Необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9 | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 4 января, печатный экземпляр отправим 8 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №10 (300) март 2020 г.

Дата публикации: 03.03.2020

Статья просмотрена: 157 раз

Библиографическое описание:

Ермакова, А. А. Необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9 / А. А. Ермакова, И. И. Уразов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 10 (300). — С. 120-123. — URL: https://moluch.ru/archive/300/67841/ (дата обращения: 22.12.2024).



В статье авторы пытаются определить необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9.

Ключевые слова: сопротивление усталости, EN 1993–1-9, напряжения, цикл нагружения.

Природа усталости

Материалы, находящиеся под воздействием циклических переменных нагрузок, со временем изменяют свои механические свойства. Высокий процент разрушений элементов конструкций происходит из-за усталости (ошибок на стадии проектирования или производства).

Согласно [1], на определённой стадии нагружения материала циклическими переменными нагрузками начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.

Кривые усталости

Наиболее распространенной формой представления данных об усталости является кривая S-N (кривая Велера), где диапазон циклических напряжений (S) изображен в зависимости от количества циклов до отказа (N). Кривая усталости (кривая S-N) в логарифмических (lgS, lgN) координатах представлена на Рис. 1 [2, Рисунок 11.9].

C:\Users\ermak\Desktop\менеджмент\Снимок3.PNG

Рис. 1. Основные параметры цикла нагружения

S-N кривые получают путем лабораторных испытаний образцов. Согласно [3], наиболее часто используемыми схемами нагружения при испытаниях на усталость являются консольный изгиб с вращением, чистый изгиб с вращением и осевое пульсирующее растяжение или растяжение-сжатие, а наиболее распространенный цикл нагружения — синусоидальный (коэффициент ассиметрии цикла ).

Сопротивление усталости стальных конструкций

Проведем оценку усталостной прочности в соответствии с EN 1993–1-9 [4]. Для проверки усталостной прочности необходимо сравнить размахи напряжений цикла с пределами выносливости.

Сопротивление усталости обеспечено, если выполняются условия:

и [4, Формула (8.2)]

[4, Формула (8.3)]

Где:

; — эквивалентный размах напряжений цикла постоянной амплитуды на базе 2 млн. циклов, Н/мм2;

; — допускаемое значение предела выносливости при 2 млн. () циклах, Н/мм2;

— частный коэффициент безопасности для эквивалентных размахов напряжений циклов постоянной амплитуды (принимаем равным 1.35 согласно EN 1993–1-9 [4, Таблица 3.1] в запас как для больших последствий разрушения при методе оценки безопасного ресурса);

— частный коэффициент безопасности для предела выносливости ; (принимаем для подкрановых путей в соответствии с EN 1993–6 [4, п. 9.2.(1)].

Категория проверяемых элементов определяется в соответствии с EN 1993–1-9 [4] и обозначается числом, равным значению предела выносливости и , Н/мм2, определенному на базе 2 млн. циклов нагружения [4, п. 6.1(1)].

Пределы выносливости в зависимости от категории элементов и количества циклов определяются по кривым, представленным на Рис. 2 [4, п. 7.1(2)]:

7_1

Рис. 2. Пределы выносливости соответственно нормальных и касательных напряжений , , Н/мм2 [4]

Когда число циклов при постоянном размахе напряжений цикла

(см. Рис. 2), пределы выносливости имеют наиболее высокие значения.

Предел выносливости нормальных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов предел выносливости принимается равным пределу выносливости постоянной амплитуды [4, п. 7.1(2)]:

Предел выносливости касательных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов (до предела повреждаемости) значения пределов выносливости становятся ниже.

Предел выносливости нормальных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов предел выносливости определяется как предел повреждаемости [4, п. 7.1(2)]:

Предел выносливости касательных напряжений определяется так же, как и при количестве циклов (см. выше).

