Жүктер үйлесімі
Құрылыс конструкцияларына әр түрлі жүк жеке әсер етпей, бірге әсер
етеді.
Жүктер үйлесімін төмендегідей бөледі:
а) негізгі үйлесім - тұрақты, ұзақ мерзімді уақытша және барлық әсер
етуі ықтимал қысқа мерзімді әсер ететін уақытша жүктер қосындыларынан
тұрады;
б) ерекше үйлесім -тұрақты, ұзақ мерзімді уақытша, бір қысқа мерзімді
уақытша және ерекше уақытша жүктер қосындыларынан тұрады.
Жүктер бірге әсер еткенде ең жоғарғы шамаларына жету ықтималы өте
аз. Сол себепті статистикалық мағлұматтар мен ықтималдар теориясы
бойынша негізгі үйлесімінде қысқа мерзімді уақытша әсер ететін жүк саны
екіге тең немесе одан жоғары болса, жүктердің үйлесім коэффициенті
c
n
=0,9
тең етіп қабылданады.
1.2.3. Материалдардың мөлшерлі және есепті қарсыласулары
Материалдардың мөлшерлі қарсыласулары - сырттан әсер еткен
күштерге материалдардың қарсыласуын негізінен сипаттайтын, құрылыс
конструкцияларын жобалау мөлшерлері бойынша анықталады:
yn
R
- болаттың аққыштық шегі бойынша қабылданған;
un
R
- беріктік
шегі бойынша қабылданған шамалар.
Болаттың мөлшерлі қарсыласу шамалары стандартқа сай жүргізілген
сынақ нәтижелерінің ең аз мәндеріне сәйкес қабылданады. Мөлшерлі
қарсыласу мәндерін қамтамасыз етуі 0,95 -тен кем болмау керек.
Аз көміртекті, беріктігі жоғары болаттар және алюмин қортпалары үшін -
созылатын, иілетін элементтерінде созылымдылық деформациялар пайда
болатындықтан, сығылатын элементтер өз орнықтылықтарын жоғалтатын
болғандықтан - олардың мөлшерлі қарсыласу шамалары, олардың аққыштық
шегіне тең етіп қабылданады. Егерде болаттардың аққыштық шектері анық
табылмайтын болса, созылымдылық сатыға өтуін анықтау мүмкін болмаса
аққыштық шектері мен беріктік шектерінің арақашықтары аз болса
(беріктігі аса жоғары болаттар), егерде конструкциялардың шекті
жағдайлары олардың тек беріктіктерімен шектелсе, онда болаттардың
мөлшерлі қарсыласулары олардың беріктік шектеріне тең етіп
қабылданады.
36
Кесте 4.
Болат прокаттарының материалдар бойынша
сенімділік коэффициенттері
Болаттардың
топтары
Болаттардың мемлекетті
стандарттары (МЕСТ) мен
техникалық шарттары (ТШ)
Материалдар
бойынша сенімділік
коэффициент-тері
M
Беріктігі
қалыптағыдай
және жоғары
МПа
T
380
МЕСТ 23570-79
ТШ 14-1-3023-80
1,025
МЕСТ 380-71
МЕСТ 14637-79
МЕСТ 19281-73
МЕСТ 10705-80
МЕСТ 19282-73
1,05
Беріктігі аса
жоғары
МПа
T
380
МЕСТ 19281-73
МЕСТ 19282-73
ТШ 14-3-829-79
1,1
ТШ 14-1-1308-75
ТШ 14-1-1772-76
1,15
Сонымен металлдың екі мөлшерлі қарсыласу шамалары бар -
аққыштық шегі бойынша
T
yn
R
және беріктік шегі бойынша
B
un
R
.
Беріктік шегі мен аққыштық шектері стандартқа сәйкес қабылданады,
қамтамасыз ету шамасы 0,95 - 0,995 аралығында жатады.
Материалдар бойынша сенімділік коэффициенттері болаттардың
конструкцияларда жұмыс істеулері және сынау қортындыларының жайылу
сызықтарын анализ жасау арқылы анықталады. Құрылыс болаттарының
есепті қарсыласуларының мәндері құрылыс қағидалары мен ережелерінде
келтірілген.
