Допустимый прогиб металлической балки. Прогиб металлической балки предел нормы. Вопросы по прогибу деревянных конструкций
Прогиб металлической балки предел нормы. Вопросы по прогибу деревянных конструкций
21-01-2013: Доктор Лом
1. Такой прогиб является допустимым согласно общепринятых строительных норм и правил и, так сказать, для общего случая. При превышении допустимого прогиба балка не треснет, если она была предварительно рассчитана на прочность, но такой прогиб может мешать нормальной эксплуатации или эстетическому виду конструкции. Но случаи бывают разные, например, для оштукатуриваемых деревянных конструкций прогиб не должен превышать 1/350 пролета. Вы можете использовать для расчетов это значение.
2. Максимальный прогиб балки будет только при максимальной нагрузке, которая складывается из постоянной и временной (длительной и кратковременной). И прогиб балки также складывается из постоянного и временного. Чем больше доля кратковременной нагрузки (для конструкций по деревянному перекрытию эта доля может составлять более 60%, а для железобетонных плит до 30%, тем больше доля временного прогиба и тем больше вероятность, что напольная керамическая плитка будет отслаиваться или трескаться, или появятся трещины на стыках гипсокартона. Однако не забывайте, что это все равно составит не более 1 см на 4 метра (от кратковременной нагрузки), а это, смею Вас уверить, очень небольшой прогиб (в хрущевках железобетонные плиты размером на комнату иногда имеют прогиб до 10 см на 3 метра и никого это сильно не беспокоит и установке раздвижных дверей не мешает, в частности потому, что доля кратковременного прогиба в таких случаях составляет 10-15%). Указанное Вами ограничение по прогибу 5 мм нужно использовать для расчетов на прогиб только от временной нагрузки, какая она у Вас, я даже приблизительно не представляю.
3. Если Вы собираетесь укладывать на пол по деревянным балкам керамическую плитку, то конечно же Вам потребуются балки, обеспечивающие минимально возможный прогиб, т.е. сечение балки нужно подбирать не по прочности, а по прогибу. И кроме того, черновой пол, который скорее всего будет из досок, также должен минимально прогибаться при действии кратковременной нагрузки. И отслаиваться или трескаться керамическая плитка будет скорее от прогиба чернового пола, чем от прогиба балок.
4. Чтобы уменьшить прогиб балки можно уменьшить расстояние между балками (заодно это уменьшит и прогиб чернового пола), использовать металлические или железобетонные балки (а вообще почитайте статью про укладку плитки на пол).
В статье все вышесказанное заключалось в предложении: «подобрать такое сечение балки, прогиб которой устраивает или Вас или СНиП»
28-05-2013: Игорь
Добрый день Доктор Лом,
У меня вопрос по балкам перекрытия первого этажа.
Есть помещение 6м х 3.8м. Балки размером 3,8м х 0.05м х 0,15м. С шагом 0.55 м. Хочу нагрузить такие перекрытия двумя листами ЦСП вперехлест 12мм и 16мм, и на них положить плитку. Выдержал ли такие перекрытия керамический пол и мебель (кухня). Буду благодарен за ответы.
28-05-2013: Доктор Лом
В вашем случае определяющим будет расчет на прогиб, так как плитка очень не любит деформаций перекрытия и может при этом отслаиваться или трескаться. Достаточно подробно эта тема обсуждалась на форуме (ссылка на форум на главной странице сайта). Однако и по несущей способности нужен брус сечением как минимум 10х15 см, но если балки-лаги будут опираться на столбики, то это совсем другой расчет и многое будет зависеть от расстояния между столбиками.
10-09-2013: Артем
Подскажите пожалуйста. Вопрос по полу в срубе. Планирую лаги 200*100, шаг 60 см положить на цоколь. Пролет в комнате 4,7 м.(комната 4,7*8.3). Возможно ли положить лаги без опорных столбов? По таблице расчета получается прогиб 16 мм и запас по прогибу 1,19 раза. Будет ли пружинить или провисать пол? И еще буду делать в цоколе отверстия под лаги (на цоколь не могу ставить потому что рубщики вырезали окна слишком низко). На сколько их нужно углублять. Ну и вообще правильно ли я делаю?
10-09-2013: Доктор Лом
Да, можно положить лаги и без опорных столбов, вот только завести их при готовом срубе будет не просто. Как минимум с одной стороны придется делать сквозное отверстие.
По поводу заглубления со второй стороны отвечу так, чем длиннее будет опорная площадка, тем меньше будет деформация цокольного бруса под лагами. Подробности в статьях «Расчет опорной площадки стены на смятие» и «Расчет опорной площадки балки на смятие»
Определенный вами прогиб 1.6 см посредине лаги — это и есть, условно говоря, провисание пола при максимальной действующей нагрузке. Соответственно при минимальной нагрузке прогиба почти не будет. При ходьбе человека весом в 100 кг по середине комнаты прогиб (то, что вы обозначили как пружинные свойства) будет составлять до 2-3 мм. А если прыгать по полу, то и прогиб будет значительно больше. Устраивает вас такой пружинный прогиб или нет — решайте сами.
10-09-2013: Артем
Спасибо большое за развернутый ответ. А то писал на другом крупном форуме- ответили со второго раза, и то неправильно.
24-12-2013: алексей
Будьте так любезны, какой будет прогиб пола для помещения 3,5 м х 4. Предполагаемый сэндвич — балки 100х100х3900 с шагом 500 мм, с штроблением в стены по 200 мм, поперек доска сороковка, сверху плита фанера, на нее ламинат на ширину 2 метра, оставшиеся 1,5 метра плитка.
25-12-2013: Доктор Лом
Указанный вами сэндвич приведет к частичному перераспределению сосредоточенных нагрузок. При равномерно распределенной нагрузке состав сэндвича на несущую способность и на прогиб балок почти не влияет. Прогиб вы относительно легко можете определить по формуле, приведенной в статье, так как ваши балки будут шарнирно опертыми.
05-06-2014: владимир
подскажите пожалуйста как осознать нагрузку 400 кг/м я хочу построить мансарду над гаражом увеличить рабочее пространство.Деревянные балки показывают большой прогиб 7см 3см а если 4,6/250=1,84 см подшивать буду доской чем грозит увеличение прогиба и как узнать более точную нагрузку от моей мастерской
05-06-2014: Доктор Лом
400 кг/м 2 — это некая условная равномерно распределенная нагрузка, принимаемая для упрощения расчетов. Если в вашей мастерской стеллажи и всякое оборудование будут расположены возле стен, а посредине мастерской ничего громоздкого не будет, то нагрузка на перекрытие может быть меньше. Чтобы определить, насколько меньше, нужно составить с десяток расчетных схем, учитывающих виды нагрузок и время их приложения.
Если потолок будет подшит доской, то большой прогиб не будет иметь решающего значения, главное, чтобы прочности балок хватало.
04-06-2015: Василий
Добрый вечер, Доктор Лом. Деревянная балка перекрытия сарая сечением 10*10 см работает при проете 2м. По расчетам при увеличении пролета до 3 м сечение балки должно быть 13*13 см. Хочу усилить балку 10*10 двумя стальными уголками, прикрепленными по боковым стенкам балки. Какой номер уголка должен быть, чтобы комбинированная балка была эквивалентна балке 13*13 по прогибу?
04-06-2015: Доктор Лом
Вопрос не обычный, поэтому отвечу с цифрами для большей наглядности и таким образом произведу большую часть расчета.
1. Сначала вам следует определить разницу моментов сопротивления для балок сечением 10х10 и 13х13 см. Эта разница покажет, сколько не хватает до требуемого момента сопротивления деревянной балки. (13 3 — 10 3)/6 = 199.5 см 3)
2. Определяете соотношение расчетных сопротивлений металла и древесины (например 2000/130 = 15)
3. Затем делите разницу на соотношение расчетных сопротивлений металла и древесины, т.е. переводите эту разницу в эквивалентную для металлической балки. (199.5/15 = 13.3 см 3)
4. По сортаменту подбираете требуемое сечение (например можно использовать 2 равнополочных уголка сечением 75х5, суммарный момент сопротивления таких уголков составит 7.21х2 = 14.42 см 3)
Определение прогиба производится только на действие постоянных и длительных нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке >по формуле на стр. 142 :
, где
для свободно опертой балки коэффициент равен:
При равномерно распределенной нагрузке;
При двух равных моментах по концам балки от силы обжатия.
Полная кривизна плиты на участках без трещин в растянутой зоне определяется по формулам (155 … 159) п.4.24.
Кривизна от постоянной и длительной нагрузки:
Момент от соответствующей внешней нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия изгибающего момента и проходящей через центр тяжести приведенного сечения;
Коэффициент, учитывающий влияние длительной ползучести тяжелого бетона при влажности более 40%;
Коэ
starer.ru
Таблица нагрузки на двутавровую балку: расчет нагрузки на прогиб
Двутавр – вид фасонного металлопроката, способный принимать большие нагрузки, по сравнению с уголком и швеллером. В частном строительстве металлопрокат с сечением Н-образного профиля используется только при создании крупногабаритных строений. Для выбора подходящего номера двутавровой балки производят профессиональные расчеты на прочность и прогиб с помощью формул или с использованием онлайн-калькулятора. Исходными данными являются: длина пролета, тип закрепления балки, характер нагрузки, планируемый шаг размещения профильного проката, наличие или отсутствие дополнительных опор, марку стали.
Выбор типа балки, в зависимости от запланированных нагрузок
Производители предлагают металлические двутавры с несколькими типами поперечного сечения, предназначенные для различных эксплуатационных условий. Такая продукция, в зависимости от типа сечения, может применяться в крупногабаритном жилищном строительстве, при возведении зданий промышленного и гражданского назначения, в мостостроении. Для каждого из них в соответствующем стандарте имеется таблица, в которой указаны размерные параметры, масса 1 м, момент и радиус инерции, момент сопротивления. Эти характеристики используются в расчетах на прогиб и прочность.
С уклоном внутренних граней полок 6-12 %
Производство этого металлопроката регламентируется ГОСТом 8239-89. Благодаря скруглению внутренних граней около стенки, обладают высокой прочностью и устойчивостью к прилагаемым усилиям.
С параллельными внутренними гранями полок
Эта продукция выпускается в соответствии с ГОСТом 26020-83, выделяют следующие типы:
- Б – нормальный. Применяется для эксплуатации под средними нагрузками.
- Ш – широкополочный. Может использоваться для разрезки по продольной оси для получения таврового профиля. Тавр укладывается на один пролет. Целый двутавровый профиль – на один или несколько пролетов. Эти металлоизделия очень массивны. Плюсом их использования является возможность использования в качестве самостоятельного элемента без применения усиливающих деталей.
- К – колонный. Это наиболее массивные профили. Имеют широкие, утолщенные полки и стенки. Применяются при устройстве большепролетных конструкций.
Типовые схемы расположения двутавра
Один из исходных параметров, учитываемых в расчетах, – схема закрепления балки и вид прилагаемой нагрузки. Большинство вариантов сводится к основным схемам:
Сбор нагрузок
Перед началом расчета производят сбор сил, действующих на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия,их разделяют на временные и постоянные.
Таблица нагрузок на двутавровые балки
Постоянные | Собственная масса балки и перекрытия. В упрощенном варианте вес межэтажного перекрытия без цементной стяжки с учетом массы балки принимают равным 350 кг/м2, с цементной стяжкой – 500 кг/м2 | |
Длительные | Полезные | Зависят от назначения здания |
Кратковременные | Снеговые, зависят от климатических условий региона | |
Особые | Взрывные, сейсмические. Для балок, работающих в стандартных эксплуатационных условиях, не учитываются. В онлайн-калькуляторах обычно не учитываются |
Нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативные устанавливаются строительными нормами и правилами. Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности. При усилии менее 200 кг/м2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м2 – 1,2. Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов его принимают равным 1,1 или 1,2 м.
При расчетах принимают во внимание марку стали. Для использования в условиях высоких нагрузок и при минусовых температурах востребованы двутавровые балки, изготовленные из низколегированных сталей.
Способы выбора оптимального размера сечения профиля
Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля является проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ применяется при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. При строительстве небольших зданий можно воспользоваться онлайн-калькулятором.
Совет! По результатам расчетов онлайн-калькуляторы обычно предлагают два или более вариантов профиля. Для обеспечения надежности строения рекомендуется отдавать предпочтение профилю с большим номером.
Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:
Общая нагрузка, кг/м2 | Длина пролета | ||||||||
3 м при шаге, м | 4 м при шаге, м | 6 м при шаге, м | |||||||
1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | |
300 | 10 | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 16 | 16 | 16 |
400 | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 12 | 20 | 20 | 20 |
500 | 10 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 20 | 20 | 20 |
Из этой таблицы видно, что для двутавровой балки номер 10 максимальная длина пролета составляет 4 м при шаге 1,2 м, нагрузка – 400 кг/м2, для номера 16 длина пролета может достигать 6 м, нагрузка, которую он может выдержать, – 300 кг/м2, для профиля 20 – 6 м и нагрузка 400 кг/м2.
www.navigator-beton.ru
Расчет двутавра на прогиб и изгиб
Двутавр довольно редко применяется в частном строительстве в силу своей формы. Поэтому используется он лишь тогда, когда невозможно применение других профилей, например, уголка или швеллера. Связано это с тем, что двутавр может воспринимать гораздо большую нагрузку, чем перечисленные профили.
Если Вам нужна именно мощная балка и двутавр рассматривается в качестве одного из основных вариантов, то в подборе профиля данный калькулятор будет не лишним. С его помощью Вы можете рассчитать двутавр не только на изгиб (по несущей способности), но и на прогиб (по деформациям).
Калькулятор устроен таким образом, чтобы Вы одновременно могли рассчитывать сразу несколько видов двутавров. Это позволит Вам за одно действие выбрать наиболее подходящий профиль между следующими двутаврами: колонным (ГОСТ 26020-83), с уклоном полок (ГОСТ 8239-89), дополнительной серии (ГОСТ 26020-83), нормальным (26020-83), широкополочным (ГОСТ 26020-83) и специальной серии (19425-74*).
