Фактические напряжения не должны превышать критических, т. е.

Заменяя в уравнении границы устойчивой области критические напряжения ар, и al;1 на фактические, получим формулу проверки устойчивости стенки при совместном действии нормальных, касательных и местных напряжений.

1(о/акр + Ом/ом.кр) + (т/ткр) < V, (3.81)

где V - коэффициент условий работы балки.

Устойчивость стенок балок симметричного сечения в зоне развития пластических деформаций при отсутствии местного напряжения Ом=0, и при соблюдении условий ЛпМст>0,25; 2,2<Я.ст<6 и т0,9?ор может быть определена из условия одновременной потери устойчивости стенкой и поясом и проверена по формуле

М < Ryhl t + «). (3- 82)

где а=0,24-0,15(т ?срР-8,5-10-(Хот~2,2)=; Аа и Лет -площади поперечного сечения пояса н стенки балки; T=q toTot - среднее касательное напряжение в рассматриваемом сечении балкн.

9. Предельные состояния и расчет элементов металлических конструкций при воздействии переменных нагрузок

(проверка усталости)

При многократно повторяющихся воздействиях нагрузки (в таких конструкциях, например, как подкрановые балки, балки рабочих площадок при проезде по ним подвижного состава и грузоподъемного оборудования, элементы бункерных и разгрузочных эстакад и т.п.) разрушение может произойти при напряжениях (предел выносливости) значительно ниже предела текучести. Поэтому за предельное принимают такое состояние конструкции, при котором в ней от многократно повторяющейся нагрузки возникают напряжения, равные пределу выносливости. Такое состояние относится к первой подгруппе первой группы предельных состояний.

Предельное состояние проверяют расчетом, сравнивая возникающие в конструкции напряжения с пределом выносливости по формуле

Отаж<авб?вб. «О не более Дв/Тв. (3-83)

где Каб - расчетное сопротивление усталости, принимаемое в зависимости от временного сопротивления стали по табл. 32 СНиП П-23-81 и групп элементов конструкции по табл. 83 СНиП П-23-81; а - коэффициент, учитывающий число циклов нагружения п и вычисляемый при ЖЗ.Э-Ю" по формулам: для групп элементов 1 и 2

ct = 0,064 («/108)2 - 0,5 (га/10") + 1,75; (3.84)

для групп элементов 3-8

а = 0,07 («/106)2 0,64 (п/т) + 2,2; (3.85)

при /г>3,9-10«; а = 0,77; Ув5 - коэффициент, определяемый в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений; p=amin/Omax (см. табл. 33, СНиП П-23-81); От<гх И От.п - соответственно нзибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов ф, фб, фвн. При разнозначных напряжениях коэффициент асимметрии напряжений следует принимать со знаком «минус».

При количестве циклов нагружения менее 10 проверяется малоцикловая ппочность.

10. Расчет элементов стальных конструкций на прочность с учетом хрупкого разрушения

На основе теоретических и экспериментальных исследований стальных конструкций согласно СНиП И-23-81 центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах с температурой от

-30 до -65°С, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

где Отах-нзибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и фб; Р - коэффициент, учитывающий конструктивную форму, марку стали и расчетную температуру при эксплуатации, принимаемый по табл. 84 СНнП П-23-81.

Глава 4. СОРТАМЕНТ

§ 1. характеристика основных профилей сортамента

Первичным элементом стальных конструкций является прокатная сталь, которая выплавляется на металлургических заводах. Прокатная сталь, применяемая в стальных конструкциях, делится на две группы: сталь листовая (рис. 4.1, а)-толстая, тонкая и универсальная; сталь профильная (рис. 4.1,6, а, г, д, ж, з) -уголки, швеллеры, двутавры, тавры, трубы и т. п. Изготовленные на заводах металлических конструкций различные элементы конструкции (балки, колонны, фермы и т. п.) собираются на строительных плошадках в конструктивные комплексы- сооружения. Наличие готовых прокатных элементов и машинная их обработка на заводах обеспечивают индустриальное изготовление конструкций.

