Klasifikácia vonkajších zaťažení pôsobiacich na konštrukčné prvky.
Všeobecná klasifikácia konštrukčných prvkov.
Technické objekty a konštrukcie pozostávajú zo samostatných častí a prvkov, ktoré sa líšia veľká rozmanitosť v tvare, veľkosti, iných parametroch a vlastnostiach. Z hľadiska inžinierskych výpočtov je obvyklé rozlišovať štyri hlavné skupiny konštrukčných prvkov: tyče, dosky, škrupiny, polia.
tyče- ide o rovné alebo zakrivené konštrukčné prvky, v ktorých jeden rozmer (dĺžka) výrazne prevyšuje ostatné dva rozmery (v priestorovom ortogonálnom súradnicovom systéme), pozri obrázok 20. Príklady konštrukčných prvkov, ako sú tyče: nohy stoličky alebo stola, stĺp stavebnej konštrukcie, zdvíhací lanový vozík, radiaca páka automobilu a pod.
Z Zakrivená lišta
rovná tyč
Obrázok 20. Schémy konštrukčných prvkov typu tyčí
t (hrúbka plechu)
Obrázok 21. Schéma konštrukčného prvku doskového typu
Obrázok 22. Schéma konštrukčného prvku škrupinového typu (valcový)
Ryža. 23. Schéma konštrukčného prvku typu pole
taniere- sú to ploché konštrukčné prvky, v ktorých je jedna veľkosť (hrúbka) oveľa menšia ako ostatné dve. Príklady tanierov: stolová doska; steny a stropy budov atď., pozri obrázok 21, z ktorého je vidieť, že hrúbka dosky je oveľa menšia ako dva jej rozmery v pôdoryse.
Mušle- ide o nerovinné tenkostenné konštrukčné prvky, u ktorých je jeden rozmer (hrúbka steny) oveľa menší ako ostatné rozmery. Príklady plášťov: potrubia na prepravu kvapalných a plynných produktov (valcové plášte); cylindrické, guľovité alebo kombinované nádoby na kvapaliny; kónické násypky na sypké materiály; nerovinné povlaky rôznych štruktúr atď., pozri obrázok 22, ktorý znázorňuje valcový plášť (tenkostenná valcová rúra), v ktorom je hrúbka steny oveľa menšia ako jej priemer a dĺžka.
Polia- ide o konštrukčné prvky, v ktorých sú všetky tri rozmery porovnateľné. Príklady polí: základové bloky obrábacích strojov, strojov a stavebných konštrukcií; masívne mostné podpery a pod., pozri obrázok 23.
V kurzoch „Inžinierska mechanika“ a „Sila materiálov“ sa najväčšia pozornosť venuje základnému štúdiu konštrukčných prvkov, akými sú tyče. Dosky, škrupiny a polia sa študujú v pokročilých kurzoch "Sila materiálov" av špeciálnych kurzoch.
Koncentrované sily sú sily pôsobiace na konštrukčný prvok v mieste jeho povrchu, ktorých rozmery v porovnaní s rozmermi celej plochy konštrukčného prvku možno zanedbať. Koncentrované sily sú spravidla výsledkom pôsobenia na dané teleso (konštrukčný prvok) iného telesa (najmä iného konštrukčného prvku). V mnohých prakticky dôležitých prípadoch koncentrované
sily možno považovať za aplikované na konštrukčný prvok v bode bez viditeľného poškodenia presnosti inžinierskych výpočtov. Jednotky merania sústredených síl N (Newton), kN (kilonewton) atď.
Sily tela sú sily pôsobiace na celý objem konštrukčného prvku, napríklad rozložené gravitačné sily. Jednotky merania rozložených síl telesa N / m 3, kN / m 3 atď. Celková tiaž (N, kN) akéhokoľvek konštrukčného prvku sa často vo výpočtoch berie do úvahy ako sústredená sila pôsobiaca v bode nazývanom jeho stred gravitácie.
Rozložené sily (zaťaženia)- sú to sily pôsobiace na časť plochy (alebo dĺžky) deformovateľného telesa, úmerné rozmerom celého telesa. Existujú povrchovo rozložené sily (zaťaženia), ktorých jednotkami sú N/m2, kN/m2 atď. (napríklad distribuované snehové zaťaženie na krytinách budov), ako aj lineárne rozložené zaťaženia (po dĺžke konštrukčných prvkov), ktorých jednotkami sú N/m, kN/m atď. (napríklad rozložené tlakové sily dosiek podoprených na nosníkoch stavebných konštrukcií).
Statické sily (zaťaženia)- sú to sily (zaťaženia), ktoré počas prevádzky konštrukcie nemenia (alebo nepodstatne nemenia) svoju hodnotu, polohu a smer pôsobenia.
Dynamické sily (zaťaženia)- sú to sily (zaťaženia), ktoré v krátkych časových úsekoch výrazne menia svoju hodnotu, polohu a/alebo smer a spôsobujú štrukturálne vibrácie.
Menovité zaťaženie- toto sú zvyčajne maximálne zaťaženia, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky konštrukcie.
1) Čo sa študuje v kurze "Sila materiálov"? Aký je jeho význam pre vysoko kvalifikovaných technických odborníkov?
2) Čo sú vonkajšie zaťaženia a vnútorné sily?
3) Vysvetlite pojmy deformácia, pevnosť, tuhosť a stabilita.
4) Vysvetlite pojmy homogenita, spojitosť, izotropia a anizotropia.