Кесте 5.
Материалдардың есепті қарсыласуын анықтайтын формулалар
Кернеулі жағдайлар
Шартты белгіері
Прокат пен
құбырлардың
есепті
қарсыласулары
Созылу,
созылу
және иіу
Аққыштық шегі
бойынша
y
R
m
yn
y
R
R
Беріктік шегі
бойынша
u
R
m
un
u
R
R
37
Ығысу
s
R
m
yn
s
R
R
58
,
0
Тік кесін бетінің мыжылуы
(беті тегіс жатқан кезде)
pz
R
m
un
pz
R
R
Цилиндрлі топсалардың
толық жанасқандағы
жергілікті мыжылуы
lp
R
m
un
lp
R
R
5
,
0
Доңғалақтың диаметр
бойынша сыққанда қозғалуы
(шектеулі
конструкциялардың еркін
жанасатын кездерінде)
cd
R
m
un
cd
R
R
025
,
0
Прокат қалыңдығынан тыс
бағытта созу (60 мм-дейін)
th
R
m
un
th
R
R
5
,
0
1.2.4. Арнайы сенімділік коэффициенттері
Ғимараттар мен құрылымдардың жауапкершіліктерінің кластарын
арнайы сенімділік коэффициенттері ескереді.
I. Халық шаруашылығы мен әлеуметтік маңызы бар ғимараттар мен
құрылымдар (жылу электрлі станциялар, атом электр станциялары, домна
пештерінің орталық түйіндері, биіктігі 200 м-ден артық түтін құбырлары,
телемұнаралар, сиымдылығы 10 мың м
3
-тен артық мұнай және мұнай
өнімдері сақтайтын резервуарлар, жабық стадиондар, театр, кинотеатр,
цирк, жабық базар, оқу-орындары, бала-бақша, әйелдер босанатын үй,
мұражай, мемлекеттік архивтер және т.б.) жатады. Бұлар үшін
n
=1 тең.
II. Халық шаруашылығы мен әлеуметтік маңызы бар ғимараттар мен
құрылымдар (өндіріс орындары, ауыл шаруашылығының құрылымдары,
тұрғын үйлер мен азаматтық құрылыс орындары, байланыс бөлімдері және
I немесе III класқа кірмеген ғимараттар мен құрылымдар) жатады, бұлар
үшін
n
=0,95 тең.
III. Халық шаруашылығы мен әлеуметтік маңызды емес ғимараттар
мен құрылымдар (тыңайтқыштар, химикаттар, көмірлер, торфтар және
басқа да заттар сақталатын қоймалар, жылыжайлар, күн тартарлар, бір
қабатты тұрғын үйлер, сымды байланыстардың тіреулері, мекенжайларды
жарықтандыратын сымдар тіреулері, қоралар, уақытша ғимараттар мен
құрылымдар және т.б.) жатады, бұлар үшін
n
=0,9.
Арнайы сенімділік коэффициенттері жүктердің, ішкі күштері немесе
басқа әсерлері мәндеріне көбейтіледі.
38
1.3. Конструкция элементтерінің жүк әсерінен жұмыс істеуі
және есептелуі
1.3.1. Кернеулердің түрлері және оларды
металл конструкцияларының элементтерін
есептеу кезде ескеру
Кернеулер – негізгі, қосымша жергілікті және бастапқы болып
бөлінеді. Негізгі кернеулер - материалдар қарсыласу курсында келтірілген
тәсілдермен сыртқы күштер әсерлерінен табылған кернеулер. Негізгі
кернеулер қабылдаған идеалды есепті сұлба бойынша табылған ішкі
күштерден жергілікті, қосымша және бастапқы кернеулерді ескермей
анықталады. Алдын - ала кернеуленген конструкциялардағы кернеулер -
негізгі кернеулерге жатады.