Перечень прокатных профилей с указанием формы, геометрических характеристик, массы единицы длины, допусков и условий поставки называется сортаментом (см. прил. 14). Разнообразие видов профилей, входящих в сортамент, а также достаточно частая градация размеров одного вида профиля обеспечивают экономичное проектирование конструкций при возможности создания разнообразных конструктивных форм. Коэффициент градации (отношение площади сечения данного профиля Fn к площади сечения ближайшего меньшего F„ i) в каждом сортаменте имеет переменное значение. В области наиболее применяемых профилей коэффициент градации меньше.

Стоимость разных профилей различна. Наиболее дешевыми являются листовая сталь, прокатные двутавры и швеллеры, что стимулирует их широкое применение. Применение при проектировании большого разнообразия профилей увеличивает объем работы на заводах металлоконструкций по сортировке, складированию, транспортировке, правке профилей и т.п. С целью уменьшения объема работ при изготовлении конструкций введены сокращенные сортаменты, составленные для проектирования строительных конструкций из наиболее употребительных и экономичных профилей.

Первый сортамент прокатной стали в России был составлен в 1900 г. под руководством известного мостостроителя проф. Н. А. Белелюбского.

К Л-

Рнс. 4.1. Основные виды прокатных профилей

в настоящее время ГОСТы на сортамент составляют на основе теоретических исследований по выявлению наиболее рациональных типов профилей и частоты их градаций. Исследования показали, что наиболее экономными по расходу стали являются тонкостенные профили.

Формы большинства применяемых в строительных конструкциях профилей (см. рис. 4.1,6, в, г) разработаны еще в прошлом веке, когда конструкции изготовлялись только с соединениями на заклепках и болтах, к чему и были приспособлены формы профилей. В настоящее время конструкции изготовляются сварными, в которых более рационально применять разновидности замкнутых, трубчатых профилей.

§ 2. сталь листовая

Листовая сталь (см. прил. 14 табл. 5) широко применяется в строительстве, она классифицируется следующим образом:

сталь толстолистовая (ГОСТ 19903-74 с изм.). Сортамент этой стали включает листы толщиной от 4 до 160 мм, шириной от 600 до 3800 мм. Однако ходовая ширина не превышает 2400 мм. Листовая горячекатаная сталь поставляется в листах длиной 6-12 м и толщиной до 160 мм или в рулонах толщиной от 1,2 до 12 мм и шириной от 500-2 200 мм. Листы толщиной от 6 до 26 мм имеют градацию по толщине через 1 мм, далее через 2, 3, 5 и 10 мм. Толстая листовая сталь имеет широкое применение в листовых конструкциях, а также в элементах сплошных систем (балках, колоннах, рамах и т. п.);

сталь тонколистовая толщиной до 4 мм прокатывается холодным и горячим способами. Холоднокатаная сталь (ГОСТ 19904-74, с изм.) значительно дороже горячекатаной (ГОСТ 19903-74, с изм.). Тонкая листовая сталь применяется при изготовлении гнутых и штампованных тонкостенных профилей, для кровельных покрытий и т. п. Из холоднокатаной, оцинкованндр, рУлонированной стали изготовляются профилированные настилы;

сталь игирокополочная универсальная (ГОСТ 8200-70) благодаря прокату между четырьмя валками имеет ровные края. Толщина такой стали от 6 до 60 мм, ширина от 200 до 1050 мм и длина от 5 до 12 м. Применение универсальной стали уменьшает трудоемкость изготовления конструкций, так как не требуются резка и выравнивание кромок строжкой.

§ 3. уголковые профили

Уголковые профили прокатывают в виде равнополочных (ГОСТ 8509-72 с изм.) и неравнополочных (ГОСТ 8510-72 с изм.) уголков (см. рис. 4.1,6). Сортамент уголков весьма обширен: от очень малых профилей с площади сечения 1 -1,5 см до мощных профилей с площадью сечения 140 см (прил. 14 табл. 3.4). Полки уголков имеют па-

Рис. 4.2. Компоновка сечений стержней нз прокатных профилей