При количестве циклов предел выносливости определяется как предел повреждаемости [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов и до ∞ значения пределов выносливости не зависят от количества циклов, определяются как пределы повреждаемости элементов и имеют самые минимальные значения.

Предел выносливости нормальных напряжений (см. Рис. 2):

Предел выносливости касательных напряжений (см. Рис. 2):

Определение расчетной долговечности

В конструкциях, удовлетворяющих условиям прочности, размах нормальных напряжений не может быть больше предела текучести , а размах касательных напряжений не может быть выше .

Примем эти значения для стали S355 как наибольшие возможные размахи напряжений, то есть: , .

Для того, чтобы сопротивление усталости было обеспечено, должны выполняться условия [4, Формула (8.2), Формула (8.3)], см. выше.

Для определения минимального числа циклов примем ;

, следовательно, условия [4, Формула (8.2), Формула (8.3)] примут вид:

и

При принятых выше коэффициентах ; и максимально возможных размахах напряжений, пределы выносливости должны быть выше:

Поскольку при малом количестве циклов

, а (см. выше):

;

Для обеспечения таких пределов выносливости, количество циклов не должно быть больше:

;

Для самой низкой категории элементов , следовательно:

;

Сопротивление усталости обеспечено при очень малом количестве циклов нагружения . Следовательно, проверку по условиям

[4, Формула (8.2), Формула (8.3)] необходимо производить в большинстве случаев.

Литература:

1. С. В. Серенсен. Значение УСТАЛОСТЬ МАТЕРИАЛОВ в Большой советской энциклопедии, БСЭ [Электронный ресурс] // Slovar.cc: cловари, энциклопедии и справочники, 2010–2020. URL: https://slovar.cc/enc/bse/2052262.html (дата обращения: 01.03.2020)

2. Steel designers’ manual / the Steel Construction Institute; edited by Buick Davison, Graham W. Owens. 7th ed. — UK, 2012.

3. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. М.: Наука, 2015. 479 с.

4. ТКП EN 1993–1-9–2009 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1–9. Усталостная прочность / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь — Минск, 2010.

5. ТКП EN 1993–6-2009 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 6. Подкрановые пути / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь — Минск, 2010.

Основные термины (генерируются автоматически): предел выносливости, s-n, сопротивление усталости, цикл, предел выносливости касательных напряжений, Формула, возможный размах напряжений, значение пределов выносливости, усталостная прочность, частный коэффициент безопасности.


Ключевые слова

напряжения, сопротивление усталости, EN 1993–1-9, цикл нагружения

Похожие статьи

Некоторые результаты расчета фермы покрытия машинного зала согласно EN 1993–1-1 и СП 16.13330

В статье автор анализирует результаты подбора сечений фермы покрытия машинного зала атомной электростанции в Финляндии согласно EN 1993–1-1 и СП 16.13330 на примере опорного раскоса.

Сравнение общих положений расчета стальных конструкций по Еврокоду 3 EN 1993–1-1 и СП 16.13330.2017

В статье сравниваются основные принципы российских и европейских норм для проектирования стальных конструкций на основе нормативных документов и исследований по данной проблеме.

Определение прогибов изгибаемых железобетонных элементов без предварительного напряжения на основе деформационной модели

В статье приводится методика определения прогибов изгибаемых железобетонных элементов без предварительного напряжения арматуры на основе нелинейной деформационной модели с использованием двухлинейной расчетной диаграммы состояния бетона. Приводятся р...

Надежность строительных конструкций на этапе проектирования

В статье автор раскрывает суть применения системы коэффициентов запаса в расчетах при проектировании для обеспечения надежности строительных конструкций.

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины

В работе исследовано напряженно-деформированное состояние железобетонной балки при наличии поперечной трещины. Приведена оценка численных результатов значений напряжений при удалении от вершины трещины. Моделирование осуществлялось с использованием п...

