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 podľa tvaru, veľkosti, iných parametrov a vlastností. Z hľadiska inžinierskych výpočtov je obvyklé rozlišovať štyri hlavné skupiny konštrukčných prvkov: tyče, dosky, škrupiny a polia.
Prúty– ide o rovné alebo zakrivené konštrukčné prvky, v ktorých jeden rozmer (dĺžka) výrazne prevyšuje dva iné rozmery (v priestorovom ortogonálnom súradnicovom systéme), pozri obrázok 20. Príklady konštrukčných prvkov, ako sú tyče: nohy stoličky alebo stola, stĺp stavebná konštrukcia, zdvíhacie lanové vozíky, radiaca páka prevodovky automobilu a pod.
Z Zahnutá tyč
Rovná tyč
Obrázok 20. Schémy konštrukčných prvkov tyčového typu
t (hrúbka plechu)
Obrázok 21. Schéma konštrukčného prvku typu dosky
Obrázok 22. Schéma konštrukčného prvku škrupinového typu (valcový)
Ryža. 23. Schéma konštrukčného prvku typu poľa
Dosky- ide o ploché konštrukčné prvky, v ktorých je jedna veľkosť (hrúbka) výrazne menšia ako ostatné dve. Príklady tanierov: stolová doska; steny a stropy budov atď., pozri obrázok 21, z ktorého je zrejmé, že hrúbka dosky je výrazne menšia ako jej dva rozmery v pôdoryse.
Mušle- ide o neploché tenkostenné konštrukčné prvky, u ktorých je jeden rozmer (hrúbka steny) podstatne menší ako ostatné rozmery. Príklady obalov: potrubia na prepravu kvapalných a plynných produktov (valcové obaly); cylindrické, guľovité alebo kombinované nádoby na kvapaliny; kónické zásobníky na sypké materiály; nerovné povlaky rôznych štruktúr atď., pozri obrázok 22, ktorý znázorňuje valcový plášť (tenkostenná valcová rúra), v ktorom je hrúbka steny výrazne menšia ako jej priemer a dĺžka.
Polia- ide o konštrukčné prvky, v ktorých sú všetky tri veľkosti porovnateľné. Príklady polí: základové bloky strojov, strojov a stavebné konštrukcie; masívne mostné podpery a pod., pozri obrázok 23.
Kurzy inžinierskej mechaniky a pevnosti materiálov zdôrazňujú základné štúdium konštrukčných prvkov, ako sú prvky. Dosky, škrupiny a polia sa študujú v pokročilých kurzoch pevnosti materiálov a špeciálnych kurzoch.
Koncentrované sily- sú to sily pôsobiace na konštrukčný prvok na jeho ploche, ktorých rozmery v porovnaní s rozmermi celej plochy konštrukčného prvku možno zanedbať. Koncentrované sily sú spravidla výsledkom vplyvu iného telesa (najmä iného konštrukčného prvku) na dané teleso (konštrukčný prvok). 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.
Objemové sily- sú to sily pôsobiace v celom objeme konštrukčného prvku, napríklad rozložené gravitačné sily. Jednotky merania rozložených objemových síl N/m 3, kN/m 3 atď. Celková tiažová sila (N, kN) konštrukčného prvku sa často vo výpočtoch bežne berie do úvahy ako sústredená sila pôsobiaca v bode tzv. jeho ťažisko.
Rozložené sily (zaťaženia)- sú to sily pôsobiace na časť plochy (alebo dĺžky) deformovateľného telesa, úmerné rozmerom celého telesa. Existujú povrchovo rozložené sily (zaťaženia), ktorých mernými jednotkami sú N/m 2, kN/m 2 atď. (napríklad distribuované snehové zaťaženie na krytinách budov), ako aj lineárne rozložené zaťaženia (po dĺžke konštrukčných prvkov), ktorých mernými 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 vibrácie konštrukcie.
Menovité zaťaženie– to sú bežné maximálne zaťaženia, ktoré vznikajú pri prevádzke 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. Alexandrov A.V. a iné Pevnosť 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 pevnosti materiálov/Pisarenko G.S. a iné - Kyjev: Naukova Dumka, 1988. - 737 s. (str. 5...9).
