Несущая способность металлической балки — Доктор Лом

Несущая способность однопролетной металлической балки при равномерно распределенной нагрузке и шарнирном закреплении на опорах

1. Например, мы в качестве балок ддя перекрытия помещения размерами 4 на 6 метров использовали 4 профильных трубы сечением 100х100 мм с толщиной стенки 5 мм. Тогда длина пролета балки составит l = 4 м, а шаг балок 6/5 = 1.2 м. Согласно сортаменту для квадратных профильных труб момент сопротивления такой металлической балки составит W_z = 54.19 см³.

2. Расчетное сопротивление стали следует уточнять у производителя, ну а если оно точно не известно, то можно принимать наименьшее из возможных, т.е. R = 2000 кг/см².

3. Тогда максимальный изгибающий момент, который может выдержать такая балка:

M = W_zR = 54.19·2000 = 108380 кгсм или 1083.8 кгм.

4. При пролете 4 м максимальная распределенная нагрузка на погонный метр составляет:

q = 8M/l² = 8·1083.8/4² = 541.9 кг/м.

5. При шаге балок 1.2 м (расстоянии между осями балок) максимальная плоская равномерно распределенная нагрузка на квадратный метр составит:

q = 541.9/1.2 = 451.6 кг/м² (сюда входит и вес балок).

Вот и весь расчет.

Несущая способность однопролетной металлической балки при действии сосредоточенных нагрузок и шарнирном закреплении на опорах

Если на металлические балки перекрытия сверху уложены сначала лаги, а потом уже делается перекрытие по лагам, то на такие металлические балки будет действовать не одна равномерно распределенная нагрузка, а несколько сосредоточенных. Впрочем перевести сосредоточенные нагрузки в эквивалентную равномерно распределенную совсем не сложно — достаточно просто разделить значение равномерно распределенной нагрузки, которую мы уже определили, на коэффициент перехода.

Например, если мы по металлическим балкам уложили лаги через каждые 0.5 метра, то есть всего 4/0.5 +1 = 9 лаг — сосредоточенных нагрузок. При этом крайние лаги можно вообще в расчет не брать и тогда количество сосредоточенных сил будет = 7, а коэффициент перехода от сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной составит 

γ = 1.142.

Тогда максимальная равномерно распределенная нагрузка, которую может выдержать данная металлическая балка, составит:

q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м²

Конечно же металлические балки могут быть и многопролетными или иметь жесткое закрепление на одной или двух опорах, т.е. быть статически неопределимыми. В таких случаях изменится только формула определения максимального изгибающего момента (см. расчетные схемы для статически неопределимых балок), но весь алгоритм расчета останется таким же.

Определение несущей способности железобетонной балки

Определение несущей способности ж/б балки без арматуры в сжатой зоне

 

Дано:

железобетонная балка длиной 4.5 м, высотой h = 30 см, шириной b = 240 мм из бетона марки М300, что соответствует классу В22.5. Балка армирована арматурой класса А-III (A400), двумя стержнями диаметром 18 мм снизу. В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень (в итоге имеем тяжелый бетон)

Требуется определить:

какую равномерно распределенную нагрузку выдержит такая балка при условии шарнирного закрепления на опорах.

Решение:

Алгоритм расчета в этом случае выглядит следующим образом: сначала определяется высота сжатой зоны бетона, затем — значение момента, а после этого можно определить значение нагрузки. Ну а теперь подробнее:

1. Определение пролета балки

Так как длину опорных участков балки желательно принимать не менее h/2, то в нашем случае расчетный пролет составит l = 4.5 — 0.3 = 4.2 метра.

2. Определение прочностных характеристик

Расчетное сопротивление арматуры растяжению мы можем сразу принять по соответствующей таблице R_a = 3600 кг/см². В таблицах расчетное сопротивление бетона класса В22.5 не приводится. Однако ничего не мешает нам определить это значение интерполированием:

R_b = (11.5 + 14.5)/2 = 13 МПа или 13/0.0981 = 132.5 кг/см

2

а с учетом различных коэффициентов, учитывающих возможную длительность действия нагрузки, повторяемость нагрузок, условия работы бетона и др. мы для надежности примем R_b = 132.5·0.8 = 106 кг/см².

Два стержня арматуры диаметром 18 мм имеют площадь А_s = 5.09 см². Это можно определить как непосредственно из формулы А = пd²/4, так и по таблице.

3. Определение относительной высоты h

_o

Если h_o нам не известно, то из конструктивных соображений в данном случае защитный слой бетона а ≥ 1.8 см, соответственно h_o ≤ 30 — 1.8 — 0.9 ≤ 27.3 cм. Для дальнейших расчетов примем значение h_o = 27 cм.

4. Определение высоты сжатой зоны бетона

Согласно формуле 220.6.5 высота сжатой зоны у составляет

(6.5)

тогда

у = 3600·5.09/(106·24) = 7.2024 ≈ 7.2 см

Заодно определим, находится ли данное значение в пределах допустимого

у/ho ≤ ξ_R 

7.2/27 = 0.267 < ξ_R = 0.531 (для арматуры класса А400)

5. Определение максимального значения момента

Так как согласно формуле 220.6.3

M < R_bbу (h₀ — 0,5у)

То значение момента составит

М < 106·24·7.2(27 — 0.5·7.2) = 428613.12 кгс·см

т.е. максимально допустимое значение изгибающего момента составит M = 4286 кгс·м

6. Определение равномерно распределенной нагрузки

Так как

М = ql²/8

то

q = 8M/l² = 8·4286/4.2² = 1943.46 кг/м

Т.е. имеющаяся балка при условии того, что при ее проектировании и изготовлении были соблюдены все конструктивные и технологические требования может выдерживать нагрузку до 1943 кг/м. Если на балку будут действовать одна или несколько сосредоточенных сил, то заключительная часть расчета будет несколько другой. Тем не менее часто сосредоточенную нагрузку или нагрузки можно привести к эквивалентной равномерно распределенной.

А если в сжатой зоне сечения также имеется арматура и ее влияние на прочность хочется учесть, то алгоритм расчета при этом не меняется, лишь немного усложняются формулы:

Определение несущей способности ж/б балки с арматурой в сжатой зоне

Например у рассчитанной выше балки имеется арматура в сжатой зоне — 2 стержня арматуры диаметром 12 мм. Площадь сечения сжимаемой арматуры составит А’_s = 2.26 см². Расстояние от верха балки до центра тяжести сжатой арматуры примем равным a’ = 3 см. Расчетное сопротивление сжатию составляет R_sc = 3600 кг/см².

При наличии арматуры в сжатой зоне формула для определения высоты сжатой зоны примет следующий вид:

 (282.5)

тогда

у = 3600(5.09 — 2.26)/(106·24) = 4 см

так как у нас у/h

o < ξ_R, то значение максимального изгибающего момента мы будем производить по следующей формуле:

M < R_bby(h_о — 0,5у) +R_csA’_s(h_o — a’) (281.5.2)

M < 106·24·4(27 — 2) + 3600·2.26(27 — 3) = 254400 + 193536 = 447936 кгс·см

Таким образом максимально допустимое значение момента составит примерно М = 4479 кгс·м, т.е. примерно на 4.5% больше, чем при расчете без учета арматуры в сжатой зоне. Соответственно и значение максимально допустимой нагрузки также увеличится на 4.5% или в 1.045 раза и составит

q = 1943.46·1.045 = 2031 кг/м

Вот собственно и весь расчет. При этом стоит ли при расчете учитывать наличие арматуры в сжатой зоне сечения или нет — решать вам.

2.2 Проверка несущей способности балки

2.2.1 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяем на прочность по первой группе предельных состояний от действия касательных напряжений по формуле(2.6):

(2.6)

где — наибольшая поперечная сила на опоре;

и — статический момент и момент инерции сечения;

— толщина стенки балки;

— расчетное сопротивление стали сдвигу; определяем по формуле (2.7)

(2.7)

где — предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимаемМПа;

— коэффициент надежности по материалу проката ; принимаем .

Н/мм²= 20,09 кН/см.

кН/см<кН/см, условие выполняется.

2.3 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле (2.8):

, (2.8)

где — значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

кН/м <, т.е. условие жесткости балки удовлетворяется.

3 Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором — проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

3.1 Подбор сечения главной балки

3.1.1 Сбор нагрузок.

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3

а — расчетная схема; б — сечение балки

Рисунок 3 — К подбору сечения главной балки

Определяем по формуле (3.1) расчетную погонную нагрузку на главную балку

(3.1)

где и- коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем по;;

— собственный вес настила;

— масса 1 м балки настила;

— собственный вес главной балки, предварительно принимаемый равным  1 — 2 % нагрузки, приходящейся на балку;

кН/м

Нормативная нагрузка:

кН/м

3.1.2 Определение усилий.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

(3.2)

кНм

Поперечная сила на опоре:

(3.3)

кН

Определим также нормативный изгибающий момент

(3.4)

кНм

3.1.3 Подбор сечения балки.

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле (3.5):

(3.5)

где — расчетное сопротивление материала главной балки; принимаемМПа;

с₁ — коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с₁ = 1,1.

см ³

3.1.4 Компоновка сечения главной балки

Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.

Предварительно задаемся высотой балки м

Определяем толщину стенки по эмпирической формуле (3.6):

(3.6)

мм.

Предварительно принимаем 12 мм

Определяем оптимальную высоту балки по формуле (3.7):

(3.7)

где — для сварных балок постоянного сечения.

см=1.19м

Определяем минимальную высоту балки по формуле (3.8):

, (3.8)

где f_u — предельный относительный прогиб; для главных балок f_u=400.

м.

Окончательно принимаем высоту стенки балки h_w=140 см.

Определяем минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез

( 3.9):

(3.9)

где — при работе на срез без учета поясов

м

Принимаем толщину пояса t_f=3см

h_b=h_w+6=140+6=146см

Окончательно принимаем t_w=12мм.

Проверим местную устойчивость стенки главной балки по формуле (3.10):

(3.10)

см

Условие выполняется, следовательно, дополнительного укрепления стенки главной балки продольным ребром не требуется.

Принимаем толщину поясных листов 30 мм.

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле(3.11):

(3.11)

где h_b — принятая высота главной балки.

см⁴

Высота стенки балки см; находим момент инерции стенки

(3.12)

см⁴

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

см⁴.

Требуемую площадь сечения одной полки определяем по формуле(3.13):

(3.13)

где см — расстояние между центрами полок.

см²

Ширину полки балки определим по формуле (3.14):

. (3.14)

см. Принимаем см.

см²

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщинене должно превышать значений, вычисляемых по формулам (3.15) и (3.16):

(3.15)

см

с учетом развития пластических деформаций

. (3.16)

см

Условия выполняются.

Несущая способность балки. Расчет нагрузки двутавровой балки

Несущая способность металлической балки — Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Несущая способность однопролетной металлической балки при равномерно распределенной нагрузке и шарнирном закреплении на опорах

1. Например, мы в качестве балок ддя перекрытия помещения размерами 4 на 6 метров использовали 4 профильных трубы сечением 100х100 мм с толщиной стенки 5 мм. Тогда длина пролета балки составит l = 4 м, а шаг балок 6/5 = 1.2 м. Согласно сортаменту для квадратных профильных труб момент сопротивления такой металлической балки составит Wz = 54.19 см3.

2. Расчетное сопротивление стали следует уточнять у производителя, ну а если оно точно не известно, то можно принимать наименьшее из возможных, т.е. R = 2000 кг/см2.

3. Тогда максимальный изгибающий момент, который может выдержать такая балка:

M = WzR = 54.19·2000 = 108380 кгсм или 1083.8 кгм.

4. При пролете 4 м максимальная распределенная нагрузка на погонный метр составляет:

q = 8M/l2 = 8·1083.8/42 = 541.9 кг/м.

5. При шаге балок 1.2 м (расстоянии между осями балок) максимальная плоская равномерно распределенная нагрузка на квадратный метр составит:

q = 541.9/1.2 = 451.6 кг/м2 (сюда входит и вес балок).

Вот и весь расчет.

Несущая способность однопролетной металлической балки при действии сосредоточенных нагрузок и шарнирном закреплении на опорах

Если на металлические балки перекрытия сверху уложены сначала лаги, а потом уже делается перекрытие по лагам, то на такие металлические балки будет действовать не одна равномерно распределенная нагрузка, а несколько сосредоточенных. Впрочем перевести сосредоточенные нагрузки в эквивалентную равномерно распределенную совсем не сложно — достаточно просто разделить значение равномерно распределенной нагрузки, которую мы уже определили, на коэффициент перехода.

Например, если мы по металлическим балкам уложили лаги через каждые 0.5 метра, то есть всего 4/0.5 +1 = 9 лаг — сосредоточенных нагрузок. При этом крайние лаги можно вообще в расчет не брать и тогда количество сосредоточенных сил будет = 7, а коэффициент перехода от сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной составит γ = 1.142.

Тогда максимальная равномерно распределенная нагрузка, которую может выдержать данная металлическая балка, составит:

q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м2

Конечно же металлические балки могут быть и многопролетными или иметь жесткое закрепление на одной или двух опорах, т.е. быть статически неопределимыми. В таких случаях изменится только формула определения максимального изгибающего момента (см. расчетные схемы для статически неопределимых балок), но весь алгоритм расчета останется таким же.

doctorlom.com

2.2 Проверка несущей способности балки

2.2.1 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяем на прочность по первой группе предельных состояний от действия касательных напряжений по формуле(2.6):

(2.6)

где — наибольшая поперечная сила на опоре;

и — статический момент и момент инерции сечения;

— толщина стенки балки;

— расчетное сопротивление стали сдвигу; определяем по формуле (2.7)

(2.7)

где — предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимаемМПа;

— коэффициент надежности по материалу проката ; принимаем .

Н/мм2= 20,09 кН/см.

кН/см<кН/см, условие выполняется.

2.3 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле (2.8):

, (2.8)

где — значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

кН/м <, т.е. условие жесткости балки удовлетворяется.

3 Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором — проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

3.1 Подбор сечения главной балки

3.1.1 Сбор нагрузок.

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3

а — расчетная схема; б — сечение балки

Рисунок 3 — К подбору сечения главной балки

Определяем по формуле (3.1) расчетную погонную нагрузку на главную балку

(3.1)

где и- коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем по;;

— собственный вес настила;

— масса 1 м балки настила;

— собственный вес главной балки, предварительно принимаемый равным  1 — 2 % нагрузки, приходящейся на балку;

кН/м

Нормативная нагрузка:

кН/м

3.1.2 Определение усилий.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

(3.2)

кНм

Поперечная сила на опоре:

(3.3)

кН

Определим также нормативный изгибающий момент

(3.4)

кНм

3.1.3 Подбор сечения балки.

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле (3.5):

(3.5)

где — расчетное сопротивление материала главной балки; принимаемМПа;

с1 — коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с1 = 1,1.

см 3

3.1.4 Компоновка сечения главной балки

Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.

Предварительно задаемся высотой балки м

Определяем толщину стенки по эмпирической формуле (3.6):

(3.6)

мм.

Предварительно принимаем 12 мм

Определяем оптимальную высоту балки по формуле (3.7):

(3.7)

где — для сварных балок постоянного сечения.

см=1.19м

Определяем минимальную высоту балки по формуле (3.8):

, (3.8)

где fu — предельный относительный прогиб; для главных балок fu=400.

м.

Окончательно принимаем высоту стенки балки hw=140 см.

Определяем минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез

( 3.9):

(3.9)

где — при работе на срез без учета поясов

м

Принимаем толщину пояса tf=3см

hb=hw+6=140+6=146см

Окончательно принимаем tw=12мм.

Проверим местную устойчивость стенки главной балки по формуле (3.10):

(3.10)

см

Условие выполняется, следовательно, дополнительного укрепления стенки главной балки продольным ребром не требуется.

Принимаем толщину поясных листов 30 мм.

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле(3.11):

(3.11)

где hb — принятая высота главной балки.

см4

Высота стенки балки см; находим момент инерции стенки

(3.12)

см4

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

см4.

Требуемую площадь сечения одной полки определяем по формуле(3.13):

(3.13)

где см — расстояние между центрами полок.

см2

Ширину полки балки определим по формуле (3.14):

. (3.14)

см. Принимаем см.

см2

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщинене должно превышать значений, вычисляемых по формулам (3.15) и (3.16):

(3.15)

см

с учетом развития пластических деформаций

. (3.16)

см

Условия выполняются.

studfiles.net

Расчет нагрузки двутавровой балки – максимальные значения + Видео

Расчет нагрузки двутавровой балки проводится для определения номера из списка сортамента при проектировании несущих конструкций зданий и сооружений. Расчет производится согласно формулам и таблицам, а полученные параметры влияют на процесс проектирования и строительства, а также дальнейшие эксплуатационные характеристики конструкции.

1 Применение двутавровой балки и основные параметры

Основная функция двутавра при проектировании различных зданий и сооружений – создание надежной и эффективной несущей конструкции. В отличии от бетонных вариантов несущих конструкций, использование двутавровой балки позволяет добиться увеличения ширины пролетов жилых или коммерческих зданий и уменьшить массу основных несущих конструкций. Таким образом, существенно повышается рентабельность строительства.

Двутавровое балки

Рекомендуем ознакомиться

Двутавровый швеллер выбирается, исходя из длины и веса. Балки могут быть горячекатаными стандартными или специальными и иметь параллельные или наклонные грани полок. Они изготавливаются из низкоуглеродистой стали различных марок и используются в разных сферах строительства. Согласно нормам ГОСТ 823989, длина двутаврового швеллера может быть от 3 до 12 метров. По типу использования такие балки могут быть балочными, колонными, широкополочными или монорельсными, которые используются для строительства подвесных мостов. Определить тип балки можно по буквенной маркировке в таблице сортамента.

Масса двутавра рассчитывается согласно таблице сортамента, в которой указан конкретный номер и маркировка двутавровой балки, а также показатели ширины, высоты, толщины полок и средняя толщина стенок профиля. Таким образом, для определения массы, согласно таблице, необходимо знать нормативный вес одного погонного метра. Например, балка с номером 45, при весе погонного метра 66,5 кг, имеет длину 15,05 метров.

Помимо расчета массы, который можно провести, используя простой калькулятор, в процессе проектирования необходимо рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб и прогиб (деформацию), чтобы выбрать подходящую под конкретные цели строительства двутавровую балку. Данные расчеты основаны на таких параметрах металлического профиля, как:

• минимальное и максимальное расстояние между полками (стенками) балки с учетом их толщины;
• максимальная нагрузка на будущую конструкцию перекрытия;
• тип и форма конструкции, метод крепления;
• площадь поперечного сечения.

В некоторых случаях для проведения расчетов может понадобиться и шаг укладки, то есть расстояние, через которое балки укладываются параллельно друг другу.

Расчет двутавровой балки, как правило, производится на прочность и прогиб. Для максимально точных расчетов в таблице сортамента и нормах ГОСТ прописаны и такие необходимые параметры, как момент сопротивления, который делится на статистический и осевые моменты. Помимо этого, иногда необходимо знать величину расчетного сопротивления, которая зависит от типа и марки стали, из которой изготовлена двутавровая балка, а также от типа производства (сварная или прокатная). В случае сварного профиля при расчете прочности прибавляется до 30 процентов к вычисленной несущей нагрузке профиля.

2 Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета

В таблице сортамента все номера металлического двутавра указаны согласно нормам ГОСТ 823989. Таким образом, выбор номера должен осуществляться с учетом предполагаемой нагрузки на балку, длины пролетов, веса. Например, если максимальная нагрузка на двутавровую балку равна 300 кг/м.п, из таблицы выбирается балка номер 16, при этом пролет будет равен 6 метрам при шаге укладки от 1 до 1,2 метров. При выборе 20-го профиля максимальная нагрузка увеличивается до 500 кг/ м.п, а шаг может быть увеличен до 1,2 метра. Профиль с номерами 10 или 12 означает максимально допустимую нагрузку до 300 кг/м.п и сокращение пролета до 3-4 метров.

Применение балок в строительстве

Таким образом, расчет того, какую нагрузку выдерживает балка, производится так:

• определяется величина нагрузки, которая давит на перекрытие с учетом веса самого профиля (из таблицы), которая рассчитывается на 1 погонный метр профиля;
• полученная нагрузка, согласно формуле, умножается на показатель коэффициента надежности и упругости стали, который прописан в ГОСТ 823989;
• используя таблицу расчетных значений по ГОСТ, необходимо определить величину момента сопротивления;
• исходя из момента сопротивления, выбираем соответствующий номер из таблицы сортамента.

Рассчитывая несущую нагрузку при выборе профиля, рекомендуем выбирать номера балки на 1-2 пункта выше полученных расчетных значений. Несущая способность профиля также рассчитывается при определении нагрузки двутавровой балки на изгиб.

3 Как марки стали влияют на расчеты?

При расчете прочности несущей балки в обязательном порядке учитывается марка стали, которая использовалась в процессе производства, и тип производственного проката. Для сложных конструкций и возведения перекрытий жилых зданий, коммерческих помещений, мостов необходимо выбирать балки из максимально прочных марок стали. Изделия с более высокой прочностью обладают меньшими габаритными размерами, но при этом способны выдерживать большие нагрузки.

Балки на производстве

Таким образом, расчет на прочность рекомендуется проводить несколькими способами, а полученные данные сравнить для получения максимально точных результатов вычислений. При определении прочности необходимо знать нормативные и расчетные напряжения и учитывать такие параметры, как поперечные и продольные силы, а также крутящие моменты. Существует несколько вариантов расчетных калькуляторов, с помощью которых определяется максимально и минимально допустимая нагрузка на прочность.

4 Как вычислить нагрузку на деформацию?

Для определения нагрузки балки на деформацию необходимо учитывать такие параметры, как:

• расчетная и нормативная нагрузка;
• длина и вес перекрытия;
• нормативное сопротивление.