Расчет двутавра на прогиб и изгиб можно производить для следующих типов балок:
- Тип 1 — однопролетная балка с приложенной на нее равномерно распределенной нагрузкой, которая шарнирно оперта.
- Тип 2 — консоль с жесткой заделкой на одном из концов, на которую приложена равномерно распределенная нагрузка.
- Тип 3 — однопролетная балка с консолью с одной стороны, на которую также приложена равномерно распределенная нагрузка.
- Тип 4 — однопролетная шарнирно опертая балка с приложенной на нее сосредоточенной силой.
- Тип 5 — то же самое, что и тип 4 только с двумя сосредоточенными силами.
- Тип 6 — консоль с жесткой заделкой, на которую приложена сосредоточенная сила.
Примечание: в случае, если Вам необходимо еще рассчитать вес двутавра и затраты на его покупку, на данном сайте есть калькулятор и для этого.
svoydomtoday.ru
Полный расчет балки на прочность и жесткость
Задача
Произвести полный расчет на прочность и проверить жесткость изгибаемой статически определимой двутавровой балки (рис. 1) при следующих данных: F=40кН, q=30 кН/м, a=0,8 м, l=4м, допустимые нормальные и касательные напряжения: [σ]=160 МПа и [τ]=100 МПа, допустимый прогиб балки [f]=l/400
Рис. 1
Решение
Определение опорных реакций
Подробно пример определения опорных реакций для балки рассмотрен здесь
Из Σmв=0
Из ΣmА=0
Построение эпюр Q и М
Примеры построения эпюр поперечных сил Q и изгибающих моментов M для балки
В пролете балки 0 ≤ z2 ≤ l
QII= — RB+ qz2= -52+30∙z2QII(z=0)= -52 кНQII(z=l)= -52+30∙4=68 кНMII=RB∙z2-qz22/2=52z2-30∙z22/2MII (z=0)= 0MII (z=l)= -32 кНм
На консоли l ≤ z1≤ (l+a)
QI= — RB+ ql — RA=-52+30∙4-108=-40 кНMI=RB z1-ql(z1-l/2)+RA(z1-l)=52z1-30∙4(z1-4/2)+108(z1-4)MI (z=l)= -32 кНмMI (z=l+a)= 0
По этим данным построены эпюры Q и М.
Подбор сечения двутавровой балки
Так как Мmах = 45 кНм, то
Wx≥Mmax / [σ] = 45∙103 / 160∙106= 0,281 м3= 281 см3.
По сортаменту выбираем двутавр № 24, для которого Wx = 289 см3, Ix= 3460 см4, Smax = 163 см3, h = 24 см, bп = 11,5 см, t = 0,95 см, d = bc = 0,56 см, h0 = h-2t = 22,1 см.
Этот двутавр будет работать при максимальном нормальном напряжении в крайнем волокне опасного сечения.
σmax = Mmax / Wx = 45∙103 / 289∙10-6= 156∙106 Па = 156 МПа
Проверка сечения балки по касательным напряжениям
Так как Qmax = 68 кН, то
Построение эпюр нормальных σ и касательных τ напряжений в неблагоприятном сечении балки:
В отношении главных напряжений неблагоприятным является сечение над левой опорой, в котором:
М = -32 кНм и Q = 68 кН.
Значение напряжений в различных точках по высоте двутавра сведены в таблицу 1
Таблица 1
Результаты расчета в примере
Проверка прочности балки по главным напряжениям
Наиболее опасной точкой в неблагоприятном сечении является точка 3. В этой точке σ1=118 МПа и σ3= -16 МПа. Проверяем прочность в этой точке по третьей гипотезе прочности согласно неравенству σ1 — σ3≤ [σ].
Так как 118 — ( -16) = 134 < 160, то выбранное сечение удовлетворяет условию прочности и по главным напряжениям.
Расчет перемещений сечений (прогибов балки)
Универсальные уравнения МНП для сечения z:
Опорные условия:
1) при z=0: y(z)=0, следовательно, y0=0
2) при z=l: y(z)=0 находим θ0
откуда θ0= -8,48∙10-3 радиан.
Прогиб в пролете при z=l/2=4/2=2 м.
Аналогично определяется прогиб на конце консоли при z = l + a =4+0,8 = 4,8 м.
Проверка жесткости балки
— пролетной части:
yc=0,98 см < 1/400 = 400/400 = 1 см
— консольной части:
yD=0,33 см < 2a/400 = 2∙80/400 = 0,4 см.
Следовательно, принятая двутавровая балка удовлетворяет требуемому условию жесткости.
Другие примеры решения задач >
isopromat.ru
Расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб
Замкнутые профили, какими являются квадратные, прямоугольные и круглые трубы, — это вариант для тех, у кого нет возможности использовать деревянные конструкции, но есть желание предать будущему сооружению хорошую эстетичность. Например, каркас козырька, сваренный из квадратных труб, выглядит более эстетично, чем тот же козырек, сваренный из уголков.
На данной странице Вам представлен калькулятор способный подбирать сечение квадратной трубы по прочности и деформациям. Другими словами, с помощью данного калькулятора Вы можете произвести расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб по ГОСТ 30245-2003 «Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные для строительных конструкций».
Рассчитать квадратную трубу можно для следующих расчетных схем:
- Тип 1 — балка с одним пролетом с приложенной на нее равномерно распределенной нагрузкой.
- Тип 2 — жестко защемленная консоль с равномерно распределенной нагрузкой.
- Тип 3 — балка лежащая на двух опорах с выведенной консолью с одной стороны.
- Тип 4 — однопролетная шарнирно опертая балка с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
- Тип 5 — то же самое, что и тип 4, только с двумя сосредоточенными нагрузками.
- Тип 6 — консоль с жестким защемлением с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
svoydomtoday.ru
Расчет швеллера на прогиб и изгиб
Швеллер — это наверно самый популярный металлопрокат, применяемый в строительстве. Посудите сами, он может использоваться в качестве балок перекрытия, косоуров лестниц, перемычек и многих других строительных конструкциях. Также швеллер довольно часто применяется для усилений конструкций.
Но как известно, нельзя бездумно брать тот или иной металлопрокат. Ведь бывает так, что самое большое его сечение не может выдержать приходящуюся на него нагрузку. Поэтому, если Вы хотите применять в строительстве своего сооружения швеллер, необходимо его сначала рассчитать на прогиб и изгиб. А в этом может помочь данный калькулятор.
Расчет швеллера на прогиб и изгиб (подбор номера швеллера по прогибу и прочности) в калькуляторе производится для следующих расчетных схем:
- Тип 2 — консольная балка с жесткой заделкой с равномерно распределенной нагрузкой. Пример: козырек, выполненный путем жесткой приварки двух швеллеров к стене с одной стороны и заполнением пространства между ними железобетоном.
- Тип 3 — шарнирно-опертая балка на двух опорах с консолью с равномерно распределенной нагрузкой. Пример: балки перекрытия, которые выпущены за пределы наружной стены для опирания балконной плиты.
- Тип 4 — однопролетная шарнирно-опертая балка с одной сосредоточенной силой. Пример: перемычка с опертой на нее балкой перекрытия.
- Тип 5 — однопролетная шарнирно-опертая балка с двумя сосредоточенными силами. Пример: перемычка, на которую опираются уже две балки перекрытия.
- Тип 6 — консольная балка с одной сосредоточенной силой. Пример: парад фантазий — тот же козырек, что и в типе 2, только здесь между швеллерами располагается металлический лист, на котором стоит кирпичная стенка.
Также хотелось бы рассказать об особенности данного калькулятора. Она заключается в том, что Вы в режиме онлайн можете одновременно подбирать швеллеры по размеру и по ГОСТам.
Примечание: если Вам еще необходимо рассчитать вес швеллера и затраты на его покупку, то Вам сюда.
svoydomtoday.ru
Расчет балки на изгиб | Блог Александра Воробьева
Опубликовано 28 Апр 2013Рубрика: Механика | 86 комментариев
Расчет балки на изгиб «вручную», по-дедовски, позволяет познать один из важнейших, красивейших, четко математически выверенных алгоритмов науки сопротивление материалов. Использование многочисленных программ типа «ввел исходные данные…
…– получи ответ» позволяет современному инженеру сегодня работать гораздо быстрее, чем его предшественникам сто, пятьдесят и даже двадцать лет назад. Однако при таком современном подходе инженер вынужден полностью доверять авторам программы и со временем перестает «ощущать физический смысл» расчетов. Но авторы программы – это люди, а людям свойственно ошибаться. Если бы это было не так, то не было бы многочисленных патчей, релизов, «заплаток» практически к любому программному обеспечению. Поэтому, мне кажется, любой инженер должен уметь иногда «вручную» проверить результаты расчетов.
Справка (шпаргалка, памятка) для расчётов балок на изгиб представлена ниже на рисунке.2
По прочности на изгиб расчет показал трехкратный запас прочности – турник можно смело делать из имеющегося прутка диаметром тридцать два миллиметра и длиной тысяча двести миллиметров.
Таким образом, вы теперь легко можете произвести расчет балки на изгиб «вручную» и сравнить с результатами, полученными при расчете по любой из многочисленных программ, представленных в Сети.
Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора ПОДПИСАТЬСЯ на анонсы статей.
Другие статьи автора блога
На главную
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
al-vo.ru
Эксплуатация стеллажных конструкций | ПромСтеллаж
Максимально допустимые нагрузки.
Нагрузку на стеллаж создают складированные на нем материальные ресурсы.
Не допускается нарушать требования к допустимым нагрузкам средств хранения и оборудования, а также требования к конструкции стеллажных систем. Не допускается спонтанное изменение нагрузки на стеллаж: информацию о весе грузов следует вывешивать на стеллаже на хорошо видно месте.
Изменение конструкции стеллажа.
Стеллажи могут быть собраны и изменены в соответствии с требованиями, установленными в инструкции по сборке и эксплуатации, предоставляемой компанией-производителем или специалистами, прошедшие обучение в данной компании. Стеллажи можно подвергать изменениям только в ненагруженном виде.
Если у Вас возникают вопросы или непонятны некоторые пункты инструкций, пожалуйста, обращайтесь к производителю.
Нагрузки могут быть пересчитаны только квалифицированными специалистами-монтажниками.
Стеллаж не может быть загружен до окончания монтажных работ.
Во время сборки и демонтажа необходимо тщательно соблюдать все меры безопасности.
Неправильный расчет нагрузки или самовольные модификации могут привести к превышению допустимых норм, что может повлечь за собой риск несчастных случаев.
Отклонение по вертикали (по отвесу)
Во время монтажа оборудования убедитесь, что рамы стоят строго вертикально (по отвесу). Отклонение по вертикали не должно превышать 1/350 доли высоты рам стеллажа. Отклонение по горизонтали, между правой и левой рамами, не может превышать 1/300 доли длины траверсы.
Выравнивание поверхности при помощи регулировочных пластин.
Если отклонения превышены. Под рамами устанавливаются регулировочные пластины. При чем сумма толщины пластин под единичную опорную пяту, не может превышать 50 мм, а их количество не может быть больше, чем 5 штук.
Максимально допустимый прогиб элементов, несущих основную нагрузку.
Максимально допустимый прогиб балок при номинальной нагрузке не должен превышать 1/200 доли длины балки.
Устойчивость – это признак, который описывает конструкцию стеллажа при нагрузке – под влиянием воздействия горизонтальных сил, характеризующий возможность изменения взаимного положения элементов конструкции по отношению к самим себе, изменения их положения по отношению к основанию, а также деформации целой фигуры стеллажа.
Дополнительные варианты конфигурации стеллажей, обеспечивающих им полную устойчивость:
— упрочение перекрестным способом;
— анкерное крепление.
Упрочение перекрестным способом состоит из двух соединительных тяг, смонтированные на двух соседних в ряду рамах последовательности стеллажей в плоскости, перпендикулярной к основанию (полу). Соединительные тяги должны пересекаться между собой под углом, который должен быть наиболее ближе к 90 градусам. Тяги должны сцеплять стойки на минимум 70% их высоты, что в некоторых случаях означает необходимость применения более, чем одного упрочения перекрестным способом в одном сегменте стеллажа. Количество упрочения следует подбирать так, чтобы соединительные тяги всех пар пересекались под одинаковым углом, как можно ближе к углу 90 градусов.
Анкерное крепление.
Чтобы обеспечить необходимую прочность крепления (если высота стеллажа четырехкратно превышает его глубину, а также в других специфичных случаях), рамы стеллажа должны привинчены к полу анкерами. Анкерное крепление необходимо выполнять с использованием стальных анкеров для тяжелых креплений в цельных материалах. Одновременно для стеллажей, которые эксплуатируются в закрытом и заслоненном от ветра пространстве, анкерные болты должны характеризоваться минимальной допустимой нагрузкой на выдергивание с основания, равной или большей, чем 4 кН. Стеллажи, которые подвержены воздействию ветра, должны соответствовать отдельным требованиям (принципам) крепления.
практическая работа №6 конст
Практическая работа №6
Тема: Расчет стальной балки.
Цель работы: Научится подбирать сечение балки из прокатного двутавра и проверить жесткость.
Ход работы: Вариант №20
Рассчитать балку перекрытия, выполненную из прокатного двутавра. Балка опирается на пилястру и стальную колонну. Нагрузку на балку собираем с грузовой площади длинной lгр=6,0 м. Нагрузка на 1 м2 перекрытия ; . Собственный вес погонного метра балки ориентировочно принимаем ; ; ; Коэффициент надежности по ответственности ;
Схема опирания балки на пилястру и стальную колонну: ld– расчетная длинна балки (Расстояние от центра площадки опирания балки на левой опоре до центра площадки опирания на правой опоре)
Решение:
Определяем нагрузки, действующие на погонный метр балки:
Нормативная нагрузка.
