ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Пример расчета ребристой панели перекрытияТребуется рассчитать и сконструировать ребристую панель для перекрытия производственного здания. Номинальные размеры панели в плане 6 1,2 м. Действующие на перекрытие постоянные нагрузки принять по таблице 5. Таблица 5 – Нагрузка на междуэтажное перекрытие производственного здания
Временная нормативная нагрузка 7000 Н/м2, в том числе длительного действия 5000 Н/м2. Коэффициент надежности . Ребра панели армируют сварными каркасами из стержневой стали класса А-III, плиту армируют сварной сеткой из проволоки класса Вр-I. Бетон панели класса В25. Расчетные данные по табл. Для бетона класса В25: Rb= 14,5 МПа; Rbt =1,05 МПа, Rbser= 18,5 МПа; Rbt,ser= 1,6 МПа, Eb= 27 103 МПа; для арматуры класса А-III: Rs= 355 МПа (при диаметре 6 8 мм), Rsw= 290 МПа, Es =2 105 МПа; для арматуры диаметром 5 мм класса Вр-I: Rs =360 МПа; Rsw= 260 МПа и Es =1,7 105 МПа. Определение нагрузок и усилий. Нагрузки на 1 м длины панели шириной 1,2 м: постоянная нормативная qn =4200·1,2=5100; постоянная расчетная q= 4800·1,2=5760; временная нормативная pn =8000·1,2=9600; расчетная p= 9600·1,2=11 500, в том числе временная длительная нормативная pnld= 5000·1,2=6000; временная длительная расчетная pld =5000·1,2·1,2=7200; кратковременная нормативная pncd =3000·1,2=3600; кратковременная расчетная pcd =3000·1,2·1,2=4320 Н/м. Расчетная длина панели при ширине прогона b= 20 см: l0=l-b/ 2=6-0,2/2=5,9 м. Расчетная схема панели представляет собой свободно опертую балку таврового сечения с равномерно распределенной нагрузкой. Определяем расчетные изгибающие моменты от полной расчетной нагрузки M=ql20γn/ 8=(5760+11 500) ·5,92·0,95/8=71 500 Н·м = 71,5 кН·м; от полной нормативной нагрузки Mn =(5100+9600) ·5,92·0,95/8=61 000 Н·м; от нормативной постоянной и длительной временной нагрузок Mnld= (5100+6000) · 5,92·0,95/8=46 000 Н·м; от нормативной кратковременной нагрузки Mncd= 3600·5,92·0,95/8=14 900 Н·м. Максимальная расчетная поперечная сила Q= ql20γn/ 2=17,2·5,9·0,95/2=48,3 кН, где q = 5760+11 500=17 260 Н/м=17,26 кН/м. Предварительное определение сечения панели. Высоту сечения панели находим из условий обеспечения прочности и жесткости по эмпирической формуле где - для ребристой панели с полкой в сжатой зоне; с =30 – при применении арматуры из стали класса А-III;
принимаем h= 40 см кратко 5 см. Применительно к типовым заводским формам предварительно назначаем другие размеры сечения: толщину продольных ребер 80 и 100 мм (средняя толщина bp =90 мм), толщину плиты h/f= 60 мм, высоту поперечных ребер 200 мм, ширину сечения внизу 60 мм и вверху 110 мм. Для расчета арматуры сечения ребристой панели приводим к тавровому с полкой в сжатой зоне: ширину сжатой полки b/f =116 мм, так как h/f/h =6/40=0,15>0,1 и имеются поперечные ребра; толщину h/f= 6 см, суммарную ширину приведенного ребра b= 2 bp =2·9=18 см. Рабочая высота сечения предварительно h0=h-a= 40-4=36 см. Проверяем соблюдение условия, полагая предварительно, что коэффициент φω1=1: 48 300<0,3·1·0,87·14,5·0,9(100)18·36=221·103 Н, где Условие соблюдается, принятое сечение достаточно для обеспечения прочности по наклонной полосе. Расчет нормальных сечений по прочности. Устанавливаем расчетный случай для тавровых сечений, проверяя условие M=7 150 000 Н·см<14,5·0,9(100)116·6(36-0,5·6); M= 71,5·105<300·105 Н·см. Условие соблюдается, следовательно, нейтральная ось проходит в полке (x<h/f): по таблице 6 находим
