Конструктивные особенности сжатых элементов. Учет влияния продольного изгиба при расчете внецентренно-сжатых элементов

К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам восходящие раскосы и стойки решетки ферм, а также некоторые другие конструктивные элементы. По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом делают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми. Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн, назначают кратными 50.мм, предпочтительнее кратными 100 мм.

Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов целесообразно делать развитыми в плоскости действия момента. Для сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, для сильно загруженных не ниже В25.

Колонны армируют продольными стержнями диаметром 12—40 мм (рабочая арматура) преимущественно из горячекатаной стали класса А-Ш и термомеханически упрочненной Ат-ШС, В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3 %.

Рабочие стержни в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя щ, которая по требованиям нормативов должна быть не менее диаметра стержней арматуры и не менее 20 мм

Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.

Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также для элементов очень большой гибкости. Повышение трещиностойкости и жесткости элемента посредством предварительного напряжения полезно в первом случае для эксплуатационного периода, во втором для периода изготовления, транспортирования и монтажа.

Применять очень гибкие центрально-сжатые элементы нерационально, поскольку несущая способность их сильно снижается вследствие большойдеформативности.

Учет влияния продольного изгиба при расчете внецентренно-сжатых элементов

При определении внешних усилий, действующих в предельном состоянии рассматриваемого сечения внецентренно сжатого элемента, учитывают, что под влиянием внецентренно приложенной нагрузки элемент прогибается и начальный эксцентриситет продольной силы N увеличивается. Возрастание эксцентриситета вызывает увеличение изгибающих моментов, вследствие чего разрушение гибких элементов наступает при меньшей продольной силе N по сравнению с более короткими элементами, имеющими те же размеры сечений. Влияние длительного воздействия нагрузки на несущую способность железобетонного элемента учитывают при значении гибкости таким же способом, как и при центральном сжатии, т. е. расчетную продольную силу N заменяют большей по величине приведенной силой. Расчетную длину внецентренно сжатых элементов определяют, так же как и для центрально сжатых элементов, в зависимости от характера закрепления их опор и данных норм проектирования.

Гибкость стержня — отношение расчетной длины стержня l0 к наименьшему радиусу инерцииi его поперечного сечения.Λ= L₀/i.

Это выражение играет важную роль при проверке сжатых стержней на устойчивость. В частности, от гибкости зависит коэффициент продольного изгиба φ. Стержень с большей гибкостью, при прочих неизменных параметрах, имеет более низкую прочность на сжатие и сжатие с изгибом.

Расчетная длина l0 вычисляется по формуле: l₀ = μl, где μ - коэффициент, зависящий от условий закрепления стрежня, а l - геометрическая длина. Расчетная длина, также называется привиденной или свободной. Понятие приведенная длина впервые ввел Ясинский, для обобщения формулы критической силыЭйлера, которую тот выводил для стержня с шарнирно-опертыми концами. Соответственно коэффициент μ равен при шарнирных концах(основной случай) одному, при одном шарнирном, другом защемленным μ = 0.7, при обоих защемленных концах μ = 0,5. Схемы деформирования и коэффициенты μ при различных условиях закрепления и способе приложения нагрузки, изображены на рисунке. Также, стоит отметить, что формула Эйлера верна только для элементов большой гибкости, например для стали она применима при гибкостях порядка λ = 100 и выше. При расчетах элементов железобетонных конструкций к гибкости предъявляются требования по её ограничению. Также, в зависимости от гибкости назначается величина армирования. В расчетах стальных конструкций гибкость имеет наибольшее значение ввиду большой прочности стали с вытекающей из этого формой элементов (длинные,небольшой площади) из-за чего исчерпание несущей способности по устойчивости наступает до исчерпания запаса прочности по материалу.

Отсюда ввод дополнительных терминов: 1.Условная гибкость, 2. Приведенная гибкость, 3. Предельная гибкость.