Двутавровые балки для строительства

При этом для некоторых типов балок невозможно рассчитать нагрузку на прогиб, ввиду их формы и видов крепления при строительстве. Следует также понимать, что деформация балки (прогиб) возникает в поворотных углах. Поэтому она сильно зависит от габаритов конструкции, ее назначения, марки стали и других свойств и показателей. Существует несколько формул и вариантов для расчета балки на прогиб, использование которых зависит от расчета деформации внизу и вверху балки. Чаще всего для того, чтобы вычислить максимальную нагрузку на прогиб, специалисты используют универсальную формулу. Величину нагрузки на будущую конструкцию необходимо умножить на ширину пролета в кубическом объеме. Полученный параметр разделите на произведение модуля упругости и величины инерционного момента.

Модуль упругости вычисляется, исходя из конкретной марки стали, момент инерции прописан в ГОСТе по номеру выбранной балки. Полученное число необходимо умножить на коэффициент, равный 0,013. В том случае, если рассчитанный относительный коэффициент деформации больше или меньше, чем прописано в нормативе, то в строительной конструкции необходимо использовать двутавры большего или меньшего типоразмера из таблицы.

Следует понимать, что двутавровая балка, ввиду своей формы, конструкции и веса, довольно редко используется в частном строительстве. Обычно вместо балок применяются более легкие швеллеры или стальные уголки. Но если вы все же используете балку для строительства небольшого частного дома, дачи, то необязательно проводить сложные расчеты по всем видам деформации и нагрузок. Для небольшой конструкции перекрытия достаточно рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб.

tutmet.ru

Определение несущей способности железобетонной балки

Определение несущей способности ж/б балки без арматуры в сжатой зоне

 

Дано:

железобетонная балка длиной 4.5 м, высотой h = 30 см, шириной b = 240 мм из бетона марки М300, что соответствует классу В22.5. Балка армирована арматурой класса А-III (A400), двумя стержнями диаметром 18 мм снизу. В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень (в итоге имеем тяжелый бетон)

Требуется определить:

какую равномерно распределенную нагрузку выдержит такая балка при условии шарнирного закрепления на опорах.

Решение:

Алгоритм расчета в этом случае выглядит следующим образом: сначала определяется высота сжатой зоны бетона, затем — значение момента, а после этого можно определить значение нагрузки. Ну а теперь подробнее:

1. Определение пролета балки

Так как длину опорных участков балки желательно принимать не менее h/2, то в нашем случае расчетный пролет составит l = 4.5 — 0.3 = 4.2 метра.

2. Определение прочностных характеристик

Расчетное сопротивление арматуры растяжению мы можем сразу принять по соответствующей таблице Ra = 3600 кг/см2. В таблицах расчетное сопротивление бетона класса В22.5 не приводится. Однако ничего не мешает нам определить это значение интерполированием:

Rb = (11.5 + 14.5)/2 = 13 МПа или 13/0.0981 = 132.5 кг/см2

а с учетом различных коэффициентов, учитывающих возможную длительность действия нагрузки, повторяемость нагрузок, условия работы бетона и др. мы для надежности примем Rb = 132.5·0.8 = 106 кг/см2.

Два стержня арматуры диаметром 18 мм имеют площадь Аs = 5.09 см2. Это можно определить как непосредственно из формулы А = пd2/4, так и по таблице.

3. Определение относительной высоты ho

Если ho нам не известно, то из конструктивных соображений в данном случае защитный слой бетона а ≥ 1.8 см, соответственно ho ≤ 30 — 1.8 — 0.9 ≤ 27.3 cм. Для дальнейших расчетов примем значение ho = 27 cм.

4. Определение высоты сжатой зоны бетона

Согласно формуле 220.6.5 высота сжатой зоны у составляет

(6.5)

тогда

у = 3600·5.09/(106·24) = 7.2024 ≈ 7.2 см

Заодно определим, находится ли данное значение в пределах допустимого

у/ho ≤ ξR 

7.2/27 = 0.267 < ξR = 0.531 (для арматуры класса А400)

5. Определение максимального значения момента

Так как согласно формуле 220.6.3

M < Rbbу (h0 — 0,5у)

То значение момента составит

М < 106·24·7.2(27 — 0.5·7.2) = 428613.12 кгс·см

т.е. максимально допустимое значение изгибающего момента составит M = 4286 кгс·м

6. Определение равномерно распределенной нагрузки

Так как

М = ql2/8

то

q = 8M/l2 = 8·4286/4.22 = 1943.46 кг/м

Т.е. имеющаяся балка при условии того, что при ее проектировании и изготовлении были соблюдены все конструктивные и технологические требования может выдерживать нагрузку до 1943 кг/м. Если на балку будут действовать одна или несколько сосредоточенных сил, то заключительная часть расчета будет несколько другой. Тем не менее часто сосредоточенную нагрузку или нагрузки можно привести к эквивалентной равномерно распределенной.

А если в сжатой зоне сечения также имеется арматура и ее влияние на прочность хочется учесть, то алгоритм расчета при этом не меняется, лишь немного усложняются формулы:

Определение несущей способности ж/б балки с арматурой в сжатой зоне

Например у рассчитанной выше балки имеется арматура в сжатой зоне — 2 стержня арматуры диаметром 12 мм. Площадь сечения сжимаемой арматуры составит А’s = 2.26 см2. Расстояние от верха балки до центра тяжести сжатой арматуры примем равным a’ = 3 см. Расчетное сопротивление сжатию составляет Rsc = 3600 кг/см2.

При наличии арматуры в сжатой зоне формула для определения высоты сжатой зоны примет следующий вид:

 (282.5)

тогда

у = 3600(5.09 — 2.26)/(106·24) = 4 см

так как у нас у/ho < ξR, то значение максимального изгибающего момента мы будем производить по следующей формуле:

M < Rbby(hо — 0,5у) +RcsA’s(ho — a’) (281.5.2)

M < 106·24·4(27 — 2) + 3600·2.26(27 — 3) = 254400 + 193536 = 447936 кгс·см

Таким образом максимально допустимое значение момента составит примерно М = 4479 кгс·м, т.е. примерно на 4.5% больше, чем при расчете без учета арматуры в сжатой зоне. Соответственно и значение максимально допустимой нагрузки также увеличится на 4.5% или в 1.045 раза и составит

q = 1943.46·1.045 = 2031 кг/м

Вот собственно и весь расчет. При этом стоит ли при расчете учитывать наличие арматуры в сжатой зоне сечения или нет — решать вам.

doctorlom.com

Несущая способность — балка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Несущая способность — балка

Cтраница 1

Несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предела текучести по всему сечению.  [1]

Несущая способность балки будет исчерпана после образования второго пластического шарнира на опоре В, так как балка станет геометрически изменяемой.  [2]

Несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предела текучести по всему сечению. В этом случае От / граст т гсж и нейтральная ось делит площадь сечения пополам. Так как площадь стенки швеллера 36 — 0, 75 27 еж2 больше половины сечения 53, 4 / 2 26, 7 см2, то нейтральная ось проходят по площади стенки на расстоянии х от верхнего края.  [3]

Несущая способность балок в общем случае изгиба при расчете их по методу расчетных предельных состояний обычно определяется по тем же формулам, что и при чистом изгибе. Касательные напряжения при этом могут вычисляться по методу, изложенному выше.  [4]

Несущая способность балки, усиленной шпренгелем, должна проверяться на сочетаниях нагрузок, действующих на балку в момент установки шпренгеля ( усилия от натяжения и фактическая нагрузка) и на максимально возможную нагрузку после усиления.  [5]

Несущая способность балки должна удовлетворять большему из двух указанных условий, обеспечивающих несущую способность усиленной конструкции по моменту и поперечной силе.  [7]

Несущую способность балки необходимо сопоставлять с величиной критического момента МКр, при котором наступает потеря устойчивости. Если МКр меньше несущей способности, тогда М [ из уравнения ( 91) ] является решающим.  [9]

Несущую способность балки не-обходимо сопоставлять с величиной критического момента МКр, при котором наступает потеря устойчивости. Если Мкр меньше несущей способности, тогда М [ из уравнения ( 91) ] является решающим.  [11]

Увеличение несущей способности балки при предварительном напряжении может быть оценено следующим образом. Сила Р создает в нижнем поясе напряжение т — aR, где a — коэффициент; R — расчетное сопротивление.  [13]

Чем определяется несущая способность балки.  [14]

После этого несущая способность балки исчерпана.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

размеры, расчет веса 1 удельного погонного метра, ГОСТ

Несущие конструкции – об этих понятиях наслышан каждый человек.

Для того, чтобы создать мощную конструкцию, требуется соблюдать ряд правил и технических характеристик. Немаловажное значение имеют и государственные показатели, которые также приобрели название как ГОСТ.

Все эти понятия также распространены и на двутавровые балки, которые позволяют преобразовать сооружение. Этот элемент в большей степени отвечает за сплошное сечение конструкции и отвечает заизгиб.

Сортамент балки двутавровой

На первоначальном этапе изучения основ строительства сооружений работники могут столкнуться с таким понятием, как сортамент двутавровых балок. Оно подразумевает собой совокупность размеров, соответствующих государственным стандартам и форм профиля.

Как известно, сама конструкция может быть представлена в нескольких видах. В основном можно увидеть колонные, нормальные и широкополые балки. Все они могут быть созданы с различным уклоном.

Однако, исходя из этих показателей, практически невозможно узнать о том, сколько весит каждая деталь. Для этого и предусмотрен сортамент.

Такую программу можно скачать в интернете, при помощи неё пользователь без затруднений рассчитает общий вес балки, если ему будут известны такие характеристики как вес и длина.

Как правило, в этой программе приведены справочные значения следующих ГОСТов:

• 8238 — 89;
• 19426 — 74;
• 26020 — 83.

В справочнике также указаны некоторые позволительные отклонения от стандартов. Все балки указывают в соответствии от конструкции и площади сечениями. Важными показателями являются и сопротивление, инерция и радиус.

Опытные строители знают и том, что на самом деле сортамент балок несколько отличается от других деталей, а именно от уголков. Это связанно с тем, что для них используется минимальное количество затрачиваемого материала.

Вес специальной двутавровой балки

Специальная балка – это элемент конструкции, используемый для создания различных сооружений. Как правило, обычно они участвуют в процессе строительства пролетов небольшой длины.

Существует несколько видов сооружений, для которых, чаще всего, применяются эти элементы:

• Эстакады;
• Монорельсовые пути;
• Строительные колоны;
• Склады;
• Гаражи;
• Подвалы;
• Производственные постройки.

Что касается веса специальных балок, то стоит заметить, что они в несколько раз больше содержат металла, чем стандартные конструкции. Это значительный плюс в связи с тем, что их нет необходимости дополнительно увеличивать при помощи элементов.

Из-за отсутствия швов от сварки также уменьшается количество дефектов.

Балка двутавровая: нагрузка собственного веса

Часть человечества не придает значения техническим характеристикам, и делают это абсолютно напрасно. Показатели расчетов в полной мере влияют на правильность создания прочной конструкции.

Для архитектора конструкции эти параметры имеют большое значение, при помощи них он может изменить всю её структуру, а именно:

• Создать большее количество пролетов;
• Уменьшить вес всех несущих конструкций;
• Увеличить рентабельность.

Однако, существуют в этой области и отрицательные стороны, например, они касаются повышения финансовой стоимости на все затраты.

Пример расчета двутавра

В первую очередь, для работы следует узнать, сколько сама по себе весит двутавровая балка. Этот параметр исчисляется по двум основным цифрам, отвечающий за номер и длину материала. Если взять в пример, что для строительных работ понадобилась балка под номером 12 и её длина составила 3 мера, то можно без труда рассчитать и её вес.

Заглянув в справочник, в колонке с этими параметрами можно увидеть значение 11,50 кг. Эта цифра обозначает вес одного погонного метра. Таким образом, при умножении условного значения на длину полотна можно узнать собственный вес балки, в этом случае он составит 34, 5 кг.

Также вес двутавровой балки можно узнать с помощью онлайн калькулятора.

ГОСТ

Вес балки – это один из важных показателей, который определяются по ГОСТу. Как известно, в сортаменте указывается только условный вес балки на 1 метр погонного материала. Далее, это значение следует умножить на метраж.

Однако, в современном мире существует множество исходного материала, которого может не быть в справочники. Также возможно и такая ситуация, когда указанное значение будет не соответствовать настоящему размеру балки. Это значение может измениться приблизительно на 2 — 4 процента от исходной массы.

Двутавровые балки с параллельными гранями полок

В справочнике можно увидеть и материал с параллельными гранями полок.

По госту они подразделяются на два вида:

• Серия Б – нормальные балки, соответствующие номерам с 20Б по 70Б;
• Материал с подвесными путями, с внутренними гранями до 12 градусов, соответствующее номерам от 18М до 45М.

Также балки подразделяются по виду точности изготовления. Подразделяется два вида:

• Высокая точность под маркировкой А;
• Обычная точность под маркировкой Б.

Обычно, такая балка имеет стандартную длину от 4 до 13 метров, по этим величинам можно найти соответствующий вес в справочнике.

Стандартные балки с параллельными гранями полок

Существует несколько стандартов балок с параллельными гранями, соответствующие закону, принятому от 1 января 1986 года:

• Высота материала может достигать от 10 до 1000 мм;
• Ширина полотна варьируется от 50 до 400 мм;
• Существуют колонные, широкополочные и нормальные балки этого вида.

Также в строительном справочнике можно найти ряд значений, например, сечение и линейная плотность. Каждому показателю соответствуют и допустимые отклонения.

Масса балки нормальной

Масса нормальной балки колеблется от 21 до 105,5 кг.

На этот показатель влияют следующие параметры:

• Номер профиля, для этого критерия в справочнике присутствуют показатели категорий от 20Б1 до 60Б2;
• Размеры – в таблице приведены 4 вида: h, b, s, t.

Помимо показателей в килограммах можно также найти значение, указанное в тоннах.

Масса балки широкополочной

Широкополочные балки использую только для создания перекрытий. Стоит заметить, что они должны укрепляться на опору в двух местах на месте изгиба.

Этот материал делится на два вида:

• Нерезаный материал;
• Резанный материал.

Всего изготавливают два вида полок, они выпускаются под маркировками Ш1 и Ш2. Масса балки может составлять от 30 кг до 300 кг. В стандартных таблицах также приведено это значение в тоннах, оно составляет от 3 до 32 тонн.

Этот показатель изменяется в зависимости от:

• Номера двутавра, он классифицируется от 20Ш1 до 70Ш5;
• Размера: h, b, s, t, каждый показатель изменяется в миллиметрах.

Масса балки колонной

Существует несколько показателей, характеризующих массу балки:

• Номеру 10 соответствует 9, 46 кг на 1 погонный метр.

Далее эта цифра изменяется в зависимости от номера двутавра, например для 14 балки соответствует масса 13,70. Самый большой вес имеет балка 60, он составляет 108 кг.

Стоит заметить, что именно этот материал, чаще всего, применяется в современном строительстве. Они представляют собой балку, у которой присутствует две параллельные грани. Сами эти балки имеют мощную толщину, что позволяет ей выдержать даже самую сильную нагрузку. Однако существуют и некоторые отклонения от нормы, указанной в стандарте, например, кривизна составляет до 0,2 процента.

Масса узкополосной балки

Удельная масса узкополосной балки на 1 погонный метр колеблется от 28,5 до 93,1 кг. При покупке этого материала его легко выделить среди другого, он обозначаем маркировкой под буквой «У». Этот материал легко выдает себя и по внешнему виду, у него присутствует полка, которая имеет самый маленький размер по сравнению с другими двутаврами.

На сегодняшний день строительство мощных конструкций – это важный этап в жизни. Число населения и потребностей людей постоянно увеличивается, поэтому требуется создавать новые здания для того, чтобы постоянно создавались новые ресурсы.

Все большей популярностью именно двутавровые балки, так как они обладают большой мощностью, чем другие подобные конструкции. Благодаря широкому ассортименту материала, их можно применять для строительства конструкции абсолютно любого размера.

Благоприятным фактором является и то, что они легко поддаются обработке и у строителей практически не возникает сложности в этим этапом.

Также актуальность балок вызвана тем, что они легко принимают дополнительные элементы, и таким образом можно увеличить жесткость балки, а соответственно и максимальную нагрузку, которую она сможет выдержать.

Цена двутавровой балки зависит от технических параметров и материала изготовления.

Несущая способность

Основным показателем балки является её несущая способность. Стоит заметить, что двутавр – это тот материал, который обладает максимальной прочностью. Также для него совершенно не страшны резкие перепады температур, выпадение осадков и передвижения земельного покрова.

При покупке и строительстве балки можно увидеть маркировку, именно эта цифра отвечает за максимально возможную на неё нагрузку. Также это значение можно вычислить по справочнику, указав в нем номер материала. Несложно догадаться, что чем больше цифра маркировки, то большую нагрузку может выдержать балка.

Вычислить несущую способность конструкции можно и самостоятельно, но для этого потребуется сделать ряд сложнейших расчетов. Если взять в пример балку с сечением 510 мм, то на неё можно поставить профиль, ширина которого не будет превышать 460 мм. В таком случае искомый материал выступит в качестве основы.

Для балки также необходимо наличие железобетонной основы, к которой она крепится при помощи сварочного аппарата. Этот показатель также может влиять на максимальную нагрузку.

Какую нагрузку способна выдержать балка можно узнать следующим образом: Все перекрытия, входящие в основу конструкции требуется сложить. Эту сумму нужно умножить на коэффициент прочности, который также можно узнать по справочнику. К полученному результату следует прибавить массу собственного веса, которая рассчитывается как в указанном примере, и вычесть из него момент сопротивления. Получив окончательную цифру возможной нагрузки, можно приступить к подбору основного материала для сооружения.

Усиление

Встречаются и такие ситуации, когда несущей способности не хватает для того, чтобы построить здание. Например, этот показатель не удовлетворяет критериям выбора материала. В таком случае, саму балку можно усилить.

1. В первую очередь, нужно выяснить, какие элементы в конструкции отвечают за такие требования как сжатие, растяжение и изгиб;
2. Далее, требуется увеличить сечение исходного материала на этом месте. Обычно, это делается при помощи сварочного аппарата, наваривая дополнительные части. Таким образом, увеличивается несущая способность балки, и она уже может выдержать больше нагрузки.

Прежде чем увеличивать жесткость двутавра, необходимо сверить, действительно ли правильно были сделаны расчеты ранее.

 

krovlya777.ru

Несущая способность — балка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Несущая способность — балка

Cтраница 2

Для восстановления несущей способности балки было рекомендовано про вести ее реконструкцию с обязательной проверкой на резонанс с частотой колебаний 100 гц.  [16]

Если требуется повысить несущую способность балок, но нельзя применить большие сечения, обе балки соединяют вместе таким образом, чтобы они работали как один элемент. Ошибкой было бы полагать, что таким путем можно вдвое увеличить несущую способность балок, поскольку может возникнуть взаимное смещение соединяемых элементов, сдвиг или выпучивание. С целью увеличения несущей способности балок их укладывают одну на другую и получают так называемую решетку.  [17]

При действии этой нагрузки несущая способность балки еще не исчерпана. Этому этапу — от образования первого пластического шарнира до второго — соответствует эпюра Мж ( AF) на рис. 14.36, г. При возникновении второго пластического шарнира ( в сечении В) несущая способность балки будет исчерпана — балка обращается в механизм.  [18]

Влияние фактора устойчивости на несущую способность балок сказывается в значительно меньшей мере, чем в стойках. Поэтому в ригелях желательно обеспечивать благоприятные условия для развития пластических деформаций.  [20]

Как видно из формулы (7.52), несущая способность балки пропорциональна моменту сопротивления WKM, а расход материала — площади F поперечного сечения балки. Поэтому рациональными с точки зрения расхода материала являются такие типы сечений, у которых отношение WJF имеет возможно большее значение.  [21]

Как видим, при заданном диаметре отверстия несущая способность балки не изменится.  [22]

В случае, если есть опасность снижения несущей способности балки из-за потери устойчивости, в расчетную формулу (5.16) вводится коэффициент ( рб указанный в прилож.  [23]

Большой интерес представляет экспериментальное изучение устойчивости и несущей способности балок значительного пролета с гибкой подвеской, которые в СССР применения еще не находят.  [25]

Для хрупких материалов это условие действительно ограничивает несущую способность балки, так как дальнейшее увеличение нагрузки может вызвать появление трещин и последующее разрушение детали.  [26]

Для пластичных материалов при этом условии не исчерпывается несущая способность балки, так как по мере увеличения нагрузки крайние волокна начинают пластически деформироваться в связи с перераспределением напряжений; несущая способность балки увеличивается до тех пор, пока напряжения во всех волокнах не достигнут предела текучести; в этот момент балка достигнет состояния пластического шарнира. Это и считается предельным состоянием балки при расчетах по способу предельных нагрузок.  [27]

Таково выражение предельного момента, определяющее так называемую несущую способность балки при наличии пластических зон.  [28]

Во многих случаях считают, что при М Afny несущая способность балки еще не исчерпана. Действительно, пластической деформацией охвачены только самые, крайние волокна. Рассмотрим балку прямоугольного или двутаврового сечения в ситуации, когда изгибающий момент М несколько превышает предельный упругий момент Мпу.  [29]

Для пластичных материалов при этом условии не будет исчерпана несущая способность балки, так как по мере увеличения нагрузки крайние волокна начнут пластически деформироваться в связи с перераспределением напряжений; несущая способность балки будет увеличиваться до тех пор, пока напряжения во всех волокнах не достигнут предела текучести; в этот момент балка достигнет состояния, соответствующего наличию пластического шарнира.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Несущая способность бруса

PDH Курсы онлайн. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов. «

Рассел Бейли, П.Е.

«Это укрепило мои текущие знания и дополнительно научило меня нескольким новым вещам

Стивен Дедук, П.Е.

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Блэр Хейворд, П.Е.

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду использовать ваши услуги снова.

имя другим на работе. «

Рой Пфлайдерер, П.Е.

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень интересным, особенно, поскольку я думал, что я уже был знаком

Майкл Морган, П.Е.

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится возможность просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

в моей работе. «

Уильям Сенкевич, П.Е.

«У вас есть большой выбор курсов, и статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел «.

Рассел Смит, П.Е.

