Прочность и устойчивость стальных элементов по СНиП II-23-81*


×
Основной расчет доступен по адресу:http://simpleCalculations.com/?t=MKsimpleBeam

Данный расчет позволяет выполнять проверки несущей способности, прочности и устойчивости, а также выполняет ряд конструктивных проверок в соответствии с требованиями разделов 3, 4, 5, 7, и частично раздела 6 в пунктах 6.15 и 6.16, а также раздела 8 в пунктах 8.1, 8.2, 8.5-8.7 СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

Расчет выполняется в два этапа. На первом этапе пользователю предлагается заполнить форму исходных данных, содержащую всю необходимую для проведения расчета информацию. На втором этапе выполняется собственно сам расчет и пользователю представляется его результат.

Далее поясним подробнее следующее:

Соответствие расчетной программы требованиям СНиП II-23-81*

Всего расчетом выполняются следующие проверки, и состоит он из следующих разделов, активируемых в зависимости от типа профиля и характера внешнего загружения, список которых представим в виде следующей таблицы.

Таблица 1. Основные разделы расчета
№ п/пНаименование разделаОсновная расчетная формулаПункт СНиП
1Расчет на прочность элементов, подверженных центральному растяжению силой Nп. 5.1
2Расчет на устойчивость сплошностенчатых элементов, подверженных центральному сжатию силой Nп. 5.3
3Расчет на устойчивость стержней сплошностенчатых элементов открытого П-образного сечения по изгибно-крутильной форме потери устойчивостип. 5.5
4Расчет на прочность балки при чистом изгибе, изгибаемой в одной из главных плоскостейп. 5.12
5Расчет на прочность балки при воздействии поперечных сил по касательным напряжениямп. 5.12
6Расчет на прочность балки при совместном воздействии нормальных и касательных напряженийп. 5.14*
7Расчет устойчивости балки, изгибаемой в плоскости стенкип. 5.15
8Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостяхпп. 5.17, 5.25*
9Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения в плоскости действия моментап. 5.27*
10Расчет на прочность внецентренно-сжатых элементов из высокопрочной сталип. 5.28*
11Проверка изгибно-крутильной формы потери устойчивости тонкостенных стержней по теории В.З.Власова
12Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при изгибе их в плоскости наибольшей жесткостип. 5.30
13Расчет на устойчивость сплошностенчатых стержней, подверженных сжатию и изгибу в двух главных плоскостяхп. 5.34
14Расчет элемента по предельной гибкостипп. 6.15, 6.16
15Проверка устойчивости стенки изгибаемых и сжатых элементовпп. 7.3, 7.14*
16Проверка устойчивости поясных листов изгибаемых и сжатых элементовпп.7.23*, 7.26*
17Расчет на устойчивость замкнутых круговых цилиндрических оболочек вращения равномерно сжатых параллельно образующимп. 8.5

Итого получается 17 основных расчетных раздела. Как Вы можете видеть из представленных выше данных, расчет выполняется для элементов постоянного поперечного сечения, сплошностенчатых, в предположении отсутствия пластических деформаций, т.е. при работе материала сечения в пределах упругой стадии, поэтому система не производит расчеты для несплошностенчатых (сквозных) типов сечений, для элементов переменного сечения, а также не выполняется проверка на выносливость, и отсутствует расчет по второй группе предельных состояний, кроме этого программой не учитывается наличие ослаблений сечения. Все это необходимо учитывать при проведении расчетов на нашем сайте, а в необходимых случаях, выполнять самостоятельно в дополнение к полученным здесь результатам. Еще одной особенностью является то, что согласно методике определения несущей способности по СНиП не учитывается влияние воздействия крутящего момента, поэтому в этом также необходимо будет учитывать подобное влияние каким-то дополнительным расчетом.

Заполнение формы исходных данных

Форма исходных данных содержит следующие пять подразделов:

Нагрузка на элемент

В качестве нагрузки на элемент предусматривается задание значений внутренних усилий, определенных для рассматриваемого поперечного сечения по результатам статического расчета и некоторые другие параметры, предусмотренные нормативной документацией как элементы методики расчета по предельным состояниям.

Содержимое данного блока выглядит примерно так:

рис.1. Пример заполнения блока нагрузки на элемент при задании исходных данных

Данный блок имеет свою кнопку для быстрого получения справки по его заполению, поскольку положения, там изложенные крайне важны и с помощью этой справочной ссылки всегда могут быть восстановлены в памяти.