По типу конструкции различают колонны оплошные и сквозные (решетчатые), а по способу изготовления — сварные или клепаные.

У сплошной колонны сечение стержня состоит из одного или нескольких элементов, соединенных по всей высоте. У сквозной колонны стержень состоит из нескольких отдельных ветвей, соединенных между собой планками или решетками.

Когда сечение сквозной колонны компонуют из двух ветвей, решетку располагают в двух параллельных плоскостях. Одна из главных осей, пересекающая тело ветвей, ось x-x называется материальной осью, другая y-y — свободной осью. Если сечение стержня колонны состоит из четырех ветвей, то решетку располагают в четырех плоскостях, и обе оси будут свободными. Внецентренно-сжатые колонны следует проектировать более развитыми в плоскости действия момента. Если изгибающий момент в колонне действует только в одном направлении, целесообразно применять несимметричные сечения.

Колонны в большинстве случаев жестко заделываются в фундамент. Верхние концы колонны могут быть сопряжены с балками или фермами жестко или шарнирно.

Решетка для сквозных колонн может быть раскосной или безраскосной в виде планок Последняя наиболее распространена из-за простоты изготовления.

Выбор типа сечения, подбор и проверка сечения растянутых и сжатых стержней стропильных металлических ферм, учет предельной гибкости. Конструкция, работа и расчет узлов, заводских и укрупнительных стыков стропильных ферм.

С овременные типовые решения стропильных ферм имеют несколько видов. Остаются типовые решения со стержнями из двух прокатных уголков, имеются трубчатые фермы, у которых пояса и решетка выполняются из электросварных труб. Толщину стенки труб поясов рекомендуется принимать не менее 1/45-1/50 диаметра и, как правило, на 1—2 мм больше минимальной толщины, принимаемой для трубчатых стержней решетки. Трубчатые фермы используются при строительстве башен, мачт, кранов открытых эстакад и т. п.

Большим преимуществом трубчатых стержней является их хорошая обтекаемость. Благодаря обтекаемости ветровые давления на них меньше, на них мало задерживаются грязь и влага, поэтому они более стойки против коррозии, их легко очищать и окрашивать, что также повышает долговечность.

На заводе серийно изготовляются стропильные фермы из замкнутых гнутосварных профилей (ЗГСП) прямоугольного сечения. Профили изготовляются из листа толщиной от 3 до 8 мм.

Разработаны также конструкции ферм с поясами из тавров, получаемых путем продольной разрезки широкополочных двутавров или сваркой из двух стальных полос (рис. 9.13, з ). Тавровое сечение поясов позволяет очень просто конструировать узлы, особенно при решетке из одиночных уголков. Находят применение в стержнях легких ферм сечения из двух уголков с расставленными вертикальными полками (рис. 9. 13, и, к), из уголков замкнутого сечения (рис. 9.13, м), из швеллеров (рис. 9.13, о) и др.

Скомпоновав по требуемой площади сечение (с учетом установленного ассортимента профилей и общих конструктивных требований), производят проверку принятого сечения, причем подсчитывают действительное его ослабление отверстиями.Ряд стержней легких ферм имеют незначительные усилия и, следовательно, небольшие напряжения, сечения этих стержней подбирают по предельной гибкости, установленной СНиП. К таким стержням обычно относятся дополнительные стойки в треугольной решетке, раскосы в средних панелях ферм, элементы связей и т. п. Зная расчетную длину стержня Ɩ₀ и значение предельной гибкости λпр, определяют требуемый радиус инерции . По нему в сортаменте выбирают сечение, имеющее наименьшую площадь. Ввиду простоты расчетных манипуляций рекомендуется подбор стержней легких ферм оформлять в табличной форме. Гибкость - безразмерная величина. Смотреть СНиП РК 5.04.23-2002 пункт 6.14-о поясах, табл.20-для растянутых элементов. [λ] =120(180-160).