Как рассчитать металлоконструкции на прочность?

02.04.2018

Проектировщик в процессе проектирования ищет не только оптимальные варианты металлоконструкций, но еще формирует проектную документацию и предугадывает работу металлоконструкций в разных условиях эксплуатации. Особого внимания заслуживает вопрос, как рассчитать металлоконструкции на прочность, чтобы при строгом обосновании размеров и габаритов, они отвечали заданным условиям эксплуатации на всем сроке службы.

  • Основная производственная задача состоит в выпуске качественной продукции. Как рассчитать металлоконструкции на прочность и долговечность при минимальных производственных затратах? Под производственными затратами подразумевается совокупность материальных и трудовых ресурсов.

Часто в техническом задании (ТЗ) заказчика отображаются такие условия эксплуатации, которые противоречат привычной расчетной модели, построенной на типовых расчетах. Например, минимальный расход металла и надежность, которые определяются специалистом в процессе поиска оптимального конструктивного решения, в реальности трудносопоставимые величины. Как рассчитать металлоконструкции на прочность с учетом изменчивости внешних воздействий, разброса прочностных характеристик стали и особенностей работы металлоконструкций в конкретных условиях?

Приняв внешние воздействия в самом широком смысле, включая природные, механические, технологические и даже экстремальные, можно провести расчет любых металлических и строительных конструкций, используя «СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия».

Говоря о нагрузках недостаточно учитывать только факторы внешний воздействий. В проектируемых металлоконструкциях также учитываются граничные условия, контакт, трение, закрепление. Эти показатели необходимо грамотно ввести в программу, чтобы получить правильный результат. Расчетная модель металлоконструкций изображается в 3D программе вместе с используемыми формулами расчета. Построение расчетной модели и является расчетом металлических конструкций на прочность.

Обычно, металлоконструкции рассчитываются на силовые и другие воздействия, определяющие их напряжение и деформацию по предельным состояниям с учетом работы в упругой зоне. Если речь идет о металлоконструкциях, эксплуатирующихся в особых условиях, как рассчитать металлоконструкции на прочность?

Прежде всего определим, какие состояния называются предельными. В предельном состоянии любые металлоконструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ. В расчетах на действие статических и динамических нагрузок и воздействий в течение заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:

  • I группы — по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций — это общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения, разрушение любого характера, переход конструкции в изменяемую систему, качественное изменение конфигурации, состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений, или чрезмерного раскрытия трещин.
  • II группы — по затруднению нормальной эксплуатации сооружений, к которым относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию (эксплуатацию без ограничений и без внеочередного ремонта) или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. д.).

Как рассчитать металлоконструкции на прочность при нарушении нормальной эксплуатации? В случае производится расчет усиления конструкции. Поскольку расчетная схема состоит из формул, то для I группы предельных состояниях по несущей способности она будет записываться в общем виде: N < S, где N — усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции, а S — предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент. Усилие N зависит от расчетных нагрузок F, представляющих собой возможные наибольшие или наиболее часто повторяющиеся нагрузки.

  • Во II группе предельных состояний предельное условие будет записано формулой: f ≤ [f], где f — перемещение конструкции (функция нагрузок), а [f] — предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации.

Особые нагрузки из-за которых возникают аварийные ситуации и деформации элементов металлоконструкций определяются при самых неблагоприятных сочетаниях с использованием соответствующих коэффициентов, взятых в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Коэффициенты снеговых нагрузок отражены в нормах проектирования.

В целом расчет стальных конструкций методами сопромата не дает представления о реальном их поведении и распределении напряжений в каждой отдельной части при повышенных снеговых нагрузках, когда металл переходит в зону пластики. Сопромат предлагает расчетную схему только для эксплуатации металлоконструкций в упругой зоне. В случае, если перераспределение напряжений пойдет по всей металлоконструкции, может возникнуть аварийная ситуация. Поэтому важно иметь хотя бы общее представление о критических ситуациях работы строительных конструкций.

Если у вас остались вопросы и вы не знаете, как рассчитать металлоконструкции на прочность в тех или иных условиях эксплуатации, обращайтесь к нашим специалистам по телефону 391 251-82-82. Будем рады вам помочь с расчетами!