Қосымша кернеулер – идеалды есепті сұлбаларда ескерілмеген
қосымша байланыстардың әсерінен пайда болатын кернеулер. Құрылыс
механика әдістерімен анықталған қосымша кернеулер созылымды
материалдар пайдаланылған конструкциялардың көтеру мүмкіндігіне көп
әсер ете қоймайды, өйткені есепті жүктердің әсерінен материалдың артық
кернеуленген жерлері созылымдылық жағдайға өтеді. Сол себепті
қосымша кернеулер азаяды немесе кемиді. Мысалға торлы конструкциялар
элемент-терінің түйін қатаңдығына байланысты, өстік күштерден басқа
иілу моменттері пайда болып, қиманың шеткі бөліктерінде қосымша
кернеулер тудырады. Кернеулердің өсуі - қима шетінде ертерек
созылымдылық деформациялар тудырып, иілу моментінің әсерін азайтады,
ал шекті жағдайда, кернеулер аққыштық шегіне жеткенде, түйіндегі
элементтер еркін бұралып қосымша моменттің әсерін толық жояды. Сол
себепті шын мәніндегі шектік жүк, тек өстік күш әсер еткенмен бірдей
болады да, түйін қатаңдығы әсерінен пайда болатын қосымша кернеулер
конструкцияларды есептеу кезінде ескерілмесе де болады (кейбір арнайы
жағдайлардан басқа).
Жергілікті кернеулер екіге бөлінеді:
-
сыртқы жүк әсерінен;
-
қиманың тез өзгеруінен немесе қиманың бүтіндігі бұзылғандықтан
(ішкі күш сызықтарының өзгеруі себепті кернеу шоғырлан-
ғандықтан).
Бірінші жағдайда жергілікті кернеулер сыртқы әсермен теңдессе,
екіншісінде өзара теңдеседі.
Сыртқы әсерлердің әсерінен ішкі кернеулер - қадала әсер ететін күш
бар жерде, тіреу бар жерде, басқа конструкциялардың тірелетін
жерлерінде, көпірлі кран дөңгелегінің арқалыққа тірелетін жерінде және де
басқа қосымша элементтер бекітілетін жерлерде пайда болады. Жергілікті
кернеулер - өте үлкен созылымдылық деформациялардың дамуына,
жарықшақтардың пайда болуына немесе жұқа қималы элементтердің
орнықтылығын жоғалтуына (мысалы, қоставр қабырғасында) есептелгенде
ескеріледі.
39
Сурет 26. Жергілікті кернеулер: а - шоғырланған жүктер әсер ететін
жерлерінде; б - кран доңғалағынан.
Қалыпты температурада кернеудің шоғырлануы конструкциялардың
көтеру мүмкіндігіне әсер етпейтін болғандықтан, оларды есептегенде
ескерілмейді. Төменгі температурада бұл құбылыс болат маркасын
қабылдау кезінде ескеріледі. Кернеудің шоғырлануы конструкциялардың
шаршау шегін төмендетеді, бұл құбылыс конструкцияларды есептегенде
ескеріледі.
Бастапқы кернеулер - деп конструкцияларды прокаттау, пісіруден
кейін бір қалыпты суымағандықтан, немесе бұрынғы жүктеудің кезеңінде
пайда болған қалдық кернеулерді айтады.
Бастапқы кернеулер - ішкі, өзіндік және қалдық кернеулер болып
бөлінеді. Бастапқы кернеулер тепе-теңдікте кездеседі, сол себепті олардың
эпюралары екі мағыналы.
Бастапқы кернеулер негізгі кернеулермен қосылып, оның есептелген
шамаларынан көп айырмашылықтар береді, өте ыңғайсыз жайылған
бастапқы кернеулер әсерінен созылымдылық деформациялар дамымай
конструкциялар морт сынуы мүмкін, өзіндік кернеулердің сызықтық өрісі
элементтердің көтеру мүмкіндігіне көп әсер ете қоймайды. Бастапқы
кернеулер деформациялардың дамуына, элементтердің серпімділік
модулінің кішіреюіне әкеп соғып, центрден сығылған бойлық иілу
кезіндегі орнықтылығына кері әсерін тигізеді.