Нормативная длительная нагрузка. Полное значение временной нагрузки на перекрытие общежитий Рn=1.5 kПа; Пониженное значение является временной длительной нагрузкой ;
Расчетная нагрузка:
Расчетная нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности: ;
Принимаем предварительно размеры опорной пластины и опорного ребра балки и определяем ее расчетную длину:
Устанавливаем схему и определяем максимальную поперечную силу и максимальный момент:
По табл. 50* СНиП II-23-81* определяем группу конструкций , к которой принадлежит балка, и задаемся сталью: группа конструкций -2; принимаем из допустимых к применению сталей С345. Расчетное сопротивление стали по пределу текучести ( с учетом, что балка выполняется из фасонного проката и приняв предварительную толщину проката до 20 мм) . Коэффициент условия работы в соответствии с п.1 табл.
Определяем требуемый момент сопротивления балки :
По сортаменту принимаем 35Б1 который имеет момент сопротивления близкий к требуемому. Выписываем характеристики двутавра: Толщина стенки t = 8.5 мм; Высота h = 346 мм; Ширина b = 155 мм; Масса 1 м длины 38,9 кг/м, что близко к первоначально принятой, оставляем нагрузки без изменений.
Проверяем прочность на действие касательных напряжений: Прочность обеспечена. Так как на верхний пояс опираются железобетонные плиты, которые удерживают балку от потери устойчивости, расчет общей потери устойчивости не производим, также отсутствуют сосредоточенные силы, следовательно, проводить проверку местных напряжений не надо.
Проверяем жесткость балки:
Предельный прогиб по эстетико-психологическим требованиям определяется в зависимости от длинны элемента по интерполяции. Предельный прогиб для балки длинной 4,5 м находится между значениями прогибов для балок длинной 3 и 6 м и равен:
Предельный прогиб в соответствии с конструктивными требованиями:
Модуль упругости стали Е=2,06*105 МПа = 2,06*104 kH/см2;
Значение прогиба в соответствии с эстетико-психологическим требованиями определяется от действия нормативной длительной нагрузки :
Прогиб по конструктивным требованиям определяется от всей нормативной нагрузки
Прогиб балки по эстетико-психологическим и конструктивным требованиям находится в пределах норм. Прогибы по техническим требованиям не рассматриваются, так как по перекрытию нет движения технологического транспорта.
Вывод: Окончательно принимаем для изготовления балки двутавр 35Б1 отвечающий требованиям прочности и жесткости.
Расчет прочности и жесткости второстепенных балок для усложненного типа балочной клетки
1 – балка настила
2 – второстепенная балка
Цель: Проверка расчета балок в постпроцессоре «Сталь» вычислительного комплекса SCAD
Задача: Подобрать прокатный двутавровый профиль для второстепенных балок пролетом 6 м в балочной клетке усложненного типа. Верхний пояс второстепенных балок раскреплен по длине балками настила, расположенными с шагом 1 м.
Источник: Металлические конструкции: учебник для студ. Учреждений высш. проф. Образования / [Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др.]; под. Ред. Ю. И. Кудишина. — 13-е изд., испр. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. С 183.
Соответствие нормативным документам: СНиП II-23-81*, СП 16.13330, ДБН В.2.6-163:2010.
Имя файла с исходными данными:
3.3 Beam_Example_3.3.spr;
3.3 Beam_Example_3.3.doc — отчет
Исходные данные:
а = 4,5 м | Шаг второстепенных балок; |
qн = (0,77 + 27,3/102 + 20) кН/м2 × 4,5 м = 94,67 кН/м | Суммарная нормативная нагрузка; |
q1= 1,05×(0,77 + 27,3/102) кН/м2 × 4,5 м = 4,9 кН/м | Расчетная постоянная нагрузка; |
q2 = 1,2×20 кН/м2 × 4,5 м = 108 кН/м | Расчетная временная нагрузка; |
Ry = 23 кН/cм2, | Сталь марки C235; |
l = 6,0 м | Пролет балки; |
[ f ] = 1/250×6,0 м = 24 мм | Предельный прогиб; |
γc = 1 | Коэффициент условий работы; |
Wy = 2034,98 см3 | Принятый двутавр №55 по ГОСТ 8239-89; |
Iy = 55962 см4. |
Результаты SCAD Постпроцессор СТАЛЬ:
[Элемент № 1] Усилия
N Макс. 0 Т | My Макс. 0 Т*м | Mz Макс. 0 Т*м |
Mk Макс. 0 Т*м | Qz Макс. 34,53 Т | Qy Макс. 0 Т |
Длина стержня 6 м |
[Элемент № 1] Прогибы
X
| Y
| Z
|
Длина стержня 6 м |
Расчет выполнен по СНиП II-23-81*
Конструктивный элемент beam
Сталь: C235
Длина элемента 6 м
Предельная гибкость для сжатых элементов: 180
Предельная гибкость для растянутых элементов: 300
Коэффициент условий работы 1
Коэффициент надежности по ответственности 1
Коэффициент расчетной длины XoZ — 1
Коэффициент расчетной длины XoY — 1
Расстояние между точками раскрепления на плоскости 0,01 м
Сечение
Профиль: Двутавp с уклоном полок по ГОСТ 8239-89 55
Результаты расчета | Проверка | Коэффициент использования |
---|---|---|
п.5.12 | Прочность при действии изгибающего момента My | 1,09 |
пп.5.12,5.18 | Прочность при действии поперечной силы Qz | 0,49 |
пп.5.24,5.25 | Прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики | 1,09 |
п.5.15 | Устойчивость плоской формы изгиба | 1,09 |
пп.6.15,6.16 | Предельная гибкость в плоскости XoY | 0,59 |
пп.6.15,6.16 | Предельная гибкость в плоскости XoZ | 0,09 |
Коэффициент использования 1,09 — Прочность при действии изгибающего момента My
Ручной расчет:
1.{5}}} =0,1856<\bar{{\lambda }}_{ub} =0,5677 \) – проверка устойчивости не требуется.
Сравнение решений:
Фактор | Прочность при действии поперечной силы | Прочность при действии изгибающего момента | Устойчивость плоской формы изгиба при действии момента | Максимальный прогиб |
---|---|---|---|---|
Ручной счет | – | 2208,913/2034,98 =1,085 | – | 13,858/24 = 0,577 |
SCAD | 0,488 | 1,085 | 1,085 | 13,856/24 = 0,577 |
Отклонение от ручного счета, % | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
Источник | – | 0,99 | – | 0,58 |
Комментарии:
- Проверка касательных напряжений при ручном счете не выполнялась из-за отсутствия ослаблений и относительно большой толщины стенок балки.
- Проверка прочности при действии изгибающего момента в источнике выполнялась с учетом развития ограниченных пластических деформаций.
- Проверка прочности балки с учетом развития ограниченных пластических деформаций не выполнялась, поскольку согласно норм такой расчет возможен только при соответствующем оребрении стенки балки. В исходных данных примера для второстепенной балки подбиралась прокатная балка без промежуточных ребер жесткости.
Таблицы расчета перекрытий
Расчет балок перекрытия
Расчет деревянных балок перекрытия в доме ведется по II предельному состоянию (по прогибам). Относительный прогиб 1/250 (по СНиП «Нагрузки и воздействия»). На практике это говорит о том, что балка перекрытия при нагружении ее равномерно распределенной нагрузкой 400 кг/м2 или 250, 200 кг/м2 в отдельных случаях, прогнется в центре на величину равную L/250, где L — расчетная длина балки (расстояние в свету между опорами).
Например, если расчетная длина балки 6 м (6000 мм), то прогиб в центре при максимальной нагрузке будет 6000/250 = 24 мм. Т.е. в данном примере 24 мм — максимально допустимый прогиб балки, при котором возможна комфортная эксплуатация перекрытия — не будет вибраций, скрипов, ощущения «батута».
Ниже приведены таблицы соотношения типа двутавровых балок, шага их установки, расчетной нагрузки и максимального пролета, при которых выполняются данные условия.
Примечания:
- Балки серии W изготавливаются длиной 6 метров. Максимальный пролет, который они перекрывают 5,8м (при минимальном опирании 100 мм с двух сторон)
- Балки серии L изготавливаются длиной до 13,5 метров.
- Рекомендуемые шаги — 0,4 и 0,6 м для межэтажных перекрытий; 0,6 и 0,8 для чердачных перекрытий.
- Максимальный пролет — расстояние «в свету» между соседними опорами.
- Шаг балок — межосевое расстояние двух соседних балок.
Таблица расчета балок межэтажного и цокольного перекрытия
Расчет нагрузки 400 кг/м2 для деревянных перекрытий
Высота балки, мм | Тип балок / шаг балок | Максимальные пролеты, м | |||
---|---|---|---|---|---|
0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | ||
240 | Балка ICJ-240W | 4,95 | 4,50 | 4,16 | 3,93 |
300 | Балка ICJ-300W | 5,80 | 5,35 | 4,96 | 4,70 |
360 | Балка ICJ-360W | 5,80 | 5,80 | 5,75 | 5,38 |
400 | Балка ICJ-400W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 |
240 | Балка ICJ-240L | 5,45 | 4,95 | 4,55 | 4,30 |
240 | Балка ICJ-240L с полкой 89 мм | 6,05 | 5,50 | 5,10 | 4,80 |
300 | Балка ICJ-300L | 6,50 | 5,90 | 5,45 | 5,15 |
300 | Балка ICJ-300L с полкой 89 мм | 7,20 | 6,55 | 6,10 | 5,75 |
360 | Балка ICJ-360L | 7,45 | 6,75 | 6,30 | 5,90 |
360 | Балка ICJ-360L с полкой 89 мм | 8,30 | 7,50 | 7,00 | 6,60 |
400 | Балка ICJ-400L | 8,10 | 7,35 | 6,80 | 6,40 |
400 | Балка ICJ-400L с полкой 89 мм | 9,00 | 8,15 | 7,50 | 7,10 |
460 | Балка ICJ-460L | 9,00 | 8,15 | 7,50 | 7,10 |
460 | Балка ICJ-460L с полкой 89 мм | 10,00 | 9,05 | 8,40 | 7,90 |
500 | Балка ICJ-500L | 9,60 | 8,70 | 8,05 | 7,60 |
500 | Балка ICJ-500L с полкой 89 мм | 10,60 | 9,60 | 8,95 | 8,40 |
600 | Балка ICJ-600L | 11,00 | 9,95 | 9,25 | 8,70 |
600 | Балка ICJ-600L с полкой 89 мм | 12,00 | 11,00 | 10,20 | 9,60 |
Таблица расчета балок чердачного не эксплуатируемого перекрытия
Расчет для нагрузки 200 кг/м2 без нагрузки на деревянные перекрытия от стропильной системы
Высота балки, мм | Тип балок / шаг балок | Максимальные пролеты, м | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | ||
240 | Балка ICJ-240W | 5,65 | 5,52 | 4,95 | 4,68 | 4,50 |
300 | Балка ICJ-300W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,60 | 5,35 |
360 | Балка ICJ-360W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 |
400 | Балка ICJ-400W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 |
240 | Балка ICJ-240L | 6,20 | 5,80 | 5,45 | 5,15 | 4,95 |
240 | Балка ICJ-240L с полкой 89 мм | 6,90 | 6,45 | 6,05 | 5,75 | 5,50 |
300 | Балка ICJ-300L | 7,40 | 6,90 | 6,50 | 6,15 | 5,90 |
300 | Балка ICJ-300L с полкой 89 мм | 8,25 | 7,70 | 7,20 | 6,90 | 6,60 |
360 | Балка ICJ-360L | 8,50 | 7,90 | 7,50 | 7,10 | 6,80 |
360 | Балка ICJ-360L с полкой 89 мм | 9,45 | 8,80 | 8,30 | 7,90 | 7,55 |
400 | Балка ICJ-400L | 9,25 | 8,60 | 8,10 | 7,70 | 7,40 |
400 | Балка ICJ-400L с полкой 89 мм | 10,25 | 9,55 | 9,00 | 8,50 | 8,15 |
460 | Балка ICJ-460L | 10,25 | 9,55 | 9,00 | 8,50 | 8,15 |
460 | Балка ICJ-460L с полкой 89 мм | 11,40 | 10,60 | 10,00 | 9,50 | 9,05 |
500 | Балка ICJ-500L | 11,00 | 10,15 | 9,55 | 9,10 | 8,65 |
500 | Балка ICJ-500L с полкой 89 мм | 12,15 | 11,30 | 10,60 | 10,05 | 9,65 |
600 | Балка ICJ-600L | 12,50 | 11,65 | 11,00 | 10,40 | 9,95 |
600 | Балка ICJ-600L с полкой 89 мм | 13,30 | 12,90 | 12,15 | 11,55 | 11,05 |
Таблица расчета балок чердачного не эксплуатируемого перекрытия
Расчет для нагрузки 250 кг/м2 с нагрузкой на перекрытие от стропильной системы
Высота балки, мм | Тип балок / шаг балок | Максимальные пролеты, м | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | ||
240 | Балка ICJ-240W | 5,25 | 4,95 | 4,60 | 4,35 | 4,15 |
300 | Балка ICJ-300W | 5,80 | 5,80 | 5,50 | 5,20 | 4,95 |
360 | Балка ICJ-360W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,70 |
400 | Балка ICJ-400W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 |
240 | Балка ICJ-240L | 5,77 | 5,36 | 5,04 | 4,79 | 4,58 |
240 | Балка ICJ-240L с полкой 89 мм | 6,43 | 5,97 | 5,61 | 5,33 | 5,10 |
300 | Балка ICJ-300L | 6,88 | 6,39 | 6,01 | 5,71 | 5,46 |
300 | Балка ICJ-300L с полкой 89 мм | 7,68 | 7,13 | 6,70 | 6,37 | 6,09 |
360 | Балка ICJ-360L | 7,92 | 7,35 | 6,92 | 6,57 | 6,28 |
360 | Балка ICJ-360L с полкой 89 мм | 8,80 | 8,17 | 7,69 | 7,31 | 6,99 |
400 | Балка ICJ-400L | 8,58 | 7,97 | 7,50 | 7,12 | 6,81 |
400 | Балка ICJ-400L с полкой 89 мм | 9,54 | 8,85 | 8,33 | 7,91 | 7,57 |
460 | Балка ICJ-460L | 9,54 | 8,85 | 8,33 | 7,91 | 7,57 |
460 | Балка ICJ-460L с полкой 89 мм | 10,59 | 9,83 | 9,25 | 8,79 | 8,40 |
500 | Балка ICJ-500L | 10,16 | 9,43 | 8,87 | 8,43 | 8,06 |
500 | Балка ICJ-500L с полкой 89 мм | 11,27 | 10,46 | 9,84 | 9,35 | 8,94 |
600 | Балка ICJ-600L | 11,64 | 10,81 | 10,17 | 9,66 | 9,24 |
600 | Балка ICJ-600L с полкой 89 мм | 12,89 | 11,97 | 11,26 | 10,70 | 10,23 |
Расчет напряжения на участке A | МПапсикси | |
Нормальное напряжение [σ x_A ] | — | |
Напряжение сдвига [τ xy_A ] | — | |
Напряжение фон Мизеса при A [σ v_A ] | — | |
Расчет напряжений на участке B | ||
Нормальное напряжение при B [σ x_B ] | — | |
Напряжение сдвига при B [τ xy_B ] | — | |
Напряжение фон Мизеса при B [σ v_B ] | — | |
Расчет напряжений на участке D | ||
Нормальное напряжение при D [σ x_D ] | — | |
Напряжение сдвига при D [τ xy_D ] | — | |
Напряжение фон Мизеса при D [σ v_D ] | — |
виды по СНиП и СП, расчет плиты, как рассчитать предельные и точечные значения, изгибающий момент, несущую способность, прочность ж/б элемента?
