книги из ГПНТБ / Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование)

предусматривает применения сталей свыше класса С46/33, что объясняется большей склонностью высокопрочных сталей к уста­ лостным разрушением и пока еще недостаточным опытом их при­ менения в конструкциях второй группы. Вместе с тем применение как в Советском Союзе, так и за рубежом сталей высокой проч­ ности в конструкциях, работающих на многократно действующие и подвижные нагрузки, показало возможность их использования при обязательном соблюдении ряда условий конструирования и изготовления, обеспечивающих повышение вибрационной проч­ ности сварных соединений.

Следовательно, опытное применение высокопрочных сталей в сварных металлических конструкциях второй группы при выпол­ нении проектно-конструкторских работ в соответствии со СҢиП П-В. 3—72, а также рекомендациями, изложенными в настоящей книге, можно считать возможным.

Применение в металлических конструкциях сталей высокой прочности рационально и экономически выгодно только в сильно нагруженных элементах конструкций. В большинстве несущих металлоконструкций одновременно с тяжелонагруженными стержнями имеют место отдельные элементы,, воспринимающие незначительные усилия, для которых применение высокопрочных сталей не является эффективным. Поэтому в конструкциях одно­ временно со сталями высокой прочности рационально использо­ вать одну или две другие марки сталей меньшей прочности, на­ пример, низколегированную повышенной прочности класса С46/33 или углеродистую класса С38/23. Таким образом, приме­ нение в конструкциях сталей высокой прочности может состав­ лять в среднем 20—40% общих затрат металла.

Поскольку высокопрочные стали весьма чувствительны к лю­ бым концентраторам напряжений, то при транспортировке и хра­ нении проката, а также при изготовлении и монтаже конструк­ ций следует оберегать металл от любых повреждений и возмож­ ных дефектов. Необходимо категорически запрещать наварку на конструкции, изготовленные из высокопрочных сталей, каких бы то ни было монтажных приспособлений, столиков, проушин и т. д., не предусмотренных проектом., ибо последние могут в дальнейшем служить очагами концентраций напряжений.

§ 12. Расчетные сопротивления

При расчете металлических конструкций с применением сталей обычной, повышенной и высокой прочности следует пользоваться расчетными сопротивлениями, указанными в. табл. III. 1, где в скобках приведены расчетные сопротивления для конструкций, эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести.

Расчетные сопротивления сварных соединений RCB для сталей: принятых классов прочности приведены в табл. III. 2. В скобках

61

ностью)

даны расчетные сопротивления сварных соединений в стык рас­ тяжению, эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести.

Под физическим способом контроля качества швов следует понимать рентгено-гаммографирование, ультразвуковую дефекто­ скопию, магнитографические способы и др. Визуальные способы контроля включают осмотр, осуществление замеров швов и т. д. При сварке встык элементов конструкций из стали разных клас­ сов расчетные сопротивления RCB необходимо принимать по ме­ нее прочной стали. Следует иметь ввиду, что указанные расчет­ ные сопротивления сварных соединений встык установлены для швов, выполненных двухсторонней сваркой или односторонней с подваркой корня шва.

§ 13. Основные положения проектирования элементов конструкций из высокопрочных сталей

Так как новые отечественные стали высокой прочности пока выпускаются только в листовом прокате, то для элементов кон­ струкций должны приниматься либо гнуто-сварные профили, либо сечения, создаваемые путем сварки из листов. Формы свар­ ных сечений элементов могут быть различные (рис. III. 1). Наи­ более эффективными следует считать трубчатые сечения (как

62

63

квадратные, так и круглые), обладающие максимальным момен­ том инерции прр минимальных затратах металла.

Оварка коробчатых сечений двумя швами из двух гнутых ко­ рыт может быть рекомендована при более тонком металле (до 8 мм) . Сварные сечения Н-образного профиля просты в изготов­ лении, но менее эффективны по затратам металла, ибо обладают

Рис. III. 1. Формы сечений элементов конструкций при применении сталей высокой прочности:

1 — к р у г л ы е и к в а д р а т н ы е тр у б ы ; 2 — к о р о б ч а ты е св ар н ы е сечен и я из д в у х гн уты х ко р ы т; 3 — Н -о б р азн о е сечен и е; 4 — к р е сто в о е сеч ен и е; 5 — та в р о в о е сечен и е.

различной жесткостью во взаимно перпендикулярных направле­ ниях. Крестовые и тавровые сечения являются наименее выгод­ ными.

Значительный интерес представляет использование гнутых про­ филей из тонкой стали высокой прочности, хотя в настоящее вре­ мя изготовление таких профилей на имеющихся листогибочных станах затруднено вследствие высокой прочности металла и боль­ ших углов пружинения высокопрочных сталей.

За рубежом для тяжело нагруженных элементов считаются перспективными сечения, представленные на рис. III. 2. Однако

-Рис. III. 2. Типы сечений тяжело нагруженных элементов, применя­ емые за рубежом.

трудоемкость изготовления их велика и целесообразность ис­ пользования таких сечений требует подтверждения.

Растянутые элементы. Применение высокопрочных сталей в растянутых элементах сварных конструкций является наиболее

64

эффективным, так как позволяет полностью использовать все преимущества высокопрочного металла. Однако в связи с отсут­ ствием в настоящее время фасонного. проката из термически упрочненного металла и для растянутых элементов может ока­ заться необходимым применение сварных составных профилей.