Бастапқы кернеулермен күрес конструктивтік шаралар қолдана және
де металл конструкцияларын даярлау технологиясын жақсарта жүргізіледі.
40
Сурет 27. Бастапқы кернеулер:
а – қоставр кескінді арқалықтағы кернеулер; б – арқалықтардың майысуы;
в – алдын ала кернеулеу арқылы арқалықтардың көтеру қабілеттігін
жоғарылату.
1.3.2 Созылымдылық шарты. Конструкцияларды есептегенде
созылымдылық деформацияның дамуын ескеру
75
,
0
/
В
Т
кіші болаттардың серпімділік сатыдағы жұмысынан кейін
алмасу сатысынан өтіп аққыштық шегіне, содан кейін ұзын созылымдылық
деформация басталады. Мұндай жұмыс істейтін болаттар пайдаланылған
конструкцияларды есептеуді оңайлату үшін, көп қатесі, серпімділік
сатыдан бірден созылымдылық сатыға өтетін диаграмманы қабылдауға
болады (Прандтль диаграммасы – сурет 28).
Сурет 28. Прандтль диаграммасы
Бұл жорамалда бір өсті сызықтық кернеулі жағдайларда материал
серпімділік сатыдан бірден созылымдылық сатыға өтеді. Көп өсті кернеулі
жағдайларда созылымдылық сатыға өтуі бір ғана кернеуге байланысты
емес, кернеулер функциясына байланысты, бұл шарт - созылымдылық
41
шарты - деп аталады (созылымдылыққа өту шарты). Созылымдылық
шарты есептеу негізін құрайтын беріктік теориясына байланысты
жазылады. Құрылыс нормалары мен ережелері – ҚРҚНжЕ 5.04-23-2002
металл конструкцияларын есептеу үшін IV энгергетикалық беріктік
теориясын ұсынады.
Бұл теория бойынша созылымдылық деформациялар дене сұлбаларын
өзгертетін потенциалдық энергия өзінің ең үлкен мәнінде болғанда ғана
дамиды. Созылымдылық шарт күрделі кернеулі жағдайларда келесі түрде
жазылады:
Т
шек
2
31
2
23
2
12
2
1
3
2
3
2
2
2
1
1
3
3
2
2
1
2
3
2
2
2
1
2
2
1
(8)
Келтірілген кернеулер тік және жанама кернеулер бойынша:
Т
xz
yz
xy
x
z
z
у
у
х
z
у
х
шек
2
2
2
2
2
2
3
(9)
осыдан иілу кезінде (жүк әсер ететін жерден алысырақта):
0
;
0
ху
х
(10)
Созылымдылық шарты:
Т
ху
х
шек
2
2
3
(11)
Таза ығысуда:
Т
ху
шек
2
3
(12)
немесе
Т
Т
ху
58
,
0
3
(13)
III беріктік теориясы бойынша:
Т
ху
5
,
0
(14)
42
1.3.3. Центрден созылатын элементтердің шекті жағдайлары және
есептелулері
Центрден созылатын элементтердің жүк әсерінен жұмыс істеуі
алдыңғы бөлімінде қарастырдық. Центрден созылған элементтерді, бірінші
топтағы шекті жағдайлар бойынша беріктігі және пайдалануға
жарамдылығы есептеп тексеріледі. Беріктігін тексеру есептік жүктен
табылған кернеуді, материалдың беріктік шегі бойынша анықталған
есептік қарсыласуын, жұмыс шарты коэффициентіне көбейтіп және
салыстыру арқылы тексеріледі.
c
u
u
n
R
A
N
(15)
бұл жерде:
N
- есептік жүктерден табылған бойлық ішкі күш;
n
A
- созылған элементтің нетто ауданы;
u
R
- беріктік шегі бойынша анықталған есепті қарсыласуы;
u
- сенімділік коэффициенті, есептік қарсыласуы беріктік шегі
бойынша анықталғанда 1,3 тең етіп қабылданады;
c
- жұмыс шарты коэффициенті.