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко заработать PDH, предоставив время для обзора

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле,

от сбоев. «

John Scondras, P.E.

«Курс был хорошо составлен, и использование конкретных примеров эффективно

способ обучения. «

Джек Лундберг, П.Е.

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., разрешив

получает викторину. «

Арвин Свангер, П.Е.

«Спасибо за предложение всех этих замечательных курсов. Я, конечно, выучил и

очень понравилось. «

Мехди Рахими, П.Е.

«Я очень рад предложениям курса, качеству материала и простоте поиска и

Уильям Валериоти, П.Е.

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был прост в использовании. Фотографии в основном обеспечивали хорошее визуальное отображение

обсуждаемых тем. «

Майкл Райан, П.Е.

«Именно то, что я искал. Нужен 1 кредит по этике и нашел его здесь.»

Gerald Notte, P.E.

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

для всех инженеров. «

Джеймс Шурелл, П.Е.

«Я ценю вопросы» реального мира «и имеют отношение к моей практике, и

Марк Каноник, П.Е.

«Большой опыт! Я многому научился возвращаться к своему медицинскому устройству.

организации. «

Иван Харлан, П.Е.

«Материал курса имел хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Евгений Бойл, П.E.

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представленной,

использовать. Большое спасибо. «

Патриция Адамс, П.Е.

«Отличный способ достичь соответствия требованиям PE Continuation Education в течение срока действия лицензии.»

Джозеф Фриссора, П.Е.

«Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает провести печатную викторину в течение

Обзор текстового материала. Я

фактических случаев. «

Жаклин Брукс, П.Е.

«Документ Общие ошибки ADA при проектировании объектов очень полезен.

легко доступны. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Поверхностное поведение деревянных конструкций при сильных динамических нагрузках

Помимо более распространенных односемейных и малоэтажных домов, в наши дни даже во многих странах можно встретить впечатляющие и дерзкие формы современных деревянных зданий, поскольку на нескольких рисунках 8 представить. Чувство экологически чистых и возобновляемых материалов, а также простота производства и транспортировки из прошлого добавляет новые мотивы для строительства деревянных зданий.

Как обсуждалось во вводном разделе этой главы, современные конструкции должны быть пластичными и рассеивающими, особенно когда они построены в сейсмических зонах.Хотя деревянные конструкции однозначно признаны способными отвечать таким требованиям, при условии, что они являются регулярными, гиперстатическими и связаны с пластичными крепежными элементами (что также подтверждается в таблице 2), большинство вопросов, связанных с оценкой и моделированием этой способности, все еще находятся в стадии обсуждения.

3.1. Важнейшая роль соединений

Соединения в современных деревянных зданиях — это металлические устройства, обеспечивающие передачу усилий между элементами конструкции. Их конструкция является наиболее стратегической частью структурного проекта деревянного сооружения, поскольку от характеристик соединений (тип, механические свойства, геометрия, расстояние, методы сборки) могут сильно зависеть жесткость, прочность, пластичность и энергия. рассеяние всей структуры.

Несмотря на то, что некоторые конструктивные типологии (такие, как устойчивые к моменту системы деревянных каркасов, системы панелей для резки древесины и системы с перекрестными ламинированными панелями) указаны как особенно способные обеспечить пластичное поведение при экстремальных динамических боковых нагрузках [43], это конструкция соединения, которая в конечном итоге определяет ресурсы пластичности деревянной конструкции. Фактически, один и тот же структурный тип может быть приписан различным классам пластичности в зависимости от способности его соединений к вращательной пластичности, что может быть выведено, например, из классификации, проведенной EC8, как указано в таблице 2.

Наиболее распространенными соединениями в современных деревянных конструкциях являются механические крепежные детали дюбельного типа (гвозди, шурупы, дюбели, болты, заклепки), которые глубоко проникают в древесину для переноса нагрузки с помощью деревянного подшипника и изгиба соединителя. Штекерные соединители могут использоваться отдельно или в сочетании с металлическими предварительно просверленными пластинами. Ожидается, что соединения с крепежами типа дюбеля будут пластичными из-за крайне нелинейного поведения древесины при напряжениях врезания и пластического поведения стальных крепежных элементов при изгибе [44].Тем не менее, на них иногда могут влиять внезапные и хрупкие разрушения, такие как сдвиг в блоке или расщепление [45]. Десять различных типов отказов (шесть в одном сдвиге и четыре в двойном сдвиге) рассматриваются европейскими стандартами для деревянных соединений типа дюбеля [46].

На самом деле, деревянные элементы и металлические соединения играют разные роли в сейсмическом поведении деревянных конструкций. Поскольку механизмы разрушения деревянных элементов в основном хрупкие, деревянные элементы должны оставаться в диапазоне упругости даже при очень сильных событиях.Задача удовлетворения спроса на пластичность возложена на металлические соединения, которые, как ожидается, будут выдерживать большие неупругие деформации при предотвращении разрушения. На пластичное поведение соединений влияют как металлические крепежные элементы (которые могут вести себя пластично или хрупко, в зависимости от того, достигнута пластификация или нет), так и прочностные свойства древесины, окружающей зону соединения (направление зерна относительно направление нагрузки).

Предотвращение хрупкого разрушения может гарантировать адекватную пластичность всей конструкции.Соблюдение некоторых правил иерархии прочности может обеспечить пластичное поведение деревянных конструкций. В частности, важно, чтобы крепежные элементы были более слабыми, чем деревянные элементы, которые они соединяют, чтобы они могли производить и рассеивать большое количество энергии. С другой стороны, чем слабее крепеж, тем ниже их несущая способность. Способ обеспечения как адекватной пластичности, так и достаточной площади опоры заключается в использовании большого количества слабых крепежных элементов. Некоторые альтернативы для улучшения характеристик соединений типа дюбелей обсуждаются в работе.[47].

Хотя пластические свойства одних стальных крепежных деталей хорошо известны и их поведение при циклических нагрузках легко предсказуемо, нелинейный отклик сборки металлических соединителей и окружающей древесины довольно сложно предсказать, поскольку он не является перекрестным свойство участка (как для железобетона). Фактически, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых хорошо известны как прочностные свойства и геометрическая конфигурация используемых материалов, другие подвержены неопределенности как влиянию соседних металлических крепежных элементов или взаимодействию между крепежными элементами и окружающей древесиной.Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.

Большинство признаков, показанных на рисунке 7 и обсужденных в разделе 2.2.1, характеризуют поведение соединений из металлической древесины, что можно сделать из рисунков 9a и 9b, которые предоставляют качественные примеры типичного гистерезисного поведения клепаных и заколоченных соединений, соответственно. В частности, было обнаружено, что два явления типичны для гистерезисного отклика стальных соединений типа дюбелей, как это было упомянуто в [6].[43]. Первым из них является эффект сжатия , подразумевающий различные гистерезисные кривые от первого до последующих циклов нагрузки (см. Рисунок 9). Второй, называемый памятью материала , обусловлен зависимостью кривой проскальзывания нагрузки от истории нагрузки. Оба эти явления могут влиять на пластичное поведение структуры древесины.

Рисунок 9.

Типичные гистерезисные кривые циклических испытаний металлических (а) клепаных соединений и (б) прибитых соединений.

3.1.1. Влияние эффекта сжатия на пластичное поведение соединений

Эффект сжатия является очень типичной характеристикой гистерезисного поведения соединений дюбельного типа, влияющих как на исторические, так и на современные деревянные конструкции. Механические причины этого обсуждались в разделе 2.2.1. Этот эффект был задокументирован многими авторами, например [48–52]. В частности, было обнаружено, что для данного уровня смещения самое высокое сопротивление и самая широкая петля гистерезиса были достигнуты при первом цикле нагрузки, в то время как последующие циклы были сужены и достигли более низкого сопротивления, стабилизируясь после примерно трех циклов (см. Фиг.9а и 9б).Стабилизация сжатой кривой после трех циклов также упоминается в UNI EN 12512: 2006 [30]. Из-за уменьшения площади петли гистерезиса эффект сжатия может фактически отвечать за уменьшение количества рассеиваемой энергии, хотя соединения по-прежнему способны демонстрировать высокие значения пластичности.

При моделировании механического поведения стального соединения типа дюбеля для целей численного анализа следует учитывать эффект сжатия. Обсуждение того, как это можно сделать, можно найти в работе.[34], даже если стандартные модели, охватывающие эффект сжатия и разрушения прочности и жесткости, еще не доступны, что также не предусмотрено в кодексах практики.

3.1.2. Влияние истории нагрузки на пластичное поведение соединений

Из результатов, доступных в литературе, ясно, что гистерезисное поведение деревянных соединений может сильно зависеть от типа проведенного экспериментального испытания (динамическое, статическое, циклическое, монотонное). ) а также на принятом протоколе испытаний.С другой стороны, хотя существуют различные протоколы для проведения испытаний на циклическую нагрузку на деревянные конструкции, например, EN 12512 [30], стандарт CUREE-Caltech [33], протокол UBC [11], консенсус по наилучшему протоколу для предполагается, что стандарт еще не достигнут [48]. Однако многие экспериментальные данные подтвердили влияние истории нагрузки на конечные результаты.

Это было показано в работе. [48], что соединение обычно достигает своей максимальной нагрузки при меньшей деформации при циклических нагрузках, чем при монотонной нагрузке.В работе [50], было обнаружено, что коэффициент пластичности стенок сдвига древесины может быть намного выше при измерении в статических монотонных испытаниях, чем при измерении в динамических испытаниях. Эти экспериментальные данные указывают на то, что результаты монотонных испытаний имеют тенденцию переоценивать поведение нагрузок-деформаций соединений в отношении испытаний на циклическую нагрузку, и поэтому их следует избегать при определении сейсмических характеристик деревянных зданий [48]. Динамические испытания, безусловно, являются наилучшим выбором для определения поведения деревянных конструкций при сейсмических или ветровых нагрузках, также с учетом того факта, что режимы разрушения могут сильно различаться в статических и динамических условиях [50].Однако было обнаружено, что петли гистерезиса, полученные в ходе динамических испытаний, очень чувствительны к принятому протоколу [11, 53].

Зависимость пластичности соединения от экспериментального теста также может быть выведена из Таблицы 3, где собраны экспериментально полученные коэффициенты пластичности для различных соединений древесины [44, 48, 51–52, 54]. Таблица 3 может быть весьма удобной, чтобы иметь представление о пластичной способности деревянных соединений, хотя приведенные здесь данные следует сравнивать с осторожностью, учитывая различные образцы, схемы испытаний и протоколы нагружения, используемые в тестах (читатель упоминается документы приведены в таблице для каких-либо подробностей).

Тип соединения	Деревянные элементы	Нагрузка	µ
Стальные пластины с болтами [48]	Элементы Glulam	Однотонные	3–4,8
		Циклический	2.53–2.91
Стальные пластины с заклепками из глулама [48]	Члены Glulam	Монотонный	16.4–20.4
		Циклический	10.74–15,96
Стальные кронштейны с гвоздями или винтами [51, 52]	Панели XLam	Циклические (параллельно зерну)	3,01–6,36
		Циклические (перпендикулярно зерну)	3,82–4,83
Дюбельные [44]	XLam-элементы	Циклические	1.3–2.1
Дюбельные, усиленные саморезами [44]		Циклические	3.4–7.3
Стальные пластины с прорезями и гвоздями [54]	клеящие элементы	Однотонные (параллельно зерну)	11.9–31,9

Таблица 3.

Пластичность соединений, полученная в результате экспериментальных испытаний.

Примечание: XLam, с перекрестным ламинированием.

Аналогично, коэффициенты пластичности современных деревянных стен приведены в Таблице 4, как это получено из ссылок. [50, 55, 56]. Данные, собранные в Таблице 4, указывают на хорошую пластичность, которая может быть продемонстрирована современными деревянными конструкциями, хотя для сравнения данных, собранных в Таблице 4, снова необходимо соблюдать осторожность. Наконец, можно также отметить, что кривые гистерезиса, полученные при испытании современных деревянных стен с прибитыми гвоздями соединениями, имеют признаки, аналогичные показанным на рис. 7, что можно сделать, например, из диаграмм, приведенных в [6].[50–51, 55, 57].

Испытательные образцы	Соединения	Загрузка	µ
Стены с оболочкой из фанеры [50]	Плиты для гвоздей	Монотонные	14
		циклический	9,3
Стены среза, обшитые OSB [50]	Плиты для гвоздей	Однотонные	13.2
		Циклический	7,7
Стены с перекрестным ламинированием [55]	Прижимы и кронштейны с гвоздями, винтами и заклепками	Циклический	3.65–7.54
Срезные стенки, обшитые OSB [56]	Стальные пригвожденные кронштейны и прижимы	Однотонные	3,5–4,9
		циклические	3–4,2
Стенки с ножнами, обшитые GF [56]	Стальные гвоздевые кронштейны и удерживающие вниз	Циклический	3.4
Сдвиговые стенки, обшитые OSB и GF [56]	Стальные скобки и прижимные планки	Монотонные	5.67

Таблица 4.

Пластичность современных деревянных стен, полученных в результате экспериментальных испытаний ,

Примечание: OSB, ориентированная стружечная плита; GF, гипсовое волокно.

3.2. Нелинейный динамический анализ для прогнозирования сейсмического отклика деревянных конструкций

Нелинейный анализ временной истории (NLTHA) является наиболее полной процедурой, допускаемой сейсмическими кодами для проектирования сейсмостойких конструкций.Он включает в себя полное исследование истории времени при различных совместимых со спектром движениях грунта. Несмотря на свой потенциал, NLTHA все еще недостаточно используется, вероятно, из-за трудностей, с которыми оно, несомненно, связано, и даже из-за некоторых недостатков действующего кодекса практики [58]. Такой анализ, однако, является лучшим способом прогнозирования фактических сейсмических характеристик конструкций, состоящих из упругих и неупругих частей. Действующие кодексы практики позволяют проводить нелинейный анализ для расчета внутренних сил в элементах деревянных конструкций при условии, что они способны перераспределять внутренние силы через соединения адекватной пластичности [46].

При реализации NLTHA эффективный подход к моделированию структуры заключается в том, чтобы отделить критические зоны, в которых пластичное поведение NLTHA может проявляться от других частей конструкции, которые, как ожидается, будут упруго деформироваться даже в конечном состоянии. Это типичная процедура, которой придерживаются, например, в железобетонных рамах, где пластиковые петли обычно сосредоточены на обоих концах колонн и балок, в то время как превентивная пластификация балок гарантируется некоторыми правилами иерархии прочности на основе кода.Аналогичная процедура может быть использована для деревянных конструкций, принимая деревянные элементы в качестве чисто упругих элементов и соединений в качестве нелинейных связей. Чтобы соответствовать современной философии проектирования емкости, деревянные элементы должны быть перепроектированы так, чтобы их хрупкое разрушение следовало за пластификацией соединений (правило иерархии прочности).

3.2.1. Моделирование деревянных соединений

Использование экспериментальных данных часто является наилучшим способом получения механического поведения деревянного соединения при динамических нагрузках.В литературе было предложено несколько эмпирических моделей, которые обычно включают параметры, откалиброванные по экспериментальным данным, см., Например, [34, 43, 59, 60]. Следует, однако, отметить, что извлечение общей модели из экспериментальных кривых нагрузки-смещения требует осторожности из-за возможной зависимости как от истории нагрузки, так и от схемы испытаний [34, 61, 62], как уже обсуждалось в разделе 3.1.2. Более подробные микромодели были также предложены другими авторами, например [62–64], которые исследовали нелинейный отклик металлических крепежных элементов и окружающей древесины с помощью трехмерного анализа методом конечных элементов.Все еще требуя некоторой эмпирической корректировки параметров, такие сложные модели обычно подразумевают значительное ухудшение вычислительных усилий, которое может стать неустойчивым для целей, отличных от целей передовых исследований.

Как уже отмечалось в разделе 3.1, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых трудно предсказать. Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.Как бы трудно это ни было, найти подходящую модель для гистерезисного поведения соединений важно для изучения динамического отклика деревянной конструкции, по крайней мере, когда необходимо выполнить нелинейный анализ.

Коммерческие пакеты для структурного анализа обычно позволяют выбирать между различными механическими моделями для реализации поведения нелинейных связей. Например, сводная гистерезисная модель, предоставляемая широко используемым SAP2000 для нелинейных связей (NLLINK), изображена на рисунке 10.Чтобы принять модель, подобную этой, необходимо правильно назначить набор параметров, чтобы воспроизвести все типичные явления, экспериментально обнаруженные в соединениях древесины, такие как жесткость и снижение прочности, а также эффекты защемления.

Рисунок 10.

Мультилинейная модель пластикового шарнира для нелинейных связей (NLLINK) в SAP2000.

Соединительный узел Конструкция и оптимизация производительности балочной фермы

1. Введение

В течение многих лет строительную отрасль в Китае называли «крупными энергопотребляющими домохозяйствами» в сфере промышленности и транспорта. На строительное энергопотребление приходится треть общего энергопотребления всего общества, что в 2–3 раза выше, чем в других странах при тех же климатических условиях (см. [1]). Это в основном связано с традиционными китайскими строительными материалами, такими как сталь, цемент, глиняный кирпич и т. Д.Эти материалы не только тратят много природных ресурсов, но и вызывают загрязнение окружающей среды. Поэтому использование экологически чистых строительных материалов стало ключом к энергосбережению и сокращению выбросов в строительной отрасли. 5 марта 2016 года премьер-министр Ли Кэцян четко заявил в «Отчете о работе правительства» четвертой сессии 12-го Всекитайского собрания народных представителей, что цель работы в области жилищного строительства — дальнейшее продвижение новой урбанизации и активное развитие зеленых. здания и строительные материалы (см. исх.[2]). Очень важным направлением развития зеленых зданий является архитектура деревянных конструкций (см. [3]). Большое количество исследований также показали, что структура древесины лучше способна экономить энергию и сокращать выбросы, чем другие структурные формы (см. [4, 5, 6]). Как одна из основных тенденций в современной архитектуре, энергоэффективность зданий может быть полезной для роста национальной экономики, а также способствовать защите экологической среды (см. [6, 7]). Кроме того, у здания с деревянным каркасом есть сильная сборная конструкция, потому что большинство его компонентов обрабатываются на заводе.Исследование компонентов очень важно, потому что компоненты тесно связаны с безопасностью и энергоэффективностью структуры древесины.

Поскольку важные части деревянного строительного здания, система пола и крыша обычно делятся на два вида систем: традиционная система решетка-стропила и система ферменных конструкций из светлого дерева, и последняя используется более широко. С развитием структуры светлого дерева в Китае перспективы применения фермы из светлого дерева в современной структуре дерева в Китае будут становиться все более и более широкими.Ферменная конструкция балки состоит из нескольких частей одиночной фермы из светлого дерева с помощью соединителей и обычно используется в ключевых частях кровли или системы пола в современных зданиях с деревянными конструкциями и в проектах по реконструкции кровли. Для системы пола и крыши современной конструкции из дерева ключевые соединения испытывали как верхнюю равномерную нагрузку, так и концентрированную нагрузку от других связанных с ними ферм. Таким образом, силовое обстоятельство настолько сложное, что обычная одиночная деревянная ферма вряд ли может выдержать (см. [8, 9, 10]).Общим решением в практическом проектировании является увеличение площади поперечного сечения элемента путем объединения множества обычных ферм из светлого дерева в качестве конструктивного элемента для получения большей несущей способности (как показано на фиг.1). Форма балочной фермы может быть легко получена и соответствует тенденции развития индустриализации и модульности зданий. Кроме того, возникла какая-то длиннопролетная и консольная конструкция с развитием современного деревянного строения, которому требуется деревянная ферма с более высокой несущей способностью.По мере необходимости, ферменная ферма имеет более высокую грузоподъемность, больший пролет и более широкий диапазон использования по сравнению с одиночной деревянной фермой. В настоящее время исследования по одной ферме очень зрелые (см. [11, 12, 13]), но по ферме фермы было проведено мало исследований. В большинстве практических инженерных проектов многие строители работают в основном в зависимости от своего опыта без какого-либо надежного стандарта, что приведет к некоторым потенциальным проблемам безопасности. Ферменная конструкция балки обычно соединяется с гвоздем и болтом, что вызывает легкую коррозию, а механические свойства снижаются в условиях огнестойкости.Поэтому в этой главе был разработан новый тип метода соединения, который используется для фермы фермы (как показано на рисунке 2). Разъем деревянного дюбеля нелегко заржаветь, и его механические свойства не будут быстро снижаться в условиях огнестойкости. Кроме того, деревянные разъемы могут повысить пластичность подключенных компонентов. Таким образом, производительность фермы фермы улучшается. Узел соединения деревянной конструкции также связан с несущей способностью и нормальным использованием всего здания в будущем.Поэтому очень важно изучить узлы соединения структуры древесины (см. [14]).

Рисунок 1.

Применение фермы в конструкции здания.

Рисунок 2.

Новый тип фермы фермы.

2. Новая конструкция узла соединения ферменной фермы

В настоящее время способы соединения ферменной фермы относительно просты. Метод внутреннего соединения рекомендуется в технической спецификации для ферм из светлого дерева (JGJ / T 265-2012), но при соединении с гвоздями остаются следующие проблемы.

1. Обработка сложная. Ферма фермы должна постоянно переворачивать ферму во время обработки. Гвозди в разных частях не способствуют промышленно обработанной линии обработки.

2. Плохая огнестойкость. Под воздействием огня сталь размягчается и ее механические свойства быстро уменьшаются. Отказ узла ферменной фермы влияет на его общую несущую способность, что приводит к кратковременному отказу конструкции.

3. Легко ржавеет.Стальные или железные гвозди подвержены коррозии при воздействии воздуха, которые более выражены в условиях высокой влажности и высокой соли, что снижает долговечность всей деревянной конструкции.

4. Плохое рассеяние энергии. Гвозди — это соединения крепежного типа, которые ограничивают относительное вращение фермы и фермы и не могут потреблять энергию, генерируемую поперечной силой, что приводит к ослаблению поперечного сопротивления всего здания.

