как железобетон состоит из двух материалов с различными модулями упругости, то, чтобы применить формулу сопротивления материалов, сечение железобетонного элемента приводят к фиктивному (приведенному) сечению с единым модулем упруго-

На основании формул сопротивления материалов определяем реакцию системы Pg, называемую динамической силой, на действие упавшего груза. От удара система получает деформацию



ба = Рэкв- С, которая равна 6 = b,ks, где Р,,, - статически приложенная в точке соударная сила, эквивалентная по своему действию удару; С - коэффициент пропорциональности, называемой жесткостью, который равен С = . где / - высота элемента. Сила Р выражается формулой

P..s = Qko, (39)

где Q - вес падающего груза.

Динамический коэффициент kg в случае продольного сжимающего удара выражается формулой

где Я - высота падения груза;

деформация элемента от статического приложения груза Q. Напряжение при ударе

< [Об.с],

(41)

Рде J - допускаемое напряжение на сжатие для бетона; f приведенная площадь сечения элемента. Приведенный расчет не учитывает усталостной прочности бетона и арматуры при действии большого количества циклов удара.

Коэффициент kg в данном случае определен без учета массы элемента и ударяющего тела.

Определение силы удара, вызывающего изгиб железобетонного элемента, производится по формуле (39).

При расчете изгибаемых элементов kg определяют с учетом массы груза и массы элемента;

17 mi

(42)

35 тг

/Па - масса падающего груза; т, - полная масса элемента;

mi - приведенная масса балки.

Напряжения в бетоне и арматуре изгибаемого железобетонного элемента от действия силы Р,, определяют по тем же формулам, что и при статическом воздействии нагрузки. 32

РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В деталях, работающих на осевое или внецентренное растяжение и на внецентренное сжатие с большим эксцентриситетом, производят предварительное натяжение только продольной арматуры. Двухосное и трехосное предварительное об}й&тае целесообразно применять в массивных конструкциях, например в элементах гидравлических прессов, шаботах, станинах щзокатных станов.

Прочность сечений элементов предварительно Напряженных конструкций рассчитывают в зависимости от характера воздействия внешних усилий (изгиб, растяжение, сжатие), включая усилия обжатия.

В сечениях, нормальных к оси элемента, напряжения в бетоне и арматуре определяют по упругой стадии. При этом в состав приведенного сечения вводят полное сечение бетона с учетом ослабления его каналами и пазами, а также площади сечений всей продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматуры, умноженные на отношение модулей упругости стали и бетона.

Предварительно напряженные элементы редко используют для восприятия сжимающих усилий и предварительного напряжения в условиях сжатия. Бетон может воспринимать сжимающую нагрузку лучше без предварительного обжатия его арматурой .

Предварительно напряженные железобетонные детали рассчитывают на выносливость в случае действия на деталь многократно повторной нагрузки. К таким деталям относятся станины клетей прокатных станов и прессов, рамы рольгангов, станины станков.

Смысл расчета на выносливость заключается в определении напряжений в бетоне и напрягаемой арматуре и сравнении их с расчетными сопротивлениями.

Для деталей, подвергающихся многократно повторяющемуся действию нормативной нагрузки, наибольшие величины напряжений в бетоне сжатой зоны не должны превосходить расчетных сопротивлений бетона на выносливость.

Напряжения в бетоне растянутой зоны вычисляют на уровне наиболее удаленного от нейтральной оси ряда арматуры. Они не должны превосходить расчетного сопротивления на выносливость

Вычисленные напряжения не должны превышать допускаемых напряжений бетона на растяжение.

При расчете предварительно напряженных элементов железобетонных деталей машин используется принятая методика [37], но за расчетные сопротивления при расчете на прочность принимаются допускаемые напряжения для бетона и арматуры, определяемые по методике, изложенной выше.



0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33