Таблица 6 – Данные для расчета изгибаемых элементов прямоугольного сечения, армированных одиночной арматурой
Проверяем условие находим значение : где условие удовлетворяется; Площадь сечения продольной арматуры в ребрах принято 4 Ø 14 А-III, AS= 6,16 см2, располагая по два стержня в ребре (можно также предусмотреть 2 Ø 20 А-III, AS= 6,28 см2, по одному продольному стержню в каждом ребре). В данном примере принято 2 Ø 14 А-III в каждом ребре, чтобы показать обрыв части продольных стержней в пролете в соответствии с эпюрой изгибающего момента; этим можно сократить расход арматуры. При двухрядном расположении арматуры h0=h-a3-d1-a1/ 2=40-2-1,4—2,5/2=35,3 см 35 см (здесь a3 2 см и a1 2,5 см – соответственно защитный слой бетона и расстояние между стержнями, см). Расчет наклонного сечения по прочности. Q= 48,3 кН. Вычисляем проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось с. Влияние свесов сжатых полок (при двух ребрах): Коэффициент φ n =0, ввиду отсутствия предварительного обжатия. Вычисляем сумму коэффициентов (1+φ f +φ n)=1+0,25+0=1,25<1,5. Параметр Bb= φ b2 ·(1+ φ f + φ n)· Rbtγb2bh20= 2·1,25·1,05(100)0,9·18·362=55,3·105 Н·см. В расчетном наклонном сечении Qb=Qsw=Q/ 2, поэтому наклонное сечение c=Bb/ 0,5 Q= 55,3·105/0,5·48 300=230 см>2 h0= 2·36=72 см; принимаем c= 2 h0= 72 см. Тогда поперечное усилие Qb = Bb/c =55,3·105/72=75,7·103 Н=75,7 кН, что больше Q= 48,3 кН, следовательно, поперечная арматура по расчету не требуется. Принимаем конструктивно поперечные стержни Ø 6 А-I, Asw =0,283 см2. Шаг поперечных стержней и не более s= 15 см. Принимаем на приопорном участке длиной ¼ пролета (600/4=150 см) шаг поперечных стержней s= 15·см, а в средней половине пролета панели проектируем их размещение по конструктивным требованиям при и не более s= 50 см. Принимаем в средней половине длины каркасов продольных ребер шаг поперечных стержней s2 =30 см. Определение места обрыва в пролете продольных стержней. В пролете допускается обрывать не более 50% расчетной площади сечения стержней, вычисленных по максимальному изгибающему моменту. При этом в каждом плоском сварном каркасе не менее одного продольного стержня должно быть заведено за грань опоры. За грань опоры заводят по одному стержню диаметром 14 мм в каждом каркасе К-I, всего As1 =2·1,54=3,08 см2. Высота сжатой зоны сечения Момент воспринимаемый сечением с арматурой 2Ø14А-III, My=RsAs1zb= 365(100)3,08·34,6=3 890 000 Н·м=38,9 кН·м,
где zb=h0 – 0,5 x =35 – 0,5·0,75=34,6 см. Определяем место теоретического обрыва продольной арматуры из условия: My=Qy – 0,5 qy2= 0,5 ql0y – 0,5 qy2; 38,9=48,3 y – 0,5·17,26 y2; 8,63 y2 – 48,3 y+ 38,9=0;
y1= 0,96 м, y2 =4,62 м. Обрываемые стержни заводят за грань теоретического обрыва на длину ω, согласно эпюре изгибающих моментов. Значение ω по нормам принимают равным большему из двух следующих значений: где Qy=Q (1-2 y1/l0)=48,3(1-2·0,96/5,9)=32,5 кН – из подобия треугольников эпюры поперечных сил Qs,inc= 0, ввиду отсутствия отогнутой арматуры; по формуле определяем: qsw=RswAsw / s= 175·0,283(100)/15=662 Н/см; принимаем ω=32 см. Расчет плиты панели. Плита (полка) панели является трехпролетной неразрезной, опертой по контуру на продольные и поперечные ребра. Отношение длинной стороны l2 и короткой l1 в чистоте