В связи с проблемами, связанными с режимами соединения ферменной фермы, в этой главе предлагается новый тип режимов соединения ферменной фермы, который заменяет традиционные железные соединители на деревянные соединители.Конкретная схема выглядит следующим образом: все отдельные фермы, составляющие ферму балок, предварительно собираются и временно фиксируются, затем предварительно сверлят в определенных местах всех ферм и, наконец, вставляют в деревянный или бамбуковый круглый дюбель, который представляет собой деревянный дюбельный соединитель ( см. [15]) (как показано на рисунке 2).

Использование деревянных или бамбуковых соединителей в основном связано с тем, что деревянные или бамбуковые соединения менее подвержены коррозии, чем железные соединения (см. [16, 17]). Также нет проблем с резким падением механических свойств в огнеупорных условиях.Кроме того, деревянные или бамбуковые соединения могут значительно улучшить пластичность соединяемых элементов (см. [18]), тем самым улучшая характеристики фермы фермы при сопротивлении боковым усилиям.

Выбор положения соединения деревянного штифта определяется характеристиками силы параллельной фермы хорды. Параллельная хордовая ферма может рассматриваться как просто поддерживаемая балка при воздействии верхней равномерной нагрузки. Сила в основном ложится на верхний и нижний пояс фермы.Верхняя хорда находится под давлением, а нижняя хорда подвергается растяжению, но полотно играет только вспомогательную роль. На рисунке 3 показана диаграмма внутренних сил фермы из светлого дерева, поддерживаемой верхним равномерным узлом. Из диаграммы внутренних сил видно, что если ферма с параллельными хордами рассматривается как статическая комбинационная структура, это означает, что хорда разорвана, и оба конца шарнирны. При равномерной нагрузке среднее значение изгибающего момента каждой хорды является наибольшим, а усилие сдвига, по меньшей мере, равно нулю.Использование деревянных дюбельных соединителей требует предварительного сверления верхнего и нижнего поясов фермы, что уменьшает размеры поперечного сечения сетки в поперечном сечении. Формула расчета усилия сдвига конструктивного элемента:

τ = QAE1

Рисунок 3.

Диаграмма внутренней силы параллельной фермы хорды. (а) Диаграмма осевой силы параллельной хордовой фермы; (б) диаграмма изгибающего момента параллельной хордовой фермы; (c) Диаграмма силы сдвига параллельной хорды.

A представляет поперечное сечение срезанной части срезанного элемента.Уменьшение A означает увеличение напряжения сдвига в элементе. Поэтому положение разъема должно быть расположено там, где усилие сдвига хорды является наименьшим, то есть серединой каждых двух узлов хорды.

3. Обзор эксперимента

3.1. Экспериментальный дизайн

Материал, использованный в испытании, — материал лиственницы ( Larix gmelinii) , импортированный из России. Марка материала II степени, плотность 0,657 г / см ³ .Содержание влаги составляет 17,4%, в соответствии с общими требованиями к физическим и механическим испытаниям древесины (GB / T 1928–2009).

В соответствии с методом непрерывной загрузки ферм в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB20329-2012) было проведено испытание на статическую нагрузку для шести типов ферм с малыми пролетами, и номер испытательного образца выражается в виде S.

Чтобы исследовать влияние деревянных дюбелей различного диаметра на производительность ферменной фермы, эксперимент в этой главе содержит ферменную ферму из трех деревянных дюбелей различного диаметра.Деревянные дюбеля имеют диаметр 12, 16 и 20 мм. Оценка эффективности трехбалочной фермы все еще рассматривается с двух сторон: предельная несущая способность и сопротивление деформации. Среди них анти-деформационная способность включает сопротивление ползучести и упругое восстановление.

Кроме того, в эксперименте также была создана ферма из балок, состоящая из трех отдельных ферм, для изучения эффекта усиления фермы фермы с увеличением количества одиночных ферм.Диаметр деревянных дюбелей, соединяющих фермы фермы, зависел от результатов эксперимента фермы фермы с двумя отдельными фермами. Чтобы отличить другие фермы фермы с двумя одиночными фермами, фермы фермы с тремя одиночными фермами обозначены G3, в то время как другие фермы фермы обозначены G2.

На рисунке 4 показана структурная форма и конкретные размеры образца, используемого в этом испытании. Фермы фермы, используемые в эксперименте, все составлены из этой единственной фермы.

Рисунок 4.

Размер фермы фермы (единица измерения: мм).

Конкретный состав испытательного образца показан в таблице 1.

Номер фермы	Описание	Количество
SPT-S	Обычная одинарная ферма	1
SPT-G2-N	Балочная ферма из двух гвоздей SPT-S	1
SPT-G2-12	Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 12 мм	2
SPT-G2-16	Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных между собой дюбелем из бука диаметром 16 мм	2
SPT-G2-20	Ферменная ферма из двух SPT -S соединен штифтом из бука 20 мм	2
SPT-G3	Ферма фермы изготовлена ​​из трех шпонок SPT-S, соединенных шпонкой 16 мм диаметром	1

Таблица 1.

Номер образца и описание.

3.2. Теоретический расчет

Расчет стандартной нагрузки ПК

Предположим, что расстояние между фермами составляет 406 мм, а срок службы здания — 50 лет.

В соответствии с редакцией кода нагрузки 2012 года для проектирования строительных конструкций (GB5009-2012):

Стандартное значение постоянной нагрузки: 0,885 × 0,406 = 0,359 кН / м

Вес фермы: 0,106 × 0,406 = 0,043 кН / м

Снеговая нагрузка нормативное значение: 0.5 × 0,406 = 0,203 кН / м

Стандартное значение рабочей нагрузки: 2,0 × 0,406 = 0,812 кН / м

Расчетное значение нагрузки: (0,359 + 0,043) × 1,2 + (0,203 + 0,812) × 1,4 = 1,9 кН / м

Нагрузка на узел: 1,9 × 1,734 ≈ 3,3 кН.

3.3. Программа и устройство нагрузки

В соответствии с нагрузкой на ферму в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB50329-2012), испытание на статическую нагрузку на ферму добавляло нагрузку первого порядка каждые 10 минут на этапе разрушения с нагрузкой 0.2 Pk за сцену. Этот тест использовал механическую испытательную машину для загрузки. Таким образом, процедура загрузки может выполняться в режиме непрерывной загрузки, который составляет 0,2 Пк каждые 10 минут. Загрузка в минуту была 0,02 Pk . После приведенного выше теоретического расчета Pk составлял 3,3 кН, а нагрузка в минуту составляла 0,066 кН. Однако в предварительном эксперименте мы обнаружили, что ферменная конструкция балки более чем в два раза превосходила несущую способность одиночной фермы.Таким образом, во время процесса загрузки нагрузка каждой ступени также удваивалась до 0,132 кН. Если балочная ферма состоит из трех отдельных ферм, нагрузка на ступень также была утроена до 0,198 кН. Схема конкретной системы загрузки показана на рисунке 5.

Рисунок 5.

Система загрузки.

3.4. Индекс оценки и расположение точек измерения

Целью этого эксперимента является изучение влияния различных диаметров штифтов на механические свойства новой ферменной фермы, соединенной штифтами.Оценка характеристик фермы фермы для различных диаметров штифтов должна также начинаться с аспектов предельной несущей способности, сопротивления деформации, формы и механизма разрушения. Следовательно, аналогично испытанию на статическую нагрузку стропильных ферм с большими пролетами, необходимо непрерывно отслеживать изменения смещения различных узлов различных стропильных ферм. В этом эксперименте между хордой и зубчатой ​​пластиной был также установлен датчик перемещения малого радиуса действия для измерения относительного скольжения зубчатой ​​пластины относительно хорды.Кроме того, тензометрические датчики были расположены на важных аккордах для измерения напряжения на различных этапах аккордов. Конкретное расположение точек измерения показано на рисунке 6.

Рисунок 6.

Расположение тензодатчиков и датчиков смещения. а) компоновка тензометрического датчика; (б) датчик перемещения; (в) универсальная механическая испытательная машина.

4. Описание явления

4.1. Общее разрушение

В этой главе проводится тест на статическую нагрузку для одной одиночной фермы и девяти фермы фермы, включая ферму фермы, состоящую из трех фермы фермы.Существует большая разница в предельной несущей способности и деформации различных типов ферм. Однако общая форма и процесс разрушения фермы примерно одинаковы. Форма повреждения разъема, снятого после испытания фермы, также сильно отличается. Это также полностью иллюстрирует различную связь между фермами фермы, которая будет иметь большее влияние на его производительность.

Во-первых, во время предварительной загрузки ступени T1 ферма не произвела существенных изменений.После 30 минут загрузки все типы ферм вызвали очень небольшие остаточные деформации. В частности, ферменная конструкция балки могла достичь полного упругого восстановления. Из кривой нагрузки-смещения ступени T1 на рисунке 7 определенное значение ползучести появилось в одиночной ферме во время фазы предварительной нагрузки. Переменные ползучести других фермы балок были незначительными. Использование дюбелей разных диаметров мало повлияло на характеристики фермы фермы.

Рисунок 7.

Смещение нагрузки на стадии Т1. (а) SPT-S; (б) SPT-N; (С) SPT-G2-12; (d) SPT-G2-16; (e) SPT-G2-20.

По ходу испытания не было значительного явления испытания для каждой фермы от 24-часовой удерживающей нагрузки до начальной ступени T3 . Однако при загрузке до 5 Pk явление испытания начало проявляться в пролете фермы, и в других узлах явного явления не было. Например, небольшая выпуклость пластины фермы произошла в верхнем узле B SPT-S, а нижняя хорда образовала трещины возле узла (как показано на рисунке 8).На других этапах другие балочные фермы были похожи на испытательный феномен одиночных ферм, и феномены разрушения также были сосредоточены в этих двух местах. В частности, выпуклая пластина центрального узла B верхнего пояса выпуклая (как показано на рисунке 9). В основном это связано с силовым механизмом параллельной хордовой фермы. Когда ферма с параллельными хордами подвергается верхней концентрированной нагрузке, верхняя хорда подвергается сжатию, а нижняя хорда находится под напряжением. В сочетании с анализом структурной механики диагональное полотно фермы будет создавать поперечную силу в узле B, чтобы противостоять верхней сосредоточенной нагрузке.Следовательно, узел В подвергался воздействию напряжения сдвига, и напряженная среда была очень сложной. В сочетании с окончательной формой разрушения ферменной плиты, ферменная плита в узле B в конечном итоге стала формой разрушения при сдвиговом сжатии.

Рисунок 8.

Трещины в нижней хорде сопровождаются процессом испытания на удаление зубьев SPT-S1.

Рисунок 9.

Ошибка сжатия сдвига сопряженной пластины в узле B. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-1; (c) SPT-G2-16-2; (d) SPT-G2-20-2.

Кроме того, многие эксперименты обнаружили, что общее повреждение фермы разрушается разрушением нижнего пояса. Узел нижнего пояса также напрямую влияет на силовые характеристики. На рисунке 10 показана фактическая фотография разрушения в нижних поясах ферм. При обработке фермы экспериментаторы должны обращать внимание на выбор нижнего пояса и стараться избегать слишком большого количества спецификаций с узлами. Тем не менее, верхний пояс и сетка фермы имели очевидные повреждения при сдвиге, а хорда не имела явных повреждений.Следовательно, когда деревянная ферма обрабатывается, сорт обрабатываемого материала может быть соответствующим образом уменьшен.

Рисунок 10.

Разрушение в нижних поясах ферм. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-2; (c) SPT-G2-16-1.

Разрушение нижней хорды фермы SPT-G2-20 было вызвано разными причинами. SPT-G2-20 имел отверстие диаметром 19,5 мм в верхних и нижних поясах. Отверстие нижней хорды было слишком большим, разрушая волокна в направлении дерева, а также уменьшая чистую площадь поперечного сечения хорды фермы.В условиях постоянной силы уменьшение чистой площади поперечного сечения стержня увеличит нагрузку на хорду. Прочность на растяжение древесины большого размера меньше прочности на сжатие, поэтому нижний пояс легко повреждается. На рисунке 11 показана реальная фотография провала балки фермы SPT-G2-20. Трещина нижнего пояса начиналась от деревянного штифта и проходила через весь пояс. В конечном итоге это привело к полному разрушению фермы, но при этом штифт был незначительным.

Рисунок 11.

Феномен отказа SPT-G2-20-1.

4.2. Разрушение узла соединения

В предыдущем разделе описан режим отказа узла фермы фермы, соединенной дюбелем диаметром 20 мм между одиночными фермами фермы фермы. Окончательный ущерб был вызван разрушением нижнего пояса, но шпонки практически не деформировались. Размер дюбелей и соединителей гвоздя был поврежден в разной степени. На рисунке 12 показан разъем, снятый с фермы после окончательного разрушения каждого ферменного фермы.

Рисунок 12.

Неисправность разъемов.

Из рисунка 12, деформация, вызванная соединением гвоздя, была большой. Как и в случае соединительной балочной фермы с длинными пролетами, в середине ногтя появился пластиковый шарнир. Когда ферма была загружена на более позднюю стадию, более очевидная дислокация произошла между отдельными фермами, которые составляют ферму фермы. Разные диаметры дюбелей порождают разные формы деформации или повреждения. Во-первых, подобно гвоздю, деревянный дюбель диаметром 12 мм также изготовил пластиковую петлю.Однако величина деформации была меньше, чем у гвоздевого соединения. Диаметр деревянных дюбелей сказался на его жесткости. Деформация дюбеля большого диаметра была небольшой. Дюбели диаметром 20 мм практически не деформировались. Деревянные дюбели почти не пострадали от повреждения фермы. Деформация деревянных дюбелей с 16 мм также не была очевидной. Потеря поперечного сечения хорды была уменьшена при обеспечении достаточной прочности сустава. Соотношение между диаметром отверстия и штифтом ферменного элемента также влияло на характеристики соединения.Черный цвет на конце дюбеля диаметром 20 мм на рисунке 13 является результатом карбонизации, когда дюбель был ввинчен в паз. Когда диаметр отверстия хорды составлял менее 0,5 мм от диаметра деревянного штифта, деревянный штифт, ввернутый в стержень, обугливался за счет высокоточного вращения, и на поверхности штифта образовался обугленный слой, который защищена поверхность деревянного дюбеля. Поверхностная прочность была улучшена. Поэтому необходимо тщательно выбирать соединители и подбирать подходящий размер предварительного сверления с точки зрения долговечности фермы фермы.

Рисунок 13.

Максимальная несущая способность ферм.

5. Предельная несущая способность

Рисунок 13 представляет собой сравнение предельной несущей способности фермы категории пять. Среди них новая ферменная ферменная конструкция из деревянных шпонок проходит в среднем два испытания. Из рисунка видно, что предельная несущая способность всех видов деревянных ферм намного выше, чем ее теоретическое расчетное значение, поэтому уменьшение пролета фермы будет эффективно улучшать ее несущую способность.Кроме того, предельная несущая способность различных ферменных ферм намного больше, чем у одинарной фермы, но предельная несущая способность различных ферменных ферм мало отличается друг от друга. Фермы из 12-мм и 16-мм деревянных шпонок имеют относительно высокую предельную несущую способность. Ферма фермы, соединяющая гвоздь, влияла на синергию фермы фермы из-за взаимного смещения между отдельными фермами, снижая таким образом характеристики подшипников. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела большую площадь отверстия в нижней хорде фермы, что уменьшало чистую площадь поперечного сечения натяжного элемента, тем самым снижая несущую способность фермы.

6. Анализ результатов испытаний на прогиб узла

На рисунке 14 показана диаграмма прогиба нижних поясов трех ферменных ферм с использованием двух дюбельных соединений различного диаметра. Из рисунка видно, что три типа ферм демонстрируют хорошую согласованность на первых двух этапах загрузки. Ферма входит в нелинейную стадию, когда она входит в стадию разрушения, и результаты двух испытаний будут различаться из-за изменчивости древесины. На рисунке 17 показано изменение общей деформации фермы в процессе загрузки.Изображение показывает, что трудно различить влияние различных методов соединения на сопротивление ползучести, характеристики упругого восстановления и сопротивление деформации фермы на образцах фермы с небольшим пролетом. Только на этапе разрушения фермы можно определить кривую прогиба и проанализировать различные типы и механизмы разрушения.

Рисунок 14.

Отклонение во времени новых ферменных ферм от начала до конца. (а) SPT-G2-12; (б) SPT-G2-16; (c) SPT-G2-20.

Как показано на рисунке 15, кривые нагрузки-отклонения одиночной фермы, фермы балки гвоздевого соединения и фермы фермы деревянного дюбеля выбираются на этапе разрушения. Из рисунка видно, что разные типы ферм имеют разные способы и механизмы отказов. Одиночная ферма показала явные характеристики хрупкого разрушения. В непосредственной близости от провала не было никаких явных признаков. Трещина произошла возле узла нижнего пояса (как показано на рисунке 8).Затем трещина продолжала увеличиваться. В конце концов, полный отказ фермы был вызван внезапным переломом нижней хорды.

Рисунок 15.

Кривая нагрузки на прогиб ферм.

Пластичность двух ферменных ферм значительно лучше, чем у одиночных. На средней и более поздних стадиях отказа фермы кривая нагрузки-смещения часто показывает поворот на одном конце. Причиной поворотов является то, что одна ферма в ферме балок была разрушена первой.Поскольку другая ферма все еще имела грузоподъемность, она быстро выдержала бы верхнюю нагрузку. Тем не менее, он также будет быстро разрушен, потому что была подчеркнута только одна ферма. Из-за различных связей между выбранными одиночными фермами фермы фермы вышеописанная ситуация будет другой. Несмотря на то, что коэффициент пролета при сдвиге был снижен, ферменная конструкция балки гвоздевого соединения все еще демонстрировала нестабильность в плоскости на более поздней стадии нагрузки. Фермы с большими пролетами были не очень очевидны.Был взаимный вывих между верхними фермами. Ферма фермы будет очевидна, что сначала была уничтожена одна ферма, а затем быстро будет разрушена другая ферма. Таким образом, ферменная конструкция балки гвоздя не дала ожидаемого эффекта «один плюс один больше двух». Ферма фермы, соединенная деревянным штифтом, могла сохранять хорошую синергию между загруженными фермами. Поэтому у SPT-G2-16 также была первая волна, в которой у SPT-G2-N были свои повороты. Однако можно видеть, что падение смещения было очень ограниченным, что указывает на то, что ферма не была полностью разрушена.По мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, на кривой появились три или четыре небольших поворота. В конце концов, трещины, которые образовались в нижней части двух нижних поясов фермы, были чрезмерными и полностью проникли (как показано на рисунке 16), что привело к разрушению фермы.

Рисунок 16.

Феномен отказа SPT-G2-16.

На рисунке 17 показаны кривые отклонения нагрузки трех новых ферменных ферм с различными диаметрами деревянного дюбеля в качестве соединения между отдельными фермами.Из рисунка видно, что кривые отклонения нагрузки трех ферменных ферм имеют разные формы. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела такой же режим разрушения, как и ферма, которая представляла собой хрупкое разрушение (как показано на рисунке 10). Нижний пояс был разорван под действием напряжения и сдвига. Балочная ферма, соединенная дюбелем диаметром 12 мм, была аналогична ферменной ферме, соединенной гвоздем. Хотя кривая нагрузки-смещения претерпела скручивание, ферма не показала хорошего синергизма.Наконец, появился пластиковый шарнир, похожий на деревянный штифт и гвоздь. Следовательно, балочная ферма, соединенная с помощью дюбеля, показала лучшие механические характеристики при использовании деревянного дюбеля диаметром 16 мм.

Рисунок 17.

Кривая нагрузки-прогиб новых фермы.

7. Дальнейшие эксперименты фермы фермы, состоящей из трех отдельных ферм

В последнем разделе фермы фермы, соединенные тремя деревянными дюбелями различного диаметра, были испытаны на статическую нагрузку, а ферма фермы с деревянными дюбелями диаметром 16 мм была Лучший.Все предыдущие эксперименты были выполнены на ферме фермы, состоящей из двух одинарных ферм, но ферма фермы, состоящей из трех или более ферм, не были протестированы. Для фермы фермы, которая будет широко использоваться в более крупных пролетных конструкциях и более сложных опорных средах, они не могут состоять только из двух отдельных ферм. Это должно рассмотреть больше форм единственных комбинаций фермы. В сочетании с результатами испытаний, приведенными в предыдущем разделе, в этом разделе проводится испытание на статическую нагрузку на ферму балок, состоящую из трех одинарных ферм, соединенных деревянными дюбелями диаметром 16 мм.Эффект усиления фермы фермы был изучен в сравнении с фермой фермы, состоящей из двух отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями одинакового диаметра.

Что касается несущей способности, ферменная конструкция фермы, состоящая из двух одинарных ферм, была 53 кН, а ферменная конструкция фермы, состоящая из трех отдельных ферм, имела несущую способность 77 кН, увеличившись на 45%. Таким образом, чем больше количество отдельных ферм, составляющих ферму фермы, тем более очевидные эффекты улучшения имеют с точки зрения режима отказа, две фермы фермы были похожи, и хорда была разрушена в условиях растягивающего сдвига, в результате чего уничтожение фермы.Как показано на рисунке 18, средняя ферма впервые появилась в виде трещин на нижнем поясе. Увеличение силы привело к полному отказу промежуточной фермы, когда только две фермы были нагружены, но ферма фермы потеряла синергию в это время. Затем деревянные дюбели нижнего пояса были также разрушены (как показано на рисунке 19). Нижний пояс одиночной фермы на внешней стороне ферменной фермы полностью растрескался в направлении зерна. Ферма провалилась в целом. Как показано на рисунке 20, кривые нагрузки-смещения двух ферменных ферм на заключительном этапе разрушения, также можно обнаружить, что две ферменные фермы имеют очень похожие режимы разрушения и обе демонстрируют хорошую пластичность.

Рисунок 18.

Отказ SPT-G3-16.

Рисунок 19.

Отказ разъемов в SPT-G3-16.

Рисунок 20.

Кривая нагрузки-смещения в стадии разрушения.