5) Uveďte klasifikáciu konštrukčných prvkov.
6) Uveďte klasifikáciu vonkajších zaťažení pôsobiacich na konštrukčné prvky.
1. Aleksandrov A.V. atď. Odolnosť materiálov. Učebnica pre vysoké školy - M .: Vyššie. škola, 2001. - 560 s. (str. 5 ... 20).
2. Stepin P.A. Pevnosť materiálov. - M .: Vyššie. škola, 1983. - 303 s. (str. 5 ... 20).
3. Príručka o sile materiálov / Pisarenko G.S. atď. - Kyjev: Naukova Dumka, 1988. - 737s. (s. 5…9).
Kontrolné úlohy pre SIW- pomocou náučnej literatúry rozšíriť informácie o nasledujúcich problémoch:
1) Čo sú elastické sily?
2) čo je podstatou princípu absencie počiatočného vnútorného úsilia v tele (, s. 9-10)?
3) aké sú princípy schematizácie vonkajších zaťažení pôsobiacich na konštrukčné prvky používané v inžinierskych výpočtoch (, s. 8-11)?
4) vysvetliť princíp nezávislosti pôsobenia síl (, s. 18-20; , s. 10)?
5) vysvetliť princíp Saint-Venant (, s. 10-11);
6) aký je rozdiel medzi deformáciou a premiestnením (, s. 17-18; , s. 13-14)?;
7) všeobecný koncept metódy sekcií (, s. 13-16; , s. 14-17);
8) všeobecná koncepcia napätí v deformovateľnom telese, označenie normálových a šmykových napätí (, s. 13-15;, s. 17-20).
9) klasifikácia vonkajších zaťažení pôsobiacich na konštrukčné prvky (pozri článok 5.3).
Prednáška 6. Téma 6. "Centrálny ťah-stlačenie rovných tuhých tyčí"
Účel prednášky- uviesť úvodné ustanovenia k téme, podstatu a aplikáciu metódy rezov na určenie vnútorných síl v prútoch pri stredovom ťahu-tlaku; dať počiatočné koncepty diagramov vnútorných síl.
1.2. Klasifikácia vonkajších síl a konštrukčných prvkov
Vonkajšie sily pôsobiace na konštrukčné prvky, "ako je známe z predmetu teoretickej mechaniky, sa delia na aktívne a reaktívne (reakcie väzieb). Aktívne vonkajšie sily sa bežne nazývajú. Pôvod a charakter zaťaženia sú určené účelom, v dôsledku čoho sa zaťažia pôsobením vonkajších síl. prevádzkové podmienky a konštrukčné vlastnosti uvažovaného element. Napríklad pre hnací hriadeľ znázornený na obr. 1.8, zaťaženia sú sily pôsobiace na zuby kolesa a napätie vetiev remeňa, ako aj gravitácia samotného hriadeľa a častí na ňom namontovaných (ozubené koleso a kladka).
Pre priehradové tyče mostového žeriavu (obr. 1.9) sú hlavnými zaťaženiami gravitačné sily zdvíhaného bremena a vozíka; gravitácia farmy je menej dôležitá.
Hlavnou záťažou bubna parného kotla je tlak pary v ňom.
Ak sa uvažovaný konštrukčný prvok pohybuje zrýchlením, potom počet zaťažení, ktoré naň pôsobia, zahŕňa aj zotrvačné sily.
Gravitačné sily tejto časti konštrukcie a zotrvačné sily vznikajúce pri jej zrýchlenom pohybe sú objemný syalamv, t.j. pôsobia na každý nekonečne malý objemový prvok. Zaťaženia prenášané z jedného konštrukčného prvku na druhý sa označujú ako povrchové sily.
Povrchové spánky sa delia na sústredené na rozložené. Zároveň by sa malo pamätať na to, že koncentrované sily samozrejme neexistujú - to je abstrakcia zavedená pre pohodlie technických výpočtov. Sila sa považuje za koncentrovanú, ak je prenášaná na časť pozdĺž plochy, ktorej rozmery sú zanedbateľne malé v porovnaní s rozmermi samotného konštrukčného prvku. Napríklad tlakovú silu kolesa vozňa na koľajnicu možno považovať za koncentrovanú, pretože hoci koleso a koľajnica sú v mieste dotyku deformované, rozmery plochy vyplývajúcej z tejto deformácie sú zanedbateľné v porovnaní s rozmermi oboch. koľajnica a koleso.
Zaťaženia rozložené po určitom povrchu sa vyznačujú tlak, t.j. pomer sily pôsobiacej na povrchový prvok normálne k nemu k ploche daného prvku, a preto sú vyjadrené v pascaloch (1 Pa \u003d \u003d 1 N / m ~) , MPa atď.
V mnohých prípadoch sa musíme vysporiadať so zaťažením rozloženým po dĺžke konštrukčného prvku. môžeme napríklad hovoriť o gravitačnej sile na jednotku dĺžky lúča a ak prierez lúča nie je konštantný, tak sila tiaže na jednotku jeho dĺžky bude premenlivá.
Zaťaženie rozložené po dĺžke sa vyznačuje intenzita, zvyčajne sa označuje q a vyjadruje sa v jednotkách sily vzťahujúcich sa na jednotky dĺžky: N / m, kN / m atď.