Кроме данных о значениях внутренних усилий в рассматриваемом сечении предусматривается возможность их корректировки на основании положений, изложенных в приложении 7* СНиП 2.01.07-85*, коэффициентом надежности по назначению, который в зависимости от степени ответственности здания может варьироваться в пределах 0,9 - 1,0; однако в нашей программе ограничением данного параметра принят диапазон 0,5 - 2,0 в экспериментальных целях. Скорректированные с учетом коэффициента надежности по назначению значения внутренних усилий вычисляются автоматически сразу после изменения одного из исходных значений.

Локальные напряжения от местной нагрузки в качестве исходных данных приняты на основании требований пп. 5.13 и 5.14* СНиП, и должны быть вычислены отдельно и задаются как дополнительная нагрузка. В случае неравномерного распределния этих напряжения по высоте сечения, в случае значимости этой неравномерности их распределения, имеется возможность учесть этот фактор. Для этого необходимо заполнить соответствующие поля в таблице расчетных точек сечения. Подробнее см. ниже.

Геометрические характеристики сечения

Содержимое этого блока переменно, и зависит от выбираемого типа сечения, поскольку для каждого из них задаются несколько разные исходные параметры.

Все типы сечений с которыми позволяет работать программа условно можно разделить на две группы: произвольное сечение и параметрические сечения. Для первой группы, для произвольно задаваемых сечений в качестве исходных данных запрашиваются все основные геометрические характеристики поперечного сечения, такие как моменты инерции, положение центра тяжести, плюс некоторые дополнительные параметры для проведения отдельных проверок, такие как соотношение толщины стенки к ее высоте и т.п. Таким образом, пользователь имеет возможность задавать в расчет практически любое поперечное сечение, не привязываясь к стандартным профилям, единственное ограничение по сплошности и постоянности по длине все-же должно быть соблюдено, исходя из ограничений реализации расчетной методики СНиП.

рис.2. Пример организации блока геометрических характеристик для произвольного сечения

Как видите, довольно путаный и сложный метод, хотя и позволяющий полостью описать сечение для проведения его расчета по всем разделам, которые заложены в программу. Некоторые блоки для упощения можно отключать, выбрав напротив названия расчетного раздела в выпадающем меню пункт "Не выполнять". В этом случае программа не требует ввода соответствующих исходных данных, этот участок формы блокируется, расчетное условие не проверяется и не включается в результат. Таблица расчетных точек сечения, подробнее о которых можно узнать здесь, автоматически формируется только для 9-ти точек, соответствующих положениям по краям сечения, с наибольшими +xmax, -xmax, +ymax, -ymax, а также на пересечении этих координат с координатными осями. В случае необходимости все геометрические характеристики для этих точек могут быть заданы вручную, также вручную придется полностью добавлять точки с какими-либо другими координатами.

Для типов сечений второй группы, - параметрической, используется другой метод задания геометрических характеристик сечения на основе стандартизированных типов сечений, которые задаются только основными описывающими их геометрическими размерами, такими как высота, ширина, толщина стенки. Все необходимые геометрические характеристики, такие как моменты инерции, положение центра тяжести и т.п., вычисляются программой автоматически. Кроме этого программой выполняется графическое построение изображения получаемого поперечного сечения в задаваемых пользователем размерах.

рис.3. Пример организации блока исходных геометрических характеристик для параметрически задаваемого сечения

Для приведенного в данном примере профиля, а также некоторых других, часть геометрических характеристик вычисляется приближенными методами ввиду отсутствия точных универсальных формул для их описания. Поскольку время, необходимое для определения таких величин напрямую зависит от степени точности результата вычисления, нами введен переменный, определяемый пользователем параметр степени точности таких вычислений, а также приводится ряд величин, позволяющих определить точность получаемых результатов. Параметр степени точности этих приближенных вычислений является величиной от 250 до 10000, определяющий количество итераций приближения при выполнении вычисления. Соответственно степень точности в 250 будет выдавать результат с наибольшей погрешностью, составляющей оценочно порядка 5-7% от точного значения, но выполняемый за минимально короткое время, а степень точности в 10000 предоставит наиболее близкий к точному значению результат с минимальной погрешностью, но потребует гораздо большего времени и процесс вычисления задействует огромные вычислительные ресурсы компьютера. Поэтому, предположительно, значение этого параметра будет определяться предпочтениями пользователя и ресурсами компьтера, которым он располагает. С теоретической точки зрения погрешность вычислений этих параметров порядка 10-15% не оказывает существенного влияния на результаты расчетов, однако, естественно, чем точнее, - тем лучше и меньше вероятность ошибочности получения результатов. Уточнение значений приближенно вычисляемых геометрических характеристик сечения запускается отдельным фоновым процессом, индикация выполнения которого выводится на панели службы отслеживания событий в верхнем левом углу экрана. При значении степени точночти определения этих параметров в 250, уточнения производится не будет. В случае, если до завершения процесса уточнения пользователем будет запрошен расчет, формой исходных данных будут переданы неуточненные значения этих параметров.