8. Заключение

В этой главе было проведено испытание на статическую нагрузку деревянных ферм, чтобы исследовать влияние различных соединений на механические свойства фермы фермы между отдельными фермами фермы фермы, особенно влияние различных диаметров дюбелей на ферменная конструкцияРезультаты показали, что:

1. Ферма фермы с деревянным штифтом должна быть присоединена к ферме фермы целиком, но диаметр деревянного дюбеля следует выбирать разумно.

2. С точки зрения несущей способности, механизма разрушения и режима фермы ферменная конструкция фермы имеет наилучшие характеристики при диаметре деревянного штифта 16 мм.

3. В предельных состояниях эксплуатационной пригодности использование соединительных штифтов различных диаметров мало влияет на сопротивление деформации фермы фермы.

4. На верхнем поясе, соединенном с пластиной фермы, пластина фермы подвержена сдвиговому повреждению из-за совместного воздействия давления и сдвига. В реальном проекте следует попытаться сделать частичное усиление.

5. По мере увеличения числа отдельных ферм, из которых состоит ферма фермы, также будут происходить значительные улучшения ее механических свойств.

6. Деревянные сучки, особенно мертвые сучки, оказывают сильное ослабляющее влияние на несущую способность аккордов деревянных ферм.Полный отказ фермы часто происходит из-за наличия узла, поэтому выбор фермы должен быть сделан. Аккорд фермы следует избегать использования материалов с сучками. При необходимости может быть выбрано, что вместо стали используют древесину, разрабатывая композитную структуру сталь-дерево.

Благодарность

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 31670566) и Национального двенадцатого пятилетнего плана поддержки науки и технологий (2015BAD14B0503).

Выполнение расчета прогиба деревянной балки

При действии нагрузки деревянные балки могут получать довольно большие прогибы, в результате которых нарушается их нормальная эксплуатация. Поэтому кроме расчетов по первой группе предельных состояний (прочность), необходимо выполнить расчет деревянных балок и по второй группе т. е.

по прогибам. Расчет деревянных балок на прогиб выполняется на действие нормативных нагрузок. Нормативную нагрузку получаем разделением расчетной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке.

Вычесление нормативной нагрузки выполнятся в сервисе расчет деревянных балокавтоматически. Нормальная эксплуатация балок возможна, в случае если расчетный прогиб деревянной балки не превышает прогиб, установленный нормами. Нормативными документами установлены конструктивные и эстетико-психологические требования.

1. Конструктивные требования к прогибам деревянных балок.

Представлены в СП64.13330.2011 “ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ” Таблица 19Элементы конструкцийПредельные прогибы в долях пролета, не более1 Балки междуэтажных перекрытий 2 Балки чердачных перекрытий 3 Покрытия (кроме ендов): а) прогоны, стропильные ноги б) балки консольные в) фермы, клееные балки (кроме консольных) г) плиты д) обрешетки, настилы 4 Несущие элементы ендов 5 Панели и элементы фахверха1/2501/2001/2001/1501/3001/250 1/1501/4001/250

1. Эстетическо-психологические требования к прогибам деревянных балок.

Представлены в СП20.13330.2011 “НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ” Приложение Е.2

Элементы конструкцийВертикальные предельные прогибы 2 Балки, фермы, ригели, прогоны, плиты, настилы (включая поперечные ребра плит и настилов):а) покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете l, м: l<1 l<3 l<6 l<12 l<24 1/1201/150 1/2001/2501/300В случае если балка скрыта (к примеру, под подшивным потолком) то соблюдение эстетико-психологических требований не является обязательным. В данном случае необходимо выполнить расчет прогибов балкина соблюдение только конструктивных требований по прогибам.

Чтобы построить деревянный дом необходимо провести расчёт несущей способности деревянной балки. Также особое значение в строительной терминологии имеет определение  прогиба.

Без качественного математического анализа всех параметров просто невозможно построить дом из бруса. Именно поэтому перед тем как начать строительство крайне важно правильно рассчитать прогиб деревянных балок. Данные расчёты послужат залогом вашей уверенности в качестве и надёжности постройки.

Что нужно для того чтобы сделать правильный расчёт

Расчёт несущей способности и прогиба деревянных балок не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Чтобы определить, сколько досок вам нужно, а также, какой у них должен быть размер необходимо потратить немало времени, или же вы просто можете воспользоваться нашим калькулятором.

Во-первых, нужно замерить пролёт, который вы собираетесь перекрыть деревянными балками.

Во-вторых, уделите повышенное внимание методу крепления. Крайне важно, насколько глубоко фиксирующие элементы будут заходить в стену. Только после этого вы сможете сделать расчёт несущей способности вместе с прогибом и ряда других не менее важных параметров.

Длина

Перед тем как рассчитать несущую способность и прогиб, нужно узнать длину каждой деревянной доски.

Данный параметр определяется длиной пролёта. Тем не менее это не всё. Вы должны провести расчёт с некоторым запасом.

Важно! Если деревянные балки заделываться в стены — это напрямую влияет на их длину и все дальнейшие расчёты.

При подсчёте особое значение имеет материал, из которого сделан дом. Если это кирпич, доски будут монтироваться внутрь гнёзд. Приблизительная глубина около 100—150 мм.

Когда речь идёт о деревянных постройках параметры согласно СНиПам сильно меняются. Теперь достаточно глубины в 70—90 мм. Естественно, что из-за этого  также изменится конечная несущая способность.

Если в процессе монтажа применяются хомуты или кронштейны, то длина брёвен или досок соответствует проёму. Проще говоря, высчитайте расстояние от стены до стены и в итоге сможете узнать несущую способность всей конструкции.

Важно! При формировании ската крыши брёвна выносятся за стены на 30—50 сантиметров. Это нужно учесть при подсчёте способности конструкции противостоять нагрузкам.

К сожалению, далеко не всё зависит от фантазии архитектора, когда дело касается исключительно математики. Для обрезной доски максимальная длина шесть метров. В противном случае несущая способность уменьшается, а прогиб становится больше.

Само собой, что сейчас не редкость дома, у которых пролёт достигает 10—12 метров. В таком случае используется клееный брус.

Он может быть двутавровым или же прямоугольным. Также для большей надёжности можно использовать опоры. В их качестве идеально подходят дополнительные стены или колоны.

Совет! Многие строители при необходимости перекрыть длинный пролёт используют фермы.

Общая информация по методологии расчёта

В большинстве случаев в малоэтажном строительстве применяются однопролётные балки.

Они могут быть в виде брёвен, досок или брусьев. Длина элементов может варьироваться в большом диапазоне. В большинстве случаев она напрямую зависит от параметров строения, которые вы собираетесь возвести.

Внимание! Представленный в конце странички калькулятор расчета балок на прогиб позволит вам просчитать все значения с минимальными затратами времени. Чтобы воспользоваться программой, достаточно ввести базовые данные.

Роль несущих элементов в конструкции выполняют деревянные бруски, высота сечения которых составляет от 140 до 250 мм, толщина лежит в диапазоне 55—155 мм. Это наиболее часто используемые параметры при расчёте несущей способности деревянных балок.

Очень часто профессиональные строители для того чтобы усилить конструкцию используют перекрёстную схему монтажа балок. Именно эта методика даёт наилучший результат при минимальных затратах времени и материалов.

Если рассматривать длину оптимального пролёта при расчёте несущей способности деревянных балок, то лучше всего ограничить фантазию архитектора в диапазоне от двух с половиной до четырёх метров.

Внимание! Лучшим сечением для деревянных балок считается площадь, у которой высота и ширина соотносятся как 1,5 к 1.

Как рассчитать несущую способность и прогиб

Стоит признать, что за множество лет практики в строительном ремесле был выработан некий канон, который чаще всего используют для того, чтобы провести расчёт несущей способности:

M/W<=Rд

Расшифруем значение каждой переменной в формуле:

Буква Мвначале формулы указывает на изгибающий момент. Он исчисляется в кгс*м.Wобозначает момент сопротивления. Единицы измерения см3.

Расчёт прогиба деревянной балки является частью, представленной выше формулы. Буква Муказывает нам на данный показатель. Чтобы узнать параметр применяется следующая формула:

M=(ql2)/8

В формуле расчёта прогиба есть всего две переменных, но именно они в наибольшей степени определяют, какой в конечном итоге будет несущая способность деревянной балки:

Символ q показывает нагрузку, которую способна выдержать доска.В свою очередь буква l— это длина одной деревянной балки.

Внимание! Результат расчёт несущей способности и прогиба зависит от материала из которого сделана балка, а также от способа его обработки.

Насколько важно правильно рассчитать прогиб

Этот параметр крайне важен для прочности всей конструкции. Дело в том, что одной стойкости бруса недостаточно для долгой и надёжной службы, ведь со временем его прогиб под нагрузкой может увеличиваться.

Прогиб не просто портит эстетичный вид перекрытия. Если данный параметр превысит показатель в 1/250 от общей длины элемента перекрытия, то вероятность возникновения аварийной ситуации возрастёт в десятки раз.

Так зачем нужен калькулятор

Представленный ниже калькулятор позволит вам моментально просчитать прогиб, несущую способность и многие другие параметры без использования формул и подсчётов. Всего несколько секунд и данные по вашему будущему дому будут готовы.

В современном индивидуальном строительстве деревянные балки используются почти в каждом проекте. Найти постройку, в которой не используются деревянные перекрытия, практически невозможно. Деревянные балки применяются и для устройства полов, и в качестве несущих элементов, как опоры для межэтажных и чердачных перекрытий.

Формула расчета прогиба балки.

Известно, что деревянные балки, как и любые другие, могут прогибаться под воздействием различных нагрузок.

Эта величина — стрелка прогиба — зависит от материала, характера нагрузки и геометрических характеристик конструкции. Небольшой прогиб вполне допустим. Когда мы ходим, например, по деревянному настилу, то чувствуем, как пол слегка пружинит, однако если такие деформации незначительны, то нас это мало беспокоит.

Насколько можно допустить прогиб, определяется двумя факторами:

Прогиб не должен превышать расчетных допустимых значений.Прогиб не должен мешать эксплуатации здания.

Чтобы узнать, насколько будут деформироваться деревянные элементы в конкретном случае, нужно произвести расчеты на прочность и жесткость. Подробные и детальные расчеты такого рода — это работа инженеров-строителей, однако, имея навык математических вычислений и зная несколько формул из курса сопротивления материалов, вполне можно самостоятельно рассчитать деревянную балку.

Вспомогательная таблица для расчета количества балок.

Любая постройка должна быть прочной.

Именно поэтому балки перекрытия проверяют в первую очередь на прочность, чтобы конструкция могла выдерживать все необходимые нагрузки, не разрушаясь. Кроме прочности конструкция должна обладать жесткостью и устойчивостью. Величина прогиба является элементом расчета на жесткость.

Прочность и жесткость неразрывно связаны между собой. Вначале делают расчеты на прочность, а затем, используя полученные результаты, можно сделать расчет прогиба.

Чтобы правильно спроектировать собственный загородный дом, необязательно знать полный курс сопротивления материалов. Но углубляться в слишком подробные вычисления не стоит, как и просчитывать различные варианты конструкций.

Чтобы не ошибиться, лучше воспользоваться укрупненными расчетами, применяя простые схемы, а высчитывая нагрузки на несущие элементы, всегда делать небольшой запас в большую сторону.

Алгоритм вычисления прогиба

Рассмотрим упрощенную схему расчета, опуская некоторые специальные термины, и формулы для расчета двух основных случаев нагружения, принятых в строительстве.

Нужно выполнить следующие действия:

Составить расчетную схему и определить геометрические характеристики балки.Определить максимальную нагрузку на этот несущий элемент.При необходимости проверить брус на прочность по изгибающему моменту.Вычислить максимальный прогиб.

Расчетная схема балки и момент инерции

Расчетную схему сделать довольно просто. Нужно знать размеры и форму поперечного сечения элемента конструкции, способ опирания, а также пролет, то есть расстояние между опорами. Например, если вы укладываете опорные брусья перекрытия на несущие стены дома, а расстояние между стенами 4 м, то пролет будет l=4 м.

Деревянные балки рассчитывают как свободно опертые. Если это балка перекрытия, то принимается схема с равномерно распределенной нагрузкой q. В случае если нужно определить изгиб от сосредоточенной нагрузки (например, от небольшой печки, выложенной прямо на перекрытии), принимается схема с сосредоточенной нагрузкой F, равной весу, который будет давить на конструкцию.

Для определения величины прогиба f необходима такая геометрическая характеристика, как момент инерции сечения J.4.

Здесь нужно обратить внимание на то, что момент инерции прямоугольного сечения зависит от того, как оно сориентировано в пространстве. Если брус положить широкой стороной на опоры, то момент инерции будет значительно меньше, а прогиб — больше.

Этот эффект каждый может прочувствовать на практике. Все знают, что доска, положенная обычным способом, прогибается гораздо сильнее, чем та же доска, положенная на ребро. Это свойство очень хорошо отражается в самой формуле для вычисления момента инерции.

Определение максимальной нагрузки

Для определения максимальной нагрузки на балку нужно сложить все ее составляющие: вес самого бруса, вес перекрытия, вес обстановки вместе с находящимися там людьми, вес перегородок.

Все это нужно сделать в пересчете на 1 пог. м балки. Таким образом, нагрузка q будет состоять из следующих показателей:

Расчет на смятие опорных участков балки.

вес 1 пог.

м балки;вес 1 кв. м перекрытия;временная нагрузка на перекрытие;нагрузка от перегородок на 1 кв.3/48*E*J, где:

F — сила давления на брус, например, вес печи или другого тяжелого оборудования.

Модуль упругости Е для разных видов древесины различен, эта характеристика зависит не только от породы дерева, но и от вида бруса — цельные балки, клееный брус или оцилиндрованное бревно имеют различные модули упругости.

Подобные вычисления могут производиться с различными целями. Если вам нужно просто узнать, в каких пределах будут находиться деформации элементов конструкции, то после определения стрелки прогиба дело можно считать завершенным. Но если вас интересует, насколько полученные результаты соответствуют строительным нормам, то необходимо выполнить сравнение полученных результатов с цифрами, приведенными в соответствующих нормативных документах.

Балка является основным элементом несущей конструкции сооружения.

При строительстве важно провести расчет прогиба балки. В реальном строительстве на данный элемент действует сила ветра, нагружение и вибрации. Однако при выполнении расчетов принято принимать во внимание только поперечную нагрузку или проведенную нагрузку, которая эквивалентна поперечной.

При расчете балка воспринимается как жесткозакрепленный стержень, который устанавливается на двух опорах.

Если она устанавливается на трех и более опорах, расчет ее прогиба является более сложным, и провести его самостоятельно практически невозможно.Основное нагружение рассчитывается как сумма сил, которые действуют в направлении перпендикулярного сечения конструкции. Расчетная схема требуется для определения максимальной деформации, которая не должна быть выше предельных значений. Это позволит определить оптимальный материал необходимого размера, сечения, гибкости и других показателей.

Виды балок

Для строительства различных сооружений применяются балки из прочных и долговечных материалов. Такие конструкции могут отличаться по длине, форме и сечению.

Чаще всего используются деревянные и металлические конструкции. Для расчетной схемы прогиба большое значение имеет материал элемента. Особенность расчета прогиба балки в данном случае будет зависеть от однородности и структуры ее материала.

Деревянные

Для постройки частных домов, дач и другого индивидуального строительства чаще всего используются деревянные балки. Деревянные конструкции, работающие на изгиб, могут использоваться для потолочных и напольных перекрытий.

Для расчета максимального прогиба следует учитывать:

Материал. Различные породы дерева обладают разным показателем прочности, твердости и гибкости.Форма поперечного сечения и другие геометрические характеристики.Различные виды нагрузки на материал.

Допустимый прогиб балки учитывает максимальный реальный прогиб, а также возможные дополнительные эксплуатационные нагрузки.

Конструкции из древесины хвойных пород

Стальные

Металлические балки отличаются сложным или даже составным сечением и чаще всего изготавливаются из нескольких видов металла. При расчете таких конструкций требуется учитывать не только их жесткость, но и прочность соединений.

Металлические конструкции изготавливаются путем соединения нескольких видов металлопроката, используя при этом такие виды соединений:

электросварка;заклепки;болты, винты и другие виды резьбовых соединений.

Стальные балки чаще всего применяются для многоэтажных домов и других видов строительства, где требуется высокая прочность конструкции. В данном случае при использовании качественных соединений гарантируется равномерно распределенная нагрузка на балку.

Для проведения расчета балки на прогиб может помочь видео:

Прочность и жесткость балки

Чтобы обеспечить прочность, долговечность и безопасность конструкции, необходимо выполнять вычисление величины прогиба балок еще на этапе проектирования сооружения. Поэтому крайне важно знать максимальный прогиб балки, формула которого поможет составить заключение о вероятности применения определенной строительной конструкции.

Использование расчетной схемы жесткости позволяет определить максимальные изменения геометрия детали.

Расчет конструкции по опытным формулам не всегда эффективен. Рекомендуется использовать дополнительные коэффициенты, позволяющие добавить необходимый запас прочности. Не оставлять дополнительный запас прочности – одна из основных ошибок строительства, которая приводит к невозможности эксплуатации здания или даже тяжелым последствиям.

Существует два основных метода расчета прочности и жесткости:

Простой. При использовании данного метода применяется увеличительный коэффициент.Точный. Данный метод включает в себя использование не только коэффициентов для запаса прочности, но и дополнительные вычисления пограничного состояния.

Последний метод является наиболее точным и достоверным, ведь именно он помогает определить, какую именно нагрузку сможет выдержать балка.

Расчет на жесткость

Для расчета прочности балки на изгиб применяется формула:

Где:

M – максимальный момент, который возникает в балке;

Wn,min– момент сопротивления сечения, который является табличной величиной или определяется отдельно для каждого вида профиля.

Ryявляется расчетным сопротивлением стали при изгибе. Зависит от вида стали.

γcпредставляет собой коэффициент условий работы, который является табличной величиной.

Расчет жесткости или величины прогиба балки является достаточно простым, поэтому расчеты может выполнить даже неопытный строитель. Однако для точного определения максимального прогиба необходимо выполнить следующие действия:

Составление расчетной схемы объекта.Расчет размеров балки и ее сечения.Вычисление максимальной нагрузки, которая воздействует на балку.Определение точки приложения максимальной нагрузки.Дополнительно балка может быть проверена на прочность по максимальному изгибающему моменту.Вычисление значения жесткости или максимально прогиба балки.

Чтобы составить расчетную схему, потребуются такие данные:

размеры балки, длину консолей и пролет между ними;размер и форму поперечного сечения;особенности нагрузки на конструкцию и точно ее приложения;материал и его свойства.

Если производится расчет двухопорной балки, то одна опора считается жесткой, а вторая – шарнирной.

Расчет моментов инерции и сопротивления сечения

Для выполнения расчетов жесткости потребуется значение момент инерции сечения (J) и момента сопротивления (W). Для расчета момента сопротивления сечения лучше всего воспользоваться формулой:

Важной характеристикой при определении момента инерции и сопротивления сечения является ориентация сечения в плоскости разреза. При увеличении момента инерции увеличивается и показатель жесткости.

Определение максимальной нагрузки и прогиба

Для точного определения прогиба балки, лучше всего применять данную формулу:

Где:

q является равномерно-распределенной нагрузкой;

E – модуль упругости, который является табличной величиной;

l – длина;

I – момент инерции сечения.

Чтобы рассчитать максимальную нагрузку, следует учитывать статические и периодические нагрузки. К примеру, если речь идет о двухэтажном сооружении, то на деревянную балку будет постоянно действовать нагрузка от ее веса, техники, людей.

Особенности расчета на прогиб

Расчет на прогиб проводится обязательно для любых перекрытий.

Крайне важен точный расчет данного показателя при значительных внешних нагрузках. Сложные формулы в данном случае использовать необязательно. Если использовать соответствующие коэффициенты, то вычисления можно свести к простым схемам:

Стержень, который опирается на одну жесткую и одну шарнирную опору, и воспринимает сосредоточенную нагрузку.Стержень, который опирается на жесткую и шарнирную опору, и при этом на него действует распределенное нагружение.Варианты нагружения консольного стержня, который закреплен жестко.Действие на конструкцию сложной нагрузки.

Применение этого метода вычисления прогиба позволяет не учитывать материал. Поэтому на расчеты не влияют значения его основных характеристик.

Пример подсчета прогиба

Чтобы понять процесс расчета жесткости балки и ее максимального прогиба, можно использовать простой пример проведения расчетов. Данный расчет проводится для балки с такими характеристиками:

материал изготовления – древесина;плотность составляет 600 кг/м3;длина составляет 4 м;сечение материала составляет 150*200 мм;масса перекрывающих элементов составляет 60 кг/м²;максимальная нагрузка конструкции составляет 249 кг/м;упругость материала составляет 100 000 кгс/ м²;J равно 10 кг*м².

Для вычисления максимальной допустимой нагрузки учитывается вес балки, перекрытий и опор. Рекомендуется также учесть вес мебели, приборов, отделки, людей и других тяжелых вещей, который также будут оказывать воздействие на конструкцию. Для расчета потребуются такие данные:

вес одного метра балки;вес м2 перекрытия;расстояние, которое оставляется между балками;временная нагрузка;нагрузка от перегородок на перекрытие.

Чтобы упросить расчет данного примера, можно принять массу перекрытия за 60 кг/м², нагрузку на каждое перекрытие за 250 кг/м², нагрузки на перегородки 75 кг/м², а вес метра балки равным 18 кг. При расстоянии между балками в 60 см, коэффициент k будет равен 0,6.

Если подставить все эти значения в формулу, то получится:

q = ( 60 + 250 + 75 ) * 0,6 + 18 = 249 кг/м.

Для расчета изгибающего момента следует воспользоваться формулой f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] £ [¦].

Подставив в нее данные, получается f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] = (5 / 384) * [(249 * 44) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * [(249 * 256) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * (6 3744 / 10 000 000) = 0,13020833 * 0,0000063744 = 0,00083 м = 0,83 см.

Именно это и является показателем прогиба при воздействии на балку максимальной нагрузки. Данные расчеты показывают, что при действии на нее максимальной нагрузки, она прогнется на 0,83 см. Если данный показатель меньше 1, то ее использование при указанных нагрузках допускается.