Podľa povahy zmeny v priebehu času existujú: statické zaťaženie, zvyšovanie pomaly a plynulo z nuly na konečnú hodnotu; po jeho dosiahnutí sa v budúcnosti nezmenia. Príkladom sú odstredivé sily počas periódy zrýchlenia a následné rovnomerné otáčanie rotora;
znovu nabije, opakovane sa meniaci v čase podľa toho či onoho zákona. Príkladom takéhoto zaťaženia sú sily pôsobiace na zuby ozubených kolies;
krátkodobé zaťaženie aplikované na konštrukciu okamžite alebo dokonca s počiatočnou rýchlosťou v momente kontaktu (tieto zaťaženia sa často označujú ako dynamický alebo perkusie). Príkladom rázu je napríklad zaťaženie častí parného buchara pri kovaní.
Otázka väzieb a ich reakcií sa dostatočne podrobne zaoberá v kurze teoretickej mechaniky. Tu sa obmedzíme na pripomenutie najbežnejších typov spojení.
Kĺbová podpera(jednoducho pripojená podpera) je schematicky znázornená, ako je znázornené na obr. 1.10, a. Reakcia takejto opory je vždy kolmá na nosnú plochu.
Sklopná pevná podpera(dvojito spojená podpera) je schematicky znázornená na obr. 1.10b. Reakcia sklopnej podpery prechádza. stred pántu a jeho smer závisí od pôsobiacich aktívnych síl. Namiesto hľadania číselnej hodnoty a smeru tejto reakcie je vhodnejšie hľadať jej dve zložky oddelene.
V tesnej krabici(trojčlenná podpora), vzniká reaktívna dvojica síl (moment) a reaktívna sila; druhý je vhodnejší znázorniť vo forme jeho dvoch komponentov (obr. 1.11).
Ak je spojením tyč so závesmi na koncoch (obr. 1.12), potom je reakcia nasmerovaná pozdĺž svojej osi, to znamená, že samotná tyč pracuje v ťahu alebo tlaku.
Tvary konštrukčných prvkov sú mimoriadne rozmanité, ale s väčšou alebo menšou mierou presnosti možno každý z nich vo výpočtoch považovať buď za nosník, alebo ako plášť alebo dosku, alebo ako pole.
V pevnosti materiálov študujú najmä metódy výpočtu pevnosti, tuhosti a stability tyče, teda telesa, ktorého dva rozmery sú malé v porovnaní s tretím (dĺžka). Predstavte si rovinnú postavu, ktorá sa pohybuje pozdĺž určitej priamky tak, že ťažisko postavy je na tejto priamke a rovina postavy je na ňu kolmá. Telo získané v dôsledku takéhoto pohybu je lúč (obr. 1.13).
Plochá figúrka, ktorej pohybom vzniká lúč, je jej prierez, a čiara, po ktorej sa pohybovalo jej ťažisko, bola osou tyče.
Os lúča je miestom ťažísk jeho prierezov. V závislosti od tvaru osi lúča a toho, ako sa jeho prierez mení (alebo zostáva konštantný), existujú rovné a zakrivené tyče s konštantným, plynule alebo stupňovito sa meniacim prierezom (obr. 1.14). Ako niektoré príklady častí vypočítaných ako rovné tyče je možné uviesť hnací hriadeľ (pozri obr. 1.8), ľubovoľnú z tyčí nosníka mostového žeriavu (pozri obr. 1.9); hák tohto žeriavu sa počíta ako zakrivený nosník.
Doska a škrupina(obr. 1.15) sa vyznačujú tým, že ich hrúbka je v porovnaní s inými rozmermi malá. Dosku možno považovať za špeciálny prípad škrupiny, takpovediac „narovnanú“ škrupinu. Príkladmi častí, ktoré sa považujú za škrupiny a platne, sú rôzne nádrže na kvapaliny a plyny, povrchové prvky trupov lodí, ponorky a trupy lietadiel.
pole nazýva sa teleso, ktorého všetky tri rozmery sú veličinami rovnakého rádu, napríklad základ pre auto, guľa alebo valček valivého ložiska.
S technikou medzné stavy všetky zaťaženia sú klasifikované podľa pravdepodobnosti ich vplyvu na normatívne a vypočítané.
Na základe vplyvu zaťaženia sa delia na trvalé a dočasné. Posledne uvedené môžu byť dlhodobé a krátkodobé účinky.
Okrem toho existujú záťaže, ktoré sú priradené ku kategórii špeciálne záťaže a dopady.
Trvalé zaťaženie- vlastná hmotnosť nosných a obvodových konštrukcií, tlak zeminy, predpätie.
Dočasné nepretržité zaťaženie- hmotnosť stacionárneho technologické vybavenie, hmotnosť skladovaných materiálov v skladoch, tlak plynov, kvapalín a sypkých materiálov v kontajneroch a pod.
Krátkodobé zaťaženia- normatívne zaťaženie od snehu, vetra, mobilnej manipulačnej techniky, masy ľudí, zvierat a pod.
Špeciálne zaťaženie– seizmické nárazy, výbušné nárazy. Zaťaženia vznikajúce pri inštalácii konštrukcií. Zaťaženia spojené s poruchou technologických zariadení, vplyvy spojené s deformáciami podkladu v dôsledku zmien v štruktúre pôdy (prepadové pôdy, sadanie pôdy v krasových oblastiach a nad podzemnými dielami).
Niekedy sa vyskytuje výraz „užitočné zaťaženie“. Užitočné nazývané bremená, ktorých vnímanie je neoddeliteľnou súčasťou konštrukcií, napríklad hmotnosť ľudí na moste pre chodcov. Sú dočasné aj trvalé, napríklad hmotnosť monumentálnej výstavnej konštrukcie je pre podstavec stálou záťažou. Pre základ predstavuje hmotnosť všetkých nadložných konštrukcií aj užitočné zaťaženie.