Плиты перекрытий – это несущие конструкции зданий, воспринимающие постоянные и временные нагрузки в пределах одного этажа.
Плиты укладываются в пролёте между вертикальными опорами – стенами, пилонами или колоннами.
Преимущественно работают на изгиб и выполняют роль жёсткого диска, объединяющего отдельные элементы каркаса сооружения в единую геометрически неизменяемую систему.
При расчёте плит перекрытий определяются такие важные параметры, как их толщина, армирование, прогиб и необходимость устройства дополнительных подпирающих элементов (балок или капителей).
Как провести расчет нагрузок на перекрытие, расскажем далее.
Виды нагрузок на плиты перекрытий по СНиП и СП
Нагрузки на пролётные конструкции определяются, исходя из требований нормативных документов – СНиП 2.01.07-85 и его обновлённой версии – СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
В соответствии с пунктами этих нормативов, нагрузки классифицируются на следующие виды:
Полезные – нагрузки, необходимые для обеспечения комфортной эксплуатации помещения, в соответствии с его функциональным назначением.
Например, в жилых квартирах или частных домах – это нагрузки от мебели, бытовых приборов и самих жильцов.В магазинах – от посетителей, персонала, прилавков, стеллажей и оборудования, необходимого для функционирования помещения.
- Допустимые – сочетание внешних сил, приложенных к перекрытию, при котором оно продолжает удовлетворять всем предъявляемым к нему эксплуатационным требованиям без наступления необратимых последствий.
- Постоянные – нагрузки, которые действуют на протяжении всего периода эксплуатации помещения. К таким видам загружения относятся собственный вес плит, масса пирога пола и штамповые нагрузки от конструктивных элементов, без которых эксплуатация помещения не представляется возможной.
- Временные – нагрузки от веса оборудования, мебели, людей и другие виды сил, которые прикладываются к несущему элементу на определённый промежуток времени.
- Предельные – максимальная величина нагрузки, при приложении которой в конструктивном элементе начинают происходить необратимые процессы – пластические деформации, бесконтрольное раскрытие трещин, а также обрушение перекрытия.
В зависимости от функционального назначения помещений, величины полезных нагрузок различаются.
В жилом помещении равномерно распределённые по площади временные нагрузки составляют 150 – 200 кгс/м2, а в общественных зданиях, в зависимости от особенностей технологического процесса они составляют уже 250 – 500 кгс/м2.
Расчет металлической балки перекрытия
Бывают случаи, когда деревянные балки для междуэтажных или чердачных перекрытий использовать экономически не выгодно. Например, когда пролет слишком большой и поэтому для его перекрытия требуются деревянные балки большого сечения. Или когда у Вас есть хороший знакомый, который торгует не пиломатериалом, а металлопрокатом.
В любом случае не лишним будет знать во сколько может обойтись перекрытие, если использовать металлические балки, а не деревянные. И в этом Вам поможет данный калькулятор. С его помощью можно рассчитать требуемые момент сопротивления и момент инерции, которые для подбора металлических балок для перекрытия по сортаментам из условия прочности и прогиба.
Рассчитывается балка перекрытия на изгиб как однопролетная шарнирно-опертая балка.
Калькулятор
Калькуляторы по теме:
- Сбор нагрузок на балки перекрытия онлайн.
Инструкция к калькулятору
Исходные данные
Длина пролета (L) — расстояние между двумя внутренними гранями стен. Другими словами, пролет, который перекрывают рассчитываемые балки.
Шаг балок (Р) — шаг по центру балок, через который они укладываются.
Вид перекрытия — в случае, если на последнем этаже Вы жить не будете, и он не будет сильно захламляться милыми Вашему сердцу вещами, то выбирается «Чердачное», в остальных случаях — «Междуэтажное».
Длина стены (Х) — длина стены, на которую опираются балки.
Длина балки (А) — самый большой размер балки.
Вес 1 п.м. — данный параметр используется как бы во втором этапе (после того, как Вы уже подобрали нужную балку).
Расчетное сопротивление Ry — данный параметр зависит от марки стали. Например, если марка стали:
- С235 — Ry = 230 МПа;
- С255 — Ry = 250 МПа;
- С345 — Ry = 335 МПа;
Но обычно в расчете используется Ry = 210 МПа для того, чтобы обезопасить себя от разного рода «форс-мажерных» ситуаций. Все-таки в России живем — привезут металлопрокат из стали не той марки и все.
Модуль упругости Е — этот параметр зависит от вида металла. Для самых распространенных его значение равно:
- сталь — Е = 200 000 МПа;
- алюминий — Е = 70 000 МПа.
Значения нормативной и расчетной нагрузок указываются после их сбора на перекрытие.
Цена за 1 т — стоимость 1 тонны металлопроката.
Результат
Расчет по прочности:
Wтреб — требуемый момент сопротивления профиля. Находится по сортаменту (есть ГОСТах на профили). Направление (х-х, y-y) выбирается в зависимости от того, как будет лежать балка. Например, для швеллера и двутавра, если Вы хотите их поставить (т.е. больший размер направлен вверх — [ и Ι), нужно выбирать «x-x».
Расчет по прогибу:
Jтреб — минимально допустимый момент инерции. Выбирается по тем же сортаментам и по тем же принципам, что и Wтреб.
Количество балок — общее количество балок, которое получается при укладки их по стене X с шагом P.
Общая масса — вес всех балок длиной А.
Стоимость — затраты на покупку металлических балок перекрытия.
Расчёт пролетных конструкций
Расчёт пролётных конструкций ведётся по двум группам предельных состояний:
- 1 группа – подбирается такие параметры жёсткости конструктивного элемента, при которых оно не потеряет прочность под действие сочетания постоянных, временных и особых нагрузок;
- 2 группа – расчёт по деформациям, при котором определяется фактический прогиб перекрытия, после чего это значение сравнивается с предельно допустимыми значениями из СНиП.
На несущую способность плит перекрытий влияет величины постоянных и полезных нагрузок, толщина элемента, длина пролёта и условия эксплуатации помещения.
Как рассчитать значения?
Расчёт нагрузок на плиту перекрытия производится методом суммирования всех приложенных к конструктивному элементу внешних сил, с учётом различных коэффициентов запаса, принимаемых по указанному выше СНиП. Если рассмотреть теоретические выкладки, то расчёт нагрузок делится на следующие категории:
Предельные
Расчёт сводится к вычислению максимально допустимого значения приложенных на конструкцию внешних сил, при которых конструкция достигает предельного равновесия.
Например, на основании представленного ниже расчёта – при приложении суммарной расчётной нагрузки 900 кг/м2 на плиту перекрытия толщиной 200 мм, армированную прутками d10 A500s с шагом 200 мм, достигается фактический изгибающий момент М = 2812,5 кН*см при пролёте 5 м.
А сечение с такими параметрами остаётся в равновесии при достижении момента Мпред = 2988.5 кН*см, что всего на 5,8% выше предельного значения.
Учитывая, что момент в изгибаемом сечении под действием равномерно распределённой нагрузки равняется M = q х l2 / 8, то qпред = 8M/l2, или qпред = 8 х 2998.5 / 25 = 956.32 кг/м2 – при такой внешней силе сечение установленных параметров перестанет удовлетворять предельному равновесию, и данная нагрузка является предельной.
Точечные
Как правило, такие силы не прикладываются к перекрытию отдельно – всегда существуют постоянные нагрузки, и единичное точечное загружение суммируется с ними.
Приложенная точечная нагрузка влияет на значение опорных реакций и величину изгибающего момента в расчётном сечении. Усилия от точечного загружения определяется как произведение силы на плечо (расстояние от ближайшей точки опоры).
Например, если в комнате с пролётом 5 метров стоит декоративная колонна массой 500 кг на расстоянии от стены 2 м, то расчётная нагрузка с учётом коэффициента запаса (gn для постоянных сил = 1,05) составит 525 кг. Момент в данной точке составит 525 кг х 2 м = 1050 кг * м, или 1050 кН * см.
Соответственно, при добавлении равномерно распределённого загружения, описанного выше, стандартное сечение плиты с армированием d10 A500s с шагом 200 мм не будет удовлетворять расчёту прочности, и данное место следует усилить дополнительными стержнями, например, d10 A500s ш. 200 + d12 A500s ш. 200.
Пересчёт на м2
Учитывая, что жб плита перекрытия работает по упруго-пластической схеме, все внутренние усилия в ней перераспределяются по площади и объёму.
СНиП допускает не производить расчёт временных нагрузок на плиту от конкретных предметов, а учитывать приведённую равномерно-распределённую по площади поверхности силу.
Например, вдоль стены комнаты, на протяжении 3 м стоит гарнитур общей массой 400 кг, напротив – диван массой 200 кг и другие предметы мебели с разными весами. По данному помещению каждый день передвигаются 4 человека с массами тела от 50 до 120 кг.
По факту, точно посчитать нагрузку не представляется возможным, но СП 20.13330.2011 допускает учитывать в статическом расчёте приведённую равномерно распределённую нагрузку для жилых помещений 150 кг/м2.
Пример
Ниже представлен пример сбора нагрузок на перекрытие в частном жилом доме. По условию задачи, габариты комнаты составляют 7 х 4 м, плита перекрытия 200 мм, поверх которой уложена ц/п стяжка толщиной 50 мм по подложке из экструдированного пенополистирола 30 мм, а в качестве чистового пола применяется керамогранитная плитка толщиной 12 мм с клеевым составом 3 мм.
Требуется собрать расчётные нагрузки на данную конструкцию для последующего расчёта. Задача решается с выполнением следующих этапов:
Собственный вес плиты – M1 = S x h x rбет, где:
- S – площадь поверхности перекрытия, равный 5 м х 4 м, или 2 м2,
- h – толщина плиты, которая составляет 200 мм, или 0,2 м,
- rбет – средняя плотность армированного бетона, которая равна 2500 кг/м2.
- M1 = 20 м2 х 0,2 м х 2500 кг/м2 = 10 000 кг.
Масса полов – M2 = mподл + mстяж + mплит, где:
- mподл = S x hподл х rпенопол = 20 м2 х 0,03 м х 40 кг/м2 = 24 кг,
- mстяж = S x hстяж х rц/п р-ра = 20 м2 х 0,05 м х 1800 кг/м2 = 1800 кг,
- mплит = S x hплит х rкерамогр = 20 м2 х 0,015 м х 2400 кг/м2 = 720 кг (значение принимается с учётом слоя плиточного клея).
M2 = 24 кг + 1800 кг + 720 кг = 2544 кг. В жилом помещении рекомендуемая по СНиП временная нагрузка составляет q = 150 кгс/м2.
Таким образом, суммарная полезная нагрузка на плиту составляет F = q x S = 150 х 20 = 3000 кг:
- Общая вертикальная нагрузка, приложенная к плите, равняется Fобщ = M1 + M2 + F = 10000 кг + 2544 кг + 3000 кг = 15544 кг, или 1554,4 кН.
- Как правило, нормативные нагрузки необходимо привести к расчётным величинам, учитывая коэффициенты надёжности. Данный показатель записывается как gn, и для постоянных загружений он составляет 1,1, а для полезной нагрузки – 1,4.
Таким образом, Fобщ расч = (M1 + M2) x gnс пост + F x gnврем = (10000 кг + 2544 кг) х 1,1 + 3000 кг х 1,4 = 13798,4 кг + 4200 кг = 17998.4 кг ~ 18000 кг, или 1800 кН.
Чтобы привести суммарное значение данной величины в равномерно распределённую нагрузку, достаточно разделить его на общую площадь комнаты. То есть Qобщ расч = Fобщ расч / S = 1800 кН / 20 м2 = 90 кН/м2, или 900 кг/м2.
При наличии точечной или штамповой нагрузки от веса какого-либо оборудования, она участвует в расчёте отдельно, формируя линейную, а не квадратичную зависимость изгибающего момента.