Использование таких вычислений является универсальным способом вычисления жесткости конструкции и величины их прогибания. Самостоятельно вычислить данные величины достаточно легко. Достаточно знать необходимые формулы, а также высчитать величины.

Некоторые данные необходимо взять в таблице. При проведении вычислений крайне важно уделять внимание единицам измерения. Если в формуле величина стоит в метрах, то ее нужно перевести в такой вид.

Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными. Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул.

Источники:

• rascheta.net
• bouw.ru
• 1poderevu.ru
• viascio.ru

Расчет несущей способности конструкций Эксперт

Расчет несущей способности конструкций

Специалисты нашей компании выполняют расчет несущих способностей конструкций здания.

В процессе выполнения расчета определяется:

— несущая способность фундамента,
— несущая способность стены,
— несущая способность балки,
— несущая способность перекрытия.

Чтобы рассчитать несущую способность стены надо выполнить:

— определение диаметра арматуры,
— определение расположения арматуры,
— определение толщины слоя арматуры (защитного),
— определение класса арматуры.

С использованием самой современной аппаратуры и оборудования наши сотрудники определят каждый из вышеперечисленных показателей как можно точно.

К примеру, выезжая на объект при использовании оборудования, определяются показатели арматуры, толщина защитного слоя.

Это дает возможность провести все требуемые исследования, а затем и расчеты несущих способностей балок, стен и иных конструкций.

Уровень прочности конструкций определяют с помощью приборов неразрушающего контроля, или же с помощью метода местного разрушения. Чтобы определить несущую способность используют прибор – измеритель слоя бетона (защитного) ИЗС – 10Ц.

Используя измеритель защитного слоя бетона можно проовлдить такие обследования:

— определение слоя арматуры (защитного) при указанном диаметре,
— определение (при указанной глубине залегания) диаметра арматуры,
— определение (приближенное) защитного слоя арматуры и диаметра арматуры согласно предполагаемому диаметру,
— определение положения стержня арматуры в бетоне.

Измеритель защитного бетонного слоя используют для осуществления контроля расположения арматуры и толщины слоя бетона (защитного) в процессе технического обследования сооружений и зданий.

Когда Вы решаете возводить дом на имеющемся фундаменте – Вам просто необходимо определить его несущую способность. Также востребовано определение несущих способностей плит перекрытия с целью дальнейшего установления оборудования.

Наша компания предоставляет такие услуги. Мы проводим обследования, используя при этом самое современное оборудование. Наши специалисты на высоком профессиональном уровне и в кратчайшие сроки определят прочность конструкций и рассчитают их несущую способность.

Нагрузки на балку — Калькулятор опорной силы

Онлайн-калькулятор опорной силы балки

Калькулятор ниже можно использовать для расчета опорных сил — R ₁ и R ₂ — для балок до 6 несимметрично нагружает.

Длина балки (м, фут)

Сила F1 (Н, фунт _f ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F2 (Н, фунт _{) f} ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F3 (Н, фунт _f ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F4 ( Н, фунт _f ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F5 (Н, фунт _f ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F6 (Н, фунт _f ) расстояние от R ₁ (м, фут)

Для балансирующей балки, нагруженной грузами (или другими нагрузочными силами), силы реакции — R — на опорах равно , сила нагрузки — F . Баланс сил можно выразить как

F ₁ + F ₂ + …. + F _n = ₁ + R ₂ (1)

где

F = усилие от нагрузки (Н, фунт _f )

R = сила от опоры (Н, фунт _f )

Дополнительно для балки в балансе алгебраическая сумма моментов равно нулю .Баланс момента может быть выражен как

F ₁ a _f1 + F ₂ a _f2 + …. + F _n a _fn = R a _r1 + R a _r2 (2)

где

a = расстояние от силы до общей точки отсчета — обычно расстояние до одной из опор (м, фут)

Пример — A балка с двумя симметричными нагрузками

A 10 м длинная балка с двумя опорами нагружена двумя равными и симметричными нагрузками F ₁ и F ₂ , каждая 500 кг .Опорные силы F ₃ и F ₄ можно рассчитать

(500 кг) (9,81 м / с ² ) + (500 кг) (9,81 м / с ² ) = R ₁ + R ₂

=>

R ₁ + R ₂ = 9810 N

= 9,8 кН

Примечание! Нагрузка от веса груза — м — мг Ньютонов — где г = 9.81 м / с ² .

При симметричных и равных нагрузках опорные силы также будут симметричными и равными. Используя

R ₁ = R ₂

, приведенное выше уравнение можно упростить до

R ₁ = _R = (9810 N) / 2

= 4905 N

= 4,9 кН

Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox

— бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах.

Пример — Балка с двумя несимметричными нагрузками

A 10 м длинная балка с двумя опорами нагружена двумя нагрузками, 500 кг находится 1 м от конца ( R ₁ ) , а другой груз 1000 кг расположен 6 м с того же конца. Баланс сил можно выразить как

(500 кг) (9,81 м / с ² ) + (1000 кг) (9,81 м / с ² ) = ₁ + ₂ рэнд

=>

R ₁ + R ₂ = 14715 N

= 14.7 кН

Алгебраическая сумма моментов (2) может быть выражена как

(500 кг) (9,81 м / с ² ) (1 м) + (1000 кг) (9,81 м / с ² ) (6 м) =? R ₁ (0 м) + R ₂ (10 м)

=>

R ₂ = 6377 (N)

= 6,4 кН

F ₃ можно рассчитать как:

R ₁ = (14715 Н) — (6377 Н)

= 8338 N

= 8.3 кН

Вставьте балки в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox Sketchup Extension

Необходимо рассчитать несущую способность стальной балки при реконструкции жилого дома.

Здравствуйте, cpopetz, похоже, вы очень хорошо описали твоя проблема. Думаю, мы сможем получить некоторые ответы. (а) нагрузка, которую несет балка один этаж ПРИМЕЧАНИЕ. У вас есть сплошная балка с двумя равными пролетами. Однако, чтобы упростить задачу, мы можем рассматривать его как простой луч.4. Я бы сказал, что имеющаяся у вас балка адекватна. я иметь программу балки, которая будет обрабатывать фактические конечные условия, которые у вас есть. Я проверю луч с помощью этой программы и позволю вам знаю, какие результаты я получаю. Если есть что-то из того, что я опубликовал, вы не понимаете, пожалуйста, попросите разъяснений. Скоро вернусь к вам, Redhoss

Запрос на разъяснение ответа от cpopetz-ga на 18 июля 2006 г., 12:48 PDT Большое спасибо! Для меня все это имеет смысл.Инспектор заботится и о самой колонне. (Он не еще видел, он идет по моим описаниям.) На самом деле столбцов две, хотя они расположены так близко вместе, что, как я предполагал, один был использован для установки другого, или тот был установлен за другим по какой-то причине (хотя, поскольку стальная балка вряд ли прогнется, я не могу вообразить причину.) Тем не менее, колонна высотой 12 футов выглядит как литая бетонная опора диаметром 6 дюймов. восьмиугольный, с двумя вертикальными частями арматуры, идущими в нем.Это на Квадратная площадка 24 дюйма, но я не знаю, насколько глубока. Колонна на расстоянии 1 фута от него - телескопическая стальная колонна на другой квадратной площадке 24 дюйма. Обе колонны в хорошем состоянии, ржавчины на стали нет. растрескивание / рассыпание бетона. Есть мысли по этому поводу? Я понимаю, что это гораздо более расплывчато, чем предыдущий вопрос.

Несущая способность на сдвиг каркасных соединений из железобетонной круглой стальной трубы

В данной статье исследуется механизм сдвига и сдвиговая способность соединений каркаса железобетонных круглых стальных труб (SRCFCST), численная модель конечных элементов, отражающая механическое поведение каркасных соединений балки из железобетонных колонн SRCFCST, создана путем моделирования бетона с помощью структурной модели пластичности повреждений и моделирования стали с помощью идеального упругопластического материала, и ее эффективность проверена. по экспериментальным данным.Из-за равномерного распределения круглой стали, армированной по сечению, и без определенного фланца и стенки, механизм сдвига каркасных соединений SRCFCST анализируется на основе эквивалентной круглой стальной трубы (CST) прямоугольной стальной трубе. Предлагается метод расчета несущей способности на совместный сдвиг в области сердцевины соединения, которая состоит из четырех частей: бетон внутри трубы, бетон снаружи трубы, обруч и стенка, армированная сталью; и соответствующие формулы для расчета несущей способности на сдвиг.Сравнительный анализ несущей способности соединений на сдвиг показывает, что результаты численного моделирования и формулы несущей способности при сдвиге хорошо совпадают с экспериментальными значениями, которые могут служить ориентиром для нелинейного анализа и инженерного проектирования подобных соединений.

1. Введение

Стальная железобетонная конструкция — это конструкция, состоящая из стали и железобетона, сокращенно SRC. В колоннах SRC сталь и бетон работают вместе, что не только обладает хорошими антисейсмическими характеристиками и долговечностью, но также может относительно снизить затраты.В настоящее время он широко применяется в высотных зданиях по всему миру [1, 2].

В конструкциях SRC используются различные формы стального профиля, например, стального профиля с решетчатым профилем, стали с H-образным профилем, стали с поперечным сечением (обычно SRC) и круглой стальной трубы (CST). По сравнению с обычной структурой SRC труба, армированная CST в колоннах SRC, имеет преимущества простого и легкого изготовления, а сталь равномерно распределена по секции, что очень полезно для угловых колонн, несущих двухосный изгиб.В то же время трехмерный сдерживающий эффект стальной трубы на бетон с внутренним ядром может также более эффективно раскрыть потенциал стали и бетона [3]. Однако в настоящее время исследования структуры SRC в основном сосредоточены на общей структуре SRC, и лишь некоторые из них были выполнены на структуре SRCFCST [4].

Соединения являются ключевыми деталями, соединяющими колонны и балки каркаса. При землетрясении, чтобы соответствовать требованиям проектирования «сильные соединения, слабые элементы», сила сдвига, воспринимаемая внутренними соединениями, даже в несколько раз больше, чем у балок и колонн [5, 6].С этой целью некоторые ученые провели множество исследований механизма сдвига и сдвиговой способности каркасных соединений, но в основном это были исследования каркасных соединений из железобетона и общего SRC [7–10]. Chen et al. [11] и Хан и Ли [12] изучали сейсмическое поведение соединений стальных труб, заполненных бетоном (CFST), с учетом влияния плиты. Также исследуется влияние плиты на передачу сдвига в зоне панели. Zhang et al. [13] экспериментально исследовали поведение стыков кольцевых балок между заполненными бетоном колоннами из сдвоенных стальных труб и железобетонными балками.Результаты испытаний показали, что соединения с хорошими асейсмическими характеристиками могут легко соответствовать принципам антисейсмического проектирования, а именно: «сильная балка — слабая балка» и «прочный стык — слабый элемент». Также было реализовано конечно-элементное моделирование для проведения параметрического анализа. Han et al. [14] провели эксперименты с колонной из тонкостенных стальных труб из ограниченного бетона (TWSTCC) с соединениями железобетонных балок, подвергающимися циклической нагрузке, и обнаружили, что соединения TWSTCC в целом демонстрируют отличные сейсмические характеристики и могут применяться в практической инженерии, особенно в зоне землетрясений.Nie et al. [15] предложили новую систему соединения для заполненной бетоном композитной колонны из стальных труб и железобетонных балок и проанализировали механические свойства этого типа соединения под действием сейсмической нагрузки и обнаружили, что эффективное удержание может быть достигнуто с помощью кольца жесткости. , и может быть получена отличная осевая несущая способность, а также превосходная пластичность и способность рассеивать энергию. Chen et al. [16] направлено на исследование сейсмического поведения соединения через балку между заполненными бетоном стальными трубчатыми колоннами и железобетонными балками, а испытания на циклическую нагрузку и последующие испытания на осевое сжатие представлены на шести образцах балка-колонна.Модель конечных элементов также разрабатывается и проверяется путем сравнения с экспериментальными результатами. Ding et al. [17] провели испытание на циклическую нагрузку на группе соединений без сквозного сердечника, установили модель конечных элементов для расчета и анализа, обсудили ее кривую деформации, кривую пластичности, кривую деградации жесткости и кривую диссипации энергии и пришли к выводу, что соединения SRCFCST имеют лучшие сейсмические характеристики по сравнению с обычными соединениями железобетонных балок и колонн. Liao et al. [18] установили семь составных моделей соединений, в том числе четыре заключенных в бетон колонны CFST на стыки железобетонных балок и три облицованные бетоном колонны CFST на стыки стальных балок, а затем модели были протестированы и сравнены при постоянной осевой нагрузке на верхнюю часть колонны и циклическая нагрузка на конец балки.По результатам испытаний были исследованы прочность, пластичность, деградация жесткости и рассеиваемая энергия образцов. Однако существует мало исследований сопротивления сдвигу каркасных соединений SRCFCST, и его механизм сдвига также нуждается в дальнейшем улучшении [19]. В этой статье создана численная модель конечных элементов для моделирования механического поведения соединений SRCFCST колонна-каркас железобетонной балки; а его эффективность подтверждена результатами малоцикловых экспериментов с повторяющимся нагружением в [3].Из-за равномерного распределения круглой стальной арматуры по сечению и без определенных фланцев и стенок, механизм сдвига бетонной внутренней трубы, бетонной внешней трубы, обручей и стальной стенки в области сердцевины стыка анализируется на основе эквивалентного CST. к стальной прямоугольной трубе; и предложены формулы для расчета несущей способности на совмещенный сдвиг общей площади сердечника. Сравнительный анализ несущей способности соединений на сдвиг показывает, что результаты численного моделирования и формулы несущей способности при сдвиге хорошо совпадают с экспериментальными значениями, которые могут служить ориентиром для нелинейного анализа и инженерного проектирования подобных соединений.

2. Числовая модель конечных элементов

2.1. Материальная взаимосвязь

Под действием циклической нагрузки эффект циклического упрочнения стали (в том числе профильной стали и арматурного стержня) приведет к тому, что она будет создавать большую деформацию, чем при однонаправленной нагрузке, что делает упрочняющий эффект стали неочевидным. когда зона активной зоны достигает предельной опоры, в то время как бетон в зоне активной зоны мог быть разрушен [20]. Таким образом, при численном моделировании упрочняющим эффектом стали можно пренебречь и принять идеальную упругопластическую модель.

Для колонн SRCFCST бетон в центральной области стыков можно разделить на бетон снаружи стальной трубы и бетон внутри стальной трубы. Эффекты сдерживания у них разные. Результаты испытаний показывают, что сдержанность последнего больше, чем у первого. Однако, согласно результатам экспериментов, при разрушении бетон на стороне стыка отслоился, а бетон внутри стальной трубы не разрушился [19], что показывает, что сдерживающее воздействие на бетон внутри стальной трубы колонны SRCFCST меньше, чем у заполненной бетоном стальной трубы в предельном состоянии [3].Это связано с тем, что напряжение в стальной трубе бетонной конструкции достигнет предела текучести на стадии разрушения, в то время как эксперименты показывают, что разрушение конструкций SRCFCST происходит из-за деформации арматуры вокруг стальной трубы и стальной трубы. еще не поддается на данном этапе, что приводит к меньшему воздействию на бетон изнутри, чем у заполненных бетоном стальных трубчатых конструкций.

Более того, при циклических нагрузках «пластическая деформация» в традиционном понимании составляет небольшую долю неупругой деформации бетона [21, 22].Таким образом, одно и то же определяющее соотношение может быть использовано для бетона внутри и снаружи стальной трубы при численном моделировании. В этой статье для бетона принята модель повреждаемости и пластичности, в которой применяется изотропное упругое повреждение и учитывается деградация упругой жесткости, вызванная пластической деформацией при сжатии при растяжении, и восстановление жесткости при циклических нагрузках, что позволяет точно моделировать механические воздействия. поведение бетона при циклическом.

При циклических нагрузках характеристики механики разрушения бетона связаны с открытием и закрытием внутренних микротрещин и их взаимодействием.Модель предполагает, что модуль упругости после повреждения может быть выражен как взаимосвязь между начальным модулем упругости и фактором повреждения, т. Е. Где — начальный модуль упругости бетона, — модуль упругости бетона после повреждения и — повреждение. коэффициент, который можно разделить на коэффициент повреждения при сжатии и коэффициент повреждения при растяжении.

Поскольку прочность бетона на растяжение намного ниже прочности на сжатие, а также имеет небольшое влияние на конструкцию, влияние коэффициента повреждения бетона при растяжении в этой статье не рассматривается.Коэффициент повреждения бетона при сжатии может быть рассчитан с помощью классической теории повреждений, и формулы расчета следующие [23]: где — начальный модуль упругости бетона при сжатии; деформация сжатия бетона; и является основной функцией бетона при одноосном сжатии.

При циклических нагрузках формула для расчета пластической деформации бетона при сжатии с учетом повреждения при сжатии выглядит следующим образом: где — пластическая деформация бетона при сжатии с учетом повреждения при сжатии.

Принята кривая зависимости напряжения от деформации при одноосном сжатии (растяжении), рекомендованная в GB50010-2010 Кодексе проектирования бетонных конструкций, которая состоит из трех частей: упругой, упрочняющей и разупрочняющейся [24].

2.2. Численная модель

2.2.1. Блок Перегородка

Полная геометрическая модель каркасного соединения колонн и железобетонных балок SRCFCST, исследованная в данной статье, показана на Рисунке 1 [19].

Численный анализ выполняется ABAQUS, крупномасштабной универсальной программой нелинейного анализа методом конечных элементов; Создана конечно-элементная модель узлов каркаса.Элемент шестигранника с восемью шарнирами (C3D8R) используется для стальных труб и бетона, что может обеспечить соответствие интегральных точек Гаусса требованиям, требуемым для точного интегрирования, а также контроль песочных часов. Двустворчатый трехмерный элемент фермы (T3D2) используется для продольного армирования балки, колонны и обруча. Стальная труба и бетонные элементы разделены сеткой на правильный шестигранник. С учетом исследовательской направленности стыков решетка в центральной зоне стыков уплотнена.

Характеристики сцепления-проскальзывания между стальной трубой и бетоном, а также между арматурным стержнем и бетоном не учитываются в модели конечных элементов, а напрямую склеиваются, предполагая, что на их общей поверхности раздела происходит такое же смещение. Связь между стальной трубой и бетоном внутри и снаружи выполняется командой TIE; балки, колонны и обручи помещаются в бетон с помощью команды EMBEDED.

2.2.2. Граничные условия и режим нагрузки

Вертикальные, горизонтальные и вращательные ограничения накладываются на нижнюю часть колонны; горизонтальные и вращательные ограничения накладываются на верх колонны; затем к верхней части колонны прикладывают фиксированную осевую силу Н для имитации вертикальных нагрузок; и циклические сосредоточенные нагрузки P или циклическое вертикальное смещение Δ с равной величиной и противоположным направлением прикладываются к обоим концам балки для имитации горизонтального сейсмического воздействия (нагрузка используется до того, как продольная арматура поддастся, а нагрузка смещения используется после уступая).

3. Совместный модельный эксперимент и численное моделирование

3.1. Модельный эксперимент

3.1.1. Модель экспериментального соединения

В тестовой модели есть три группы образцов, т. Е. Неперфорированные образцы (Группа А), армированные перфорированные образцы (Группа В) и образцы с большими отверстиями (Группа С), и по два образца в каждой группе. всего шесть экз. Эти три группы различаются только способом открытия стальной трубы в местах соединения. Верхняя и нижняя продольные арматуры каждого образца балки имеют размер 5B22 и расположены в два ряда: 3B25 для внешнего ряда и 2B25 для внутреннего ряда.Подробности следующие:

(1) Неперфорированный образец . Только одна продольная арматура в середине внешнего ряда проходит через небольшое круглое отверстие диаметром 26 мм в CST, а остальная часть проходит через внешнюю сторону стальной трубы, что аналогично неперфорации.

(2) Образцы с перфорацией для арматуры . Небольшие круглые отверстия диаметром 26 мм открываются на пересечении верхней и нижней продольных арматур балок со стальной трубой, и вся продольная арматура проходит через стальную трубку из этих отверстий.

(3) Образцы с большими отверстиями . Прямоугольное отверстие диаметром 166 мм и 72 мм открывается на пересечении верхнего и нижнего продольных усилителей балок со стальной трубой в колонне. Вся продольная арматура проходит через стальную трубку из большого отверстия, которое называется образцами с большим отверстием.

Поскольку эксперимент проводится для выяснения механизма разрушения соединений, образцы конструируются по принципу «слабые соединения, сильные элементы.Класс прочности бетона — C40, продольная арматура — арматурный стержень HRB335, обвязка — арматурный стержень HPB235, а стальная труба в колонне сварена роликом из стали Q235. Размер, арматура и структура образцов показаны на рис. 2 и в таблице 1, а свойства материала показаны в таблицах 2 и 3.

@ × 300 A8 @ 200 90 -1 300 № образца. Колонна Балка B × h (мм) Продольная арматура Стальная армированная D × т (мм) Hooping b 75 (мм) Продольная арматура Пяльцы Пяльцы в области сердцевины шарнира A-1 300 × 300 16B12 200 × 7 10B22 A8 @ 200 A6 @ 50 A-2 300 × 300 16B12 200 × 7 A6 @ 50 280 × 300 A8 @ 50 B-1 300 × 300 16B12 200 × 7 A6 @ 50 280 × 300 10B22 A3 @ 200 9037 @ 50 B-2 300 × 300 16B12 200 × 7 A6 @ 50 280 × 300 10B22 A8 @ 200 A8 @ 50 300 × 300 16B12 200 × 7 A6 @ 50 280 × 300 10B22 A8 @ 200 A6 @ 50 C-2 16B12 200 × 7 A6 @ 50 280 × 300 10B22 A8 @ 200 A8 @ 50

9037

Материалы и спецификации	Предел текучести	Предел прочности	Модуль упругости
Стальная пластина	239.6	336,0	2,10 × 105
B22	353,8	568,3	2,11 × 105
B12	380,2	54375	495,7	2,08 × 105
A6	330,8	512,6	2,06 × 105

902

Кубическая прочность на сжатие	Осевая прочность на сжатие	Модуль упругости
C40	39.0	26,1	2,77 × 10 4

3.1.2. Экспериментальное устройство, программа нагружения и точки измерения

Экспериментальное нагружающее устройство показано на рисунке 3. Заданная осевая сила в 1000 кН прикладывается к концу колонны и поддерживается постоянной, со степенью осевого сжатия около 0,3. Нижние циклические повторяющиеся сосредоточенные нагрузки прикладываются синхронно к концу балки. Первый и второй циклы нагружаются устройством управления нагрузкой, и значения нагрузки составляют 25% и 75% от расчетных предельных нагрузок секций балки, соответственно; моделируется напряжение суставов на этапе эксплуатации.Затем нагрузка контролируется смещением с контрольной точкой на конце балки и повторяется дважды при каждом уровне смещения, останавливая его, когда нагрузка на конце балки падает до 85% от максимальных нагрузок. Считается, что образец поддается текучести, когда прогибается арматура в балке. Программа нагружения показана на Рисунке 4.