Pri pôsobení viacerých druhov zaťažení na konštrukciu sa sily v nej určia ako pri najnepriaznivejších kombináciách pomocou kombinačných koeficientov.
V SNiP 2.01.07-85 „Zaťaženia a vplyvy“ sú:
základné kombinácie, pozostávajúce z trvalých a dočasných zaťažení;
špeciálne kombinácie pozostávajúce z trvalého, dočasného a jedného zo špeciálnych zaťažení.
Pri hlavnej kombinácii vrátane jedného dočasného zaťaženia sa koeficient kombinácie . Pri väčšom počte živých zaťažení sa tieto vynásobia koeficientom kombinácie.
V špeciálnych kombináciách sa živé zaťaženia berú do úvahy s kombinačným súčiniteľom a špeciálne zaťaženia - so súčiniteľom . Vo všetkých typoch kombinácií má konštantné zaťaženie koeficient.
zaťažené prvky
Účtovanie komplexného napäťového stavu vo výpočte kovové konštrukcie je vyrobená prostredníctvom návrhovej odolnosti, ktorá je stanovená na základe skúšok kovových vzoriek pri jednoosovom zaťažení. V reálnych konštrukciách je však materiál spravidla v komplexnom viaczložkovom stave napätia. V tomto ohľade je potrebné stanoviť pravidlo pre ekvivalenciu komplexného napätého stavu s jednoosovým.
Ako kritérium ekvivalencie sa zvykne používať potenciálna energia akumulovaná v materiáli pri jeho deformácii vonkajšími vplyvmi.
Pre pohodlie analýzy môže byť deformačná energia reprezentovaná ako súčet práce na zmene objemu A o a zmene tvaru telesa A f. Prvý nepresahuje 13 % plná práca pri elastickej deformácii a závisí od stredného normálového napätia.
1 - 2υ
A o \u003d ---------- (Ơ Χ + Ơ Y + Ơ Ζ) 2(2.3.)
Druhá práca súvisí so zmenami v materiáli:
A f = -------[(Ơ Χ 2 +Ơ Υ 2 + Ơ z 2 -(Ơ x Ơ y +Ơ y Ơ z +Ơ z Ơ x) + 3 (τ xy 2 +τ yz 2 + τ zx 2)] (2.4.)
Je známe, že deštrukcia kryštálovej štruktúry stavebných ocelí a hliníkových zliatin je spojená so šmykovými javmi v materiáli (pohyb dislokácií a pod.).
Práca zmeny tvaru (2.4.) je invariantná, preto v jednoosovom napätí Ơ = Ơ máme A 1 = [(1 + ) / 3E ] Ơ 2
Prirovnaním tejto hodnoty k výrazu (2.4) a extrakciou druhej odmocniny dostaneme:
Ơ pr \u003d \u003d Ơ(2.5)
Tento vzťah stanovuje energetickú ekvivalenciu komplexného napäťového stavu s jednoosovým. Výraz na pravej strane sa niekedy nazýva znížené napätie Ơ pr, znamená redukciu do nejakého stavu s jednoosovým napätím Ơ .
Ak je maximálne dovolené napätie v kove (návrhová odolnosť) nastavené podľa medze klzu štandardnej vzorky Ơ T, potom výraz (2.5) nadobúda tvar Ơ pr = Ơ T a predstavuje podmienku plasticity v komplexnom stave napätia, t.j. podmienka prechodu materiálu z elastického stavu do plastického.
V stenách I-nosníkov v blízkosti aplikácie priečneho zaťaženia
Ơ x 0. Ơ y 0 . τ xy 0. ostatné zložky napätia možno zanedbať. Potom nadobudne tvar podmienka plasticity
Ơ pr = = Ơ T (2.6)
V miestach vzdialených od miesta pôsobenia zaťaženia možno zanedbať aj lokálne namáhanie y = 0, potom je podmienka plasticity ešte zjednodušená: Ơ pr = = Ơ T .
Len s jednoduchým šmykom všetkých zložiek napätia
τ xy 0. Potom Ơ pr = = Ơ T. Odtiaľ
τ xy = Ơ T / = 0,58 Ơ T (2.7)
V súlade s týmto výrazom sa v SNiP akceptuje pomer medzi konštrukčným odporom v šmyku a ťahu,
kde je návrhová odolnosť proti šmyku; - medza klzu.
Správanie sa pri zaťažení centrálne napínaného prvku a centrálne stlačeného prvku za predpokladu, že je zabezpečená jeho stabilita, plne zodpovedá práci materiálu pri jednoduchom ťahu-stlačení (obr. 1.1, Obr. b).
Predpokladá sa, že napätia v priereze týchto prvkov sú rozložené rovnomerne. Na zabezpečenie únosnosti takýchto prvkov je potrebné, aby napätia od návrhových zaťažení v priereze s najmenšia plocha neprekročil vypočítaný odpor.
Potom bude nerovnosť prvého medzného stavu (2.2).
Kde - pozdĺžna sila v prvkoch; - čistá plocha prierez element; - konštrukčná odolnosť rovnajúca sa , ak prvok neumožňuje vznik plastických deformácií; ak sú prípustné plastické deformácie, potom sa rovná najväčšej z dvoch hodnôt a (tu sú vypočítané odpory materiálu z hľadiska medze klzu a pevnosti v ťahu); - koeficient spoľahlivosti pre materiál pri výpočte konštrukcie z hľadiska dočasnej odolnosti; - koeficient pracovných podmienok.