между ребрами: l2/l1= (1790-110)/(1160-2·100)=1,75<2. Определение нагрузок и усилий. Собственный вес конструкции пола по табл. 3.4: нормативный 300+1000+400=1700 Н/м2; расчетный 330+1200+520=2050 Н/м2. Собственный вес плиты: нормативный 0,06·25 000=1500 Н/м2; расчетный 1500·1,1=1650 Н/м2. Суммарная равномерно распределенная нагрузка: полная нормативная (gn+pn)=1700+1500+8000=11200Н/м2; полная расчетная (g+p)=2050+1650+9600=13 300 Н/м2; нормативная постоянная и длительная временная (gnld+pnld)=1700+1500+5000=8200 Н/м2. Вычисляем изгибающие моменты методом предельного равновесия. Моменты в среднем поле неразрезной плиты при l2/l1= 1,5 2 можно принять: ;
Из основного уравнения равновесия плит
принимая коэффициент , которым учитывается влияние распора в зависимости от жесткости окаймляющих ребер и отношения l2/l1, для принятых соотношений моментов находим момент M1 на полосу шириной 1 м в направлении короткой стороны (при γ n =0,95): то же, в направлении длинной стороны: Крайние поля неразрезной плиты как окаймленные со всех сторон ребрами рассматриваются аналогично среднему полю, и так как отношения сторон в них по чти равны l2/l1 среднего поля, то изгибающие моменты принимаем по среднему полю. Определяем площадь сечения арматуры на 1 м плиты в направлении короткой стороны при h0=h-a= 6 – 1,5=4,5 см: где - для арматуры класса Вр-I диаметром 3 мм. Принимаем рулонную сетку 5 из проволоки класса Вр-I диаметром 3 мм шириной 1100 мм с поперечной рабочей арматурой см2 при шаге s= 200 мм; сетка раскатывается вдоль длинной стороны с отгибом на опорах в верхнюю зону. В направлении длинной стороны As2= 0,5 As1= 0,158 см2; из конструктивных соображений принято As2=As1= 0,36 см2. Для восприятия опорных моментов (по длинной стороне), величина которых равна M1, укладываем конструктивно сетки 3 шириной 500 мм из Ø3 Вр-I с перегибом на продольном ребре. Поперечные стержни сеток 3 перепускают в плиту на длину 0,2 l1= 200 мм. Расчет поперечного ребра панели. Определение нагрузок и усилий. Максимальная нагрузка на среднее поперечное ребро передается с треугольных грузовых площадей Ac= 0,5 l21. Расчетная схема поперечного ребра представляет собой балку с защемленными опорами, нагруженную треугольной нагрузкой с максимальной ординатой q1 и собственным весом qc. Треугольную нагрузку допускается заменить на эквивалентную равномерно распределенную по формуле qe= 5/8 q1. q1= (g+p)(l1+bp)=13 300(0,96+0,085)=13 900 Н/м, где bp= (11+6)/2=8,5 см – средняя толщина поперечного ребра; qc=bp (hp – h/f) ργf =0,085(0,2-0,06)25 000·1,1=330 Н/м, Суммарная равномерно распределенная нагрузка q=qe+qc= (5/8)13 900+330=9030 Н/м. С учетом развития пластических деформаций изгибающие моменты в пролете Mc и на опоре можно определять по равномоментной схеме (Mc= =M): M=ql21/ 16=9030·0,962/16=520 Н·м. Расчет продольной арматуры. В пролете поперечное ребро имеет тавровое сечение с полкой в сжатой зоне. Расчетная ширина полки b/f=bp+ 2 l1/ 6=8,5+2·96/6=49 см и b/f= bp+ 12 h/f= 8,5+12·6=80,5 см; принимаем меньшее значение b/f= 40 см; высота ребра h =20 см и рабочая высота h0=h-a= 20 – 2,5=17,5 см A0=M/b/f h20Rbγb2 =52 000/40·17,52·14,5(100)0,9=0,00325, что меньше минимального значения A0, по табл.2.12 принимаем : As=M/ɳ0Rs= 52 000/17,5·225(100)=0,132 см2; принимаем из конструктивных соображений Ø6 А-I, As= 0,28 см2; арматуру в верхней зоне и