Testovacie úlohy pre SRS– 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 zásady pre schematizáciu 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 rezovej metódy (, s. 13-16; , s. 14-17);
8) všeobecná koncepcia napätí v deformovateľnom telese, označenie normálových a tangenciálnych napätí (, s. 13-15;, s. 17-20).
9) klasifikácia vonkajších zaťažení pôsobiacich na konštrukčné prvky (pozri článok 5.3).
Prednáška 6. Téma 6. „Centrálne napätie-stlačenie rovných tuhých tyčí“
Účel prednášky– načrtnúť úvodné ustanovenia k téme, podstate a aplikácii rezovej metódy na určenie vnútorných síl v prútoch pri stredovom ťahu-tlaku; poskytnúť počiatočné predstavy o diagramoch vnútorných síl.
1.2. Klasifikácia vonkajších síl a konštrukčných prvkov
Vonkajšie sily pôsobiace na konštrukčné prvky,“ ako je známe z kurzu teoretickej mechaniky, sa delia na aktívne a reaktívne (reakcie spojení). účel, prevádzkové podmienky a konštrukčné vlastnosti uvažovaného element. Napríklad pre hnací hriadeľ znázornený na obr. 1.8, zaťaženia sú sily pôsobiace na zuby ozubeného kolesa a napnutie vetiev remeňa, ako aj gravitačná sila samotného hriadeľa a častí na ňom namontovaných (ozubené koleso a remenica).
Pre priehradové tyče mostového žeriavu (obr. 1.9) sú hlavnými zaťaženiami gravitácia zdvíhaného bremena a vozík; Gravitačné sily krovu sú menej dôležité.
Hlavnou záťažou bubna parného kotla je tlak pary v ňom.
Ak sa príslušný konštrukčný prvok pohybuje zrýchlením, potom zaťaženie, ktoré naň pôsobí, zahŕňa aj zotrvačné sily.
Gravitačné sily danej časti konštrukcie a zotrvačné sily vznikajúce pri jej zrýchlenom pohybe sú objemové správy, to znamená, že pôsobia na každý nekonečne malý prvok objemu. Zaťaženia prenášané z jedného konštrukčného prvku na druhý sa klasifikujú ako povrchové sily.
Povrchové vrstvy sú rozdelené na koncentrované a distribuované. Malo by sa 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 cez plochu, ktorej rozmery sú zanedbateľné v porovnaní s rozmermi samotného konštrukčného prvku. Napríklad tlakovú silu kolesa automobilu na koľajnicu možno považovať za koncentrovanú, pretože hoci koleso a koľajnica v mieste dotyku sú 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, tj pomer sily pôsobiacej na povrchový prvok, ktorý je k nemu kolmý, k ploche tohto prvku, a teda vyjadrený v pascaloch (1 Pa = 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 dĺžky bude premenlivá.
Zaťaženie rozložené po dĺžke sa vyznačuje intenzita, zvyčajne sa označuje q a vyjadruje sa v jednotkách sily na jednotku dĺžky: N/m, kN/m atď.
Podľa povahy zmien v priebehu času sa rozlišujú: statické zaťaženie, zvyšovanie pomaly a plynulo z nuly na konečnú hodnotu; Po dosiahnutí sa v budúcnosti nezmenia. Príkladom sú odstredivé sily počas periódy zrýchlenia a počas následnej rovnomernej rotácie rotora;
opakované zaťaženie, v priebehu času sa mnohokrát menia podľa toho či onoho zákona. Príkladom takéhoto zaťaženia sú sily pôsobiace na zuby ozubených kolies;
krátkodobá záťaž, aplikované na konštrukciu okamžite alebo dokonca s počiatočnou rýchlosťou v momente kontaktu (tieto zaťaženia sa často nazývajú dynamický alebo bubny). Príkladom nárazu je napríklad zaťaženie častí parného buchara pri kovaní.