Overenie druhým medzným stavom je redukované na obmedzenie predĺženia (skracovania) tyče od štandardných zaťažení
N n l / (E A) ∆ (2.9)
kde je pozdĺžna sila v tyči zo štandardných zaťažení; - odhadovaná dĺžka tyče, ktorá sa rovná vzdialenosti medzi bodmi pôsobenia zaťaženia na tyč; - modul pružnosti; - hrubá plocha prierezu tyče; - hraničná hodnota predĺženia (skrátenia).
Rozhodnete sa, že si napríklad postavíte dom. Nezávisle, bez účasti architektov a dizajnérov. A v určitom okamihu, zvyčajne takmer okamžite, je potrebné vypočítať hmotnosť tohto domu. A tu začína séria otázok: aká je veľkosť zaťaženia snehom, aké zaťaženie by malo vydržať prekrytie, aký koeficient použiť pri výpočte drevené prvky. Pred uvedením konkrétnych údajov však musíte pochopiť, aký je vzťah medzi trvaním vplyvu zaťaženia a jeho veľkosťou.
Načítava všeobecný pohľad rozdelené na trvalé a dočasné. A dočasné zasa na dlhodobé, krátkodobé a okamžité. Nepripraveného čitateľa určite napadne otázka: aký je vlastne rozdiel v klasifikácii nákladu? Vezmite si napríklad zaťaženie medzipodlahy. SNiP predpísal štandardnú hodnotu 150 kgf za meter štvorcový. Pri pozornom prečítaní dokumentu je ľahké vidieť, že pri klasifikácii zaťaženia ako „krátkodobého“ sa používa 150 kgf / m² (plná štandardná hodnota), ale ak ho klasifikujeme ako „dlhodobé“, potom zaťaženie na podlahe sa už berie len 30 kgf / m²! Prečo sa to deje? Odpoveď leží v hĺbke teórie pravdepodobnosti, ale pre jednoduchosť vysvetlím na príklade. Predstavte si váhu všetkého, čo máte v miestnosti. Možno ste zberateľom liatinových poklopov zo studní, ale štatisticky, ak zoberiete do úvahy tisíce izieb rôznych ľudí, tak ľudia sú v priemere obmedzení na pol tony všemožných predmetov na izbu s rozlohou 17 m². Pol tony je na izbu málo! Ale vydelením zaťaženia plochou dostaneme iba 30 kg / m². Údaj je štatisticky potvrdený a zakotvený v SNiP. Teraz si predstavte, že vy (s hmotnosťou 80 kg) vojdete do miestnosti, sadnete si na stoličku (s hmotnosťou 20 kg) a vaša manželka (s hmotnosťou 50 kg) si sadne na vaše kolená. Ukazuje sa, že zaťaženie 150 kg pôsobí na dosť malej ploche. Samozrejme, vždy sa môžete pohybovať po byte v takomto tandeme alebo jednoducho vážiť všetkých 150 kg sami, ale nemôžete sedieť 10 rokov. To znamená, že záťaž týchto 150 kg vytvoríte zakaždým na inom mieste, pričom inde taká záťaž nie je. Tie. Z dlhodobého hľadiska neprekročíte priemer 500 kg na 17 m² alebo 30 kg/m², ale krátkodobo môžete vytvoriť záťaž 150 kg/m². A ak sa zaoberáte trampolínou s hmotnosťou 150 kg, potom to už bude „okamžité“ zaťaženie a jeho výpočet je založený na individuálne vlastnosti pretože na takéto prípady jednoducho neexistujú štatistiky.
Takže, keď je rozdiel medzi pojmami trochu vyriešený, teraz k otázke: aký je rozdiel pre nás ako dizajnérov? Ak budete na dosku s malou hmotou tlačiť celé desaťročia, stále sa prehne a ak stlačíte silnejšie a následne ju uvoľníte, doska sa vráti do pôvodného stavu. Práve tento efekt sa zohľadňuje priraďovaním tried zaťaženia pri výpočte pevnosti dreva.
Všetky informácie pre tento článok pochádzajú z SNiP 2.01.07-85 "Zaťaženia a nárazy". Pretože som zástancom drevená bytová výstavba, poukážem aj na osobitný prípad klasifikácie zaťaženia platný pre rok 2017 a spomeniem aj Eurokód EN 1991.
Klasifikácia zaťažení podľa SNiP 2.01.07-85
V závislosti od dĺžky pôsobenia záťaží je potrebné rozlišovať medzi stálymi a dočasnými záťažami.
Trvalé zaťaženie
hmotnosť častí konštrukcií vrátane hmotnosti nosných a obvodových stavebných konštrukcií;
hmotnosť a tlak zemín (násypy, zásypy), tlak hornín;
hydrostatický tlak;
predpínacie sily zostávajúce v konštrukcii alebo základoch by sa tiež mali brať do úvahy vo výpočtoch ako sily od stálych zaťažení.
