Робота і розрахунок центрально-розтягнутих елементів

Робота сталі на розтяг найбільш раціональна, вона допускає повне використання міцнісних властивостей сталі, оскільки при центральному прикладанні навантаження розподіл напружень в перерізі є рівномірним.

Покажемо на прикладі роботу на розтяг листа з отвором (рис.4.1).

 

Рис.4.1. До роботи на розтяг стального листа

 

 

Рис.4.2. Епюри напружень в перерізах зразка

 

Основна перевірка для центрально розтягнутих елементів – це перевірка міцності, яка відноситься до І групи граничних станів. Руйнування елемента відбувається по найбільш ослабленому перерізу, площа якого мінімальна (по площі “нетто”). В нашому прикладі – це переріз 2-2, який проходить через центр отвору.

Площа “нетто” – це площа за вирахуванням послаблень (по перерізу 2-2):

A_n = A – A_посл. = b t – d t = t (b – d).

Площа “брутто” – це площа перерізу, який не має послаблень (по перерізу 1-1):

A = b t.

Площа та інші геометричні характеристики “нетто” позначаються додатково індексом “ n ”.

Напруження в центрально розтягнутому елементі перевіряються за умовою міцності

,

де N – розрахункове осьове розтягуюче зусилля; A_{n ­} – площа перерізу “нетто”; R_y – розрахунковий опір сталі розтягу, стиску, згину за межею текучості; g_с – коефіцієнт умов роботи.

В практиці проектування зустрічаються випадки, коли експлуатація розтягнутих елементів можлива і після досягнення металом межі текучості (наприклад, різноманітні ємкості, трубопроводи та інші конструкції, які працюють на розтяг під дією внутрішнього тиску). Головне для них – щоб в металі не виникали механічні пошкодження (розриви), тобто щоб метал не досягнув межі міцності. Це допускається для сталей, у яких

,

де g_u – коефіцієнт надійності в розрахунках за тимчасовим опором, рівний 1,3. Це означає, що розрив між межею текучості і межею міцності повинен бути не менше 30%.

Тоді розрахункова формула приймає вигляд:

.

Крім міцності розтягнутих елементів необхідно забезпечити їх достатню жорсткість, щоб запобігти пошкодженню елементів при транспортуванні та монтажі конструкцій, а також в процесі їх експлуатації зменшити провисання елементів від власної ваги і запобігти вібрації стержнів при динамічних навантаженнях. З цією метою перевіряють гнучкість розтягнутих елементів. Вона не повинна перевищувати максимально допустимих значень, встановлених нормами проектування (граничної гнучкості):

,

де l_ef - розрахункова довжина елемента (відстань між точками його закріплення в площині визначення гнучкості); і - радіус інерції перерізу; l_u - гранична гнучкість, яка визначається за СНиП “Стальные конструкции” (табл.20).

При дії статичного (нерухомого) навантаження l_u = 400.

На центральний розтяг можна розв’язувати задачі трьох типів:

1) відомо N, A, R_y – перевірити s:

;

2) відомо N, R_y – підібрати переріз:

3) відомо R_y, A – визначити несучу здатність:

N ≤ R_y g_c A.