В отдельных случаях допускается разложить точечную нагрузку на равномерно распределённую по площади, с учётом повышающего коэффициента, так как железобетон не является упругим материалом, и все усилия в нём перераспределяются в большей части его объёма.
Изгибающий момент
Безбалочная плита перекрытия должна удовлетворять расчёту по прочности, или первой группе предельных состояний. Чтобы определить несущую способность перекрытия, необходимо выполнить следующий алгоритм:
Если соотношения габаритов перекрытия а/b или b/a > 2, то такая плита работает по короткой стороне.
Если данные показатель меньше 2, то плита считается опёртой по контуру, и расчёт ведётся относительно того пролёта, в котором возникает наибольший изгибающий момент.Значение момента прямо пропорционально величине пролёта, поэтому в рассматриваемом примере расчёт ведётся относительно стороны a = 5 м.
- Из плиты выделяется расчётная полоса шириной 1 м, которая будет рассматриваться как изгибаемый линейный элемент, или балка с приложенной к ней равномерно распределённой по длине нагрузкой.
В рассматриваемом примере балка имеет сечение b x h = 1 м х 0,2 м, и к ней приложена нагрузка qрасч = 900 кг/м, или 90 кН/м.
Величина изгибаемого момента для подобной конструкции составляет M = qрасч х l2 / 8, где l – величина пролёта, или 5 м. M = 90 кН/м х 5 х 5 / 8 = 281.25 кН*м, или 2812,5 кН*см.
Величина изгибающего момента может быть отображена на эпюре данного вида усилия, возникающего в конструкции.
Как посчитать несущую способность?
При известной величине изгибающего момента и габаритов (жёсткости сечения) можно определить несущую способность данного пролётного элемента по следующим формулам:
Высота сечения плиты складывается из двух величин h = h0 + a, где h0 – рабочая высота от нижней арматуры, находящейся в зоне растяжения до верхней грани бетона. а – величина защитного слоя бетона. Как правило, этот показатель в тонких плитах варьируется в пределах от 15 до 25 мм. h0 = h – a = 200 мм – 20 мм = 180 мм.
В строительной механике, согласно по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», существуют два условия, при которых конструкция достигает предельного равновесия под действием внешних сил.
Rs As = Rbbx, где:
- M = Rbbx (h0 – x/2),
- Rs – предел прочности арматурной стали заданного класса на растяжение,
- Rb – тот же показатель, но для бетона, на сжатие, зависящий от марки материала.
Если в плите принимается наиболее распространённая арматура класса A500s, то Rs = 43,5 кН/см2. Если бетон в рассматриваемом примере имеет класс B30, то Rb = 1,7 кН/см2.
В условии равновесия х – абсолютная величина сжатой зона бетона, которая равняется х = Rs Аs / gb1 Rbb (по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»):
- As – площадь всех стержней рабочей арматуры в растянутой зоне сечения плиты,
- gb1 – коэффициент запаса, зависящий от условий работы бетона в конструкции, для стандартных вариантов эксплуатации перекрытия принимается равным 0,9.
Требуемая площадь рабочей арматуры зависит от расчётных параметров сечения и величины внутренних усилий (в плите перекрытия – изгибающего момента).
Аs = gb1Rbbeh0/Rs (по СП 63.13330.2018):
e – безразмерная величина, характеризующая относительную высоту сжатой части бетонного сечения, которая определяется из соотношения e = (1 – (1 – 2am)1/2),- am – это показатель, описывающий отношение изгибающего момента к прочностным характеристикам жб сечения, определяемый по формуле СП,
- am = M / (gb1 Rbbh02) = 2812,5 / (0,9 х 1,7 х 100 х 324) = 2812,5 кН*см / 49572 = 0,057.
Аs = 0,9 х 1,7 х 100 х 0,057 х 18 / 43,5 = 3,61 см2.
Для предотвращения образования трещин от усадки бетона, в плитах перекрытий шаг рабочей арматуры, чаще всего, назначается 200 мм. Таким образом, в расчётной полосе шириной 1 м располагается 5 рабочих стержней.
В данном примере допускается рассмотреть армирование из 5d10, и реальная площадь стержней составит 3,93 см2, что больше, чем требуемое значение, с учётом повышающих коэффициентов. При известных значениях площади армирования, можно определить величину х: х = Rs Аs / gb1 Rbb = 43,5 х 3,93 / (0,9 х 1,7 х 100) = 1,12 см.
На завершающем этапе из основного условия равновесия определяется предельно допустимый момент, который может возникнуть в сечении плиты перекрытия. M = gb1 Rbbx(h0 – x/2) = 0,9 х 1,7 х 100 х 1,12 х (18 – 1,12/2) = 2988.5 кН*см.
Далее остаётся сравнить предельно допустимый момент 2988.5 кН*см с фактическим усилием, возникающим после приложения нагрузок – 2812,5 кН*см, который оказался меньше, значит, условие прочности выполняется.
В случае, если условие предельного равновесия не достигается, толщина плиты, а также расчётное количество рабочей арматуры должны быть пересмотрены.
Прочность ЖБ элемента
В строительной механике понятия прочности и несущей способности практически не имеют различий. Однако, на практике это не совсем так. Прочность – это способность конструктивного элемента не разрушаться под действием внешних сил. Несущая способность – это способность конструктивного элемента удовлетворять предъявленным к нему эксплуатационным требованиям под действием сочетания нагрузок.
Таким образом, расчёт по предельным состояниям 1 группы, приведённый выше, показывает, что плита перекрытия остаётся в статическом положении не разрушается, (то есть, обеспечивается её прочность) и может эксплуатироваться в нормальных условиях (так как в расчёте были учтены все коэффициенты условий работы). Проведения дополнительных прочностных расчётов не требуется.
Проверка прогибов стальной балки
При расчете стальных балок по II-й ГПС (по прогибам) необходимо создавать раскрепления для прогибов:
Информация из справки LIRA SAPR (СправкаПояснения СтальПроверки прогибов):
Проверка прогиба осуществляется сопоставлением реально определенного относительного прогиба (L/f) с максимально возможным для данного конструктивного элемента прогибом.
В данной версии проверка выполняется только для балок на основании состава загружений во всех сочетаниях. Учитываются коэффициенты надежности по нагрузке (заданные при формировании РСУ в среде ПК ЛИРА-САПР) и коэффициенты сочетания.
Перемещения, вызванные загружениями с долей длительности 0, в данном расчете не используются.
Прогибы находятся для каждого сечения на основании распределения MY1, MZ1, QY1, QZ1 по длине элемента. Соответственно, увеличение количества расчетных сечений способствует более точному определению прогибов (особенно, если воздействуют сосредоточенные силовые факторы).
В режиме локального расчета элемента (см. справочную систему СТК-САПР) имеется возможность расчета прогибов по огибающим эпюрам изгибающего момента в запас. Это может потребоваться, когда редактируются расчетные сочетания усилий (или нагрузок) и теряется связь с результатами расчета на ПК ЛИРА-САПР основной схемы.
На приведенном фрагменте показан механизм определения прогибов (они обозначены как di и dk) в конструктивном элементе с наложенными раскреплениями на элементы.
Если раскрепления не наложены, то прогиб принимается равным полному расстоянию до оси X.
Пример расчета однопролетной балки
Согласно нормативной документации прогиб определяется от действия нормативных нагрузок. Поскольку в LIRA SAPR все нагрузки прикладываются к узлам и элементам их расчётными значениями, при определении прогибов программа определяет нормативное значение нагрузок путём деления их на коэффициент надёжности.
Посмотреть какие приняты коэффициенты надёжности, а также ввести их вручную, если это необходимо, можно в окне параметров расчёта.
Подробнее о корректировке коэффициентов надёжности для расчета прогибов вручную читайте в статье «Коэффициенты к временным нагрузкам при проверке прогиба»
Предельно допустимый L/200=6000/200=30мм
Без задания раскреплений (по абсолютному перемещению узлов балки): ((39,8мм/ к-т надежности по нагрузке)/ 30мм))*100%=((39,8/1,1)/30)*100%=120,6%
С заданием раскреплений (по относительному перемещению узлов балки за вычетом перемещений опорных узлов): ((39,8мм-9,14)/ к-т надежности по нагрузке)/30мм))*100%=(((39,8-9,14)/1,1)/30)*100%=92,9%
Ручной ввод расчётной длины балки для расчёта прогибов
В диалоговом окне задания характеристик расчёта стальной балки присутствует группа параметров Расчёт по прогибу.
Информация из справки ЛИРА САПР: Расчет по прогибу – данные для расчета прогиба. Длина пролета авто – вычисляется по положению раскреплений. Длина пролета точно – длина пролета при расчете приравнивается этому числу.
Рассмотрим раму из предыдущего примера, только теперь раскрепления для прогибов назначим для всех конструкций, а расчётные длины будем для первого случая задавать автоматическим способом, а для второго ручным.
Предельно допустимый прогиб при длине 6 м L/200=6000/200=30мм
Предельно допустимый прогиб при длине 4 м L/200=4000/200=20мм
Проценты использования по предельному прогибу
Длина балки 6 м: ((39,8мм-9,14)/ к-т надежности по нагрузке)/30мм))*100%=(((39,8-9,14)/1,1)/30)*100%=92,9%
Длина балки 4 м: ((39,8мм-9,14)/ к-т надежности по нагрузке)/30мм))*100%=(((39,8-9,14)/1,1)/20)*100%=139,4%
Расчёт прогибов стрельчатой арки
Пример — рама переменного сечения (РПС) пролётом 18 м. Соединение полурам в коньке — шарнирное, опирание полурам на фундамент — шарнирное.
При этом в параметрах «Дополнительные характеристики» необходимо указать вручную пролет, с которым программа будет сравнивать прогиб (автоматическое определение пролета возможно только для линейных балок, где все конечные элементы (КЭ) конструктивного элемента (КоЭ) лежат на одной оси):
Результаты определения прогибов в СТК-САПР:
Предельно допустимый L/200=17664/200=88.32 мм
Без задания раскреплений (по абсолютному значению на эпюре прогибов fz): 96.7/17644=1/182 — совпадает с результатом расчёта элемента №2
С заданием раскреплений (по относительному значению на эпюре прогибов fz): (96.7-(-6.46))/17644=1/171 — совпадает с результатом расчёта элемента №4
Без задания раскреплений (по абсолютному значению перемещений узлов): 99.8/17644=1/177 — не совпадает ни с чем
Расчёт прогибов цилиндрической арки
Пример – цилиндрическая арка пролётом 18 м, стрелой подъёма f = 9 м. Соединение всех элементов между собой — жёсткое, опирание на фундамент — шарнирное.
Возможные сложности и ошибки
При расчёте сечения плиты перекрытия на прочность, следует учитывать важные нюансы, чтобы не допустить серьёзных ошибок:
Расчёты должны проводиться в строгом соответствии с требованиями нормативных документов.- При вычислениях все единицы измерения должны быть приведены к единым значениям, а, в противном случае, результат будет далёким от истины.
- При определении изгибающего момента следует учесть характер опирания плиты перекрытия, так как формулы для жёсткой заделки или шарнирного сопряжения отличаются друг от друга.
- При сборе нагрузок не следует забывать коэффициенты надёжности, которые усугубляют теоретическую работу конструкции и приближают её к реальным условиям.
Последствия неверных расчётов могут привести к обрушению строительных конструкций, недопустимым прогибам и другим непоправимым проблемам во время эксплуатации сооружения.
ISOPROMAT.ru
Произвести полный расчет на прочность и проверить жесткость статически определимой двутавровой двухопорной балки (рис. 1) при следующих данных: F=40кН, q=30 кН/м, a=0,8 м, l=4м, допустимые нормальные и касательные напряжения: [ σ ]=160 МПа и [ τ ]=100 МПа, допустимый прогиб балки [f]= l/400
Подготовка расчетной схемы к решению задачи:
Определение опорных реакций
Подробно, пример определения опорных реакций для балки рассмотрен здесь
А также в нашем коротком видеоуроке:
Построение эпюр Q и М
Видео про расчет значений Q и M для построения эпюр:
По этим данным построены эпюры Q и М.
Короткое видео о том, как надо строить эпюры:
Подбор сечения двутавровой балки
Так как Мmах = 45 кНм, то
По сортаменту выбираем двутавр № 24, для которого Wx = 289 см 3 , Ix= 3460 см 4 , Smax = 163 см 3 , h = 24 см, bп = 11,5 см, t = 0,95 см, d = bc = 0,56 см, h = h-2t = 22,1 см.
Этот двутавр будет работать при максимальном нормальном напряжении в крайнем волокне опасного сечения.
Проверка сечения балки по касательным напряжениям
Так как Qmax = 68 кН, то
Построение эпюр нормальных σ и касательных τ напряжений в неблагоприятном сечении балки:
В отношении главных напряжений неблагоприятным является сечение над левой опорой, в котором:
Значение напряжений в различных точках по высоте двутавра сведены в таблицу 1
Проверка прочности балки по главным напряжениям
Наиболее опасной точкой в неблагоприятном сечении является точка 3. В этой точке σ 1=118 МПа и σ 3= -16 МПа. Проверяем прочность в этой точке по третьей гипотезе прочности согласно неравенству σ 1 — σ 3≤ [ σ ].
Так как 118 — ( -16) = 134 θ
откуда θ = -8,48∙10 -3 радиан.
Прогиб в пролете при z=l/2=4/2=2 м.
Аналогично определяется прогиб на конце консоли при z = l + a =4+0,8 = 4,8 м.
Упрощенная процедура определения максимального прогиба балки
Участник
БЕСПЛАТНОНе член
10 долларов.00
Ку, Бенджамин (1967). «Упрощенная процедура определения максимального прогиба балки», Engineering Journal , Американский институт стальных конструкций, Vol. 4. С. 123-125.