поперечные стержни также принимаем из арматуры Ø6 мм; шаг поперечных стержней 150 мм. Из арматуры Ø6 А-I выполняют каркас 2 в крайних поперечных ребрах. Расчет панели по деформациям (прогибам). Изгибающий момент в середине пролета равен: от полной нормативной нагрузки Mn =61 кН·м; от нормативной постоянной и длительной временной нагрузок Mnld =46 кН·м и от кратковременной нагрузки Mncd= 14, 9 кН·м. Определяем геометрические характеристики приведенного сечения панели: α= Es /Eb= 2 ·105/0,27·105=7,4; Вычисление прогиба панели приближенным методом. Проверяем условие, определяющее необходимость вычисления прогибов при l/h0= 590/35=17>10: l/h0 λlim, по табл.2.20 при μα=0,072 и арматуре из стали класса А-III находим λlim= 18,5/(1/200)/(2,5/590)=15,5 (здесь выражение в скобках учитывает разницу в прогибе 1/200 и 2,5 см= l/ 236) 590/35=17> λlim= 15,5, т.е. расчет прогибов требуется. Прогиб в середине пролета панели по формуле ftot=Sl2·1/rc= 5/48·5902(1/ rc), где 1/ rc – кривизна в середине панели при учете постоянных и длительных нагрузок равна здесь коэффициенты =0,48 и =0,125 приняты по табл.2.19 в зависимости от μα=0,072≈0,07 и φf(γ)=0,93 (по интерполяции) для тавровых сечений с полкой в сжатой зоне; ftot= 5/48·5902·10-5=2,2 см< =2,5 см – для ребристых перекрытий по эстетическим требованиям (таблица 7)
Таблица 7 – Значения коэффициентов k1, k2 и k3
Определение прогиба по точным формулам. Вначале проверяют условие Mr Mcrc, при соблюдении которого нормальные трещины в наиболее нагруженном сечении по середине пролета не образуются. Момент от полной нормативной нагрузки Mn =61 кН·м. Момент трещинообразования Mcrc вычисляют по формуле, принимая Mrp= 0: Mcrc=Rbt,serWpl, где Wpl=γWred. По прил. VI для тавровых сечений с полкой в сжатой зоне γ= 1,75, а упругий момент сопротивления сечения для растянутой грани сечения Wred=Ired /y0; y0=Sred /Ared. Для вычисления Ired и y0 определяем площадь приведенного сечения: Ared=A+αAs= 116·6+18·34+6,16·7,4·5=1354 см2.
Статический момент площади приведенного сечения относительно нижней грани ребра: Sred=S0+αSs= 116·6·37+18·34·17+6,16·7,4·5=36 470 см3. Расстояние от центра тяжести площади приведенного сечения до нижней грани ребра: y0= Sred /Ared= 36 470/1354=27 см; h – y0= 40 – 27=13 см. Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести сечения Ired=I+αAsy2s= 116·63/12+116·102+18·343/12+18·34·102+7,4·6,16·222= =206 300 см4; где ys=y0-a= 27 – 5=22 см; в формуле слагаемые с Asp, A/sp и A/s исключены, так как As= 0; A/sp= 0, а A/s не учтены ввиду малости. Момент сопротивления: Wred=Ired /yo= 206 300/ 27=7650 см3; Wpl=γWred= 1,75·7650=13 400 см3. Момент трещинообразования Mcrc=Rbt,serWpl= 1,6(100)13 400=21,4·105 Н·см=21,4 кН·м, что меньше Mn= 61 кН·м, следовательно, трещины в растянутой зоне сечения по середине пролета образуются. Необходимо выполнять расчет прогибов с учетом образования трещин в растянутой зоне. Кроме того, требуется проверка по раскрытию трещин. Полная кривизна 1/ r для участка с трещинами по формуле: 1/ r= 1/ r1 – 1/ r2+ 1/ r3 и соответственно полный прогиб панели ftot=f1 – f2+f3, где f1 – прогиб от кратковременного действия всей нагрузки; f2 – то же, от действия только постоянных и длительных нагрузок; f3 – прогиб от длительного действия постоянных и длительных нагрузок. Вычисление f1. Для середины пролета панели Mr = Mn =61 кН·м. Для определения