Виды напряжений

Напряжения в стальных конструкциях подразделяются на основные, дополнительные, местные и начальные.

1. Основные напряжения определяются от внешних нагрузок для упругой стадии работы. Эти напряжения уравновешивают усилия в элементах от внешних воздействий и определяются по формулам:

и т. д.

По ним ведется расчет элементов конструкций. Например, для ферм идеализированной является схема (рис. 3.1, а) с шарнирными соединениями в узлах. В действительности шарниров там нет, узлы ферм всегда конструктивно выполняются жесткими (рис. 3.1, б). В легких фермах изгибная жесткость элементов фермы невелика, ею часто пренебрегают и определяют усилия так же, как в шарнирной системе.

2. Если следовать реальной расчетной схеме (рис. 3.1, б) то ферму следует рассчитать как много раз статически неопределимую систему, найти моменты в элементах, в узлах и учесть их в расчете.
К основным напряжениям в этом случае добавятся напряжения от моментов, которые называются дополнительными. В легких фермах ими пренебрегают, так как они выравниваются за счет пластической работы материала. Однако сокращение пластических деформаций в высокопрочных сталях, увеличение изгибной жесткости элементов в тяжелых фермах, снижение коэффициентов запаса, а также возможность применения современной вычислительной техники – все это приводит к необходимости учета дополнительных напряжений в расчетах как основных.

Рис. 3.1. Расчетные схемы ферм:

а – идеализированная; б – реальная

Причиной появления дополнительных напряжений могут быть и другие, обычно не учитываемые в расчетах связи.

3. Местные, или локальные напряжения возникают в местах: 1) изменения сечения элементов; 2) приложения на небольшой длине больших сосредоточенных нагрузок. Действуя на небольшой длине, они не сказываются на общих деформациях конструкций и приводят к появлению плоского напряженного состояния. Это увеличивает опасность разрушения конструкций.

Местные напряжения первого рода – концентрация напряжений – приводят к искажению силового потока, являются внутренне уравновешенными и быстро уменьшаются по мере удаления от концентратора (рис. 3.2). Величина локальных (пиковых) напряжений зависит от того, как резко меняется сечение в месте его изменения и характеризуется коэффициентом концентрации напряжений

где – максимальное (пиковое) напряжение в месте концентрации; – среднее напряжение, подсчитанное по ослабленному сечению.

Коэффициент концентрации напряжений К_к круглых отверстий и полукруглых выточек составляет обычно 2,3. У острых надрезов 6,9. Теоретически по краю трещины при упругой работе материала местные напряжения стремятся к 0. Засчет пластичности материала пиковые напряжения быстро выравниваются. При нормальной температуре, статической нагрузке и достаточной величине пластичности локальные напряжения на несущую способность влияют незначительно и поэтому они не учитываются. Однако, при пониж.темпер-х. , при динамич. и циклич. нагрузках и низкой пластичности стали пиковые напряжения могут приводить к появлению трещины и в дальнейшем к хрупкому разрушению. для предотвращенияэтого подбирают сталь в соответствии с условиями работы и снижают концентрацию напряжений плавным изменением сечения.

Местные напряжения второго рода уравновешивают внешние воздействия, от них в стенке балки возникают местные напряжения с криволинейной эпюрой (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Местные напряжения от сосредоточенной силы

Это может привести к плоскому напряженному состоянию – сжатию или растяжению в двух направлениях и, как следствие, к трещине или потере местной устойчивости в тонких элементах. Для упрощения расчётов криволинейную эпюру заменяют равномерной, равновеликой по площади с криволинейной, и напряжениями, равными . С учётом передачи усилия по толщине поясов под углом 45^о длина площади опирания будет

.

Тогда максимальные местные напряжения и проверка прочности на смятие стенки будут определяться выражением

.

Местные напряжения этого вида учитываются в расчетах, возможно также местное усиление конструкций (ребра жесткости, увеличение толщины элементов и т. п.)

4. Начальные напряжения, имеющиеся в элементах стальных конструкций до их загружения, связаны, как правило, с нагреванием металла при изготовлении проката или сварке и неравномерным его остыванием. В прокатных двутаврах, например, тонкая стенка остывает раньше полок и сжимается остывающими позднее и уменьшающимися по длине полками, которые растягиваются (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Начальные напряжения в двутавре

Начальные напряжения самоуравновешиваются в конструкциях. Cкладываясь с основными, они могут ускорять или замедлять переход в пластическую стадию работы отдельных частей сечения, увеличивать деформации и через них влиять на устойчивость, но на несущую способность влияют слабо. Образуя плоское или объемное напряженное состояние, начальные напряжения могут способствовать хрупкому разрушению. Борьба с начальными напряжениями ведется технологическими мерами – уменьшением разности температур между отдельными частями конструкций при остывании.

Иногда начальные напряжения создаются искусственно в процессе изготовления или монтажа конструкций для повышения их эффективности – в этом случае их называют предварительными и учитывают в расчетах как основные.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 190; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!