Датчики сопротивления наклеиваются на стальную арматуру, армированную в продольном и поперечном направлениях, обруч, продольную арматуру балки-колонны и бетонную поверхность в диагональном направлении.Преобразователи смещения расположены на конце балки для расчета вращения пластикового шарнира. Датчики смещения расположены в диагональном направлении для измерения деформации сдвига в области сердечника. «Датчик смещения» используется для измерения деформации сдвига в стыке и вертикального смещения конца балки. Датчики смещения на концах балки и датчики давления соединены с самописцем X — Y для построения кривой нагрузки-смещения, чтобы контролировать весь процесс нагружения.

В режиме нагружения, показанном на рисунке 3, сердечник узла подвергается напряжению, как показано на рисунке 5. Согласно условию баланса напряжений в суставах и взаимному закону касательных напряжений, соотношение между расчетным значением горизонтальной поперечной силы V _j , а торцевую нагрузку балки в центральной части соединения можно выразить следующей формулой [25]: где H _c — высота колонны, H _b — длина балка, h _b — высота секции балки, h _c — высота секции колонны, — эффективная высота секции балки и эффективная высота секции колонны, и P — торцевая нагрузка балки.

3.1.3. Полный процесс напряжений в образцах и механизм разрушения

Результаты экспериментов показывают, что все образцы подвержены сдвиговому разрушению в области совместной сердцевины и проходят три стадии всего процесса от нагрузки до разрушения: отсутствие трещин, растрескивание и разрушение.

(1) Стадия без трещин . При малых нагрузках как вертикальное смещение свободного конца балки, так и деформация сдвига области сердечника соединения очень малы, а нагрузка и деформация связаны прямо и линейно.Когда нагрузка достигает 25 кН, на балке, пересекающей колонну, появляется первая вертикальная трещина, но трещины нет в области активной зоны. Три группы суставных особей на этом этапе в основном одинаковы.

(2) Стадия крекинга . Когда нагрузка увеличивается примерно до 60 кН, первая диагональная трещина появляется в середине области сердечника соединения шириной примерно 0,5 мм. В настоящее время деформация стальной трубы и бетона в зоне стыка в основном одинакова; как вертикальное смещение конца балки, так и деформация сдвига площади сердечника очень малы; поперечная деформация обруча и стальной трубы в зоне стыка также очень мала; совместное усилие сдвига в основном воспринимается бетоном и армированной сталью.Нагрузки на растрескивание соединений с разными отверстиями примерно одинаковы по площади стыка, а нагрузка на растрескивание составляет около 40% от разрушающей нагрузки. Когда начальная трещина возникает в области стыка, трещина на балке увеличивается меньше. Когда нагрузка увеличивается до 120 кН, продольная арматура на конце балки, пересекающейся с колонной, поддается; смещение в это время составляет Δ y . Первая трещина в зоне ядра расширяется дальше; в то же время многие диагональные трещины образуют скопление поперечно-диагональных трещин.На данный момент показатели трех групп экземпляров примерно одинаковы.

(3) Стадия отказа . После того, как продольная арматура балки пересекается с текучестью колонны, управление перемещением принимается для нагружения. Когда смещение на свободном конце балки увеличивается до 2Δ y , в области сердцевины образуется основная диагональная трещина, которая в основном проходит вдоль диагонального направления. Область сердечника в основном находится в состоянии «полной трещины», и жесткость соединений значительно снижается.В это время показатели трех групп экземпляров различаются. Образцы группы А: когда смещение конца балки близко к 2Δ y , бетон на стороне стыка начал отслаиваться. Когда смещение достигает 2Δ y , пяльцы поддаются. Образцы групп B и C: когда смещение конца балки увеличивается до 2Δ y , пяльцы в области сердечника все еще не полностью поддаются. Когда смещение достигает 3Δ y , все пяльцы в области стыка поддаются, и армированная сталь также поддается, но несущая способность все еще может увеличиваться примерно на (10–20)%.Когда смещение образцов группы A увеличивается до 3Δ y , а смещение образцов групп B и C до 4Δ y , бетон на стороне области стыка серьезно трескается, пяльцы в области стыка подвергаются воздействию нагрузки. снижается до менее чем 85% от максимальных нагрузок, и образцы повреждаются.

3.2. Численное моделирование методом конечных элементов

Для исследования эффективности численной модели был проведен численный анализ методом конечных элементов для каркасных соединений эталонных образцов для экспериментов с низкой циклической нагрузкой SRCFCST.На основе экспериментальных данных свойств материала и вышеупомянутой основной модели кривые напряжения-деформации бетона при одноосном сжатии и растяжении показаны на рисунке 6, а кривые коэффициента повреждения бетона при сжатии показаны на рисунке 7. При расчете, фиксированная осевая сила Н (1000 кН) прикладывается в верхней части колонны, а затем повторяющаяся сосредоточенная нагрузка P или повторяющееся вертикальное смещение Δ прикладывается к концу балки.Петли гистерезиса нагрузка-смещение могут отражать взаимосвязь между нагрузкой и деформацией соединения при циклических нагрузках, а также способность рассеивать энергию. Шесть образцов были созданы в ABAQUS и разделены на следующие три группы: группа без перфорации (группа A), группа образцов (группа B) и группа макропористых частиц (группа C). Эти группы различаются по типу полости перфорации на конце стальных труб. Разница между тремя группами заключалась только в форме отверстия на конце стальной трубы.При расчете сначала к верху колонны прикладывалась фиксированная осевая сила Н (1000 кН), а затем пара возвратно-поступательных сосредоточенных нагрузок P или возвратно-поступательные вертикальные смещения Δ которых равное значение, но противоположное направление было приложено к оба конца балки. Из кривых гистерезисной петли нагрузки-смещения на конце балки можно отразить взаимосвязь между нагрузкой и деформацией соединения под возвратно-поступательной нагрузкой, а также способность рассеивать энергию.

На рис. 8 показано сравнение петель гистерезиса нагрузка-смещение между результатами FEA и результатами экспериментов, из чего следует, что результаты расчета методом конечных элементов для каждой группы образцов в основном совпадают с результатами эксперимента. В общем, гистерезисная кривая конечных элементов более полная, чем кривая испытания, что в основном вызвано тем, что трудно точно учесть раскрытие и закрытие трещин в бетоне, а также эффект сцепления-скольжения между стальным стержнем, стальным профилем и бетоном в расчет методом конечных элементов [26].Согласно результатам расчета методом конечных элементов для каждой группы, гистерезисные кривые образцов с перфорацией в арматуре более полные, чем у образцов без перфорации и образцов с большими отверстиями, что указывает на то, что образцы с перфорацией в арматуре обладают лучшими характеристиками деформации, пластичности и рассеивания энергии. , что согласуется с результатами эксперимента [19].

На рис. 9 показано сравнение каркасных кривых «нагрузка-смещение» между результатами FEA и результатами экспериментов, которое показывает, что результаты расчета методом конечных элементов хорошо совпадают с результатами эксперимента.Экспериментальное значение предельной несущей способности образцов групп A и B немного больше, чем результаты расчета методом конечных элементов, за исключением того, что экспериментальные значения двух образцов в группе C сильно различаются.

Таким образом, образец из группы B имеет лучший эффект. Основная причина заключается в том, что срезной штифт для железобетона проходит через небольшое отверстие, увеличивая эффект сцепления с бетоном, а бетон, входящий и выходящий из трубы, может работать вместе через небольшое отверстие, улучшая целостность бетона в центральной области.

4. Теоретический анализ несущей способности соединений на сдвиг

4.1. Механизм сдвига соединений

На рисунке 10 показан общий состав и эквивалент секции колонны SRCFCST. В отличие от колонн SRC с H-образной стальной, крестообразной стальной или прямоугольной стальной трубой, CST равномерно распределены по секции без определенного фланца и стенки. Кроме того, механические свойства бетона внутри и снаружи трубы различаются из-за различных ограничений.Для того чтобы легко понять механизм опоры на сдвиг в соединениях, в этой статье CST эквивалентен прямоугольной стальной трубе; соответствующий внутренний бетон внутри и снаружи трубы также находится в соответствующем диапазоне прямоугольного сечения.

На рисунке 11 показан эквивалентный принцип, согласно которому площади полки и стенки равны. Следует отметить, что фланец и стенка должны иметь разную толщину в прямоугольном стальном трубном сечении, чтобы удовлетворить принципу, поскольку высота двух частей не идентична.

Поскольку стальная труба, участвующая в сдвиге, в основном представляет собой часть на средней высоте площади сердечника соединения, в эквиваленте CST площадь фланца и площадь стенки прямоугольной стальной трубы равны, а высота прямоугольная стальная труба равна диаметру D стальной трубы. Площадь основного бетона равна площади бетона внутри стальной трубы. На основе принципа эквивалентности, приведенного выше, можно получить эквивалентную ширину прямоугольного сечения бетонной трубы внутри и снаружи, а также толщину фланца и стенки эквивалентной стальной трубы прямоугольного сечения.Отношение толщины к диаметру стальной трубы выражается как, где — толщина стенки CST, а затем где b _{cor, j} — эквивалентная ширина прямоугольного сечения бетона внутри трубы, b _{out, j} — эквивалентная ширина прямоугольного сечения бетона за пределами трубы, — толщина фланца эквивалентной стальной трубы прямоугольного сечения, — толщина стенки эквивалентной стальной трубы прямоугольного сечения, — ширина сечения колонны и — высота раздел столбца.

4.2. Расчет несущей способности стыков на сдвиг

В настоящее время не существует специальной методики для расчета несущей способности композитных соединений колонны SRCFCST с балкой железобетонного каркаса на сдвиг. Основываясь на соответствующих результатах экспериментального и численного анализа, из эквивалентности сечения колонны упомянутыми выше методами можно увидеть, что существует много общего в механизме сдвига между каркасными соединениями SRCFCST и прямоугольными или квадратными каркасными соединениями SRC [26-28 ].В этой статье несущая способность колонны SRCFCST разделена на четыре части, ссылаясь на метод расчета для общих композитных соединений колонны-балки SRC, предложенный существующими нормами, правилами и соответствующими учеными, т.е. бетон вне трубы стыка, В _из ; ② несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая бетоном внутри трубы стыка, V _cor ; ③ несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая обхватом стыка, V _sv ; и — несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая стенкой стального профиля в зоне соединения, V _w .Наложив четыре части выше, можно получить основную формулу несущей способности на горизонтальный сдвиг V _j в общей площади сердцевины:

В соответствии с эквивалентностью сечения колонны SRCFCST и анализом механизма несущей способности сдвига, несущая способность на сдвиг обеспечивается каждой частью области соединения.

4.2.1. Несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая наружной трубой бетона

Из-за сложного поведения бетона в конечном состоянии при растрескивании и перекрытии трудно точно рассчитать обеспечиваемую им несущую способность при сдвиге; а в случае сложных сил, полосатый бетонный наклонный стержень образуется в стыках [27].В связи с этим несущая способность бетона на сдвиг в зоне стыка рассчитывается по теории наклонного стержня. Механизм сдвига бетона за пределами трубы в области ядра стыка показан на рисунке 12 (а). Поскольку он не ограничен стальной трубой, его механизм напряжений аналогичен механизму напряжения стыковочного бетона в [26]. Формула для расчета несущей способности на сдвиг V _из , обеспечиваемой бетоном за пределами трубы, выглядит следующим образом: где — расчетная прочность бетона на сжатие, — это высота балки в области сердцевины стыка, а — высота наклонного бетона. штанга за пределами трубы.

4.2.2. Несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая бетоном внутри трубы

Из-за ограничения стальной трубы прочность на сжатие бетона в области сердцевины стыка выше, чем у обычного бетона. Механизм сдвига показан на рисунке 12 (б). Что касается каркасных соединений SRC [28, 29], несущая способность на сдвиг V _cor , обеспечиваемая бетоном внутри трубы, все еще может быть рассчитана с помощью теории наклонного стержня. Формула расчета выглядит следующим образом: где — высота бетонного наклонного стержня в трубе, — наклон стержня, — прочность на сжатие ограниченного бетона в трубе.

Формулы для расчета угла наклона стержня и высоты бетонного наклонного стержня в трубах следующие [28]: где u — коэффициент осевого давления, N — расчетное значение осевой силы колонны, f _a — расчетное значение прочности на сжатие профильной стали, A _c — площадь бетонного профиля и A _s — площадь участка стальной трубы.

Прочность на сжатие ограниченного бетона в трубе может быть рассчитана в соответствии с техническим кодексом GB 50936-2014 для стальных трубчатых конструкций с бетонным заполнением [30]: где — коэффициент арматуры и оболочки, а B и C — коэффициенты и рассчитывается по формулам, соответственно:

4.2.3. Несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая Stirrup

С одной стороны, вклад обруча в области сердечника соединения в силу сдвига заключается в том, что он формирует рабочий механизм фермы с продольной арматурой балки-колонны и бетонным наклонным стержнем [28]. С другой стороны, обруч будет сдерживать бетон в области сердцевины, подавлять распространение трещин и деформацию сдвига в области сердцевины и, таким образом, увеличивать сдвигающую способность области соединения сердцевины [29]. Несущая способность при сдвиге V _sv , обеспечиваемая обручем, может быть рассчитана по следующей формуле: где — высота секции колонны после удаления толщины верхнего и нижнего защитных слоев, s — расстояние между кольцами сердечника. площадь, f _yv — это предел прочности пяльцев на разрыв, а A _sv — общая площадь пялец в том же участке площади сердечника.

4.2.4. Несущая способность на сдвиг, обеспечиваемая стальной трубкой

Испытание показывает, что стальная трубка всегда тянется в окружном направлении в течение всего процесса сдвига в области сердечника соединения и деформируется в случае разрушения; однако стальная труба, участвующая в сдвиге, в основном расположена в части на средней высоте области сердечника соединения. С учетом сдерживающего воздействия стальной трубы на бетон в трубе и эквивалентного состояния стальной трубы секционного профиля SRCFCST, метод расчета несущей способности на сдвиг может быть предоставлен путем обращения к каркасным соединениям SRC из сверхвысокопрочного бетона и общего Совместное полотно каркаса SRC [26, 28].С учетом влияния просверливания стальной трубы в стыке несущая способность на сдвиг V _w , обеспечиваемая стальной трубой, может быть рассчитана по следующей формуле: где η — скорость отверстия стальная труба на стыке.

5. Анализ несущей способности шарниров на сдвиг

В таблице 4 показано сравнение значений испытаний, расчетных значений конечных элементов и теоретических расчетных значений несущей способности при сдвиге.Таблица показывает, что отношение расчетного значения конечных элементов к испытательному значению несущей способности на сдвиг составляет от 0,90 до 1,03, и оба они хорошо согласуются, что указывает на то, что численная модель, установленная для композитных соединений балок железобетонного каркаса SRCFCST, в основном разумна. .