Problematika väzieb a ich reakcií je dostatočne podrobne prebratá v kurze teoretickej mechaniky. Tu sa obmedzíme len na pripomenutie najbežnejších typov spojení.
Artikulujúca podpora(jednoducho pripojená podpera) je schematicky znázornená, ako je znázornené na obr. 1.10, a. Reakcia takejto opory je vždy kolmá na nosnú plochu.
Kĺbovo-pevná podpora(dvojito pripojený nosič) je schematicky znázornený na obr. 1,10, b. Reakcia kĺbovo-pevnej podpery prechádza. stred závesu a jeho smer závisí od pôsobiacich aktívnych síl. Namiesto hľadania číselnej hodnoty a smeru tejto reakcie je pohodlnejšie hľadať oddelene jej dve zložky.
V tvrdom tesnení(trojčlenná podpera) vzniká reaktívna dvojica síl (moment) a reaktívna sila; vhodnejšie je znázorniť ten druhý 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 oblasti pevnosti materiálov študujú najmä metódy výpočtov pevnosti, tuhosti a stability nosníka, teda telesa, ktorého dva rozmery sú malé v porovnaní s tretím (dĺžka). Predstavme si plochú postavu, ktorá sa pohybuje po určitej priamke 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 priamka, po ktorej sa pohybovalo jeho ťažisko, je osou lúča.
Os lúča je geometrickým umiestnením ťažísk jeho prierezov. V závislosti od tvaru osi lúča a toho, ako sa jeho prierez mení (alebo zostáva konštantný), sa rozlišujú rovné a zakrivené nosníky s konštantným, plynule alebo stupňovito sa meniacim prierezom (obr. 1.14). Niektoré príklady častí vypočítaných ako priame nosníky zahŕňajú hnací hriadeľ (pozri obr. 1.8), ľubovoľnú výstužnú tyč 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 veľkosťami malá. Dosku možno považovať za špeciálny prípad škrupiny, takpovediac „narovnanú“ škrupinu. Príkladmi častí považovaných za škrupiny a dosky sú rôzne nádrže na kvapaliny a plyny, časti trupu lodí, ponoriek a trupy lietadiel.
Pole nazývame teleso, ktorého všetky tri rozmery sú veličinami rovnakého rádu, napríklad základ pre auto, guľu alebo valček valivého ložiska.
Pri technike medzného stavu sa všetky zaťaženia klasifikujú v závislosti od pravdepodobnosti ich vplyvu na regulácia a výpočet.
Na základe vplyvu zaťaženia sa delia na trvalé a dočasné. Ten môže mať dlhodobé alebo krátkodobé účinky.
Okrem toho existujú záťaže, ktoré sú klasifikované ako špeciálne záťaže a dopady.
Konštantné zaťaženia– vlastná hmotnosť nosných a obvodových konštrukcií, tlak zeminy, predpätie.
Dočasné dlhodobé zaťaženie– hmotnosť stacionárneho technologické vybavenie, hmotnosť skladovaných materiálov v skladoch, tlak plynov, kvapalín a sypkých materiálov v kontajneroch a pod.
Krátkodobé zaťaženia– štandardné zaťaženie snehom, vetrom, pohyblivými zdvíhacími a prepravnými zariadeniami, hmotnosťou ľudí, zvierat atď.
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 pôd v krasových oblastiach a nad podzemnými dielami).
Niekedy sa používa výraz „užitočné zaťaženie“. Užitočné sa nazývajú bremená, ktorých vnímanie tvorí celý účel konštrukcií, napríklad hmotnosť ľudí na moste pre chodcov. Môžu byť dočasné aj trvalé, napríklad hmotnosť monumentálnej výstavnej konštrukcie je stálym zaťažením podstavca. Pre základ predstavuje hmotnosť všetkých nadložných konštrukcií aj užitočné zaťaženie.
Pri pôsobení viacerých druhov zaťažení na konštrukciu sa sily v nej určujú ako v najnepriaznivejších kombináciách pomocou kombinačných koeficientov.
SNiP 2.01.07-85 „Zaťaženia a nárazy“ rozlišuje:
základné kombinácie, pozostávajúce z trvalých a dočasných zaťažení;
špeciálne kombinácie, pozostávajúce z trvalého, dočasného a jedného zo špeciálnych zaťažení.
Pre hlavnú kombináciu, ktorá zahŕňa jedno dočasné zaťaženie, je koeficient kombinácie . Pri väčšom počte dočasných zaťažení sa tieto vynásobia kombinovaným súčiniteľom.
V špeciálnych kombináciách sa živé zaťaženia berú do úvahy s koeficientom kombinácie a špeciálne zaťaženie - s koeficientom. Vo všetkých typoch kombinácií má konštantné zaťaženie koeficient.
zaťažené prvky
Zohľadnenie komplexných stavov napätia vo výpočtoch kovové konštrukcie sa vykonáva pomocou vypočítaného odporu, ktorý je stanovený na základe testovania 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.
Je zvyčajné používať ako kritérium ekvivalencie potenciálna energia, nahromadené v materiáli pri jeho deformácii vonkajšími vplyvmi.
Pre uľahčenie analýzy môže byť deformačná energia vyjadrená 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 priemerného normálového napätia.
1 - 2υ
A o = ----------(Ơ Χ + Ơ У + 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 kryštalickej 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 odmocninou dostaneme:
Ơ pr = =Ơ(2.5)
Tento vzťah stanovuje energetickú ekvivalenciu komplexného napätého 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 ƠT, potom výraz (2.5) nadobúda tvar Ơ pr = Ơ T a predstavuje podmienku plasticity pri komplexnom napätí, t.j. podmienka prechodu materiálu z elastického stavu do plastického.
V stenách I-nosníkov v blízkosti aplikácie bočného zaťaženia
Ơ x 0. Ơ y 0 . τ xy 0. zostávajúce zložky napätia možno zanedbať. Potom nadobudne tvar podmienka plasticity
Ơ pr = = Ơ T (2.6)
V bodoch vzdialených od miesta pôsobenia zaťaženia možno zanedbať aj lokálne napätie Ơy = 0, potom sa podmienka plasticity ďalej zjednoduší: Ơ pr = = Ơ T .
S jednoduchým strihom, len 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 SNiP prijal vzťah medzi vypočítanou pevnosťou v šmyku a pevnosťou v ťahu,
kde je návrhová odolnosť proti šmyku; - medza klzu.
Správanie sa pri zaťažení centrálne napínaného prvku a centrálne stlačeného prvku, ak 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. Pre zabezpečenie únosnosti takýchto prvkov je potrebné, aby napätia od návrhových zaťažení v úseku s. najmenšia plocha neprekročila konštrukčnú odolnosť.
Potom bude nerovnosť prvého medzného stavu (2.2).
Kde - pozdĺžna sila v prvkoch; - čistá plocha prierez element; - návrhová odolnosť rovnajúca sa , ak nie je povolený vznik plastických deformácií v prvku; ak sú prípustné plastické deformácie, potom sa rovná väčšej z dvoch hodnôt a (tu sú vypočítané odpory materiálu z hľadiska medze klzu a pevnosti v ťahu); - koeficient spoľahlivosti pre materiál pri výpočte konštrukcie na základe dočasnej odolnosti; - koeficient pracovných podmienok.
Kontrola druhého medzného stavu sa obmedzuje na obmedzenie predĺženia (skracovania) tyče zo štandardných zaťažení
N n l / (E A) ∆ (2.9)
kde je pozdĺžna sila v tyči v dôsledku štandardných zaťažení; - konštrukčná dĺžka tyče, ktorá sa rovná vzdialenosti medzi bodmi pôsobenia zaťaženia na tyč; - modul pružnosti; - hrubá plocha prierezu tyče; - maximálna hodnota predĺženia (skrátenia).
Napríklad ste sa rozhodli postaviť si dom pre seba. 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 mal strop vydržať, aký koeficient použiť pri výpočte drevené prvky. Pred uvedením konkrétnych čísel však musíte pochopiť, aký je vzťah medzi trvaním zaťaženia a jeho veľkosťou.
Načítava všeobecný pohľad sa delia na trvalé a dočasné. A dočasné zase na dlhodobé, krátkodobé a okamžité. Nepripraveného čitateľa určite napadne otázka: aký je vlastne rozdiel, ako klasifikovať záťaž? Vezmime si napríklad zaťaženie medzipodlahového stropu. SNiP uvádza štandardnú hodnotu 150 kgf za meter štvorcový. Pri pozornom prečítaní dokumentu je ľahké si všimnúť, že pri klasifikácii zaťaženia ako „krátkodobého“ sa používa 150 kgf/m² (plná štandardná hodnota), ale ak ho klasifikujeme ako „dlhodobé“, potom zaťaženie na podlahe je už len 30 kgf/m²! Prečo sa to deje? Odpoveď leží v hĺbke teórie pravdepodobnosti, ale pre jednoduchosť vysvetlím na príklade. Predstavte si váhu všetkého vo vašej izbe. Môžete byť zberateľom liatinových poklopov na studne, ale štatisticky, ak sa pozriete na tisíce rôznych miestností, ľudia sa v priemere obmedzia na pol tony všetkých druhov predmetov na izbu s rozlohou 17 m². Pol tony je na izbu málo! Ale ak vydelíme zaťaženie plochou, dostaneme len 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 koleno. 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 na inom mieste takáto 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 skáčete na trampolíne s hmotnosťou 150 kg, bude to už „okamžité“ zaťaženie a jeho výpočet sa vykonáva na základe individuálnych charakteristík, pretože na takéto prípady jednoducho neexistujú štatistiky.
Takže sme trochu vyriešili rozdiel medzi pojmami, teraz k otázke: aký je rozdiel pre nás ako dizajnérov? Ak na dosku s malou hmotou vyvíjate tlak po celé desaťročia, prehne sa, no 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 stavba dreveného domu, poukážem aj na špeciálny prípad klasifikácie zaťaženia podľa aktuálneho pre rok 2017 a spomeniem aj Eurokód EN 1991.
Klasifikácia zaťažení podľa SNiP 2.01.07-85
Podľa dĺžky trvania záťaže treba rozlišovať medzi stálou a dočasnou záťažou.
Konštantné zaťaženia
hmotnosť častí konštrukcií vrátane hmotnosti nosných a obvodových stavebných konštrukcií;
hmotnosť a tlak zemín (násypy, zásypy), tlak hornín;
hydrostatický tlak;
Sily z predpätia, ktoré zostávajú v konštrukcii alebo základoch, by sa tiež mali brať do úvahy vo výpočtoch ako sily z trvalého zaťaženia.
Živé zaťaženie
Živé zaťaženie sa ďalej delí do troch tried:
1. Dlhodobé zaťaženia
0,3 - pre III snehovú oblasť,
0,5 - pre okres IV;
0,6 - pre regióny V a VI;
hmotnosť dočasných priečok, škár a pätiek pre zariadenia;
hmotnosť stacionárnych zariadení: stroje, prístroje, motory, kontajnery, potrubia s armatúrami, nosnými časťami a izoláciou, pásové dopravníky, trvalé zdvíhacie stroje s lanami a vedeniami, ako aj hmotnosť kvapalín a pevných látok napĺňajúcich zariadenie;
tlak plynov, kvapalín a zrnitých telies v kontajneroch a potrubiach, nadmerný tlak a riedenie vzduchu, ku ktorému dochádza pri vetraní baní;
zaťaženie podláh od skladovaných materiálov a regálového vybavenia v skladoch, chladničkách, sýpkach, depozitároch 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 akumulácia nie je vylúčená vhodnými opatreniami;
zaťaženie od ľudí so zníženými štandardnými hodnotami;
zaťaženie snehom so zníženou normovou hodnotou, ktorá sa určí vynásobením plnej normovej hodnoty koeficientom:
teplotné klimatické vplyvy so zníženými normovými hodnotami;
vplyvy spôsobené deformáciami základne, ktoré nie sú sprevádzané zásadnou zmenou štruktúry pôdy, ako aj rozmrazovaním permafrostových pôd;
nárazy spôsobené zmenami vlhkosti, zmršťovaním a dotvarovaním materiálov.