Максимальное отклонение балки играет важную роль в дискуссиях, касающихся проектирования конструкций.Строительные нормы, такие как ACI-63 и Спецификация AISC, ограничивают прогиб, вызванный временной нагрузкой, до 1/360 пролета балки. Расчет конструкции балки для соответствия техническим условиям обычно требует утомительных и длительных вычислений. В этой статье предлагается следующая упрощенная процедура: для любой балки с переменным моментом инерции, подверженной концевым моментам и боковым нагрузкам, сначала используйте матричное умножение, чтобы определить сегмент, на котором произойдет максимальное отклонение. Затем, используя граничные условия сегмента, повторите матричное умножение, чтобы получить максимальный прогиб.
- Опубликовано: 1967, 3 квартал
Как определить максимальный прогиб балки? — sluiceartfair.com
Как определить максимальный прогиб балки?
Обычно максимальное отклонение ограничивается длиной пролета балки, деленной на 250. Следовательно, балка пролета 5 м может отклоняться на 20 мм без отрицательного воздействия.
Как рассчитать прогиб балки?
Для расчета прогиба балки необходимо знать жесткость балки и величину силы или нагрузки, которые могут повлиять на изгиб балки. Мы можем определить жесткость балки, умножив модуль упругости балки E на ее момент инерции I.
Как рассчитать максимальный прогиб консольной балки?
Если на консольную балку действует более одной точечной нагрузки и / или равномерная нагрузка, результирующий максимальный момент на фиксированном конце A и результирующий максимальный прогиб на конце B могут быть рассчитаны путем суммирования максимального момента в A и максимального прогиба в B для каждой точки и / или равномерной нагрузки.
Как определить максимальную точку прогиба?
Нарисуйте диаграмму моментов (как интеграл диаграммы сдвига). Разделите значения диаграммы моментов на EI (E — модуль упругости материала балки, I — момент инерции секции балки). / EI функция Дважды.Результирующая диаграмма или функция — это отклонение балки.
Что такое I в формуле прогиба?
Для расчета прогиба консольной балки вы можете использовать приведенное ниже уравнение, где W — сила в конечной точке, L — длина консольной балки, E = модуль Юнга и I = момент инерции.
Как рассчитать точку прогиба?
Обычно прогиб можно рассчитать путем деления двойного интеграла уравнения изгибающего момента M (x) на EI (модуль Юнга x момент инерции).
Как рассчитать прогиб стержня?
Отклонение стержня Это определяется путем вычитания длины стержня L на переменную положения z, а затем умножения результата на вертикальную силу, приложенную к стержню, которая обозначается переменной F. Формула для этого: M = F х (L — z).
Как определить максимальный прогиб балки?
Этот калькулятор отклонения балки поможет вам определить максимальное отклонение балки для балок с простой опорой и консольных балок, несущих простые конфигурации нагрузки.Вы можете выбрать один из нескольких типов нагрузки, которые могут воздействовать на балку любой длины по вашему желанию.
Может ли стальная балка отклониться от собственного веса?
Указанные выше пределы прогиба из-за постоянных + динамических нагрузок не применяются к стальным балкам, поскольку прогиб от статической нагрузки обычно компенсируется изгибом. Изгиб — это кривизна в направлении, противоположном кривой прогиба от статической нагрузки. Когда статическая нагрузка прикладывается к изогнутой балке, кривизна устраняется, и балка выравнивается.
Каков максимальный прогиб при действующей нагрузке?
Макс. допустимый прогиб при действующей нагрузке = l / 360 = (30 × 12) / 360 = 1,0 дюйм> 0,678 дюйма. OK Макс. допустимое отклонение от статической + временной нагрузки = l / 240 = (30 × 12) / 240 = 1,5 дюйма> 1,337 дюйма. ОК [Примечание: для изогнутой стальной балки нет необходимости проверять критерии отклонения от статической + временной нагрузки] Балка удовлетворяет критерий прогиба.
Как прогибы связаны с механикой материалов?
Механика прогиба материалов.Прогиб балки. Деформация балки обычно выражается в ее отклонении от исходного ненагруженного положения. Балки прогибаются (или провисают) под нагрузкой. Даже самый сильный и солидный луч, который только можно себе представить, будет отклоняться под собственным весом.
Рассчитайте максимальный прогиб стальной балки (E = 200 ГПа), если a = 0,6 м и P = 14 кН ….
Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E = 200 ГПа), если a = 1,2 м и P = 17 …
Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E = 200 ГПа), если a = 1.2 м и P = 17 кН. Возьмите I = 102 x 106 мм4. Запишите ответ в миллиметрах с точностью до 2 знаков после запятой. P Mo = Па A B
Вопрос 10 3 балла Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E = 200 ГПа), если …
Вопрос 10 3 балла Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E = 200 ГПа), если a = 1,5 м и P = 10 кН. Возьмите I = 102 x 106 мм4. Запишите ответ в миллиметрах с точностью до 2 знаков после запятой. Мо = Па В
Рассчитайте максимальный прогиб стального вала (E = 200 ГПа), если a = 0.9 м и P = 76 Н ….
Рассчитайте максимальный прогиб стального вала (E = 200 ГПа), если a = 0,9 м и P = 76 Н. Диаметр вала составляет 25 мм. Запишите ответ в миллиметрах с точностью до 2 знаков после запятой. 2 2 А Б П П
Рассчитайте максимальный прогиб стального вала (E = 200 ГПа), если a = 1,5 м и P = 287 Н ….
Рассчитайте максимальный прогиб стального вала (E = 200 ГПа), если a = 1,5 м и P = 287 Н. Диаметр вала составляет 25 мм. Запишите ответ в миллиметрах с точностью до 2 знаков после запятой.а 2 NI A B P P
Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E-200 ГПа), или 18 мм P-1611 …
Рассчитайте прогиб стальной балки в точке B (E-200 ГПа), il a 18 mand P-1611 Take 1. 102. 10% человек напишет moverlentoon Mo = Pc А B с
Балка с простой опорой состоит из конструкционной стали с широкими полками w530 x 66 [E-200 GPa; I -351 x 106 мм]. Определите (a) прогиб балки в точке C. (b) прогиб балки в точке E.В качестве…
Балка с простой опорой состоит из конструкционной стали с широкими полками w530 x 66 [E-200 GPa; I -351 x 106 мм]. Определите (a) прогиб балки в точке C. (b) прогиб балки в точке E. Предположим, P = 35 кН, w = 80 кН / м, LAB = LBC = LCD = 4 м, LDE = 2 м LAB BC Ответы : (а) vc = T-190.693 (б) VE178.156 Балка с простой опорой состоит из конструкционной стали с широкими полками w530 x 66 [E-200 GPa; …
Несущая балка состоит из конструкционной стали с широкими полками W410 × 60 [E = 200 ГПа; I = 216 × 106 мм4].Е …
Несущая балка состоит из несущей конструкции W410 × 60. стальная широкофланцевая форма [Е = 200 ГПа; I = 216 × 106 мм4]. Для показанной нагрузки определите прогиб балки в точке C. Предположим, P = 72 кН, w = 60 кН / м, LAB = LBC = 1,4 м, LDE = LCD = 1,4 м, MA = 167 кН-м. P10.048 Не верно 216 x 106 мм 41. Для показанной нагрузки определите прогиб балки в точке C Балка с простой опорой …
3) Для стальной балки, показанной на рисунке, E = 200 ГПа, 7 = 100 x…
3) Для стальной балки, показанной на рисунке, E = 200 ГПа, 7 = 100 x 106 мм4, L = 5 м и w = 2 кН / м. Определите (a) силу реакции и момент реакции в точке A и (b) прогиб в точке C (30 точек) с балкой 2 KL / 2– L / 2– и кривой максимального отклонения кривой упругости при нагрузке в конце уравнения упругой кривой y = — * — 4Lx ‘+ 613×4) Для x}: PL 48ET 48E7 (42 — 313) Для x
Для балки на Рисунке 1, которая сделана из стали (E = 200 ГПа) с …
Для балки на Рисунке 1, которая сделана из стали (E = 200 ГПа) со сплошным прямоугольным поперечным сечением шириной 80 мм и глубиной 100 мм: • выведите алгебраическое выражение для прогиба как функции x = расстояние от левый конец, • следовательно, также рассчитайте o уклон левой опоры и o отклонение 2 м от левой опоры.20 кН.м ८ и 12 кН / м ८ 5 м Рисунок 1 …
Вопрос 1 6 мм4 Для стальной балки без опоры E = 200 ГПа; 1-129 × …
Вопрос 1 6 мм4 Для стальной балки без опоры E = 200 ГПа; 1-129 × 1 w 28 кН / об .. показано на рисунке, используйте метод двойного интегрирования для определения прогиба в точке B. Предположим, L = 4,2 r P 5 кН, и 2 VB = mim
Напряжение и прогиб несущей балки для не инженеров
Связанные ресурсы: гибка балок
Напряжение и прогиб несущей балки для не инженеров
Уравнения и калькуляторы прогиба балки
Расчет напряжений и прогибов несущих балок для не инженеров
Ниже приводится процедура определения критических конструктивных элементов загружаемой простой структурной конфигурации.Имейте в виду, что выполнение процедуры не квалифицирует вас как инженера-строителя или инженера любого другого типа. Мы в Engineers Edge не несем никакой ответственности за любые конструктивные ошибки, которые могут произойти. Если вы проектируете что-либо, что в случае неудачи может повредить, убить или вызвать огромные финансовые потери — наймите лицензированного инженера-строителя, который сделает дизайн за вас. Будьте осторожны, не торопитесь, помните, что безопасность важнее денег, и думайте. Кроме того … если у вас есть вопрос, опубликуйте его на технических форумах, пожалуйста, не пишите, не оставляйте отзывы, звоните нам.
Первый , Посетите нашу веб-страницу меню деформации и напряжения несущей балки и посмотрите, есть ли у нас уравнение конфигурации загрузки и калькулятор, который лучше всего подходит для вашего приложения. Если мы это сделаем, отличная закладка, запомните или что-то еще.
Если вы хорошо разбираетесь в математике, сделайте вычисления вручную, если нет и / или вам нужна двойная проверка, используйте автоматические калькуляторы. Вам может потребоваться стать Премиум-членом, чтобы использовать калькулятор (это помогает нам оплачивать веб-сайт и значительно упрощает вашу работу).
Секунда , определите, какая максимальная прилагаемая нагрузка будет в фунтах (фунтах) или в ньютонах (Н).
Третий , какова максимальная длина вашего нагруженного элемента конструкции? дюймы, футы или миллиметры (мм)
Далее, , решите, какой материал вы хотите использовать в своем дизайне — дерево, алюминий, сталь и т. Д. Это только начальное предположение. На самом деле вам может потребоваться использовать более прочную, дорогостоящую и другую геометрию в окончательном дизайне, так что это всего лишь предположение, с которого вы начали.Инженерное проектирование, как правило, представляет собой итеративный процесс, а это означает, что вы собираетесь пробовать несколько конфигураций, пока числа не станут хорошими.
Как только вы узнаете, какой материал вы хотите использовать, получите и запишите для этого материала следующее:
Модуль упругости или модуль Юнга — это константа (число), которая характеризует склонность материалов к прогибу или деформации под нагрузкой. Иногда называется модулем упругости. дано в фунтах на кв. дюйм или Н / мм 2
Предел текучести — это просто напряжение, при котором элемент конструкции начинает постоянно растягиваться или деформироваться при приложении нагрузки.Вы захотите спроектировать свой структурный элемент так, чтобы максимальное напряжение при эксплуатации было значительно ниже предела текучести, так как это число и в этом отношении пропорциональный предел — плохое место. Мы не хотим отказов, изгибов или каких-либо поломок!
Вот проблема с модулем упругости и пределом текучести. Вы собираетесь просмотреть некоторый материал и получить типичное значение, а не сертифицированное или гарантированное значение. Если вы не приобретете возможность отслеживания вашего материала, вы действительно не знаете, что у вас есть.Вот почему всегда лучше перепроектировать конструкцию, а затем испытать нагрузку (пробную нагрузку) на ваше встроенное устройство.
Пятый , решите, какую геометрию или конструктивную форму вы хотите использовать. Опять же, это начальная геометрическая догадка. Вы можете попасть в яблочко с первой попытки или вам нужно будет создать дизайн большей или другой формы. Как только вы узнаете, какая геометрия, по вашему мнению, будет работать, получите момент инерции площади для этой геометрии. Вот несколько ссылок:
Момент инерции площади, который вам нужен, — это момент, когда нагрузка перпендикулярна линии сечения, как показано ниже:
Хорошо, теперь у вас должна быть вся основная информация о дизайне, необходимая для начала работы, давайте рассмотрим:
- Максимальная приложенная нагрузка (расчетная или реальная) равна максимальной поднимаемой нагрузке.
- Загрузка конфигурации — выучите формулы и / или воспользуйтесь калькулятором.
- Длина,
- Материал,
- Модуль упругости (модуль Юнга)
- Предел текучести
- Площадь Момент инерции для загружаемой геометрии.
- Расстояние до оси Nuetral
Пример конструкции :
Давайте сделаем простой структурный дизайн, который вытащит двигатель и поместит его в наш дорогой проектный автомобиль в нашем гараже.
Масса двигателя согласно спецификации производителя = 300 фунтов.
Блок и приспособление, установленные на балке должным образом , которые мы собираемся использовать для подъема двигателя (с номинальной мощностью намного выше 300 фунтов), весит 40 фунтов.
Цепь прикреплена к двигателю спереди и сзади, чтобы поддерживать равномерное подъемное действие (10 фунтов).
Разное. оборудование (5 фунтов).
Следовательно, мы собираемся поднять максимум: 300 + 40 + 10 + 5 = 355 фунтов
Я предлагаю блокировку и подкат с рейтингом не ниже 1.В 5 раз больше максимальной нагрузки, которую вы поднимаете.