Продолжает данный подраздел формы исходных данных блок расчетных точек сечения, подробнее о котором можно посмотреть здесь. Для типов сечений параметрической группы существует возможность выбора количества расчетных точек сечения, и все необходимые для проведения расчета геометрические характеристики в этих точках вычисляются программой автоматически, хотя и не исключается возможность ручного добавления.

Несмотря на то, что задаваемые геометрические размеры сечения могут быть любыми, не противоречащими только геометрической сплошности контура, программой предоставляется возможность выбора и профилей с размерами, предусмотренных сортаментом металлопроката, причем геометрические характеристики, приводимые в перечне сортаметных сечений также вычисляются программой на основании их геометрических размеров, а не применяются по таблицам соответствующих ГОСТов. Такой подход позволил получать более точные значения этих характеристик, а также позволил в некоторых случаях весьма существенно расширить их перечень, по сравнению с табличными данными, приводимыми в ГОСТ.

рис.4. Пример формы выбора стандартного профиля по размерам сортамента с набором геометрических характеристик сечения

Всего в группе параметрически задаваемых типов сечений присутствуют следующие стандартные профили:

Выбор типа профиля производится в выпадающем меню с соответсвующим названием, расположенным в самом начале данного подраздела формы. При смене значения выпоняется полная перерисовка страницы.

Длины элемента

Следующим геометрическим параметром, уже общим для всех типов сечений является длина элемента, блок задания которой вместе с сопутствующими характеристиками реализован следующим образом:

рис.5. Пример заполнения блока длин элемента при задании исходных данных

Кроме собственной, физической длины элемента, задаваемой для удобства в миллиметрах, необходимо также задать коэффициенты расчетной длины, или так называемые коэффициенты формы потери устойчивости, зависящие от типа закрепления стержня в расчетной схеме, причем они принимеются условно разными в плоскостях потери устойчивости x-x и y-y, так как могут иметь дополнительные закрепления в одной из плоскостей, или разные жесткости узлов закрепления в зависимости от рассматриваемой плоскости. Данные коэффициенты рекомендуется определять согласно требованиям раздела 6 СНиП.

Предельная гибкость элемента ограничивается для стержней, испытывающих воздействие продольной силы, и несколько различается в зависисмотси от условий работы рассматриваемого элемента. Данная величина может быть либо константным значением, либо определяться путем вычисления, поэтому задается она через выпадающее меню, а определяется согласно требованиям пп.6.15 и 6.16 СНиП.

Физические характеристики материала

В данном блоке предлагается возможность изменения следующих величин:

рис.6. Пример заполнения блока физических характеристик материала при задании исходных данных

Единственным действительно переменным параметром, задаваемым в данном блоке, является расчетное сопротивление Ry, определяемое по таблице 51 СНиП, остальные параметры изменять не рекомендуется, поскольку они заданы в точном соответствии с требованиями табл. 63 СНиП. Возможность их изменения предусмотрена больше для проведения экспериментов с поведением расчетных формул, чем для практического применения. Единственное, остановлюсь на плотности, значамость значения, задаваемого в данном поле, оказывает влияние только на вычисление массы погонного метра для рассметриваемого сечения, которая приводится на схеме сечения и приводится справочно, не оказывая никакого влияния на передаваемые в расчет данные о действующих в рассматриваемом поперечном сечении внутренних усилиях.

Расчетные коэффициенты

Далее следует самый короткий блок.

рис.7. Пример заполнения блока расчетных коэффицентов при задании исходных данных

К числу расчетных коэффициентов, задаваемых в данном блоке, относится пока только коэффициент условий работы, определяемы согласно требованиям табл. 6* СНиП.

Получаемый результат

После проведения расчета результат может быть представлен следующими тремя способами.

Сокращенный результат

Получение и обработка результатов по этому способу доступно через систему сокращенных расчетов, об особенностях работы которой подробно написано здесь.

Полный подробный отчет

В случае необходимости программа может составить текст полного отчета о проведенном расчете с подробным описанием всех проведенных вычислений и операций с возможностью интерактивной проверки арифметических вычислений. Подробнее о том, что представляет собой данная возможность и как с ней работать смотрите, пожалуйста, в этом разделе.

Подготовленный к печати документ формата docx

В соответствии с текстом полного отчета может быть получен и документ в формате docx. Подробнее об этой возможности можно почитать здесь

Основной расчет доступен по адресу:http://simpleCalculations.com/?t=MKsimpleBeam
Дата последнего изменения страницы: 19 февраля 2017 г. в 19:35
© 2012 - 2018