2. Krátkodobé zaťaženia
zaťaženie zo zariadenia, ktoré sa vyskytuje počas spúšťania, prechodu a skúšobných režimov, ako aj počas jeho prestavby alebo výmeny;
hmotnosť ľudí, materiály 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 mobilných zdvíhacích a prepravných zariadení (vysokozdvižné vozíky, elektrické vozidlá, stohovacie žeriavy, kladkostroje, ako aj z mostových a mostových žeriavov s úplnými normovými hodnotami);
zaťaženie snehom s plnou štandardnou hodnotou;
teplotné klimatické vplyvy s plnou normou;
zaťaženie vetrom;
ľadové záťaže.
3. Špeciálne zaťaženie
seizmické vplyvy;
výbušné účinky;
zaťaženia spôsobené náhlymi poruchami technologický postup, dočasná porucha alebo porucha zariadenia;
rázy spôsobené deformáciami podkladu, sprevádzané radikálnou zmenou štruktúry pôdy (pri podmáčaní poklesových pôd) alebo jej poklesom v banských oblastiach a krasových územiach.
Vyššie uvedené štandardné 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.
Táto klasifikácia je akceptovaná pomerne dlho a už sa zakorenila v povedomí „postsovietskeho inžiniera“. Postupne však po zvyšku Európy prechádzame na takzvané eurokódy.
Klasifikácia zaťaženia podľa Eurokódu EN 1991
Podľa Eurokódu je všetko trochu pestrejšie a zložitejšie. 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 Vplyvy vetra
EN 1991-1-5 Teplotné vplyvy
EN 1991-1-6 Expozície počas výroby práca na stavbe
EN 1991-1-7Špeciálne vplyvy
V súlade s TCP EN 1990 sa pri posudzovaní vplyvov používa nasledujúca klasifikácia:
trvalé vplyvy G. Napríklad účinky vlastnej hmotnosti, pevných zariadení, vnútorných priečok, dokončovania a nepriamych účinkov v dôsledku zmršťovania a/alebo sadania;
vplyvové premenné Q. Napríklad aplikované užitočné zaťaženie, zaťaženie vetrom, snehom a teplotou;
špeciálne efekty A. Napríklad zaťaženie z výbuchov a nárazov.
Ak je pri neustálom vplyve všetko viac-menej jasné (jednoducho vezmeme objem materiálu a vynásobíme ho priemernou hustotou tohto materiálu atď. pre každý materiál v štruktúre domu), potom si premenlivé vplyvy vyžadujú vysvetlenie. Nebudem uvažovať o špeciálnych dopadoch v kontexte súkromnej výstavby.
Veľkosť vplyvov je podľa Eurokódu charakterizovaná kategóriami použitia konštrukcie podľa tabuľky 6.1:
Napriek všetkým poskytnutým informáciám Eurokód predpokladá použitie národných príloh vypracovaných pre každú časť Eurokódu jednotlivo v každej krajine pomocou tohto Eurokódu. Tieto aplikácie berú do úvahy rôzne klimatické, geologické, historické a iné charakteristiky každej krajiny, čo však umožňuje dodržiavať jednotné pravidlá a normy v štrukturálnych výpočtoch. Existuje národná príloha k Eurokódu EN1991-1-1 a pokiaľ ide o hodnoty zaťaženia, plne odkazuje na SNiP 2.01.07-85, o ktorom sa hovorí v prvej časti tohto článku.
Klasifikácia zaťažení pri projektovaní drevené konštrukcie podľa Eurokódu EN1995-1-1
Od roku 2017 je v Bielorusku v platnosti dokument založený na Eurokóde TKP EN 1995-1-1-2009 "Navrhovanie drevostavieb". Keďže dokument odkazuje na Eurokódy, predchádzajúca klasifikácia podľa EN 1991 je plne aplikovateľná na drevené konštrukcie, má však dodatočné objasnenie. Pri výpočte pevnosti a vhodnosti použitia je teda potrebné brať do úvahy trvanie zaťaženia a vplyv vlhkosti!