План представляет собой простую балку, установленную на очень прочной стене из бетонных блоков поперек гаража. Для установки планируем подкатить кузов автомобиля под двигатель. Поэтому конфигурация загрузки такая:
Воспользуемся этим калькулятором:
Напряжение и отклоняющая балка, поддерживаемая обеими концевыми нагрузками в центральном уравнении и / или в калькуляторе
Брус, который мы хотим использовать, будет сделан из дерева, вероятно, из обработанной под давлением сосны из местного строительного магазина.Следовательно:
Модуль упругости древесины = 0,99 x 10 6 (990 000) фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм)
Предел текучести — это сложно для древесины, поскольку обычно не существует спецификации текучести. Мы будем использовать данные для спецификации «Модуль упругости», которая для сосны на востоке составляет примерно 4900 фунтов на кв. бывает.
Итак, давайте попробуем стандартную деревянную балку 4 x 4, которая на самом деле является 3.5 дюймов x 3,5 дюйма
Следовательно, используя этот калькулятор: Площадь Момент Квадрат Сечение Момент инерции площади = 12,50 дюйма 4
Балка должна быть шире автомобиля, поэтому давайте сделаем ее 7 футов или 84 дюйма от опоры до опоры.
Расстояние до нейтральной оси (крайняя точка) составляет половину толщины, перпендикулярной нагрузке моего поперечного сечения, или 3,5 дюйма / 2 = 1,75 дюйма
Итак, вот мои расчеты:
Мое расчетное приложенное напряжение — -1 043.7 фунтов на квадратный дюйм, а мое отклонение составляет 3,54225 дюймов
Итак, приложенное напряжение составляет 1043,7 фунтов на квадратный дюйм, и это меньше моего модуля разрыва, который составляет 4900 фунтов на квадратный дюйм. Поэтому у меня коэффициент безопасности = отказоустойчивая нагрузка / приложенная нагрузка = 4,395.
Теоретически это должно сработать, хотя я бы предположил, что из-за отклонения в 3,54 дюйма более высокий коэффициент безопасности будет лучше, поскольку чем меньше отклоняется балка, тем лучше, поскольку большие отклонения могут привести ко всем видам особых проблем, которые я не собираюсь сюда включать.
Если вы сложите две стандартные доски размером 4 «x 4» друг на друга, вы получите рассчитанный момент инерции площади = 100
Пересчитав напряжение и прогиб, я получу:
Приложенное напряжение = 260,925 фунтов на квадратный дюйм и прогиб 0,44278 дюйма. Низкий прогиб и напряжение, и все, что мне нужно, это еще 4 x 4.
Это должно работать хорошо и риск отказа сведен к минимуму — ИДИТЕ!
В закрытии:
Поскольку вы прошли через все эти усилия, я рекомендую вам собрать свой прибор и проверить его нагрузку.Осторожно приложите 355 фунтов к центру и измерьте фактический прогиб. Проверьте фактические размеры ваших 4х4. Затем сравните фактический прогиб и размеры с рассчитанными размерами прогиба и балки, которые вы использовали — вероятно, разница будет не слишком велика. Если вам интересно, вернитесь к калькулятору прогиба и напряжения балки и измените модуль упругости до тех пор, пока не получите такое же прогиб при расчетах. Это даст вам представление о том, каковы на самом деле свойства древесины.Древесина варьируется от партии к партии.
Это очень простой подход к определению теоретического напряжения и прогиба конкретной конфигурации нагрузки. Знайте, что инженерные материалы никогда не бывают такими, какими они претендуют, и что намного проще и разумнее превзойти инженеров, чем спроектировать их «в самый раз».
© Copyright 2000-2021, Engineers Edge, LLC www.engineersedge.com
Все права защищены
Заявление об ограничении ответственности | Обратная связь | Реклама
| Контакты
Большой прогиб удерживаемых стальных балок под действием пожара и взрыва
Abstract
В данной статье представлено численное исследование реакции стальных балок на пожар и взрыв.Во-первых, создается унифицированная вычислительная модель, которую можно использовать для моделирования поведения балок при четырех сценариях нагружения, включающих пожар, взрыв или удар. Предлагаемый метод позволяет полностью прозрачно влиять на поведение конструкции различных параметров. Во-вторых, влияние уровня нагрузки на критическую температуру анализируется для различных соотношений статической и взрывной нагрузки. Сравниваются два случая последовательностей взрывного и пожарного нагружения, показано, что критическая температура балки, подвергшейся возгоранию с последующим взрывом, ниже, чем у балки, подвергшейся взрыву с последующим возгоранием.Исследовано влияние температуры на p – i-диаграмму, введена изоповрежденная поверхность, позволяющая различать безопасные и небезопасные области. В-третьих, дополнительно исследуются критерии предельной температуры. То есть первая и вторая предельные температуры могут быть определены, когда размерная контактная сила равна нулю или единице, что соответствует изгибающемуся или растягивающемуся пластичному шарниру, соответственно.
Ключевые слова: Сдерживаемая стальная балка, Пожар, Взрывные нагрузки, Вычислительная модель, Большой прогиб, Контактный эффект, Динамический отклик, Предельная температура, Диаграмма давление-импульс, Численное исследование
Предпосылки
После терактов 11 сентября 2001 г. , реакция и разрушение конструкций при комбинированных нагрузках от удара, взрыва и пожара стали серьезной проблемой при проектировании зданий (Maria et al.2011). Увеличилась потребность в критическом понимании механизма реакции и разрушения основных элементов конструкции, таких как балки и колонны, которые подвергаются множественным экстремальным нагрузкам в стальных конструкциях.
Случай экстремальных нагрузок, включая удар и пожар, можно разделить на следующие сценарии: (a) взрывная или ударная нагрузка, (b) пожарная нагрузка, (c) взрывная или ударная нагрузка с последующим пожаром, и (d) взрыв или ударная нагрузка при пожаре.
Процесс загрузки и ответа для сценария (a) короткий (время измеряется в мс).Был разработан эффективный метод явной интеграции для моделирования поведения структур в текущих программах конечных элементов (Anonymous, 2014). Метод конечных элементов (МКЭ) может прогнозировать динамический отклик конструкций более точно, чем давно устоявшийся метод жесткой пластики, поскольку вторичные эффекты, такие как упругость, большая деформация, скорость деформации и т. Д., Включаются в расчет первого.
Текущий анализ для сценария (b) рассматривается как статическая проблема, поскольку пожарная нагрузка не является кратковременной (единица времени — h).Результаты экспериментов показали, что огнестойкость изолированной стальной балки с простыми опорами на концах отличается от огнестойкости балки, удерживаемой окружающими конструкциями. Одна из основных причин этой разницы — это влияние цепной связи. Текущие исследования лучей под воздействием огня также сдвинулись в этом направлении (Bradford et al. 2008; Liu et al. 2002; Xi and Luan 2012; Yin and Wang 2005). Огнестойкость ограниченных стальных балок может быть проанализирована с использованием различных методов; затем можно определить предельную температуру конструкций.Однако традиционная концепция предельной температуры, которая определяется правилом, согласно которому изгибающий момент секции равен пластическому предельному моменту при соответствующей температуре, применяется только к чистым изгибаемым балкам в предположении бесконечно малого прогиба. Очевидно, это определение может быть неподходящим для больших отклоняющих балок, в которых изгибающие моменты и осевые силы способствуют условию текучести. Было продемонстрировано, что цепное действие улучшает огнестойкость удерживаемых балок (Liu et al.2002). Однако определение предельной температуры (или температуры разрушения) остается неясным. Хотя оба критерия ограничения температуры были предложены Xi и Luan (2012), необходимы дополнительные примеры для проверки их достоверности.
В сценарии (c) взрыв приводит к пожару. Поведение конструкции при пожаре близко к взрыву, и весь путь — от взрыва до пожара — можно рассматривать как динамическое поведение, поскольку оно имеет временные и инерционные эффекты. Соответствующие исследования по этой теме были опубликованы (Chen and Liew 2005; Song et al.2000; Иззуддин и др. 2000; Liew 2008; Лью и Чен 2004). Изучена реакция стальных конструкций на местный взрыв, за которым последовал пожар. Однако такие исследования остаются относительно редкими даже для одиночных стальных балок. Одновременно с этим необходима разработка новых методов решения этой проблемы из-за дефектов зависимости сетки в FEM.
Структурная реакция в сценарии (d) более сложна, чем в сценарии (c). Кроме того, возникает реакция связи между тепловыми и ударными эффектами, если температура конструкции изменяется в ходе взрыва или ударной нагрузки и фазы динамической реакции.Однако даже если температура не изменяется во время реакции на взрыв или удар и поведение сцепления не проявляется, динамический отклик во второй фазе все равно будет связан с деградацией материала и деформацией расширения, вызванной повышенной температурой во время первой фазы. . Кроме того, хотя на динамические свойства материала также влияет текущая температура, экспериментальные данные о взаимосвязи между этими двумя факторами по-прежнему отсутствуют, а соответствующая литература ограничена.В дополнение к недавно завершенному исследованию (Xi et al. 2014), не было найдено никаких работ о поведении структур в сценарии (d). Однако этот сценарий важен, потому что температура серьезно влияет на диаграмму давление-импульс, используемую при расчетах взрывостойкости конструкций (Krauthammer et al. 2008). Следовательно, еще предстоит провести значительные исследования в этой области.
Для конструкций, подверженных комбинированным нагрузкам взрыва и пожара, требуется унифицированная вычислительная модель для решения проблемы связи между статикой и динамикой.Таким образом можно точно предсказать поведение конструкций при пожаре и взрыве. Следовательно, в этом исследовании предлагается унифицированная вычислительная модель, в которой статическое и динамическое поведение закрепленных стальных балок при огневых, взрывных и ударных нагрузках может быть проанализировано более эффективно, а также могут быть обсуждены эффекты взаимодействия между двумя типами нагрузки.
Вычислительная модель, предложенная в этом исследовании, основана на принципе минимума ускорения в динамике упруго-пластических сплошных сред при конечной деформации (Lee and Ni 1973).Статический анализ выполняется путем исключения инерционных эффектов динамической модели, и, таким образом, влияние цепной связи стальных балок точно предсказывается. Кроме того, с помощью этой динамической вычислительной модели обсуждаются реакция и предельная температура стальных балок, подвергшихся взрыву или ударной нагрузке с последующим возгоранием. Также подробно сравнивается влияние статической нагрузки и отношения интенсивности взрыва на критическую температуру. Наконец, эта модель разработана и может использоваться для моделирования поведения стальных балок при пожаре, который следует за взрывом или ударной нагрузкой.Обсуждается влияние температуры на диаграмму давление-импульс и исследуется существование предела взрывной нагрузки.
Вычислительная модель
Чтобы исследовать эффекты деформации теплового расширения и моделировать ограничивающее действие, прикладываемое окружающими конструкциями, рассматривается шарнирно-шарнирная стальная балка с постоянным поперечным сечением и пролетом L . Балка подвергается огню и сосредоточенной нагрузке в середине ее пролета. Основные допущения, сделанные в этой модели, такие же, как у Xi and Luan (2012), Xi et al.(2014).
Под воздействием огня и ударных нагрузок стальные балки легко подвергаются пластической деформации, которая возникает в результате снижения их прочности и жесткости при повышенных температурах. Таким образом, нельзя пренебрегать большими эффектами отклонения, потому что цепная связь оказывает значительное влияние на поведение луча под огнем (Yin and Wang 2005).
Принцип минимума ускорения в динамике упруго-пластических сплошных сред при конечной деформации (Ли и Ни, 1973) может быть использован для вывода основных уравнений и простого и непосредственного решения для элемента конструкции.Фактически, используются выражения геометрического поля смещения, основанные на конечной деформации, и, таким образом, большие эффекты отклонения включаются в уравнения движения. Этот принцип идеально подходит для описания упруго-пластического поведения конструкций при экстремальных нагрузках. В настоящее время этот принцип используется для построения вычислительной модели стальных балок при огневых и ударных нагрузках.
Принцип минимального ускорения определяется по формуле:
J = ∫V0SijE¨ijdV0 + 12∫V0ρU¨kU¨kdV0-∫ATTkU¨kdA-∫V0ρFkU¨kdV0,
1
, в котором S i j , E i j ( i , j = 1, 2, 3) — тензор напряжений Кирхгофа и тензор лагранжевых деформаций соответственно; U k ( k = 1, 2, 3) — составляющая вектора смещения; T k , F k — составляющие поверхностной силы и объемной силы соответственно; ρ — начальная массовая плотность; A T , V 0 — это начальная поверхность границы силы и объем тела, соответственно, как определено в Lee and Ni (1973).
Предположим, что u ( x , T , t ) и w ( x , T , t ) представляют собой осевые и поперечные смещения точки на центральной оси балки соответственно при температуре Т . Смещения в любой точке балки равны
Ux (x, z, T, t) = u-zw, xUy (x, z, T, t) = 0Uz (x, z, T, t) = w,
2
, где w , x = ∂ w / ∂ x .Деформация Грина и ее ускорение могут быть выражены как
E11 = u, x-zw, xx + 12 (u, x-zw, xx) 2 + 12 (w, x) 2E¨11 = u¨, x-zw ¨, xx + (u¨, x-zw¨, xx) (u, x-zw, xx) + w¨, xw, x + (u˙, x-zw˙, xx) 2+ (w˙, x) 2 ,
3
, где E 11 — полная осевая деформация, обозначенная как ε ниже. Он состоит из двух частей:
, где ε σ и ε T = α ( T -20) — деформация, связанная с напряжением, и термическая деформация, соответственно.
Для случая без основной силы предположим, что p ( t ) — величина нагрузки на единицу осевой длины. Подставляя уравнения. (2) и (3) в уравнение. (1) функционал Ли J представляется следующим образом:
J = ∫0Lm02 (u¨2 + w¨2) 2 + Iy2 (w¨, x) 2] dx + ∫0L∫Aσ [(u¨, x-zw¨, xx) (1 + u, x-zw, xx) + w¨, xw, x + (u˙, x-zw˙, xx) 2+ (w˙, x) 2] dAdx-pw, xu¨-h3w¨, x + 1 + u, x-h3w, xxw¨,
5
где м 0 = ρ A , I y = ∫ A ρ z 2 d A .Осевая сила, изгибающий момент и момент второго порядка напряжения поперечного сечения соответственно определяются следующим образом:
N x = ∫ A σ d A , M x = — A σ z d A , L x = ∫ A σ z 2 d A .
