книги / Расчёт элементов деревянных конструкций

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1Основы расчета деревянных конструкций по методу

предельных состояний

Деревянные конструкции, как и другие виды строительных конструкций, рассчитываются по методу предельных состояний.

Предельным называется такое состояние конструкций, при котором их дальнейшая эксплуатация становится невозможной по причине:

-потери несущей способности (прочности, устойчивости) - первая груп­ па предельных состояний;

-возникновения недопустимых деформаций (прогибов, перемещений) - вторая группа предельных состояний.

Основное положение расчета по предельным состояниям можно сформу­ лировать так: внешние усилия или внутренние напряжения, а так же деформа­ ции и перемещения от учитываемых нагрузок и воздействий не должны пре­ вышать предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования (для деревянных конструкций - СНиП Н-25-80 [2]).

Нормативные значения нагрузок приводятся в СНиП 2.01.07-85* [1]. Расчетные значения нагрузок получаются путем умножения нормативных

нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке у f., которые также даны в

СНиП 2.01.07-85* [1].

Конструкции рассчитывается на наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок (собственный вес, снеговая, ветровая и другие нагрузки). Вероят­ ность одновременного воздействия нагрузок на конструкции учитывается ко­ эффициентами сочетаний - см. [1].

Расчет конструкции по первому предельному состоянию ведется на рас­ четные нагрузки, а расчет по второму предельному состоянию производится на нормативные нагрузки.

1.2 Нормирование расчетных сопротивлений древесины

и фанеры

Основными нормируемыми характеристиками прочности конструкцион­ ных строительных материалов являются нормативные и расчетные сопротив­ ления, которые определяются на основании результатов испытаний малых стандартных образцов.

Данные стандартных испытаний обрабатываются с учетом статистиче­ ской изменчивости показателей прочности и разной степени обеспеченности (доверительной вероятности) по минимуму.

ВСНиП 11-25-80 [2] нормативные и расчетные сопротивления древесины

ифанеры приняты с обеспеченностью по минимуму: для нормативных значе­ ний - 0,95; для расчетных - 0,99 - при нормальном законе распределения ре­ зультатов испытаний.

Нормативное сопротивление древесины RHопределено по формуле:

ции плотности распределения; v - коэффициент вариации (изменчивости) прочности древесины. Зависит от вида напряженного состояния и сорта мате­

риала, его величина колеблется в пределах 0,15 - 0,25.

расчетное сопротивление древесины R рассчитано по формуле:

где, мт ~ коэффициент, учитывающий влияние длительности нагружения, т.е. коэффициент перехода от прочности древесины при кратковременных стан­ дартных испытаниях к её прочности в условиях длительно действующих по­ стоянных и временных нагрузок за весь период службы конструкций

(m =0,66); /Содкоэффициент, учитывающий влияние пороков древесины и

размеров рабочего сечения деревянных элементов, т.е. коэффициент перехода от чистой к натуральной древесине, установлен эмпирическим путем.

Расчетные сопротивления сосны и ели (при стандартной влажности дре­ весины и для нормальных температурно-влажностных условий эксплуатации:

относительной влажности воздуха 60 - 75% и температуре воздуха до 35° С) - даны в табл. 3 СНиП П-25-80 [2], а фанеры - там же в табл. 10 [2].

В приложении 1 приведены расчетные сопротивления древесины сосны и

ели для 2 сорта.

Расчетные сопротивления для других пород древесины устанавливаются путем умножения величин, приведенных в табл. 3 [2], на переходные коэффи­

циенты - см. табл. 4 [2].

Влияние на прочность материала условий эксплуатации и особенностей работы, отличающихся от принятых базовых расчетных сопротивлений, учи­ тывается умножением последних на соответствующие коэффициенты условий работы - см. п. 3.2. [2]. К ним относятся: коэффициент т , отражающий влия­

учитывающие влияние высоты сечения и толщины слоев клеёных элементов; коэффициент /ягн, отражающий влияние начальных напряжений для гнутых

элементов; коэффициент mQ, учитывающий концентрацию местных напряже­

ний; коэффициент т^, учитывающий снижение прочности древесины при пропитке её антипиренами под давлением и другие.

Совместное действие нескольких независимых условий работы учитыва­ ется перемножением соответствующих им коэффициентов.

Кроме того, расчетные сопротивления необходимо делить на коэффици­ ент надежности по назначению. Правилами учета степени ответственности

зданий и сооружений при проектировании конструкций предусматривается три класса ответственности I, II и III - им соответствуют значения коэффици­ ента у п, равные 1; 0,95 и 0,9.

Аналогичным образом учитываются условия эксплуатации для фанеры. Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным:

-вдоль волокон £ = 104МПа; поперек волокон £ = 400 МПа.

Модуль сдвига древесины относительно осей, направляемых вдоль и по­ перек волокон, G = 500 МПа.

Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направляемых вдоль волокон - v = 0,9, а вдоль волокон при напряжениях, на­ правляемых поперек волокон - v = 0,02.

1.3 Центральное растяжение

Расчет центрально-растянутых элементов производиться по формуле:

2

сечения элемента, см ; mQ- коэффициент, учитывающий влияние концентра­ ции напряжений у мест ослабления mQ= 0,8.

При определении /^ослабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, принимаются совмещенными в одном сечении - из-за неравномерно­ сти распределения растягивающих напряжений в расчетном сечении (опас­ ность разрыва волокон “по зигзагу”).

Площадь поперечного сечения нетто деревянных элементов должна быть

. не менее 50 см2, а также не менее 0,5 полной площади сечения брутто при симметричном ослаблении и 0,67 при несимметричном ослаблении.

Если ослабления расположены в элементе несимметрично относительно центра тяжести его поперечного сечения, то такой элемент рассчитывается как

внецентренно-растянутый.

1.4 Центральное сжатие

Сжатые элементы конструкций имеют, как правило, длину намного большую, чем размеры поперечного сечения, и разрушаются не как малые стандартные образцы (только от сжатия), а в результате потери устойчивости, которая происходит раньше, чем напряжения сжатия достигнут предела проч­ ности. Это называется явлением продольного изгиба и учитывается введением

в формулу коэффициента продольного изгиба-ср.

Коэффициент продольного изгиба представляет собой отношение крити­ ческого напряжения сткр (напряжения, при котором стержень начинает терять устойчивость, т.е. менять прямолинейную форму равновесия на криволиней­

ную) к пределу прочности древесины на сжатие вдоль волокон R .

где Е - модуль упругости древесины вдоль волокон, МПа; X - гибкость эле­ мента.

Коэффициент ф можно рассматривать как поправочный коэффициент, на который надо умножить предел прочности, чтобы получить критическое на­ пряжение упругого стержня: = ф • /?пр.

Коэффициент ф меньше (или равен) единицы, что свидетельствует о не­ полном использовании прочностных свойств материала.

Коэффициент ф зависит от гибкости стержня - X.