Živé zaťaženie
Živé zaťaženie sa ďalej delí do troch tried:
1. Nepretržité zaťaženie
0,3 - pre III snehovú oblasť,
0,5 - pre IV región;
0,6 - pre okresy V a VI;
hmotnosť dočasných priečok, závaží a pätiek pre zariadenia;
hmotnosť stacionárnych zariadení: obrábacie stroje, prístroje, motory, nádrže, potrubia s armatúrami, ložiskami a izoláciou, pásové dopravníky, trvalé zdvíhacie stroje s lanami a vedeniami, ako aj hmotnosť kvapalín a pevných látok, ktoré plnia zariadenie;
tlak plynov, kvapalín a sypkých telies v kontajneroch a potrubiach, pretlak a riedenie vzduchu, ku ktorému dochádza pri vetraní baní;
zaťaženie podlahy zo skladovaného materiálu a regálového vybavenia v skladoch, chladničkách, sýpkach, skladoch kníh, archívoch a podobných priestoroch;
teplotné technologické vplyvy zo stacionárnych zariadení;
hmotnosť vodnej vrstvy na vodou naplnených rovných povrchoch;
hmotnosť nánosov priemyselného prachu, ak jeho hromadenie nie je vylúčené vhodnými opatreniami;
zaťaženie od ľudí so zníženými štandardnými hodnotami;
zaťaženie snehom so zníženou štandardnou hodnotou, ktorá sa určí vynásobením plnej štandardnej hodnoty faktorom:
teplotné klimatické vplyvy so zníženými štandardnými hodnotami;
vplyvy spôsobené deformáciami základne, ktoré nie sú sprevádzané zásadnou zmenou štruktúry pôdy, ako aj rozmrazovaním permafrostových pôd;
nárazy v dôsledku zmien vlhkosti, zmršťovania a dotvarovania materiálov.
2. Krátkodobé zaťaženia
zaťaženie zariadenia vznikajúce pri spúšťaní, prechodnom a testovacom režime, ako aj pri jeho prestavbe alebo výmene;
hmotnosť osôb, materiál na opravu v oblastiach údržby a opravy zariadení;
zaťaženie od ľudí, zvieratá, zariadenia na podlahy obytných, verejných a poľnohospodárskych budov s úplnými štandardnými hodnotami;
bremená z mobilnej manipulačnej techniky (vysokozdvižné vozíky, elektrické autá, stohovacie žeriavy, kladkostroje, ako aj z mostových a mostových žeriavov s plnou štandardnou hodnotou);
zaťaženie snehom s plnou štandardnou hodnotou;
teplotné klimatické účinky s plnou štandardnou hodnotou;
zaťaženie vetrom;
ľadové záťaže.
3. Špeciálne zaťaženie
seizmické vplyvy;
výbušné nárazy;
zaťaženia spôsobené náhlymi poruchami technologický postup, dočasná porucha alebo porucha zariadenia;
rázy spôsobené deformáciami podkladu, sprevádzané zásadnou zmenou štruktúry pôdy (pri podmáčaní klesajúcich pôd) alebo jej poklesom v priestoroch banských diel a v krase.
Vyššie uvedené normatívne zaťaženia sú uvedené v tabuľke:
Vo verzii tohto dokumentu aktualizovanej na rok 2011 sú znížené štandardné hodnoty rovnomerne rozloženého zaťaženia určené vynásobením ich úplných štandardných hodnôt koeficientom 0,35.
Takáto klasifikácia bola prijatá pomerne dlho a už sa zakorenila v mysliach „postsovietskeho inžiniera“. Postupne však po celej Európe prechádzame k takzvaným eurokódom.
Klasifikácia zaťaženia podľa Eurokódu EN 1991
Podľa Eurokódu je všetko trochu rozmanitejšie a komplikovanejšie. Všetky konštrukčné opatrenia by sa mali vykonať v súlade s príslušnými časťami EN 1991:
EN 1991-1-1Špecifická hmotnosť, trvalé a dočasné zaťaženia
EN 1991-1-3 Zaťaženie snehom
EN 1991-1-4 veterné efekty
EN 1991-1-5Účinky teploty
EN 1991-1-6 Výrobné vplyvy stavebné práce
EN 1991-1-7Špeciálne vplyvy
V súlade s EN 1990 TCP sa pri posudzovaní vplyvov uplatňuje nasledujúca klasifikácia:
trvalé účinky G. Napríklad vplyvy vlastnej hmotnosti, pevných zariadení, vnútorných priečok, povrchových úprav a nepriamych vplyvov v dôsledku zmršťovania a/alebo usadzovania;
vplyvové premenné Q. Napríklad aplikované užitočné zaťaženie, zaťaženie vetrom, snehom a teplotou;
špeciálne efekty A. Napríklad zaťaženie z výbuchov a nárazov.
Ak je všetko viac-menej jasné s konštantným nárazom (len vezmeme objem materiálu a vynásobíme ho priemernou hustotou tohto materiálu atď. pre každý materiál v konštrukcii domu), potom premenlivé vplyvy vyžadujú vysvetlenie. Nebudem uvažovať o špeciálnych dopadoch v kontexte súkromnej výstavby.
Veľkosť vplyvov je podľa Eurokódu charakterizovaná kategóriami využitia budov podľa tabuľky 6.1:
Napriek všetkým uvedeným informáciám Eurokód predpokladá použitie národných príloh vypracovaných pre každú časť Eurokódu jednotlivo v každej krajine pomocou tohto Eurokódu. Tieto aplikácie zohľadňujú rôzne klimatické, geologické, historické a iné vlastnosti každej krajiny, čo však umožňuje dodržiavať jednotné pravidlá a normy pri výpočte štruktúr. Existuje národná príloha k Eurokódu EN1991-1-1 a pokiaľ ide o hodnoty zaťaženia, úplne sa vzťahuje na SNiP 2.01.07-85, o ktorom sa hovorí v prvej časti tohto článku.