Triedy trvania zaťaženia sú charakterizované vplyvom konštantného zaťaženia pôsobiaceho počas určitého časového obdobia počas prevádzky konštrukcie. Pre premenlivú expozíciu sa príslušná trieda určí na základe posúdenia interakcie medzi typickými zmenami zaťaženia a časom.
Toto je všeobecná klasifikácia odporúčaná Eurokódom, ale štruktúra Eurokódov, ako som už spomenul, predpokladá použitie národných príloh, vypracovaných individuálne v každej krajine, a samozrejme, táto príloha je dostupná aj pre Bielorusko. Mierne skracuje 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 záťaží spolu s triedou prevádzky dôležité a môže viac ako zdvojnásobiť (!) zmeniť konštrukčnú pevnosť dreva. Napríklad všetky vypočítané hodnoty pevnosti dreva sa okrem iných koeficientov vynásobia takzvaným modifikačným koeficientom kmod:
Ako je zrejmé z tabuľky, v závislosti od triedy trvania zaťaženia a prevádzkových podmienok je tá istá doska triedy I schopná odolať zaťaženiu, napríklad kompresnému zaťaženiu 16,8 MPa pri krátkodobom vystavení vo vykurovanej miestnosti a len 9,1 MPa pri stálom zaťažení v prevádzkových podmienkach piatej triedy.
Vplyv na pevnosť kompozitnej výstuže
Pri navrhovaní základov a železobetónových nosníkov sa niekedy používajú kompozitná výstuž. A ak trvanie zaťaženia nemá významný vplyv na oceľovú výstuž, potom s kompozitnou výstužou je všetko veľmi odlišné. Koeficienty vplyvu trvania zaťaženia pre automatické prevodovky 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 rovná 1 pri výpočte podľa medzných stavov druhej skupiny a rovný 1,5 pri výpočte podľa do prvej skupiny. Napríklad v nosníku pod šírym nebom môže byť pevnosť sklolaminátovej výstuže 800 * 0,7 * 1/1 = 560 MPa, ale pri dlhodobom 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 plné štandardné hodnoty zaťaženia. Takéto rozdiely sú tvorené teóriou pravdepodobnosti a vypočítané matematicky, ale v Kódexe pravidiel sú prezentované vo forme hotových odpovedí a odporúčaní. Klasifikácia má rovnaký vplyv na zaťaženie snehom, ale zaťaženie snehom zvážim v inom článku.
Čo treba počítať?
O klasifikácii zaťaženia sme už trochu prišli a uvedomili sme si, že zaťaženie podláh a snehové zaťaženie sú dočasné zaťaženia, ale možno ich klasifikovať aj ako dlhodobé alebo krátkodobé. Navyše sa ich veľkosť môže výrazne líšiť v závislosti od toho, do ktorej triedy ich zaradíme. Je naozaj možné, že v takej dôležitej otázke závisí rozhodnutie od našej túžby? Samozrejme, že nie!
TCP EN 1995-1-1-2009 "Navrhovanie drevených konštrukcií" má nasledujúcu požiadavku: ak kombinácia zaťaženia pozostáva zo zaťažení, ktoré patria do rôznych tried trvania zaťaženia, potom sa musí použiť hodnota modifikačných faktorov, ktorá zodpovedá pri pôsobení kratšieho 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 možno podľa SP 20.13330 klasifikovať ako dlhodobé aj krátkodobé, sa pri výpočte považujú za krátkodobé. základy na základe únosnosti a pri výpočte na základe deformácií - dlhotrvajúce. Zaťaženia od pohyblivých zdvíhacích a prepravných zariadení sa v oboch prípadoch považujú za krátkodobé.
Konštantné zaťaženia.(q) Podľa dĺžky pôsobenia sa záťaže delia na trvalé a dočasné. Konštantné zaťaženia sú hmotnosť nosných a uzatváracích konštrukcií budov a stavieb, hmotnosť a tlak zemín, vplyv predpínania železobetónových konštrukcií.
