21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Стойки, мачты, стрелы и другие сжатые элементы

10.07.2016

Общие сведения. Стойки, мачты, стрелы, башенные опоры, башни и другие сжатые элементы весьма часто встречаются в металлических конструкциях. На их изготовление расходуется значительное количество стали, поэтому проектированию их должно быть уделено большое внимание. Такие конструкции состоят из следующих основных частей (рис. VI—1):
- стержень (ствол) — основной несущий элемент;
- база — устройство, передающее давление от стержня (ствола) на. нижележащие части или на фундамент и обеспечивающее в случае надобности подвижность стержня;
- оголовок — устройство для принятия основных нагрузок на стержень и для закрепления второго (верхнего) конца стержня;
- промежуточные устройства для восприятия значительных нагрузок, передающихся на длине стержня, и для промежуточных креплений стержня.
В зависимости от способа загружения различают стержни (стволы) центрально сжатые и внецентренно сжатые с малыми или с большими эксцентриситетами в одной или в двух плоскостях. Стержни могут быть нагружены по своим концам постепенно возрастающей по длине стержня нагрузкой или нагрузкой, возрастающей по длине стержня резко выраженными. ступенями.
Стойки, мачты, стрелы и другие сжатые элементы

Центрально сжатые стержни и сжатые стержни с малыми эксцентриситетами одинаковой свободной длины (lx=ly) обычно делают симметричного поперечного сечения относительно обеих осей (круг, прямоугольник, двутавр, крест и т. п., рис. VI—2, а—д). У сжато-изгибаемых стержней с большими моментами, переменными по направлению, сечения обычно удлиняют в плоскости действия этих моментов (рис. VI—2, е—и, VI—3,5). Если большие моменты в сжато-изгибаемых стержнях имеют постоянное направление, то, чтобы уменьшить, влияние изгиба (уменьшить величину эксцентриситета), сечение таких стержней делают в плоскости действия больших моментов резко несимметричными, располагая более развитую часть ближе к направлению сжимающей силы (рис. VI—2,к и VI—1,в).
Стойки, мачты, стрелы и другие сжатые элементы

В зависимости от способа образования сжатых элементов их разделяют на сплошные (рис. VI—2) и сквозные (рис. VI—3). Ceчения сплошных элементов могут быть открытыми и закрытыми (рис. VI—2, а, з, и).
Сжатые стержни могут иметь постоянное по длине сечение или в целях экономии металла и облегчения веса плавно меняющееся (рис. VI—4,а, б, в). В местах приложения больших нагрузок, например давлений от подкрановых балок, сечения резко увеличивают. Такие стойки получают ступенчатое очертание (рис. VI—1, б, в и VI—4, г).
Характер закрепления стержней в двух взаимно перпендикулярных плоскостях может быть одинаковым (lx-ly) или разным, когда приведенная длина стержня lx значительно отличается от ly. Особую группу составляют элементы, закрепленные лишь одним концом. У некоторых элементов в одной плоскости закреплены оба конца, а в другой — только один. Например, у стрел грузоподъемных кранов (см. рис. VI—1,а) в вертикальной плоскости оба конца закреплены шарнирно, а из этой плоскости верхний конец не закреплен, а нижний — защемлен.
Поперечные сечения центрально сжатых стержней с lx=ly желательно иметь одинаково развитыми в обоих направлениях, чтобы rx=ry и, следовательно, λx=λy. Сечения стержней с lx≠ly должны быть развиты больше в том направлении, в котором приведенная длина больше. Сечения стержней с одним свободным концом, а другим защемленным значительно увеличивают по мере удаления от свободного конца (рис. VI—4, в).
Стойки, мачты, стрелы и другие сжатые элементы

Преимущество сквозных стержней перед сплошными заключается в возможности, назначая соответствующее расстояние между ветвями, получить стержень, равноустойчивый относительно обеих главных осей как при одинаковых приведенных длинах их (lx=ly), так и при резко различных. Это обеспечивает более эффективное использование материала ветвей, меньший расход металла и несколько меньший вес сквозных стержней. Поэтому их часто применяют в мачтах и стрелах. Однако значительная часть сэкономленной стали расходуется на решетку. Последняя в отличие от стенок сплошных стержней не принимает непосредственного участия в передаче сжимающих сил, а служит лишь для связи ветвей между собой. Поэтому вес сплошных и сквозных стержней с относительно малыми размерами поперечных сечений мало отличается, чего нельзя сказать о стержнях с большими поперечными размерами. Изготовление сквозных стержней более сложно, трудоемко и стоит дороже. Для изготовления сплошных стержней преимущественно используют автоматическую и полуавтоматическую сварку, а для сквозных — из-за малой длины отдельных швов —ручную сварку. Части, составляющие сплошные элементы, получаются более массивными, и повреждение их при монтаже или тяжелых условиях эксплуатации менее вероятно, чем сквозных элементов с большим количеством мелких и тонких частей.
Устойчивость сжатых составных стержней проверяют с учетом приведенной (расчетной) длины lпр. Последнюю определяют по формуле lпр=kпрl в зависимости от способов закрепления стержня в каждой из проверяемых плоскостей и от способов загружения его. Переменное по длине сечение стержня влияет на величину критической силы, при которой происходит потеря устойчивости сжатого стержня, несколько уменьшая ее величину по сравнению с критической силой у стержня постоянного сечения, работающего в аналогичных условиях. Стержни переменного сечения рассчитывают с учетом коэффициентов продольного изгиба φ (табл. II—2), определяемого по приведенной длине lпр = kпрk'прl, где k'пр — коэффициент, учитывающий способ изменения сечения стержня и соотношение наибольшего и наименьшего моментов инерции поперечных сечений. Для ряда наиболее часто применяемых способов изменения сечения сквозных сжатых стержней, нагруженных сжимающими силами по концам, значения коэффициентов k'пр приведены в таблице VI—1.
Стойки, мачты, стрелы и другие сжатые элементы

При предварительном назначении отношения Iмин:Iмакс для определения k'пр (до подбора сечений) следует помнить, что при постоянном сечении поясов и переменном расстоянии с между их центрами тяжести отношение Iмин:Imакс почти пропорционально отношению квадратов этих расстояний, то есть Iмин:Iмакс = с2мин:с2макс. Это дает:
при смин:смакс = 0,6 0,5 0,4 0,3
Iмин:Iмакс = 0,36 0,25 0,16 0,09.
При относительно большой длине l1 участка с постоянным сечением мачты по сравнению с полной длиной ее l(l1≥0,6l) влияние переменности сечения концевых участков мало сказывается на устойчивости всей мачты, а следовательно, и на величине коэффициента приведения k'пр.. Последний колеблется в относительно небольших пределах (1,01+1,08).
Значения коэффициентов для стоек многоэтажных свободных рам, для одноступенчатых и двуступенчатых стоек одноэтажных рам см. СНиП II-B.3-62. Другие способы изменения сечения, закрепления и загружения см. А.Н. Динник «Устойчивость упругих систем», 1950.