Klasifikácia zaťažení v návrhu drevené konštrukcie podľa Eurokódu EN1995-1-1
Pre rok 2017 má Bielorusko dokument založený na Eurokóde TCH EN 1995-1-1-2009 "Navrhovanie drevených konštrukcií". Keďže dokument odkazuje na Eurokódy, predchádzajúca klasifikácia podľa EN 1991 je plne aplikovateľná na drevené konštrukcie, má však dodatočné objasnenie. Takže pri výpočtoch pevnosti a vhodnosti použitia je nevyhnutné brať do úvahy trvanie zaťaženia a vplyv vlhkosti!
Triedy trvania zaťaženia sú charakterizované účinkom konštantného zaťaženia pôsobiaceho v určitom časovom období počas prevádzky konštrukcie. Pre premenlivé pôsobenie sa príslušná trieda určí na základe posúdenia interakcie medzi typickým kolísaním zaťaženia a časom.
Toto je všeobecná klasifikácia odporúčaná Eurokódom, ale štruktúra Eurokódov, ako som už spomenul, predpokladá použitie národných aplikácií vyvinutých v každej krajine individuálne a táto aplikácia je samozrejme dostupná aj pre Bielorusko. Mierne znižuje klasifikáciu trvania:
Táto klasifikácia dostatočne koreluje s klasifikáciou podľa SNiP 2.01.07-85.
Prečo toto všetko potrebujeme vedieť?
Vplyv na pevnosť dreva
V kontexte návrhu a výpočtu drevený dom a ktorýkoľvek z jeho prvkov má klasifikácia zaťažení spolu s triedou prevádzky dôležitosti a môže viac ako zdvojnásobiť (!) zmeniť vypočítanú silu dreva. Napríklad všetky vypočítané hodnoty pevnosti dreva sa okrem iných faktorov vynásobia takzvaným faktorom modifikácie kmod:
Ako je zrejmé z tabuľky, v závislosti od triedy trvania zaťaženia a prevádzkových podmienok je rovnaká doska triedy I schopná odolať zaťaženiu napríklad 16,8 MPa v tlaku pri krátkodobom vystavení vo vykurovanej miestnosti a iba 9,1 MPa s konštantným zaťažením v prevádzkových podmienkach piatej triedy.
Vplyv na pevnosť kompozitnej výstuže
Pri navrhovaní základov a železobetónových nosníkov sa niekedy používa kompozitná výstuž. A ak trvanie pôsobenia zaťaženia nemá významný vplyv na oceľovú výstuž, potom s kompozitnou výstužou je všetko veľmi odlišné. Koeficienty vplyvu trvania zaťaženia pre automatickú prevodovku sú uvedené v prílohe L k SP63,13330:
Vo vzorci na výpočet pevnosti v ťahu uvedenom v tabuľke vyššie je koeficient yf - to je koeficient spoľahlivosti pre materiál, ktorý sa berie pri výpočte pre medzné stavy druhej skupiny rovný 1 a pri výpočte pre prvú skupinu skupina - rovná 1,5. Napríklad v lúče vonku sila výstuž zo sklenených vlákien môže byť 800*0,7*1/1=560 MPa, ale pri trvalom zaťažení 800*0,7*0,3/1=168 MPa.
Vplyv na veľkosť rozloženého zaťaženia
Podľa SNiP 2.01.07-85 sú záťaže od ľudí, zvierat, zariadení na podlahách obytných, verejných a poľnohospodárskych budov akceptované so zníženou štandardnou hodnotou, ak tieto záťaže klasifikujeme ako dlhodobé. Ak ich klasifikujeme ako krátkodobé, potom akceptujeme úplné štandardné hodnoty zaťaženia. Takéto rozdiely sú tvorené teóriou pravdepodobnosti a matematicky vypočítané, ale v Kódexe postupov sú prezentované vo forme hotových odpovedí a odporúčaní. Rovnaký vplyv klasifikácie existuje na zaťaženie snehom, ale zaťaženie snehom zvážim v inom článku.
Čo treba počítať?
Klasifikáciou zaťažení sme sa už trochu zaoberali a pochopili sme, že zaťaženia podláh a zaťaženia snehom súvisia so živým zaťažením, no zároveň sa môžu týkať dlhodobého aj krátkodobého. Navyše sa ich hodnota môže výrazne líšiť v závislosti od toho, do ktorej triedy ich zaradíme. Je možné, že v takej dôležitej otázke závisí rozhodnutie od našej túžby? Samozrejme, že nie!
V EN 1995-1-1-2009 "Navrhovanie drevených konštrukcií" TCP je nasledujúci predpis: ak kombinácia zaťaženia pozostáva zo zaťažení, ktoré patria do rôznych tried trvania zaťaženia, potom hodnota modifikačných faktorov, ktorá zodpovedá pôsobeniu musí sa uplatniť kratšia doba trvania, napríklad pri kombinácii vlastnej hmotnosti a krátkodobého zaťaženia sa použije hodnota koeficientu zodpovedajúca krátkodobému zaťaženiu.
V SP 22.13330.2011 „Základy budov a stavieb“ je označenie nasledovné: zaťaženia podláh a snehové zaťaženia, ktoré podľa SP 20.13330 môžu byť dlhodobé aj krátkodobé, sa považujú za krátkodobé, keď výpočet základov na únosnosť a pri výpočte deformácií - zdĺhavé. Zaťaženia z mobilnej manipulačnej techniky sa v oboch prípadoch považujú za krátkodobé.