Прочность растянутых элементов должна удовлетворять усло­ вию

ІІ-В.З—72.

Центрально-сжатые элементы. Создание эффективных по за­ тратам металла центрально-сжатых элементов конструкций из сталей высокой прочности (колонны, стойки, сжатые пояса и элементы решетки сквозных ферм и т. д.) представляет доста­ точно сложную задачу. Это объясняется тем обстоятельством, что повышение прочности металла (предела текучести) влечет за собой существенное снижение коэффициентов продольного изги­ ба, а следовательно, необходимость увеличения площади сечения рассматриваемого элемента. Как известно, коэффициент продоль­ ного изгиба определяется из выражения

ср = -ЛИЕ_ : _ (III. 2)

°т скр

где оКр — критическое напряжение рассматриваемого элемента; <т— предел текучести принятой стали; о^р — критическое напряжение рассматриваемого элемента,

снимаемого силой, приложенной с возможным случай­ ным эксцентриситетом.

Так как критическое ‘напряжение а кр не зависит от внешней нагрузки, а является функцией только геометрических размеров элемента и модуля упругости материала, то, как видно из фор­ мулы (III. 2), увеличение предела текучести стали будет приво­ дить к уменьшению коэффициента продольного изгиба ф. Значе­ ние коэффициентов ф для сталей различных классов прочности и гибкостей даны в табл. III. 3.

Как видно из табл. III. 3, с увеличением гибкости коэффициен­ ты продольного изгиба ф для высокопрочных сталей значительно падают по сравнению с значениями для стали СтЗ. Так, при гибкости 50 коэффициент ф для стали класса С85/75 уменьшается по сравнению со сталью класса С38/23 в 1,1.3 раза; при 100 — уже в 2,15, а при 150 — в 2,48 раза.

Таким образом, эффективность применения высокопрочных сталей в сжатых стержнях с увеличением гибкости резко умень-

шается, и использование указанных сталей в сжатых элемен­ тах" становится рациональным только при малых гибкостях. При этом, чем выше класс прочности стали, тем гибкость должна быть меньше. Для получения ощутимой экономии в затратах ме­ талла в сжатых стержнях из высокопрочных сталей, например, в пределах 35—40%, гибкость стержней должна быть строго огра­ ничена, и не должна превышать 40—50 (для сталей классов С70/60 и С85/75). Указанное может осуществляться двумя основ­ ными способами. Первый — изыскание возможности максималь­ ного уменьшения расчетной длины сжатых элементов за счет изменения типа решетки ферм, постановки дополнительных лег­ ких шпренгелей, связей между колоннами и т. д.

Второй — выбор наиболее эффективных форм сечений сжатых элементов, обладающих наибольшим моментом инерции при ми­ нимальной площади сечения. К числу наиболее рациональных ви­ дов .сечений, в первую очередь, следует отнести круглые и ква­ дратные трубы.

Расчет сжатых элементов из сталей высокой прочности произ­ водится по формуле

66

(Ш. 3)

где N — внешнее усилие;

F — площадь сечения брутто;

Ф — коэффициент продольного изгиба, принимаемый по табл. III. 3 в зависимости от гибкости "к и класса прочности стали. Гибкость

Г

где I — длина элемента между закреплениями;

(.1— коэффициент приведения длины -в зависимости от вида закрепления концов;

г — радиус-инерции.

При расчете центрально-сжатых составных стержней, ветви которых соединены планками или решетками, коэффициент про­ дольного изгиба ф относительно свободной оси определяется по приведенной гибкости ?іпр, вычисляемой по формулам СНиП П-В. 3—72. Соединительные элементы таких стержней расчиты­ ваются на условную поперечную силу <2усл , принимаемую посто­ янной по длине стержня и определяемую в зависимости от клас­ са стали по табл. III. 4.

* F — площадь брутто всего сечения стержня, см2.

Внецентренно растянутые элементы. Расчет на прочность сплошностенчатых внецентренно растянутых (а также и вне­ центренно сжатых) элементов, выполненных из сталей классов 038/23, С44/29, С46/33, С52/40 и С60/45 и не испытывающих не­ посредственных динамических воздействий, может быть осуще­ ствлен с учетом работы материала в пластической стадии по формуле

где N, Mx и My — абсолютные значения продольной силы и из­ гибающих моментов;

а двутаврового сечения по формуле

рис. III. 3 и III. 4 в сварных, клепаных, а также гну­ тых элементах;

толщина стенки; і ■— расчетное сопротивление стали сжатию, т/см2-, X— гибкость стержня.

Рис. III. 4. Определение расчетной высоты стенки (Іі) и свесов по­ лок (b) в гнутых профилях.

В трубах прямоугольного сечения за h0 принимается большая

Л0

■сторона. Полученное значение ~ по (III. 10) и (III. 11) не

должно превышать 75. В случае использования квадратных се-

10%. При недонапряжении рассчитываемого элемента значения

90. Здесь <т— расчетное напряжение, полученное из выражения ст=— ; ф — коэффициент продольного изгиба.

Во внецентренно сжатых элементах для стенок, не имеющих

72