Таблица 33 Допустимые вертикальные прогибы элементов

состояние конструкций может предельному состоянию.

ному состоянию, поскольку происходит исчерпание несущей способности конструкции. Такого вида разрушения наступают при многократном нагруженни (рис. 3.7), которое возможно только при нормальном режиме эксплуатации конструкции. Поэтому выносливость (усталость конструкции) проверяют при воздействии нормативных или меньших, но часто повторяющихся нагрузках при работе конструкций в упругой стадии (см. гл. 2, § 2, п. 4).

6. Конструкции, предельное состояние которых наступает вследствие колебаний, вызванных динамическим воздействием нагрузок. Колебания конструкций могут возникать при пуске и остановке оборудования, нормальной его работе, ветровом воздействии на сооружение и др. и могут неблагоприятно сказаться на самочувствии людей, затруднить или исключить возможность работы- с точными приборами и даже привести к разрушению конструкций. Особенно следует отметить возможность разрушения конструкций при землетрясении. В зависимости от вида и характера колебаний быть отнесено к первому или второму

§3. работа под нагрузкой и расчет элементов конструкции

1. Виды напряжений и их учет при расчете элементов металлических конструкций

Напряжения в зависимости от вида подразделяются на основные, дополнительные, местные и начальные.

Основные напряжения - напряжения, определяемые от внешних воздействий методами, излагаемыми в курсе сопротивления материалов. Основные напряжения определяются по усилиям, установленным для принятой идеализированной расчетной схемы (например, в решетчатых конструкциях- фермах и др., исходя из шарнирного вместо практически жесткого сопряжения стержней в узлах, иногда без учета пространственной работы системы в целом и т. п.), без учета местных, дополнительных и внутренних напряжений. Искусственно создаваемые предварительные напряжения также относятся к основным.

Поскольку основные напряжения уравновешивают внешние воздействия и определяют несущую способность элементов конструкций, они и выявляются расчетом и по ним в основном судят о надежности конструкций (за исключением особых случаев).

Дополнительные напряжения - напряжения, возникающие в результате дополнительных связей по отношению к принятой идеализированной расчетной схеме (например, из-за жесткости узлов, дополнительных систем связей и т. п.). Дополнительные напряжения, определимые методами строительной механики, при пластичном материале не оказывают существенного влияния на несущую способность конструкции. Это объясняется тем, что при расчетных нагрузках материал в местах перенапряжения переходит в пластическое состояние, при на-

Рис. 3 8. Местные напряжения

а - в местах приложения сосредоточенных нагрузок, б - под катком крана

ступлении которого дополнительные напряжения или уменьшаются, или снимаются. Например, из-за жесткости узлов в элементе решетчатой конструкции возникают помимо осевой силы моменты, которые вызывают дополнительные напряжения в крайних фибрах. Повышение напряжения приводит к раннему развитию пластических деформаций в фирбах, что, в свою очередь, снижает моменты, а в пределе, при развитии пластических деформаций по всему сечению, узел свободно поворачивается. Благодаря этому предельная нагрузка получается такой же, как и при действии только одной продольной силы. Поэтому дополнительные напряжения не учитываются расчетом (за исключением некоторых специальных случаев).

Местные напряжения могут быть двух видов:

в результате внешних воздействий;

в местах резкого изменения или нарушения сплошности сечения, где вследствие искажения силового потока происходит концентрация напряжений.

В первом случае местные напряжения уравновешиваются с внешними воздействиями, во втором - они внутренне уравновешены.

К местным напряжениям, возникающим из-за внешних воздействий, относятся напряжения в местах приложения сосредоточенных нагрузок-на опорах, в местах опирания каких-либо других конструкций (рис. 3.8, а), под катками мостовых кранов в подкрановых балках (рис. 3.8,6), в местах крепления вспомогательных элементов. Местные напряжения могут привести к развитию чрезмерных пластических деформаций, трещин или к потере устойчивости в тонких элементах сечений (например, стенки двутавра). Местные напряжения этого вида учитывают в расчете.

Концентрация напряжений (см. гл. 2, § 2, и 2) при нормальной температуре и статических воздействиях заметно не сказывается на не-

Рис. 3.9. Начальные напряжения

о - напряжения в балке двутаврового сечения (/ - начальные напряжения, 2 - напряжения от внешней нагрузки 3 - суммарные напряжения при образовании шарнира пластичности), б - прогибы балки (/ - при отсутствии начальных напряжений, 2 - при наличии начальных напряжений), в - повышение несущей способности балок созданием предварительного напряжения, Оо - предварительное напряжение; R - расчетное сопротивление, Р] - максимальная нагрузка без предварительного напряжения, Яг - то же, с предварительным напряжением

сущей способности конструкции, поэтому при расчете она не учитывается. При пониженных температурах и особенно при дополнительных динамических воздействиях концентрация напряжений может привести к хрупкому разрушению; это явление должно учитываться при проектировании надлежащим выбором марки стали и конструктивной формы. Концентрация напряжений приводит к снижению вибрационной прочности. Это явление учитывается при расчете конструкции (см. § 3, п. 9 данной главы).

Начальные напряжения. Начальными называются напряжения, которые имеются в ненагруженном внешней нагрузкой элементе и которые появились в нем в результате неравномерного остывания после прокатки или сварки или в результате предшествующей работы элемента и его пластической деформации, поэтому они называются также внутренними, собственными или остаточными. Начальные напряжения всегда уравновешены, поэтому эпюры их двузначны (рис. 3.9, а, эпюра /).

Начальные напряжения, складываясь с напряжениями, вызванными внешней нагрузкой, приводят к тому, что результирующие напряжения в материале существенно отличаются от напряжений, определяемых расчетом. При неблагоприятном распределении напряжений (например, при результирующем поле, плоскостном или объемном с нормальными напряжениями одного знака) развитие пластических деформаций может оказаться затрудненным, в результате чего появится опасность хрупкого разрушения.

Суммирование линейных собственных напряжений с линейными напряжениями, вызванными внешней нагрузкой (например, при прюс-том растяжении или изгибе), может привести к более раннему или позднему переходу в стадию пластичности, что сказывается на деформациях конструкции (например, на прогибе балки - рис. 3.9,6).

Линейные поля собственных напряжений не оказывают существенного влияния на несущую способность элемента, так как результирующие напряжения выравниваются при развитии пластических деформаций (см. рис. 3.9, а). Начальные напряжения приводят к повышению деформации, как бы снижая модуль упругости элемента, что может сказаться неблагоприятно на устойчивости при продольном изгибе. Наконец, возможны случаи, когда возникают и уравновешиваются начальные усилия внутри системы, например, внутри статически неопределимых ферм.

Борьба с начальными напряжениями ведется преимущественно конструктивными мероприятиями и соответствующим ведением технологического процесса при изготовлении металлических конструкций (при сварке и т. п.).

Тредварительное напряжение, создаваемое в конструкциях с целью повышения ее эффективности, также является начальным напряжением.

Если в конструкции искусственным путем создать напряжение обратного знака напряжениям от нагрузки, то при действии нагрузки сначала прорабатываются предварительные напряжения, а затем развиваются напряжения от нагрузки (рис. 3.9, в). В результате протяженность упругой работы материала увеличивается и несущая способность конструкции повышается.

Создавая предварительное напряжение, можно повысить несущую способность и жесткость конструкции, уменьшить перемещения, повысить усталостную прочность.

2. Условие пластичности. Учет развития пластических деформаций при расчете конструкций

Известно, что у стали при ат/ов0,75 после упругой работы и небольшого переходного участка наступает пластическое течение, что на