Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

__________________________

 

 От Автора:

«Книга инженера – строителя (для начинающих инженеров)» была создана мною при помощи «Конструктора сайтов Hostland.RU.»,  использовав при этом лишь небольшую часть возможностей конструктора:   Заказать хостинг

_____________________

https://www.hostland.ru/?r=ec8f9461

 

17.2  Сжатые элементы

 

Стержень, работающий на сжатие, рассчитывается по такому же принципу, что и растянутый, т.е. необходимо определить напряжение в сечении элемента от заданной нагрузки, и сравнить возникающее напряжение с тем расчетным сопротивлением (напряжением), которое максимально может выдерживать материал, из которого сделана данная   конструкция  (смотри  раздел 17.1).

Но в расчете сжатого элемента, в отличие от растянутого, есть некоторые особенности - необходимо учитывать гибкость стержня, для этого в формулу вводится специальный коэффициент φ,  понижающий несущую способность элемента.

Вот как выглядит формула для расчета сжатого элемента:

σ = N/ φ A  ≤  R                                                                                                                         (17.2.1)

σ  -  напряжение, возникающее в сечении элемента (кг/см2);

N  -  сила, действующая на элемент (кг);

A  -  площадь сечения элемента (см2);

R  -   расчетное сопротивление материала  (кг/см2).

φ -  называется коэффициентом продольного изгиба, и определяется по специальным таблицам, в зависимости от гибкости элемента  ( λ ).

В прикидочных расчетах принимают  φ  равным 0,6 – 0,8, что примерно соответствует, гибкости  λ  в диапазоне  80 – 100 (далее приведен пример, где будут даны пояснения, как определяются все величины, входящие в формулу (17.2.1).

А что такое гибкость элемента, и от чего она зависит? Гибкость в расчетах имеет тоже смысловое значение, что мы подразумеваем и в быту (см. рис. 17.2.1). Мы знаем, что элементы бывают гибкими и не очень. Как правило, длинные элементы более гибкие, чем короткие. А толстые элементы менее гибкие, чем тонкие. 

 Рис. 17.2.1

 

Поэтому не трудно сообразить, что гибкость элемента будет зависеть от длины рассчитываемого элемента и от размеров его сечения (толщины). Именно через эти две величины в расчётах и выражается гибкость. 

Вот как выглядит формула для определения гибкости элемента:

        λ= / i                                                                                                                                        (17.2.2)

λ -  это гибкость элемента (безразмерная величина);

l  -  расчетная длина элемента, в сантиметрах  (зависит от закрепления концов элемента, в большинстве случаев принимается шарнирное закрепление и в этом случае расчетная длина совпадает с фактической геометрической длиной элемента строительной конструкции);

i  -  называется радиусом инерции сечения (см). 

Формулировка «радиус инерции сечения»  (i)  звучит несколько малопонятно для восприятия, но на самом деле это обычная геометрическая характеристика сечения, тесно связанная с размерами сечения (шириной или высотой).

Например, в отдельных Строительных Нормах для прямоугольных сечений некоторых элементов используют для определения гибкости вместо радиуса инерции сечения  (i)  просто ширину сечения. Например, в кирпичных перегородках делят высоту перегородки на толщину перегородки, и получают гибкость перегородки, которую сравнивают с допустимой гибкостью указанной в СНиПе.

Не буду «грузить» Вас формулой расчета «радиуса инерции», т.к. в практических расчетах никто не занимается его вычислением, а значения «радиуса инерции», приводятся в специальных таблицах (сортаментах), размещенных в справочниках.

Ниже приведена таблица 17.2.1, из которой видно, как, например, радиус инерции связан с размерами прямоугольных и круглых сечений. 

                                                                          Таблица 17.2.1

 

 Для значений «радиуса инерции» двутавров, швеллеров, уголков и других сечений (в т.ч. и составных) есть специальные таблицы. Пример такой таблицы (табл. 17.2.2) для двутавров, приведен ниже: 

                                                                                                                                                                                                                       Таблица 17.2.2

 

Зависимость между гибкостью  λ  и  φ  так же  определяется в специальных таблицах. Для основных колонн, работающих на сжатие максимальная гибкость    λ ≤ 150.

Для прикидочных расчетов надо ориентироваться (а желательно и запомнить)  на то, что при гибкости  λ= 100  коэффициент продольного изгиба примерно равен  φ = 0,6  (при  λ = 110   φ = 0,5;  при  λ = 90   φ = 0,7;  при  λ = 80    φ= 0,75).

И напомню, чтобы определить гибкость элемента, надо его длину разделить на радиус инерции сечения данного элемента.

 

Теперь рассмотрим простенький пример расчета стальной колонны.

Как и для растянутого стержня, примем во всех дальнейших  расчетах следующие единицы измерений:

Сила, действующая на элемент, пусть измеряется в килограммах – кг;

Размеры сечения в сантиметрах  - см;

Площадь сечения элемента в квадратных сантиметрах  -  см2;

Остальные размерности у нас получатся в результате расчетов.

Примем следующие исходные данные:

Пусть мы используем в качестве колонны двутавр  №20, и на него действует вертикальная нагрузка   N = 20 000 кг.

Расчетная длина колонны   = 210 см.

Радиус инерции двутавра  №20  (см. справочную таблицу 17.2.2):

а)  i  относительно оси  х : 8,28 см;

б)  i  относительно оси  : 2,07 см.

Как видно из таблицы по радиусу инерции, гибкость двутавра относительно оси  х  и оси  y ,  будет различная, что вполне естественно, т.к. двутавр имеет различные размеры по ширине и высоте. В том направлении, где размер больше (относительно оси х), а соответственно больше и радиус инерции сечения  (i ) , там и гибкость (см. формулу 17.2.2) будет соответственно меньше.

Площадь сечения  двутавра  №20,  из той же таблицы равна  = 26,8 см2.

Расчетное сопротивление стали (ст.3) в прикидочных расчетах при отсутствии достоверных данных, обычно, принимают равным  R = 2100 кг/см2 (естественно никому не запрещается принимать другое значение расчетного сопротивления стали, например по СНиП или СП, или если оно Вам известно и подтверждено сертификатами и паспортами на материалы).

  

Выполним расчет.

1)    Определим гибкость элемента по формуле  (17.2.2):

λ = / i  = 210 : 2,07 = 101

В зависимости от  λ,  принимаем ориентировочно   φ = 0,6 (можно, например,  заглянуть в книгу Линовича Л.Е. «Расчет и конструирование частей гражданских зданий» стр. 558, табл. VII.16 (есть на этом сайте в разделе 14) и  посмотреть точное значение  φ  при  λ= 101. При  λ= 101  точное значение  φ = 0,592).

2)    Определим возникающее в сечении элемента напряжение. Расчет выполним по формуле  (17.2.1): 

                                                                            σ = N/ φ A  =  20 000 : (0,6 х 26,8) =  1 244 кг/см2  ≤ R= 2100 кг/см2

 

Как видно из результатов расчетов данное сечение колонны удовлетворяет требованием прочности, даже с учетом гибкости данного элемента.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------