Исследование факторов, влияющих на формирование напряженно-деформированного состояния зданий при учете его истории возведения

В последнее время, при проектировании зданий повышенной этажности необходимо определять НДС их несущей системы, с учетом последовательности возведения. Таким образом, возникает вопрос: какова основная причина неадекватности, при учете последовательно...

Результаты лабораторных исследований стяжек из сталей по ГОСТ 380–2005 и сталей по ГОСТ 1050–2013 быстросборных модулей

Статья посвящена изучению металлических стяжек из сталей по ГОСТ 380–2005 и сталей по ГОСТ 1050–2013 для сборки элементов моделей и их деформаций при лабораторных исследованиях быстросборных модулей контейнерного типа. Сравнению величин деформаций в ...

Расчет доверительных пределов виброскорости поршневого компрессора ВШВ 3/100 после изменения регламента обслуживания

В статье авторы рассматривают изменение виброскорости и доверительных пределов после изменения регламента технического обслуживания.

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного плуга

В статье рассматривается напряженно-деформированное состояние рамы навесного плуга, полученное в программном комплексе ANSYS.

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных элементов

В статье рассматриваются основные положения повышения долговечности железобетонных конструкций. Выделяются методы прогнозирования железобетонных конструкций, их особенности, достоинства и недостатки.

Похожие статьи

Некоторые результаты расчета фермы покрытия машинного зала согласно EN 1993–1-1 и СП 16.13330

В статье автор анализирует результаты подбора сечений фермы покрытия машинного зала атомной электростанции в Финляндии согласно EN 1993–1-1 и СП 16.13330 на примере опорного раскоса.

Сравнение общих положений расчета стальных конструкций по Еврокоду 3 EN 1993–1-1 и СП 16.13330.2017

В статье сравниваются основные принципы российских и европейских норм для проектирования стальных конструкций на основе нормативных документов и исследований по данной проблеме.

Определение прогибов изгибаемых железобетонных элементов без предварительного напряжения на основе деформационной модели

В статье приводится методика определения прогибов изгибаемых железобетонных элементов без предварительного напряжения арматуры на основе нелинейной деформационной модели с использованием двухлинейной расчетной диаграммы состояния бетона. Приводятся р...

Надежность строительных конструкций на этапе проектирования

В статье автор раскрывает суть применения системы коэффициентов запаса в расчетах при проектировании для обеспечения надежности строительных конструкций.

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины

В работе исследовано напряженно-деформированное состояние железобетонной балки при наличии поперечной трещины. Приведена оценка численных результатов значений напряжений при удалении от вершины трещины. Моделирование осуществлялось с использованием п...

Исследование факторов, влияющих на формирование напряженно-деформированного состояния зданий при учете его истории возведения

В последнее время, при проектировании зданий повышенной этажности необходимо определять НДС их несущей системы, с учетом последовательности возведения. Таким образом, возникает вопрос: какова основная причина неадекватности, при учете последовательно...

Результаты лабораторных исследований стяжек из сталей по ГОСТ 380–2005 и сталей по ГОСТ 1050–2013 быстросборных модулей

Статья посвящена изучению металлических стяжек из сталей по ГОСТ 380–2005 и сталей по ГОСТ 1050–2013 для сборки элементов моделей и их деформаций при лабораторных исследованиях быстросборных модулей контейнерного типа. Сравнению величин деформаций в ...

Расчет доверительных пределов виброскорости поршневого компрессора ВШВ 3/100 после изменения регламента обслуживания

В статье авторы рассматривают изменение виброскорости и доверительных пределов после изменения регламента технического обслуживания.

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного плуга

В статье рассматривается напряженно-деформированное состояние рамы навесного плуга, полученное в программном комплексе ANSYS.

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных элементов

В статье рассматриваются основные положения повышения долговечности железобетонных конструкций. Выделяются методы прогнозирования железобетонных конструкций, их особенности, достоинства и недостатки.

Задать вопрос