Центрден созылған элементтердің пайдалануға жарамдылығы
серпімділік сатыда жұмыс істегендегі деформацияның дамуын белгілі
шамадан аспауын қадағалау арқылы тексеріледі. Кернеу аққыштық шегіне
жеткен кезде салыстырмалы деформация 0,2% жетеді. Центрден созылған
бойлық кернеудің аққыштық шегі бойынша анықталған есептік
қарсыласуды жұмыс шарты коэффициентіне көбейтіндісімен салыстырса
салыстырмалы деформация 0,2% аспайды:
c
y
n
R
A
N
(16)
1.3.4. Иілген элементтердің шектік жағдайлары мен есептелулері
Иілген элементтерді жұмыс істеу сатыларында келесі шектік
жағдайлар есептеп тексеріледі: бірінші топ – беріктігін жоғалтуы,
орнықтылығын жоғалтуы; материалдың аққыштық шегіне жетуі; екінші
топ - шектік иілу мөлшеріне жетуі.
Иілген элементтердің серпімділік сатыда есептелуі
Бұл кезде, шектік жағдайлар нормалды және жанама кернеулердің ең
жоғары мәндері аққыштық шегіне жетуі арқылы анықталады.
43
Серпімділік сатыда жұмыс істейтін иілген элементтердің, басқа
жазықтардың бірі бойында иілуі кезіндегі беріктігі келесі формулалар
бойынша тексеріледі:
c
y
n
R
W
М
.
min
.
(17)
c
s
R
It
QS
(18)
бұл жерде:
M
және
Q
- есептік жүктердің әсерінен табылған иілу моменті
мен көлденең қиюшы күші;
min
.
n
W
- элементтердің серпімді жұмыс істеу
сатысындағы көлденең қиманың нетто қарсыласу моменті;
S
- қиманың
бейтарап өске қарағанда ығысатын бөлігінің нетто статикалық моменті;
y
R
- аққыштық шегі бойынша анықталған қарсыласуы;
s
R
- материалдың
ығысу кезіндегі есептік қарсыласуы;
c
- жұмыс шарты коэффициенті.
Екі негізгі жазықтықтар бойынша иілген элементтердің беріктігі
келесі формуламен тексеріледі:
c
y
n
y
y
n
x
x
R
x
J
М
у
J
М
.
.
(19)
бұл жерде:
x
,
y
- негізгі өстерге қарағандағы нүкте координат-тары.
Тік және жанама кернеулер бірге әсер еткенде келтірілген кернеу
2
2
3
шек
аққыштық шегіне жеткен кезде барып созылымдылық
сатыға өтеді. Егер жанама кернеу аз болғанда материалдың аққыштығы
қиманың ең шеткі талшықтарында басталады. Өте үлкен көлденең қиюшы
күш әсер ететін кезде материалдың аққыштығы бейтарап өсте
(
3
/
Т
Т
) басталады да, иілетін элементтер көтеру мүмкіндігін ерте
жоғалтады (сурет 29).
Сурет 29. Келтірілген кернеулер эпюрасы а -
3
; б -
3
44
Иілген элементтердің созылымдылық деформацияның дамуын
ескергендегі жұмыс істеуі және есептелулері
Аз көміртекті болат элементтер иілген кезде серпімділік сатысынан
өткен соң созылымдылық деформациялар қиманың ішіне қарай өседі
(сурет 30). Созылымдылық деформацияның бар қима бойына таралуы,
кернеудің аққыштық шегіне жетуі «топсалы созылымдылық» - деп
аталады.
Топсалы созылымдылықтың пайда болу сатысында қиманың барлық
талшықтары аққыштық шегіне өтеді, сол себепті деформация тұрақты
кернеуде өсіп элементтің бейтарап өске «топса өсіне» қарағанда
айналдыруы мүмкін. Созылымдылық топсасы шектік момент әсер ететін
жазықтықта ғана пайда болады.