кривизны дополнительно вычислим: Относительная высота сжатой зоны в сечении с трещиной по что меньше h/f /h0 =6/35=0,172 и меньше 2 a/ /h0 =5/35=0,143; сечения рассчитывают как прямоугольные шириной b/f =116 см; принимаем без учета арматуры As/ в формулах для определения λ, φ f и z1 значение h/f = 0: Плечо внутренней пары сил по формуле при Определяем коэффициент ψ s по формуле: ψ s= 1,25 – φ lsφm= 1,25 – 1,1·0,35=0,87<1, где φm=Rbt,serWpl /Mn= 1,6(100)(13 400 /61·105)=0,35; φ ls= 1,1 Кривизна 1/ r1 в середине пролета панели при кратковременном действии всей нагрузки по формуле и ψ b= 0,9; ν=0,45:
Прогиб f1 по формуле Вычисление f2 · Mld =46 кН·м. Заменяющий момент Mr=Mld= 46 46 кН·м: по данным расчета f1 принимаем: ψ s= 0,87; ψ b =0,9; ν=0,45;
Прогиб f2 Вычисление f3. Кривизну 1/ r3 при длительном действии постоянной и длительной нагрузок определяем с использованием данных расчета кривизны 1/ r1 и 1/ r2: Mr=Mld= 46 кН м; 0,087; z1 =33,5 см; φ m =0,35. Коэффициент ν=0,15. Коэффициент ψ s при φ ls =0,8: ψ s= 1,25 – φ ls φ m= 1,25-0,8·0,35=0,97<1. Кривизна 1/ r3 в середине пролета панели Прогиб f3 Суммарный прогиб ftot=f1 – f2+f3= 1,76-1,31+2,05=2,5 см < =1/150 l= = 3,9 см по конструктивным требованиям и flim =2,5 см – по эстетическим требованиям. Расчет панели по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси. Согласно данным табл.2.9, ребристая панель перекрытия относится к третьей категории трещиностойкости. Предельно допустимая ширина раскрытия трещин составляет acrc1= 0,4 мм и acrc2 =0,3 мм. По формуле ширина раскрытия трещин где =1; =1; =(1,5 – 15 ); =1; δa=1 (так как a2= 3 см < 0,2 h= 0,2·40=8 см); d= 14 мм; = As /bh0= 6,16/18·35=0,0098<0,02. Расчет по длительному раскрытию трещин. Ширину длительного раскрытия трещин определяют от длительного действия постоянных и длительных нагрузок. Изгибающий момент в середине пролета панели Mld =46 кН·м. Напряжение в растянутой арматуре Так как растянутая арматура в ребрах расположена в два ряда, то напряжение σ s необходимо умножить на поправочный коэффициент δ n (по СНиП 2.03.01 – 84). где x= h0 =0,087·35=3,05 см; a2= 3 см – расстояние от нижней грани сечения до центра тяжести нижнего ряда продольной арматуры; a1 =5 см – уточненное расстояние от нижней грани сечения до центра тяжести всей растянутой арматуры As. При длительном действии нагрузок принимаем φ l =1,6 – 15μ=1,6 – 15·0,0098=1,453. Коэффициент: Расчет по кратковременному раскрытию трещин. Ширину кратковременного раскрытия трещин определяют как сумму ширины раскрытия от длительного действия постоянных и длительных нагрузок acrc3 и приращения ширины раскрытия от действия кратковременных нагрузок (acrc1 – acrc2): acrc= (acrc1 – acrc2)+ acrc3, где acrc3= 0,2 мм. Напряжение в растянутой арматуре при кратковременном действии всех нормативных нагрузок Напряжение в растянутой арматуре от действия постоянных и длительных нагрузок Приращение напряжения при кратковременном увеличении нагрузки от длительно действующей до ее полной величины составляет Δσ s=σs1 – σs2 =296-223=73 МПа Приращение ширины раскрытия трещин при φ l =1 по формуле Суммарная ширина раскрытия трещин acrc,tot= 0,2+0,046=0,25 мм < =0,4 мм. Затем выполняют расчет панели по раскрытию наклонных трещин, а также расчет панели в стадии изготовления, транспортирования и монтажа.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|