Несущая способность болтов — прочность на растяжение

Оглавление
Глава Раздел
Страница
ГЛАВА 0
Рекомендации
ГЛАВА 1
Раздел 1
Раздел 2:
Раздел 3
РАСЧЁТЫ КОНСТРУКЦИИ
Введение
Руководства
Символы и обозначения
1.1.03
1.1.04
Коэффициенты
Величины и определения
Статические расчёты
Пределы деформации
Свойства материалов
Упрощённый расчёт балки
Нагрузки
Профили
1.2.03
1.2.04
1.2.05
1.2.09
1.2.10
1.2.11
1.2.13
Профили, используемые как балки и колонны
Профили, подверженные нагрузкам на сжатие или растяжение (колонны
и натяжные стержни)
Пример 3.1: Колонна
Пример 3.2: Профиль в решётчатой колонне
Профили, подверженные действию силы сжатия и изгибающего момента
Пример 3.3: Колонна, подверженная моменту напряжения
Колонна, подверженная моменту напряжения
Пример 3.4: Опорная балка
Раздел 4
Раздел 5
0.0.01
Болтовые соединения
Расчёт болтовых соединений
Несущая способность болтов
- сдвиг в продольном направлении (0°)
1.3.03
1.3.05
1.3.06
1.3.08
1.3.09
1.3.11
1.3.13
1.4.03
1.4.06
1.4.09
1.4.12
1.4.13
1.4.14
1.4.14
1.4.15
1.4.16
1.4.17
1.4.20
1.4.22
1.4.24
- сдвиг в поперечном направлении (90°)
- прочность на растяжение
Пример 4.1: Болты под сдвиговой нагрузкой
Таблица 4.1 - Несущая способность болтов — сдвиг в продольном направлении (0°)
Таблица 4.2 - Несущая способность болтов — сдвиг в поперечном направлении (90°)
Таблица 4.3 - Несущая способность болтов — прочность на растяжение
Пример 4.2: Опора колонны — двутавровая 200 × 100 × 10
Пример 4.3: Опора колонны — U-образная 200 × 60 × 10
Пример 4.4: Опора колонны — труба квадратного сечения100 × 100 × 8
Пример 4.5: U-образная балка 200 × 60 × 10 и двутавровая колонна200 × 100 × 10
Пример 4.6: Двутавровая балка и колонна 200 × 100 × 10
Пример 4.7: U-образная балка 200 × 60 × 10 и колонна из трубы квадратного
сечения100 × 100 × 8
Пример 4.8: Две горизонтальных двутавровых балки 200 × 100 × 10
Пример 4.9: Две горизонтальных U-образных балки200 × 60 × 10
1.4.26
1.4.28
1.4.31
Клеевые соединения
Клеевые соединения
Пример клеевого соединения в сочетании с болтами
1.5.03
1.5.04
ГЛАВА 2:
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
ГЛАВА 3:
СТРОИТЕЛЬСТВО
Планки и решётки, изготовленные пултрузией и литьём
Пример 5.1: Равномерно распределённые нагрузки на планки
2.1.15
Перила
Виды изделий и несущая способность
Местный вид 3.1
Местный вид 3.2
Пример конструкции ограждения
2.2.02
2.2.05
2.2.06
2.2.07
Лестницы
Принципы
Основы для строительства
Местный вид 4.1
Местный вид 4.2
Местный вид 4.3
Местный вид 4.4
Местный вид 4.5
Пример возведения лестниц
2.3.03
2.3.04
2.3.06
2.3.07
2.3.08
2.3.09
2.3.10
2.3.11
МОНТАЖНЫЕ СКОБЫ
Виды изделий и их использование
Пример 8.1
Пример 8.2
Пример 8.3
Пример 8.4
ГЛАВА 4
Глава Раздел
Страница
3.1.03
3.1.04
3.1.07
3.1.09
3.1.12
ОБРАЩЕНИЕ С ПРОФИЛЯМИ И ИХ ПЕРЕВОЗКА
Обращение с профилями и их перевозка
ГЛАВА 5: РАЗНОЕ
Глоссарий
4.1.03
ГЛАВА 0: КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Раздел 1
Композитные материалы
Рекомендации
0.0.2
0.0.1
Рекомендация 1
Точечные нагрузки на профили (например, двутавровые, уголковые и U-образные), а также на квадратные
трубы.
Композитные материалы не рассчитаны на типы нагрузок, показанные на Рис. 1. Таких
нагрузок следует избегать, за исключением случая, когда анализ подтверждает устойчивость
к ним.
Таким образом, рекомендуется использовать шайбы диаметром 2,5 ∙ d
Данная рекомендация применима как для завершённых конструкций, так и для монтажа и обращения с
материалами.
На Рис. 1 показаны точечные нагрузки от болтов, но рекомендация относится и к другим типам точечных
нагрузок.
Рис. 1
0.0.2
Рекомендация 2
Конструкции с постоянными нагрузками
В случае постоянных нагрузок во избежание коррозии в напряжённом материале не следует
допускать нагрузки в профилях, превышающие 1/3 от предельного граничного состояния.