Сурет 30. Иілу кезіндегі кернеулер эпюрасының өзгеруі
а – серпімділік күйі; б – серпімді-созылымдық күйі; в – топсалы
созылымдылық; г – серпімділік жұмысы және топсалы созылымдылық
Басқа жерлерде элемент серпімді сатыда жұмыс істейді. Созылымдылық
топсасына сәйкес шекті моментті - қима ауданы бойына таралған кернеу
«аққыштық шегіне жетті» - деп табуға болады. Ол келесі формуламен
анықталады:
A
T
T
S
ydA
М
2
(20)
бұл жерде:
S
- жарты қиманың бейтарап өске қарағандағы статикалық
моменті.
Симметриялы қималардың бейтарап өсі ауырлық центрі арқылы өтеді,
ал симметриясы жоқ қималардың бейтарап өсі - қиманы аудандарын
бірдей екі бөлікке бөледі. Жоғарыдағы моментті (20) формуланы
серпімділік сатыдағы моментпен
W
M
T
салыстырып,
S
2
созылымдылық
қарсыласу моментінің серпімділік шамасына қатынасын «созылымдылық
коэффициенті» - деп аталады. Ол шама - тік төрт бұрышты қима үшін
5
.
1
c
; прокатталған қоставр мен швеллер үшін қабырға жазықтығында
иілгенде
12
.
1
c
; белдеу жазықтығында иілгенде
20
.
1
c
.
45
Нормаль және жанама кернеулер бірге әсер еткенде созылымдылық
деформация ертерек дамиды. Шекті моменттердің қатынасы
1
0
шек
Q
шек
M
M
m
;
шекті көлденең қиюшы күштердің қатынасы
1
0
шек
M
шек
Q
Q
n
; бұл жерде:
Q
шек
M
-
көлденең қиюшы күш әсер еткендегі шекті момент;
0
шек
M
- тек момент әсер
ететін кездегі шекті момент;
M
шек
Q
- иілу момент бар кездегі шекті көлденең
қиюшы күш;
0
шек
Q
- момент жоқ кездегі шекті көлденең қиюшы күш.
M
және
Q
бірге әсер еткенде созылымдылық топсасы белгілі бір
функциямен өрнектеледі (сурет 31).
Сурет 31. Арқалық материалының созылымдылық күйіне өту сызығы
Тік төрт бұрышты қималар үшін Б.М.Броуде келесі формула ұсынады:
1
2
2
n
m
(21)
Басқа қималар үшін:
1
2
2
amn
n
m
Ф
(22)
бұл жерде: қоставр үшін
9
,
0
...
8
,
0
a
.
Келтірілген теңдеулердің тура шешімі өте күрделі болғандықтан,
белгілі бір нүктеде келтірілген кернеу созылымдылық деформацияның
дамуын ескергенде материалдың есепті қарсыласуын әр көбейткен
шамасынан аспауы керек.
c
y
ху
у
х
у
х
кел
R
15
,
1
3
2
2
2
(23)
Бұл кезде әрбір кернеулер материалдың есепті қарсыласуынан
артпауы керек.
s
ху
y
y
y
x
R
R
R
;
;
;
(24)
46
бұл жерде:
x
x
I
у
M
/
-
арқалық өсіне параллель кернеу;
y
- арқалық
өсіне перпендикуляр кернеу. Бұл кернеуге жергілікті кернеу де кіреді,
xy
-
жанама кернеу.
Серпімділік сатыда элементтің иілу мөлшері жүктің өсуіне
пропорционал өседі (сурет 32 е). Созылымдылық деформациялар
дамығанда жүкке қарағанда тезірек өседі де, ал созылымдылық топсасы
пайда болғанда иілу мөлшері, материалдың өз-өзінен беріктелуін
ескермесек, шексіз өсіп кетеді.
Сурет 32. Жүктеген кездегі элементтің иілуге жұмыс істеуі
а - арқалықтың ұзына бойына созылымдылық деформациясының дамуы;
б - г - әр қимада кернеудің дамуы; д - таза майысу аймағында
созылымдылық деформациясының дамуы; е - арқалықтың майысуы
Достарыңызбен бөлісу: |