9046 В этой статье также спроектированы четыре соединения каркаса колонны из стали стальной трубы и железобетона по принципу «слабый узел и прочный компонент».Марка бетона по прочности С40, продольная арматура — арматурный стержень HRB335, обвязка — арматурный стержень HPB235; стальная труба в колонне сварена роликом из стали Q235, высота колонны 3,6 м, длина балки 5,3 м; и другие основные параметры показаны в таблице 5. На рисунке 13 показана конструктивная схема SRCTJ1. По сравнению с шестью образцами в Группах A – C, вновь разработанные соединения имеют большие размеры, и, таким образом, их можно применять непосредственно для проектирования конструкции. Образец Экспериментальное значение (кН) FEM (кН) 1024,8 0,96 A2 1073,6 1024,8 0,96 B1 1172,1 1057,5 0,975 9 C1 1028,5 1059,8 1,03 C2 1119,2 формула 1059,8 0,95 0,95 903 No образца. Колонна Балка B × h (мм) Продольная арматура Стальная армированная D × т (мм) Hooping b 75 (мм) Продольная арматура Пяльцы Пяльцы в области сердцевины шарнира SRCTJ1 500 × 500 16B12 3503 × 8 20B30 A8 @ 150 A8 @ 100 SRCTJ2 600 × 600 16B14 450 × 8 A8 @ 100 500 × 700 A8 903 A8 @ 100 SRCTJ3 700 × 700 20B16 550 × 8 A10 @ 100 600 × 800 24B32 A10 @ 150 A10 @ 100 SRCTJ4 800 × 800 20B18 650 × 8 A10 @ 100 700 × 900 24B40 A10 @ 150 Численная модель каркасных соединений SRCFCST и приведенные выше формулы для расчета несущей способности на сдвиг используются для расчета несущей способности испытательных соединений на сдвиг.На рисунке 14 показаны кривые «нагрузка-смещение» и каркасные кривые петель гистерезиса вновь разработанных соединений SRCFCST. В таблице 6 показано сравнение значений испытаний, значений расчетов методом конечных элементов и теоретических расчетных значений несущей способности на сдвиг. 9038 Образец FEM (кН) Теоретический расчет (кН) 1040,88 1,02 B1 / B2 1057,5 1040,39 0,98 C1 / C2 1001,5 1,01 SRCTJ2 4023,6 4079,85 1,01 SRCTJ3 5231,77 5501,23 1.05 SRCTJ4 6572,45 7003,46 0,94 Согласно приведенной выше теоретической формуле, соотношение между расчетным значением 0,94 и FEM также составляет 0,94 указывает на то, что теоретические формулы имеют хорошую точность расчета и являются эффективными и выполнимыми для расчета несущей способности на сдвиг композитных соединений колонны SRCFCST и балок железобетонного каркаса. Следует отметить, что расчетные значения метода конечных элементов и теоретическая формула, приведенная в таблице 6, получены путем измерения прочности бетона и стали; однако при инженерном проектировании предлагается, чтобы расчет основывался на расчетной прочности материала, чтобы сохранить достаточный запас прочности для реальной конструкции [31]. 6. Заключение (1) Создана численная модель конечных элементов для моделирования механического поведения соединений каркаса железобетонной балки SRCFCST.Результаты FEA хорошо совпадают с существующими результатами испытаний, которые могут служить ориентиром для нелинейного анализа подобных соединений. (2) Из-за равномерного распределения круглой стали, армированной по сечению, и без определенных фланцев и стенок, механизм сдвига Соединения анализируются на основе эквивалента CST для прямоугольной стальной трубы. (3) Метод расчета несущей способности на сдвиг области сердечника соединения, наложенной на четыре части бетонной внутренней трубы, бетонной внешней трубы, обручей и армированной сталью стенки. предлагается; и установлены соответствующие формулы для расчета несущей способности при сдвиге.Расчетные результаты по формулам хорошо совпадают с существующими результатами испытаний. Доступность данных Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью. Конфликт интересов Авторы заявили об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении исследования, авторства и / или публикации этой статьи. Благодарности Авторы раскрыли получение следующей финансовой поддержки для исследования, авторства и / или публикации этой статьи: это исследование было поддержано Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2016YFC0802205) и Национальной программой естественных наук Фонды (51778532). Bentley - Документация по продукту MicroStation Справка MicroStation Ознакомительные сведения о MicroStation Справка MicroStation PowerDraft Ознакомительные сведения о MicroStation PowerDraft Краткое руководство по началу работы с MicroStation Справка по синхронизатору iTwin ProjectWise Служба поддержки Bentley Automation Ознакомительные сведения об услуге Bentley Automation Сервер композиции Bentley i-model для PDF Подключаемый модуль службы разметки PDF для ProjectWise Explorer Справка администратора ProjectWise Справка службы загрузки данных ProjectWise Analytics Коннектор ProjectWise для ArcGIS - Справка по расширению администратора Коннектор ProjectWise для ArcGIS - Справка по расширению Explorer Коннектор ProjectWise для ArcGIS Справка Коннектор ProjectWise для Oracle - Справка по расширению администратора Коннектор ProjectWise для Oracle - Справка по расширению Explorer Коннектор ProjectWise для справки Oracle Коннектор управления результатами ProjectWise для ProjectWise Справка портала управления результатами ProjectWise Ознакомительные сведения по управлению поставками ProjectWise Справка ProjectWise Explorer Справка по управлению полевыми данными ProjectWise Справка администратора геопространственного управления ProjectWise Справка ProjectWise Geospatial Management Explorer Сведения о геопространственном управлении ProjectWise Модуль интеграции ProjectWise для Revit Readme Руководство по настройке управляемой конфигурации ProjectWise Справка по ProjectWise Project Insights ProjectWise Plug-in для Bentley Web Services Gateway Readme ProjectWise ReadMe Матрица поддержки версий ProjectWise Веб-справка ProjectWise Справка по ProjectWise Web View Справка портала цепочки поставок Услуги цифровых двойников активов PlantSight AVEVA Diagrams Bridge Help PlantSight AVEVA PID Bridge Help Справка по экстрактору мостов PlantSight E3D Справка по PlantSight Enterprise Справка по PlantSight Essentials PlantSight Открыть 3D-модель Справка по мосту Справка по PlantSight Smart 3D Bridge Extractor Справка по PlantSight SPPID Bridge Управление эффективностью активов Справка по AssetWise 4D Analytics AssetWise ALIM Web Help Руководство по внедрению AssetWise ALIM в Интернете AssetWise ALIM Web Краткое руководство, сравнительное руководство Справка по AssetWise CONNECT Edition AssetWise CONNECT Edition Руководство по внедрению Справка по AssetWise Director Руководство по внедрению AssetWise Справка консоли управления системой AssetWise Анализ моста Справка по OpenBridge Designer Справка по OpenBridge Modeler Строительное проектирование Справка проектировщика зданий AECOsim Ознакомительные сведения AECOsim Building Designer AECOsim Building Designer SDK Readme Генеративные компоненты для справки проектировщика зданий Ознакомительные сведения о компонентах генерации Справка по OpenBuildings Designer Ознакомительные сведения о конструкторе OpenBuildings Руководство по настройке OpenBuildings Designer OpenBuildings Designer SDK Readme Справка по генеративным компонентам OpenBuildings Ознакомительные сведения по генеративным компонентам OpenBuildings Справка OpenBuildings Speedikon Ознакомительные сведения OpenBuildings Speedikon OpenBuildings StationDesigner Help OpenBuildings StationDesigner Readme Гражданское проектирование Помощь в канализации и коммунальных услугах Справка OpenRail ConceptStation Ознакомительные сведения по OpenRail ConceptStation Справка по OpenRail Designer Ознакомительные сведения по OpenRail Designer Справка по конструктору надземных линий OpenRail Справка OpenRoads ConceptStation Ознакомительные сведения по OpenRoads ConceptStation Справка по OpenRoads Designer Ознакомительные сведения по OpenRoads Designer Справка по OpenSite Designer Файл ReadMe OpenSite Designer Инфраструктура связи Справка по Bentley Coax Справка по Bentley Communications PowerView Ознакомительные сведения о Bentley Communications PowerView Справка по Bentley Copper Справка по Bentley Fiber Bentley Inside Plant Help Справка по OpenComms Designer Ознакомительные сведения о конструкторе OpenComms Справка OpenComms PowerView Ознакомительные сведения OpenComms PowerView Справка инженера OpenComms Workprint OpenComms Workprint Engineer Readme Строительство ConstructSim Справка для руководителей ConstructSim Исполнительное ReadMe ConstructSim Справка издателя i-model Справка по планировщику ConstructSim ConstructSim Planner ReadMe Справка стандартного шаблона ConstructSim ConstructSim Work Package Server Client Руководство по установке Справка по серверу рабочих пакетов ConstructSim Руководство по установке сервера рабочих пакетов ConstructSim Справка управления SYNCHRO SYNCHRO Pro Readme Энергетическая инфраструктура Справка конструктора Bentley OpenUtilities Ознакомительные сведения о Bentley OpenUtilities Designer Справка по подстанции Bentley Ознакомительные сведения о подстанции Bentley Справка подстанции OpenUtilities Ознакомительные сведения о подстанции OpenUtilities Promis.e Справка Promis.e Readme Руководство по установке Promis.e - управляемая конфигурация ProjectWise Руководство по настройке подстанции - управляемая конфигурация ProjectWise Руководство пользователя sisNET Геотехнический анализ PLAXIS LE Readme Ознакомительные сведения о PLAXIS 2D Ознакомительные сведения о программе просмотра вывода 2D PLAXIS Ознакомительные сведения о PLAXIS 3D Ознакомительные сведения о программе просмотра 3D-вывода PLAXIS PLAXIS Monopile Designer Readme Управление геотехнической информацией Справка администратора gINT Справка gINT Civil Tools Pro Справка gINT Civil Tools Pro Plus Справка коллекционера gINT Справка по OpenGround Cloud Гидравлика и гидрология Справка Bentley CivilStorm Справка Bentley HAMMER Справка Bentley SewerCAD Справка Bentley SewerGEMS Справка Bentley StormCAD Справка Bentley WaterCAD Справка Bentley WaterGEMS Управление активами линейной инфраструктуры Справка по услугам AssetWise ALIM Linear Referencing Services Руководство администратора мобильной связи TMA Справка TMA Mobile Картография и геодезия Справка карты OpenCities Ознакомительные сведения о карте OpenCities OpenCities Map Ultimate для Финляндии Справка Карта OpenCities Map Ultimate для Финляндии Readme Справка по карте Bentley Справка по мобильной публикации Bentley Map Ознакомительные сведения о карте Bentley Дизайн шахты Справка по транспортировке материалов MineCycle Ознакомительные сведения по транспортировке материалов MineCycle Моделирование мобильности и аналитика Справка по подготовке САПР LEGION Справка по построителю моделей LEGION Справка по API симулятора LEGION Ознакомительные сведения об API симулятора LEGION Справка по симулятору LEGION Моделирование и визуализация Bentley Посмотреть справку Ознакомительные сведения о Bentley View Анализ морских конструкций SACS Close the Collaboration Gap (электронная книга) Ознакомительные сведения о SACS Анализ напряжений в трубах и сосудов AutoPIPE Accelerated Pipe Design (электронная книга) Советы новым пользователям AutoPIPE Краткое руководство по AutoPIPE AutoPIPE & STAAD.Pro Завод Дизайн Ознакомительные сведения об экспортере завода Bentley Bentley Raceway and Cable Management Help Bentley Raceway and Cable Management Readme Bentley Raceway and Cable Management - Руководство по настройке управляемой конфигурации ProjectWise Справка по OpenPlant Isometrics Manager Ознакомительные сведения о диспетчере изометрических данных OpenPlant Справка OpenPlant Modeler Ознакомительные сведения для OpenPlant Modeler Справка по OpenPlant Orthographics Manager Ознакомительные сведения для менеджера орфографии OpenPlant Справка OpenPlant PID Ознакомительные сведения о PID OpenPlant Справка администратора проекта OpenPlant Ознакомительные сведения для администратора проекта OpenPlant Техническая поддержка OpenPlant Support Ознакомительные сведения о технической поддержке OpenPlant Справка PlantWise Ознакомительные сведения о PlantWise Реализация проекта Справка рабочего стола Bentley Navigator Моделирование реальности Справка консоли облачной обработки ContextCapture Справка редактора ContextCapture Файл ознакомительных сведений для редактора ContextCapture Мобильная справка ContextCapture Руководство пользователя ContextCapture Справка Декарта Ознакомительные сведения о Декарте Структурный анализ Справка OpenTower iQ Справка по концепции RAM Справка по структурной системе RAM STAAD Close the Collaboration Gap (электронная книга) STAAD.Pro Help Ознакомительные сведения о STAAD.Pro STAAD.Pro Physical Modeler Расширенная справка по STAAD Foundation Дополнительные сведения о STAAD Foundation Детализация конструкций Справка ProStructures Ознакомительные сведения о ProStructures ProStructures CONNECT Edition Руководство по внедрению конфигурации ProStructures CONNECT Edition Руководство по установке - Управляемая конфигурация ProjectWise Подшипниковая зона | SBC Magazine Изучите варианты решения проблемы недостаточной ширины подшипника. Многие в строительной отрасли сталкивались с этой проблемой - недостаточно подшипников. Когда силы, передаваемые через соединительные треугольники фермы, больше, чем может выдержать балка или верхняя плита стены, на которую она опирается, со временем это может привести к разрушению опоры. Во избежание раздавливания грузоподъемность подшипника должна быть выше сжимающей силы. Рассмотрим пример, в котором верхняя плита стены имеет размер 2x6 SPF № 2. Предполагая, что ферма однослойная, общая несущая поверхность фермы на верхней плите стены равна 8.25 дюймов 2 (1,5 дюйма x 5,5 дюйма). Допустимое сжатие перпендикулярно зерну SPF составляет 425 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на дюйм 2 ). Следовательно, допустимая реакция на этот пример подшипника будет 3506 фунтов (425 фунтов на квадратный дюйм x 8,25 дюйма 2 ). Если ферма имеет более высокую реакцию, чем 3506 фунтов, то несущей поверхности недостаточно. Вопрос Как лучше всего справиться с недостаточной опорной поверхностью? Ответ При расчете необходимой длины опоры проектировщик фермы должен основывать расчет на породе древесины, из которой будет использоваться материал, на который будет опираться ферма.Большинство программ для проектирования ферм позволяет проектировщику выбрать сорт пиломатериала, на котором установлена ​​ферма. Проектировщик фермы рассчитывает необходимую длину опоры и сравнивает ее с длиной опоры, указанной в строительной документации, предоставленной проектировщиком здания. Для проектировщика зданий важно предоставить точную информацию о стенах или балках / заголовках в строительной документации, чтобы проектировщик фермы мог рассчитать правильную длину опоры. Если площадь подшипника недостаточна, есть несколько вариантов решения проблемы. Upgrade Lumber: Породы и сорта пиломатериалов, используемых в ферме, а также пиломатериалы, используемые для опоры фермы, влияют на требования к опорной площади. Когда ширина опоры недостаточна, одним из вариантов является обновление пиломатериалов, используемых в ферме или опоре фермы. В некоторых случаях может потребоваться увеличение несущей поверхности стены или балки. Если несущий материал, стена или балка изменяются, проектировщик здания должен будет участвовать во внесении этого изменения. Добавить подшипниковую опору: Подшипниковые колодки - еще один способ справиться с недостаточной площадью опорной поверхности.Добавление опорных блоков расширяет контактную поверхность, обеспечивая большую опорную поверхность для распределения усилий от фермы. На чертеже фермы будет указано, требуются ли для фермы несущие блоки, а также соответствующий размер, положение и схема крепления гвоздей. Точно так же добавление слоев к ферме может увеличить площадь контакта (за счет увеличения ширины). Фермы с приподнятой пяткой и сжатие параллельно и перпендикулярно волокну: Также существует возможность использования приподнятой пятки. При вертикальном движении конца вверх и вниз через нижний пояс этот вариант может значительно увеличить допустимое сжимающее напряжение.Хотя это обеспечивает более высокую степень раздавливания фермы, это не увеличивает величину раздавливания материала подшипника. См. Рисунок 1, который основан на примере, приведенном во введении к этой статье. На графике показаны различия между сжатием, параллельным зернистости, и сжатием, перпендикулярным зернистости. Кроме того, в таблице 1 перечислены параметры сжатия верхней плиты стены перпендикулярно, чтобы получить значения для некоторых распространенных видов строительных пиломатериалов. Очевидно, что эти числа будут другими для других материалов и размеров. Рис. 1. Пример сравнения сжатия, перпендикулярного несущей способности зерна, с сжатием, параллельным несущей способности зерна. Металлические соединительные пластины не показаны для ясности. Строительные пиломатериалы общего назначения Сжатие верхней плиты стенки перпендикулярно напряжению зерна Реагирующая нагрузка настенной фермы 2x4 (фунты) Реагирующая нагрузка настенной фермы 2x6 (фунты) Ель-Сосна-Пихта 425 фунтов на кв. Дюйм 2,231 3 506 Подол 405 фунтов на кв. Дюйм 2,126 3 341 Сосна южная 565 фунтов на кв. Дюйм 2 966 4,661 Дуглас Фир 625 фунтов на кв. Дюйм 3 281 5,156 Таблица 1.Сжатие верхней плиты стены перпендикулярно значениям зерна для обычных строительных пиломатериалов марки № 2. Используйте усилитель подшипников: Усилители подшипников фермы - это металлические пластины, которые принимают на себя нагрузку от фермы. Эти продукты доступны у ряда поставщиков в различных размерах и конфигурациях. Хотя это выходит за рамки типичного объема работ для производителей компонентов, некоторые предлагают усилители подшипников в качестве дополнения, что очень похоже на поставку подвесок своим клиентам. При использовании усилителя ферменного подшипника важно следовать инструкциям производителя по установке и использовать правильный крепеж и размер верхней пластины. Промежуточные пластины над подшипником заподлицо с подшипником: При проектировании с TPI 1 2007 раздел 7.3.8.3 позволяет увеличить несущую способность пиломатериалов фермы на 18 процентов. Чтобы воспользоваться преимуществом этого увеличения, ферма должна опираться на поверхность пиломатериала на 1,5 дюйма, а плиты должны находиться на расстоянии не более дюйма от опоры. Опять же, хотя это улучшит несущую способность фермы, необходимо также учитывать несущую способность фермы. Какой вариант лучше всего работает? Выбор наилучшего метода устранения недостаточной ширины подшипника будет зависеть от проекта.Подшипниковые блоки могут хорошо работать в одном проекте, в то время как усилители подшипников могут быть лучшим вариантом в другой ситуации. Иногда требуется сочетание обоих методов. Все вышеперечисленные варианты следует рассматривать в индивидуальном порядке. Расчет моментной нагрузки RC-балки Поведение луча: моментная нагрузка луча Прежде чем обсуждать расчет моментной способности, давайте рассмотрим поведение простой железобетонной балки при увеличении нагрузки на балку от нуля до величины, которая может привести к отказу.Балка будет подвергнута нагрузке вниз, что вызовет в балке положительный момент. Стальная арматура расположена у низа балки, которая является стороной растяжения. Здесь мы можем выделить три основных режима поведения луча: 1. Изгиб при очень малой нагрузке Предполагается, что бетон не имеет трещин и сталь выдерживает растяжение. Также бетон наверху будет противостоять сжатию. Распределение напряжений будет линейным: 2.Изгиб при умеренной нагрузке В этом случае предел прочности бетона будет превышен, и бетон будет трескаться в зоне растяжения. Поскольку бетон не может передавать какое-либо напряжение через трещину, стальные стержни будут сопротивляться всему растяжению. Распределение сжимающих напряжений в бетоне по-прежнему предполагается линейным. 3. Изгиб при предельной нагрузке Здесь сжимающие деформации и напряжения увеличиваются с некоторой нелинейной кривой напряжения на стороне сжатия балки.Эта кривая напряжения над нейтральной осью будет по существу такой же формы, что и типичная кривая напряжения-деформации бетона. Напряжение растяжения стали fs равно пределу текучести стали fy. В конце концов, будет достигнута предельная мощность луча, и луч выйдет из строя. Выше описан реальный механизм разрушения железобетонной балки, который в целом довольно сложен. Вот почему разработка подхода к расчету прочности зависит от следующих основных допущений: Деформация в бетоне такая же, как и в арматурных стержнях на том же уровне, при условии, что связь между сталью и бетоном достаточная; Деформация бетона линейно пропорциональна расстоянию от нейтральной оси Плоские сечения остаются плоскими после гибки Прочностью бетона на разрыв не учитывается Предполагается, что при отказе максимальная деформация в волокнах с экстремальным сжатием равна ограничению, предусмотренному положениями правил проектирования (0.003) Для расчетной прочности форма распределения напряжений сжимающего бетона может быть упрощена. Допущения Определение моментной силы непросто из-за формы нелинейной диаграммы напряжений сжатия над нейтральной осью. В целях упрощения и практического применения Уитни предложил фиктивное, но эквивалентное прямоугольное распределение напряжений в бетоне, которое впоследствии было принято различными проектными нормами, такими как ACI 318, EN 2, AS 3600 и другими.Что касается этого распределения эквивалентных напряжений, как показано ниже, средняя интенсивность напряжения принята равной fc (при предельной нагрузке) и предполагается, что она действует в верхней части поперечного сечения балки, определяемой шириной b и глубиной а. В различных параметрах проектного кода a определяется уменьшением c с коэффициентом. Также снижается прочность бетона fc . Например, в соответствии с кодом ACI 318 fc уменьшается на 0,85 и на коэффициент β1, который находится между 0.65 и 0,85. Расчет глубины нейтральной оси Чтобы рассчитать моментную сопротивляемость железобетонного профиля, необходимо правильно рассчитать глубину нейтральной оси c. SkyCiv использует итерационный процесс для вычисления нейтральной оси на основе следующего: Расчет моментной нагрузки Наконец, рассчитанные силы Fc, Fs, Fcs на бетон и сталь и их положение относительно нейтральной оси секции a c , a s , a cs позволяют рассчитать расчетное сопротивление моменту по следующему уравнению: M u = F c ∙ a c + F cs ∙ a cs + F s ∙ a s Вся эта процедура полностью автоматизирована в программе SkyCiv Reinforced Design Software, где инженер может легко определить железобетонную балку с действующими нагрузками и определить пропускную способность секции.Этот и все другие расчеты проверки проекта можно увидеть в подробном отчете по проекту, который создается SkyCiv после анализа. SkyCiv Железобетонная конструкция SkyCiv предлагает полнофункциональное программное обеспечение для проектирования железобетонных конструкций, которое позволяет проверять конструкции бетонных балок и бетонных колонн в соответствии со стандартами проектирования ACI 318, AS 3600 и EN2. Программа проста в использовании и полностью основана на облаке; не требует установки или загрузки, чтобы начать работу! Программное обеспечение для железобетона Свойства и расчет несущей способности нормального сечения ж / б балки на изгиб с обшивкой из текстиля [1] FENG Nai-qian, XING Feng.Прочность бетонных и бетонных конструкций [М]. Пекин: China Machine Press, 2009: 60–65. (на китайском языке) Google Scholar [2] ВАН Нань, Сюй Ши-лан. Реакция на изгиб железобетонных балок, усиленных после заливки слоя цементного композитного материала сверхвысокой вязкости [J]. Журнал Центрального Южного технологического университета, 2011 г., 18 (3): 932–939. Артикул Google Scholar [3] ГУ Юй-ся, ГУН Цзинь-синь.Нарушение связи между стальным стержнем и замерзающим бетоном после электрохимической экстракции хлорида [J]. Журнал Центрально-Южного технологического университета, 2010 г., 17 (2): 388–393. MathSciNet Статья Google Scholar [4] ВАН Тие-чэн, Ли Янь-янь, РОНГ Сиань. Испытание на изгиб железобетонных балок с помощью стального стержня 500 МПа [J]. Журнал Тяньцзиньского университета, 2007, 40 (5): 507–511. (на китайском языке) Google Scholar [5] СУ Сяо-цзу, Ли Чжи-хуа, Чжао Юн, ЧЭН Чжи-цзюнь, Ван Сяо-фэн.Экспериментальные исследования ширины трещин и жесткости железобетонных балок с обшивкой [J]. Журнал строительных конструкций, 2009, 30 (1): 62–67. (на китайском языке) Google Scholar [6] NASSIF H H, NAJM H. Экспериментальное и аналитическое исследование композитных балок из ферроцементобетона [J]. Цемент и бетонные композиты, 2004, 26 (7): 787–796. Артикул Google Scholar [7] Аль-КУБАЙСИ М А, ДЖУМААТ М З.Поведение при изгибе железобетонных плит с покрытием зоны растяжения ферроцемента [J]. Строительные и строительные материалы, 2000, 14 (5): 245–252. Артикул Google Scholar [8] Чжу Цзян, Чжао Го-фань, Ли Ши-эн. Экспериментальные исследования изгиба плит из ПФОС [J]. Журнал Даляньского технологического университета, 2008 г., 48 (4): 536–540. (на китайском языке) Google Scholar [9] SCHLADITZ F, CURBACH, M.Испытания на кручение усиленных образцов из текстильного бетона [J]. Материал и структура, 2012, 45 (1): 31–40. Артикул Google Scholar [10] ДЖЕССИ Ф., УИЛЛ Н., КУРБАХ М., ХЕГГЕР Дж. Несущая способность текстильно-армированного бетона [C] // ДУБИ А. Текстильно-армированный бетон, ACI SP-250, Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, Мичиган, 2008: 59–68. Google Scholar [11] OMBRES L.Расчет на изгиб железобетонных балок, усиленных высокопрочным композитным материалом на основе цемента [J]. Композитные конструкции, 2011, 94 (1): 143–155. Артикул Google Scholar [12] LUDOVICO M D, PROTA A, MANFREDI G. Модернизация конструкции с использованием базальтовых волокон для удержания бетона [J]. Журнал композитов для строительства, 2010, 14 (5): 541–552. Артикул Google Scholar [13] AUGENTI N, PARISI F, PROTA A, MANFREDI G.Поперечный отклик в плоскости полноразмерного блока каменной кладки с неорганической системой усиления матрица-сетка и без нее [J]. Журнал композитов для строительства, 2011, 15 (4): 578–590. Артикул Google Scholar [14] D’AMBRISI A, FOCACCI F. Упрочнение железобетонных балок на изгиб композитами на основе цемента [J]. Журнал «Композит для строительства», 2011, 15 (5): 707–720. Артикул Google Scholar [15] Сюй Ши-лан, ИНЬ Ши-пин.Аналитическая теория поведения при изгибе бетонной балки, армированной текстильно-комбинированной сталью [J]. Наука Китая: Технологические науки, 2010, 53 (6): 1700–1710. MATH Статья Google Scholar [16] BRUCKNER A, ORTLEPP R, CURBACH M. Анкеровка сдвигового усиления для тавровых балок из текстильного железобетона (TRC) [J]. Материал и структура, 2008, 41 (2): 407–418. Артикул Google Scholar [17] XU Shi-lang, KRÜGER M, REINHARDT H W.Связующие характеристики углеродного, щелочно-устойчивого стекла и арамидного текстиля в строительном растворе [J]. Журнал материалов в гражданском строительстве, ASCE, 2004, 16 (4): 356–64. Артикул Google Scholar [18] HEGGER J, VOSS S. Исследования несущих свойств и возможностей применения текстильного железобетона [J]. Инженерные сооружения, 2008, 30: 2050–2056. Артикул Google Scholar [19] Ли Цин-хуа, Сюй Ши-лан.Экспериментальные исследования механических характеристик цементных композитов, армированных гибридным волокном, с коротким волокном из поливинилового спирта и углеродным текстилем [J]. Журнал композитных материалов, 2011, 45 (1): 5–28. Артикул Google Scholar [20] ИНЬ Ши-пин, Сюй Ши-лан. Экспериментальное исследование улучшенного механического поведения текстильно-армированного бетона [J]. Международный журнал перспективных исследований материалов, 2011 г., 168/170: 1850–1853. Артикул Google Scholar [21] XU Shi-lang, LI He. Связующие свойства и экспериментальные методы текстильного железобетона [J]. Журнал Уханьского технологического университета: материаловедение, 2007, 22 (3): 529–532. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт