КЛ Спец констр МК

р – коефіцієнт густини корозійних пошкоджень.

За наявності корозійних пошкоджень елементів сталевих конструкцій виконується перевірка несучої здатності. По першій групі граничних станів:

n – коефіцієнт надійності за призначенням;

При розрахунку по другій групі граничних станів повинна виконуватися нерівність:

i 1

де 1 – деформація або переміщення конструкції в результаті дії одиничних навантажень за наявності корозійних поразок;

пр – граничні деформації або переміщення, які визначають можливість нормальної експлуатації.

Якщо умови (1.16, 1.17) не виконуються, то послаблення конструктивних елементів в результаті сумісної дії несприятливих чинників представляють собою корозійні пошкодження.

Розрахунок конструкцій на стадії посилення за наявності корозійних пошкоджень виконується з урахуванням залежності (1.16, 1.17) на підставі існуючих розрахункових положень.

51

2. Посилення конструкцій в умовах експлуатації і реконструкції

Під посиленням розуміють підвищення несучої здатності існуючих конструкцій в їхньому проектному положенні. Численні причини, які викликають посилення, можуть бути розбиті на дві групи:

–зниження несучої здатності конструкцій під впливом дефектів і пошкоджень;

–збільшення навантажень або інтенсивності навантажень при реконструкції.

Перша група причин визначає необхідність відновлення несучої здатності конструкцій до проектної величини. Друга група має на увазі підвищення несучої здатності понад передбачену проектом. Слід зазначити, що при реконструкції часто діють обидві групи, оскільки посиленню підлягають конструкції, які мають фізичний знос.

Під посиленням, як крайній випадок, може матися на увазі і заміна конструкцій або їхніх елементів. По суті вибір типу посилення або заміни конструкцій є питанням економічним і визначається комплексом параметрів, основним з яких є простої підприємств під час проведення робіт по посиленню. Вибір типу посилення, з урахуванням простоїв, повинен здійснюватися шляхом порівняння варіантів, які адекватно вирішують задачу підвищення несучої здатності конструкцій.

2.1. Класифікація методів посилення металевих конструкцій

Різноманіття конструктивних форм, експлуатаційного стану конструкцій і задач реконструкції породжує значну кількість конструктивних рішень при посиленні конструкцій.

Аналіз розроблених і застосованих на практиці методів посилення дозволяє все різноманіття конкретних рішень звести в наступні групи:

– посилення без істотної зміни конструктивних форм і розрахункових схем конструкцій;

– посилення із зміною конструктивних і розрахункових схем конструкцій.

До першої групи відносяться численні різновиди збільшення перерізів конструкцій і їхніх елементів. Слід мати на увазі, що метод збільшення перерізів вимагає часткового або повного розвантаження конструкцій, оскільки елементи посилення включаються в роботу при прикладенні навантаження, що перевищує завантаженість конструкцій на момент посилення. Як правило, матеріал існуючої конструкції сприймає постійне навантаження або частину його, а експлуатаційні навантаження сприймаються сумісно існуючими і підсилюваними елементами.

Метод збільшення перерізів за конструктивним формоутворенням аналогічний проектуванню нових конструкцій, проте, має і істотні відмінності. Перш за все, розташування нових елементів обумовлюється можливістю і зручністю їхньої поведінки в умовах експлуатації і реконструкції і передбачає мінімум демонтажних робіт, тобто конструктивна форма посиленої конструкції, як правило, не є оптимальною з погляду нової конструкції. Іншим важливим чинником збільшення перерізів є умови прикріплення підсилювальних елементів. Оскільки, положення існуючої конструкції не може змінено, при конструюванні посилення необхідно ураховувати положення швів, можливість свердлення отворів і постановку болтів і т.п. Ручне електрозварювання є основним методом прикріплення елементів, тому необхідно прагнути мінімальної кількості швів стель та вертикальних швів.

52

До другої групи відносяться методи, засновані на регулюванні напруження в елементах існуючих конструкцій. До цієї групи можуть бути віднесені наступні методи:

–підведення додаткових опор;

–зміна розрахункової схеми;

–введення заздалегідь напружених елементів. Методи підведення опор і зміни розрахункової схеми також як і при збільшенні перерізів вимагають часткового розвантаження підсилювальних конструкцій. Дані методи дозволяють вирівнювати епюри відповідних зусиль, повніше використовувати матеріал існуючих конструкцій і зосередити посилення на окремих частинах конструкцій.

Метод попереднього напруження є найбільш перспективним методом при посиленні металевих конструкцій. Його переваги обумовлюються наступними чинниками:

–введення в розрахунковий перетин високоміцних матеріалів затягувань;

–використовування існуючого матеріалу шляхом регулювання напруження в елементах і частинах конструкцій;

–мінімум робіт по прикріпленню конструкцій посилення. Застосування на практиці того або іншого методу посилення залежить, як вже зазначалось вище, від економічних чинників і конкретної форми конструктивного елемента. Нижче, як приклад, розглянуті питання конструювання і розрахунку посилення підкранових балок, процеси навантаження, конструктивна форма яких допускає ефективне застосування всіх методів посилення.

2.2. Розрахунок елементів посилення конструкцій

2.2.1. Розрахунок посилення центрально-розтягнутих елементів за пружною стадією випроводиться в припущенні, що посилювані деталі сприймають тільки приріст зусилля в елементі, що виникає від навантажень, прикладених після посилення.

При розрахунку посилення розтягнутих стержнів виходять з передумови, що робота матеріалу підпорядковується діаграмі Прандтля. Відповідно до цього, роботу розтягнутого стержня, посиленого під навантаженням, можна представити: 1 стадія після посилення навантаження не прикладається напруження в посилювальну елементі дорівнює нулю; П

стадія навантаження збільшується – напруження зростають, досягаючи в основному перерізі величини межі текучості. Але на цій стадії несуча здатність посиленого стержня не вичерпується; Ш стадія при зростанні навантаження відбувається перерозподіл натягнень між основним елементом і елементом посилення.

Граничний стан посиленого під навантаженням розтягнутого стержня наступить тоді, коли пластичні деформації розповсюдяться по всьому посиленому перетину. Умова міцності розтягнутих елементів має вигляд

де Nc розрахункове осьове зусилля від навантажень, які діють у момент посилення (з

урахуванням коефіцієнта надійності по навантаженню);

Nд приріст розрахункового осьового зусилля від навантажень, що виникають після посилення;

Асп площа нетто основного перерізу елемента (до посилення);

Адп площа перерізу додаткових (підсилювальних) деталей.

53

Кріплять підсилювальні деталі до основного перерізу і до вузла електрозварювальними швами, при цьому, сполучні шви між вузлами рекомендується робити суцільними заввишки 3 6 мм.

2.2.2. Розрахунок центрово-стиснутих елементів

В розрахунках посилення центрово-стиснутих елементів приймається, що підсилювальні деталі сприймають тільки приріст зусиль від навантажень, що прикладаються після посилення, проте, ураховується, що втрата стійкості відбувається в стержні, що має новий переріз, тому в розрахунок вводиться гнучкість стержня після посилення.

До моменту посилення осьове зусилля не повинне перевищувати величини, визначеної з виразу

де c коефіцієнт подовжнього вигину перерізу до посилення;

Ас площа брутто основного перерізу до посилення.

Умова стійкості стиснутих елементів має вигляд

Необхідну площу елементів посилення можна визначити за формулою

ДАд Nс ДNд ов Асп гс Rу (2.5)

ов (гс Rу Nс ) Асп

В цих розрахунках для попереднього підрахунку необхідної площі підсилювальних деталей доводиться приймати наближене значення коефіцієнта , визначеного умовно за гнучкістю елемента до посилення, з подальшим коректуванням за дійсною гнучкістю скомпонованого перерізу.

2.2.3. Розрахунок позацентрово-стиснутих елементів

Посилення позацентрово-стиснутих елементів виконується, коли крайові напруження не перевищують величини 0,8.

Підсилювальні деталі можуть бути не заведені і не прикріплені у вузлах, якщо на межах вузлів дотримано умову:

де Мс – розрахунковий згинальних момент від навантажень, які діють у момент посилення;

ДМд – приріст розрахункового згинального моменту від навантажень, що виникають після посилення;

Wсп – момент опору брутто основного перерізу до посилення.

Посилений переріз позацентрово-стиснутих елементів перевіряють на міцність і на стійкість в двох площинах (в площині і з площини дії моменту).

Перевірка міцності в крайньому волокні основного перерізу з урахуванням пружної стадії проводиться за формулою

54

де ус – відстань до нейтральної осі елемента посилення;

уов – відстань до нейтральної осі після посилення;

Iс – момент інерції елемента до посилення;

Iов – момент інерції (загальний) після посилення.

В крайньому волокні підсилювальної деталі

де уд – відстань до нейтральної осі підсилювальної деталі.

Перевірка стійкості в площині дії моменту проводиться за формулою

де еов – коефіцієнт зниження розрахункового опору при позацентровому стисненні для перерізу після посилення при розрахунку в площині вигину.

За цією головною умовою незруйновності можна визначити необхідну площу посилення

де уов – коефіцієнт подовжнього вигину для перерізу після посилення при розрахунку з площини вигину;

сов – коефіцієнт, що ураховує вплив згинального моменту при розрахунку стержня на міцність з площини дії моменту.

Підсилювальні деталі кріплять до основного перерізу позацентрово-стиснутого елемента між вузлами тонкими суцільними швами малих калібрів (3, 4, 5, 6 мм).

2.2.4. Розрахунок згинальних елементів

2.2.4.1. Розрахунок несиметричного посилення балок, посилених методом

збільшення перерізу

В загальному випадку обсяги посилення при роботі в пружній стадії можуть бути визначені в наступному порядку:

1) визначається приріст до основного моменту М і максимальний згинальний момент

Мmaxус Мmaxос ДМ (2.12)

де Мmaxос – максимальний момент, на який розрахована підкранова балка; 2) необхідний момент опору з урахуванням

55

де c – коефіцієнт умов роботи, прийнятий для діючого цеху, який дорівнює 0,9 з

урахуванням експлуатаційного стану;

Ry – для техніко-економічної оцінки розрахунковий опір прийнятий однаковим для

основного металу і елементів посилення.

Випадок Ryос Ryус розглянутий нижче.

3) необхідна площа поперечного перерізу з урахуванням посилення

де – коефіцієнт асиметрії, що приймається як таким, що дорівнює 1,1. ..1,5; h – висота балки;

tw – товщина стіни.

4) площі верхнього і нижнього поясів, що вимагаються

нМ ус

х Wmaxн Ry c

пол

При незадовільних умовах (5.17) за фактичним коефіцієнтом асиметрії коректується

прийняте посилення.

7) перевірка міцності за наведеними напруженнями

56

геометричними характеристиками основного перерізу;

Ixос – момент інерції основних перерізів;

М1 і Q1 – відповідно згинальних момент і поперечна сила в місці обриву елементів посилення.

2.2.4.2. Розрахунок симетричного посилення балок, посилених методом

збільшення перерізів

Впружній стадії розрахунок може бути проведений в наступній послідовності:

1)необхідна площа посилення кожного пояса

(qос ) і додаткове ( q ) навантаження. Елементи посилення заводяться за місце теоретичного обриву на відстань, достатню для передачі зусилля

(2.23)

де Aпус – площа нетто елемента посилення;

Ryус – розрахунковий опір елемента посилення.

3) перевірки міцності посиленого перерізу за формулою

57

де Wxпол , Wxпол – геометричні характеристики посиленого перерізу;Ixос , Sxос –

геометричні характеристики основного перерізу; у – найбільша відстань від центра ваги перерізу до крайніх фібр основного перерізу;

Rосу , Rосу – розрахункові опори основного металу і елементів посилення.

4) перевірка міцності за наведеними напруженнями проводиться аналогічно пункту 6 п. 2.2.4.1.

2.2.4.3. Розрахунок балок, посилених методом підведення додаткових опор

В загальному випадку розрахунок проводиться в наступній послідовності:

1)призначається розрахункова схема;

2)визначаються максимальні згинальні моменти для нерозрізних балок Mmaxус і від

3) визначаються максимальні реакції в додаткових опорах і на це зусилля розраховуються додаткові опори і прикріплення.

2.2.4.4. Розрахунок балок, посилених підкріпленням шпренгелем

Розвантажувальний ефект основного перерізу при введенні шпренгеля досягається за рахунок введення додаткових перерізу і створення в системі статичної невизначеності. В загальному випадку розрахунок може бути проведений в наступній послідовності:

1)призначаються розрахункові схеми і основні системи

2)визначається максимальний згинальний момент в основній балці Mmaxус з

урахуванням додаткового завантаження і перевіряється умова,

визначаються зусилля в елементах посилення, проводиться підбір перерізів і розраховуються прикріплення. У разі відмінності отриманих за розрахунком жорсткостей від прийнятих більш ніж на 30% розрахунок повторюється з перевіркою умови (2.28).

2.2.4.5. Розрахунок балок введенням попереднього напруження

Розвантажувальний ефект при введенні заздалегідь напружених тросових або листових затяжок створюється за рахунок введення високоміцних перерізів і створення статичної невизначеності. Розрахунок посилених балок не відрізняється від звичайних заздалегідь напружених балок і може бути виконаний в наступній послідовності:

1)визначається зусилля самонапруження в затяжці Х1 від основного і додаткового навантажень при прийнятому способі посилення;

2)призначається зусилля попереднього напруження Х2 і проводиться розрахунок зусиль в основній балці на основне і додаткове навантаження і на зусилля X1+Х2 і

58

перевіряється умова

3) на розрахункове зусилля в затяжці проводиться підбір перерізів і прикріплень елементів посилення.

2.2.4.6. Розрахунок посилення підкранових балок при обмеженні робочого

прогинання введенням заздалегідь напружених елементів

Даний метод не збільшує міцність, але збільшує витривалість верхньої зони і обмежує робоче прогинання підкранової балки.

При введенні додаткового моменту прогинання балки визначиться

4)виходячи з Рпр визначають зусилля в затяжках за схемою;

5)на зусилля Рзат розраховуються затяжки і прикріплення.

6)визначається робоче прогинання балки

2.2.4.7. Розрахунок посилення підкранових балок, посилених створенням

нерозрізности

Розвантажувальний ефект досягається за рахунок зменшення прогонного моменту Мпрус

за рахунок нерозрізности і виникнення опорного моменту Мопус . Визначення зусиль проводиться як для звичайних нерозрізних балок і може бути виконаний в наступній послідовності:

1) для нерозрізних балок визначаються згинальні моменти і перевіряється умова

У разі невиконання умови (5.37) балки повинні бути додатково посилені іншим

59

методом.

2) визначаються зусилля в елементах посилення, при цьому зусилля в анкерах і накладках Na визначаються за формулою

M ус

Na оп (2.39) h

3) за знайденими зусиллями розраховуються перерізі і прикріплення елементів посилення.

60