6
Уравнения (5) и (6) можно заменить их дискретной формой. Дискретная форма уравнений движения шарнирно-шарнирной балки может быть получена следующим образом:
u¨i = 12m0Δx [(1 + Ai + 1) (Nx) i + 1- (1 + Ai-1) (Nx) i-1 + (Mx) i + 1Bi + 1- (Mx) i-1Bi-1] [1 + Iy2m0 (Δx) 2] w¨i-Iy4m0 (Δx) 2 (w¨i-2 + w¨i +2) = 12m0Δx {Bi + 1 (Nx) i + 1-Bi-1 (Nx) i-1-2Δx [(1 + Ai + 1) (Mx) i + 1-2 (1 + Ai) (Mx ) i + (1 + Ai-1) (Mx) i-1 + Ci + 1 (Lx) i + 1-2Ci (Lx) i + Ci-1 (Lx) i-1]} + pm0 (i = 2, …, N-1)
7
где
A1 = 4u2-u32Δx, An = -4un-1 + un-22Δx, Ai = ui + 1-ui-12ΔxB1 = 4w2-w32Δx, Bn = -4wn- 1 + wn-22Δx, Bi = wi + 1-wi-12Δx (i = 2,…, n-1) C1 = -5w2 + 4w3-w4 (Δx) 2, Cn = -5wn-1 + 4wn-2- wn-3 (Δx) 2, Ci = wi + 1-2wi + wi-1 (Δx) 2.
8
Предыдущее уравнение движения также можно применить к случаю сосредоточенных нагрузок, но только с помощью функции Дирака (Yang and Xi 2003). Поперечная сила веса может быть приложена к балке как нагрузка p ( t ).
Дискретная форма деформации напряжением при температуре T :
ε σ ( i , j ) = A i — j Δ z C i + ½ ( B i ) 2 — ε T ( i , j ).
9
Уравнение Каупера – Саймондса (Cowper and Symonds 1957), которое связано со скоростью деформации, принято для стальной балки, как показано в следующем уравнении, поскольку материал чувствителен к скорости деформации:
σT = σsT [1+ (Tε˙pσ / DT)] qT, σT≥σsT,
10
где σsT — начальный предел текучести при температуре T ; Tε˙pσ — скорость пластической деформации, связанной с напряжением при температуре T ; и D T и q T — константы, относящиеся к скорости деформации и температуре соответственно.Однако для пожарных нагрузок влияние скорости деформации можно игнорировать, поскольку ее можно рассматривать как статическое течение.
Для зависимости напряжения от деформации принята модель упруго-идеальной пластичности, показанная на рис. 1, и предполагается, что изменение температуры на каждом временном шаге не влияет на пластическую деформацию (Franssen 1990).
Взаимосвязь напряжение-деформация
Дискретные формы взаимосвязи между приращением деформации и приращением напряжения следующие:
ΔσT = ETΔεσ, -σsT≤σT≤σsT, или разгрузка ΔσT = σsT [1+ (Δε˙pσDT)] qT , σT> σsT, и нагрузка,
11
где Δ ε σ и Δε˙pσ — приращение деформации, связанное с напряжением, и скорость приращения связанной с напряжением пластической деформации, соответственно, при температуре T .
Для соотношений между E T и E , а также σsT и σ s Еврокод 3 предоставляет следующие коэффициенты в виде таблицы для обычных конструкционных сталей (Еврокод 2001): как показано в таблице.
Таблица 1
Коэффициенты сохранения прочности и жесткости материала
T (° C) | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 600 | 900 | 1000 | 1100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E T / E | 1.0 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,31 | 0,13 | 0,09 | 0,0675 | 0,045 | 0,0225 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,78 | 0,47 | 0,23 | 0,11 | 0,06 | 0,04 | 0,02 | 907 900 907 900 907 907 , ui = 0, u˙i = 0, wi = 0, w˙i = 0, (i = 1,…, n).
η = 0,5 | Tcr1 (° С) | Tcr2 (° C) | |||
---|---|---|---|---|---|
η e = 1 | η e = 1 | η e = 2 | η e = 3 | ||
Сценарий (c) | 514 | 782 | 735 | 460 | |
Сценарий (d) | 498 | 66441 | 907 907 907 907 907 907 907 907, кривые остаточного прогиба в середине пролета в зависимости от ELR показаны для случаев η = 0,5 и различных температур. Очевидно, что смещение не увеличивается резко по мере увеличения ELR, что может быть связано со скоростью деформации и инерцией, препятствующими возникновению явления, аналогичного статическому случаю. Таким образом, соответствующие динамические предельные нагрузки не определены. Следовательно, взрывобезопасная нагрузка также не будет существовать в этом случае, если не рассматривать разрушение материалов.Увеличение | Вес по сравнению с по сравнению с W16 x 31 | |
W16 x 31 | 301 | — | — | ||
W16 x 45 | 586 | W16 x 67 | 954 | 3,16 | 2,16 |
Из приведенной выше таблицы вы можете видеть, что переход от W16 x 31 к W16 x 45 удваивает жесткость, увеличивая вес только на 45%.Переход на W16 x 67 удваивает вес и втрое увеличивает жесткость.
Если ваша широкополочная балка воспринимает нагрузки на слабую ось, подумайте о том, чтобы загнать боковые стороны внутрь. Вообще говоря, для того, чтобы иметь большое влияние, пластины не нужно сильно думать.
Увеличить модуль упругости
Увеличить модуль упругости в большинстве случаев сложно. Практически единственный способ увеличить это — сменить материал. Если вы уже используете сталь, вы находитесь на вершине пищевой цепочки; больше нет места для улучшения.
В области пластмасс и других металлов гораздо больше возможностей. Часто переход со стандартного пластика на армированный волокном пластик, стекловолокно или углеродное волокно является хорошим шагом.
Ниже приведен список обычных предметов и их модуль упругости, отсортированный от наивысшего к наименьшему. Если вам нужно свести к минимуму прогиб, выберите материал выше в этом списке.
Материал | Модуль упругости (тыс. Фунтов / кв. Дюйм) | Материал | Модуль упругости (тыс. Фунтов / кв. Монель | 48000 | Золото | 10733 | |||
Инконель | 31000 | Алюминий | 10008 | ||||||
Сталь | 29000 | Сталь | — 916 916 916 916Стекло | 916 916 916Олово | 6817 | ||||
Никель | 25000 | Хром | 5221 | ||||||
Армированный углеродным волокном Пластик | 21756 | Бериллий Медь | 2611 | ||||||
Серый чугун | 18855 | Дерево (пихта Дугласа) | 1885 | ||||||
Древесина силикон ( | ) | ||||||||
Нейзильбер | 18500 | Древесноволокнистая плита средней плотности — МДФ | 580 | ||||||
Алюминиевая бронза | 17405 | Ацеталь | 406 | Ацеталь | 406 | 406 | Медь | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Фосфорная бронза | 16824 | ПВХ | 348-595 | ||||||
Титановый сплав | 16000 | Нейлон 6-6 | 290-580 | 290-580 | |||||
Бронза | 14504 | LDPE | 16 — 65 |
Добавить другие балки для распределения нагрузки
Добавление дополнительных балок для несения нагрузки может быть эффективным способом минимизировать прогиб. 2 или psf), W — ширина конструкции, а n — количество балок.
Центральная балка отвечает за 18 ″ ширины груза, а концы принимают только 9 ″ нагрузки. Вот почему добавление еще одного луча таким образом контрпродуктивно.
Теперь, чтобы каждая балка несла равную часть нагрузки, нам нужно переместить внешние балки так, чтобы расстояние от центра внешних балок до конца было половиной расстояния между балками. На рисунке ниже показано правильное соотношение.
Равно нагруженные балкиЭто работает, потому что каждая секция балки отвечает за 6 дюймов нагрузки с каждой стороны.
В следующий раз, когда вы будете проезжать под бетонным мостом, посмотрите, как расположены балки.
Узнать больше
Лучшее руководство по определению прогиба в балках переменного сечения
Лучшее руководство по решению статически неопределимых балок
Как рассчитать данные о пучке, когда вашего дела нет в таблице
Вкратце
Есть много способов минимизировать прогиб балки. Рассмотрение нагрузок, опор, свойств сечения и материала позволит вам увидеть, какие варианты доступны для повышения жесткости вашей балки.
СвязанныеМаксимальное отклонение — обзор
3.2 Неупругое ультрафиолетовое рассеяние
Чтобы сделать возможными IUVS-эксперименты в мезоскопической кинематической области, должны быть выполнены строгие требования. В частности, необходимо иметь (i) энергию падающего фотона в диапазоне 5-11 эВ, (ii) поток падающих фотонов на образец, превышающий 10 11 фотонов / с, и (iii) разрешающую способность больше 10 5 .
Из-за необходимого высокого потока источник излучения для луча IUVS в ELETTRA (см. Рис. 1.4) должен давать не менее 10 15 фотонов / с / 0,1% ширины полосы в желаемом диапазоне энергий. Для этого требуется ондулятор максимальной длины, совместимой с доступной длиной прямых участков накопительного кольца (а именно 4,5 м). Это автоматически подразумевает очень высокую излучаемую мощность и плотность мощности, которые могут быть вредными для оптических элементов канала луча. По этой причине в качестве альтернативы стандартным устройствам с вертикальным полем было сконструировано экзотическое устройство ввода — ондулятор в форме восьмерки [22] [23].Основное преимущество — это значительно уменьшенная осевая плотность мощности, которая достигается без потери полезного потока фотонов.
Рисунок 1.4. Принципиальная схема прибора, доступного на линии пучка IUVS на синхротроне Elettra в Триесте (http://www.elettra.trieste.it/elettra-beamlines/iuvs.html).
Использование ондулятора в форме восьмерки с периодом 32 мм и максимальными параметрами отклонения K x = 3,4 и K y = 9.4, на выходе из точечного отверстия размером 600 × 600 мрад 2 общая мощность синхротронного излучения снижается примерно до 20 Вт, в то время как первая гармоника обеспечивает 2 × 10 15 фотонов / с / 0,1% ширины полосы пропускания. Луч, выходящий из ондулятора, должен быть очищен от гармоник высокого порядка, и по этой причине были использованы три отражения, что также позволило передать излучение в каскад монохроматора. В частности, луч падает на покрытое золотом зеркало GLIDCOP с внутренним водяным охлаждением, которое отклоняет фотоны в вертикальной плоскости на угол 6 °.Второе силиконовое зеркало с внешним водяным охлаждением используется для возврата луча параллельно полу и фильтрации высокоэнергетических гармоник.
Затем пучок фокусируется сферическим кремниевым зеркалом на входные щели монохроматора с уменьшением M = 20: 1 и углом падения 85 °. Это позволяет вырезать все гармоники с энергией фотонов выше 20 эВ. При размере источника примерно 1 × 1 мм 2 на входе монохроматора получается пятно размером 50 × 200 мкм 2 (по вертикали астигматизм увеличивает фокус).Для монохроматора была выбрана оптическая конструкция монохроматора нормального падения (NIM) Черни – Тернера [24]. Эта конструкция основана на входной щели, сферическом зеркале, которое коллимирует и направляет пучок на решетку эшелле-плоскости, и втором сферическом зеркале, которое собирает дифрагированный пучок и фокусирует его на выходной щели. Относительное энергетическое разрешение, предполагая, что собственный вклад решетки пренебрежимо мал, определяется формулой (Δ E / E ) = δ cot φ /2 F , где δ — прорезь, F — фокусное расстояние сферического зеркала, а φ — угол блеска.Используя δ = 50 мкм, F = 8 м и φ = 70 °, мы получаем относительное разрешение 1,1 × 10 — 6 .
Мы решили создать монохроматор с фокусным расстоянием 8 м, чтобы добиться наилучшего компромисса между требуемой разрешающей способностью и механической осуществимостью. Используемая решетка имеет 52 линии / мм и работает при угле светового потока 69 ° (Δ E / E = 1,2 × 10 — 6 ). На выходе из монохроматора луч падает на сферическое зеркало, которое фокусирует излучение на образце в пятно размером примерно 30 × 100 мкм 2 .Второе сферическое зеркало используется для сбора рассеянного от образца излучения и направления его на входную щель блока анализатора. Анализатор выполнен в том же дизайне, что и NIM. Сканирование энергии может быть выполнено путем вращения дифракционной решетки и сбора количества фотонов, рассеянных с заданной энергией. Вся оптика после блоков тепловой нагрузки была покрыта алюминием с защитным покрытием MgF 2 , обеспечивающим очень хорошую отражательную способность до 11 эВ. Фотоны могут быть обнаружены фотоумножителем или, если охватываемый диапазон энергий относительно невелик (<0.1 мэВ) можно использовать позиционно-чувствительный детектор. Квантовая эффективность коммерческих детекторов для падающих энергий в диапазоне 5–11 эВ превышает 10%. Передаваемый импульс можно изменять, изменяя угол рассеяния, θ , согласно формуле. (1.24). Энергетическое разрешение прибора было измерено путем сбора данных об интенсивности изотропного рассеяния на высокошероховатой медной поверхности, наклоненной относительно луча примерно на 40 °. Измерения энергетического разрешения, полученные на 7.Энергия падающего фотона 5 эВ и отверстие 50 мкм для щелей монохроматора и анализатора дали общее относительное энергетическое разрешение 2,4 × 10 — 6 , что указывает на то, что полученные характеристики очень близки к теоретическому ожиданию 1,7 × 10 — 6 , полученный сверткой энергетического разрешения анализатора и монохроматора.