Dočasné zaťaženie. Dlhodobé zaťaženie (P) . Patria sem: hmotnosť stacionárnych zariadení na podlahách - stroje, prístroje, motory, kontajnery atď.; tlak plynov, kvapalín, zrnitých telies v nádobách; hmotnosť špecifického obsahu v skladoch, chladničkách, archívoch, knižniciach a podobných budovách a stavbách; časť živej záťaže stanovená normami v obytné budovy, v kancelárskych a domácich priestoroch; dlhodobé teplotné technologické vplyvy zo stacionárnych zariadení; zaťaženie z jedného závesného alebo jedného mostového žeriavu, násobené 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; teplota klimatické vplyvy.
Špeciálne zaťaženie. Patria sem: seizmické a výbušné účinky; zaťaženie spôsobené poruchou alebo poruchou zariadenia a náhlym narušením technologického procesu (napríklad prudké zvýšenie alebo zníženie teploty atď.); účinky nerovnomerných deformácií podkladu sprevádzané radikálnou zmenou štruktúry pôdy (napríklad deformácia poklesnutých pôd pri premáčaní alebo permafrostových pôd pri rozmrazovaní) atď.
Štandardné zaťaženie. Sú stanovené normami alebo nominálnymi hodnotami. Štandardné trvalé zaťaženia sa berú na základe návrhových hodnôt geometrických a konštrukčných parametrov a priemerných hodnôt hustoty. Štandardné dočasné technologické a inštalačné zaťaženia sú stanovené podľa najvyšších hodnôt poskytovaných pre bežnú prevádzku; sneh a vietor - podľa priemeru ročných nepriaznivých hodnôt alebo podľa nepriaznivých hodnôt zodpovedajúcich určitej priemernej dobe ich opakovaní.
Návrhové zaťaženia. Ich hodnoty pri výpočte pevnosti a stability konštrukcií sú určené vynásobením štandardného zaťaženia koeficientom bezpečnosti zaťaženia γf, zvyčajne väčší ako jednota.Súčiniteľ spoľahlivosti pri pôsobení hmotnosti betónových a železobetónových konštrukcií γ f-1>1. Akceptuje sa koeficient spoľahlivosti pod vplyvom hmotnosti konštrukcií, ktorý sa používa pri výpočte stability polohy proti plávaniu, prevráteniu a posúvaniu, ako aj v iných prípadoch, keď pokles hmotnosti zhoršuje prevádzkové podmienky konštrukcie. γ f = 0,9. Pri výpočte konštrukcií v štádiu výstavby sa vypočítané krátkodobé zaťaženia vynásobia koeficientom 0,8. Pri výpočte konštrukcií na základe deformácií a posunov (podľa druhej skupiny medzných stavov) návrhové zaťaženia sa berú ako rovné štandardným hodnotám s koeficientom γt = 1.
Kombinácia zaťažení. Konštrukcie musia byť navrhnuté pre rôzne kombinácie zaťaženia alebo im zodpovedajúce sily, ak sa výpočet vykonáva podľa schémy nepružného stavu. V závislosti od zloženia zaťaženia, ktoré sa berie do úvahy, sa rozlišujú: základné kombinácie, vrátane stálych, dlhodobých a krátkodobých zaťažení alebo síl z nich; špeciálne kombinácie, vrátane konštantných, dlhodobých, možných krátkodobých a jedného zo špeciálnych zaťažení alebo úsilia z nich.
V hlavných kombináciách sa pri zohľadnení aspoň dvoch dočasných zaťažení ich vypočítané hodnoty (alebo zodpovedajúce úsilie) vynásobia kombinačnými koeficientmi rovnými: pre dlhodobé zaťaženia f1 = 0,95; pre krátkodobé f2=0,9. Pri zohľadnení jedného dočasného zaťaženia je f1 = f2 = l. Pri zohľadnení troch a viacerých krátkodobých zaťažení normy umožňujú ich vypočítané hodnoty vynásobiť kombinačnými koeficientmi: f 2 =l- pre prvé najdôležitejšie krátkodobé zaťaženie; 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.