Konštantné zaťaženia.(q) Podľa dĺžky pôsobenia sa záťaž delí na trvalú a dočasnú. Konštantné zaťaženia sú hmotnosť nosných a obvodových konštrukcií budov a konštrukcií, hmotnosť a tlak zeminy, vplyv predpätia železobetónových konštrukcií.
dočasné zaťaženie. Nepretržité zaťaženie (P) . Patria sem: hmotnosť stacionárnych zariadení na podlahách - obrábacie stroje, prístroje, motory, nádrže atď.; tlak plynov, kvapalín, sypkých látok v nádobách; hmotnosť špecifického obsahu v skladoch, chladničkách, archívoch, knižniciach a podobných budovách a stavbách; časť živého zaťaženia stanoveného normami v obytné budovy v prevádzkových priestoroch a priestoroch pre domácnosť; dlhodobé teplotné technologické vplyvy zo stacionárnych zariadení; zaťaženie z jedného mostového alebo jedného mostového žeriavu, vynásobené koeficientmi: 0,5, 0,6 .. podľa typu žeriavu
Krátkodobé záťaže.(S) Patria sem: hmotnosť osôb, dielov, materiálov v priestoroch údržby a opráv zariadení – uličkách a iných priestoroch bez vybavenia; časť záťaže na podlahách bytových a verejné budovy; zaťaženie vznikajúce pri výrobe, preprave a inštalácii konštrukčných prvkov; zaťaženie z mostových a mostových žeriavov používaných pri výstavbe alebo prevádzke budov a stavieb; zaťaženie snehom a vetrom; teplotné klimatické vplyvy.
Špeciálne zaťaženie. Patria sem: seizmické a výbušné nárazy; zaťaženie spôsobené poruchou alebo poruchou zariadenia a prudkým porušením technologického procesu (napríklad s prudkým zvýšením alebo znížením teploty atď.); vplyv nerovnomerných deformácií podkladu sprevádzaný zásadnou zmenou štruktúry pôdy (napríklad deformácie klesajúcich pôd pri premáčaní alebo permafrostových pôd pri rozmrazovaní) atď.
Regulačné záťaže. Sú stanovené normami alebo nominálnymi hodnotami. Regulačné konštantné zaťaženia sa berú podľa návrhových hodnôt geometrických a konštrukčných parametrov a podľa priemerných hodnôt hustoty. Normatívne dočasné technologické a inštalačné zaťaženia sú nastavené podľa najvyšších hodnôt poskytovaných pre normálnu prevádzku; sneh a vietor - podľa priemeru ročných nepriaznivých hodnôt alebo podľa nepriaznivých hodnôt zodpovedajúcich určitej priemernej dobe ich opakovania.
Odhadované zaťaženie. Ich hodnoty pri výpočte pevnosti a stability konštrukcií sú určené vynásobením štandardného zaťaženia koeficientom bezpečnosti zaťaženia γf, zvyčajne väčší ako jeden.Faktor spoľahlivosti pri pôsobení hmotnosti betónových a železobetónových konštrukcií γ f-1>1. Koeficient spoľahlivosti pri pôsobení hmotnosti konštrukcií, ktorý sa používa pri výpočte stability polohy proti stúpaniu, prevráteniu a zosuvu, ako aj v iných prípadoch, keď úbytok hmotnosti zhoršuje pracovné podmienky konštrukcie, je prijali γ f = 0,9. Pri výpočte konštrukcií v štádiu výstavby sa vypočítané krátkodobé zaťaženia vynásobia koeficientom 0,8. Pri výpočte štruktúr pre deformácie a posuny (pre druhú skupinu medzných stavov) návrhové zaťaženia sa berú ako rovné štandardným hodnotám s koeficientom γt = 1.
kombinácia zaťažení. Konštrukcie musia byť navrhnuté pre rôzne kombinácie zaťažení alebo im zodpovedajúce sily, ak sa výpočet vykonáva podľa schémy nepružného stavu. V závislosti od zloženia uvažovaných zaťažení existujú: základné kombinácie vrátane trvalých, dlhodobých a krátkodobých záťaží alebo námahy z nich; špeciálne kombinácie, vrátane trvalého, dlhodobého, možného krátkodobého a jedného zo špeciálnych zaťažení alebo námahy z nich.
V hlavných kombináciách, berúc do úvahy aspoň dve dočasné zaťaženia, sa ich vypočítané hodnoty (alebo zodpovedajúce úsilie) vynásobia kombinovanými koeficientmi rovnými: pre dlhodobé zaťaženia f1 = 0,95; pre krátkodobé f2=0,9. Pri zohľadnení jedného dočasného zaťaženia f1=f2 = l. Normy umožňujú pri zohľadnení troch alebo viacerých krátkodobých zaťažení vynásobiť ich vypočítané hodnoty kombinovanými koeficientmi: f 2 \u003d l- pre prvé v poradí dôležitosti krátkodobého zaťaženia; f 2 = 0,8 - pre druhú; f2 = 0,6 - pre zvyšok.
V špeciálnych kombináciách pre dlhodobé zaťaženia f1 = 0,95, pre krátkodobé zaťaženia f 2 = 0,8, okrem prípadov uvedených v projektových normách pre budovy a konštrukcie v seizmických oblastiach.