0.0.3
ГЛАВА 1 РАСЧЁТЫ КОНСТРУКЦИИ
Раздел 1
Раздел 2:
Раздел 3
Раздел 4
Раздел 5
Введение
Руководства
Символы и обозначения
1.1.03
1.1.04
Коэффициенты
Величины и определения
Статические расчёты
Пределы деформации
Свойства материала
Упрощённый расчёт балки
Нагрузки
Профили
1.2.03
1.2.04
1.2.05
1.2.09
1.2.10
1.2.11
1.2.13
Профили, используемые как балки и колонны
Профили, подверженные нагрузкам на сжатие или растяжение (колонны и натянутые стержни)
и натяжные
Пример
3.1: стержни)
Колонна
Пример 3.2: Профиль в решётчатой колонне
Профили, подверженные действию силы сжатия и изгибающего момента
Пример 3.3: Колонна, подверженная моменту напряжения
Балка с поперечной нагрузкой
Пример 3.4: Опорная балка
1.3.03
1.3.05
1.3.06
1.3.08
1.3.09
1.3.11
1.3.13
Болтовые соединения
Болтовые соединения
Несущая способность болтов
- сдвиг в продольном направлении (0°)
1.4.03
- сдвиг в поперечном направлении (90°)
- прочность на растяжение
Пример 4.1: Болты под сдвиговой нагрузкой
Таблица 4.1: Несущая способность болтов — сдвиг в продольном направлении (0°)
Таблица 4.2: Несущая способность болтов — сдвиг в поперечном направлении (90°)
Таблица 4.3: Несущая способность болтов — прочность на растяжение
Пример 4.2: Опора колонны — двутавровый профиль 200 × 100 × 10
Пример 4.3: Опора колонны — U-образный профиль 200 × 60 × 10
Пример 4.4: Опора колонны — труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
Пример 4.5: U-образная балка 200 × 60 × 10 и двутавровая колонна 200 × 100 × 10
Пример 4.6: Двутавровая балка и колонна 200 × 100 × 10
Пример 4.7: U-образная балка 200 × 60 × 10 и колонна из трубы квадратного
сечения 100 × 100 × 8
1.4.06
1.4.09
1.4.12
1.4.13
1.4.14
1.4.14
1.4.15
1.4.16
1.4.18
1.4.20
1.4.22
1.4.24
1.4.26
Пример 4.8: Две горизонтальных двутавровых балки 200 × 100 × 10
Пример 4.9: Две горизонтальных U-образных балки 200 × 60 × 10
1.4.28
1.4.31
Клеевые соединения
Клеевые соединения
Пример клеевого соединения в сочетании с болтами
1.5.03
1.5.04
ГЛАВА 1
Раздел 1: Введение
Руководства
Символы и обозначения
1.1.03
1.1.04
1.1.2
Руководства
Содержание
В разделе расчётов представлена информация по профилям и материалам, а также описание
теоретических основ расчёта напряжения, приведён метод расчёта колонн, поперечно-нагруженных колонн
и балок по одному, двум или трём сечениям, а также болтовых соединений.
В разделе, посвящённом расчёту размеров, приведены примеры для расчёта колонны, балки и нескольких
типов соединений. Для каждого профиля приведён лист данных, на лицевой стороне которого описывается
геометрия и несущая способность профиля, выступающего как растянутый или сжатый стержень, а на
обороте описание профиля как поперечно-нагруженной балки по одному, двум или трём пролётам. Во
избежание бокового выпучивания необходимо надёжное крепление частей балки, подверженных сжатию.
Все расчёты колонн и балок проведены в соответствии с методами, указанными в Руководстве по
проектированию, которое, в свою очередь, соответствует требованиям Норм проектирования EUROCOMP.
На листе данных для каждого профиля приведены значения несущей способности для условий,
указанных ниже.
Предельное состояние
Сопротивление перегрузкам или потере устойчивости определяется как частные коэффициенты,
прилагаемые к значениям нагрузок и напряжений, соответственно.
Предел эксплуатационной надёжности
Выражение поведения конструкции в ходе эксплуатации.
Точка деформации
Размеры балочной конструкции обычно выбираются таким образом, чтобы максимальное отклонение
составляло от 1/400 до 1/200 от длины пролёта балки. Наиболее вероятной активной нагрузкой в этом
случае является сочетание постоянной и части переменной нагрузок, которые, скорее всего, будут
действовать в любой момент времени.
Агрессивная окружающая среда
При наличии агрессивной окружающей среды также необходимо определить, обладают ли используемые в
строительстве материалы свойствами, предотвращающими недопустимо быстрое развитие коррозии. См.
общий обзор на стр. 5.1.04.
Пределы для аварийных ситуаций
Применяются для оценки поведения конструкции в аварийных ситуациях (пожар или взрыв) на основании
точки разлома и отметок пределов приложений нагрузок.
Предельные значения, а также соответствующие свойства материалов приведены в Разделе 2.
1.1.3
Символы и обозначения
Символы
A
a
b
c
d
E
e
F
f
G
g
H
I
k
L
M
N
P
p
q
Q
r
T
t
v
V
W
γ
λ
δ
ν
σ
τ
площадь;
расстояние от болта до края ламината в направлении действия силы;
ширина;
расстояние от болта до края ламината перпендикулярно действию силы;
диаметр;
модуль эластичности;
эксцентричность, расстояние до центра тяжести;
усилие;
напряжение;
модуль сдвиговой, постоянной нагрузки;
собственный вес на единицу длины или площади;
высота;
момент инерции;
коэффициент;
длина или ширина пролёта;
момент;
нормальное усилие;
усилие (в болтах);
нагрузка на единицу длины;
переменная нагрузка на единицу длины;
переменная нагрузка;
радиус;
толщина;
толщина;
угол;
сдвиговое усилие;
модуль сечения;
частный коэффициент;
деформация, отклонение;
относительный коэффициент гибкости;
коэффициент Пуассона;
нормальное напряжение;
сдвиговое напряжение.
Надстрочные и подстрочные знаки
0° направление, соответствующее направлению вытягивания в ходе пултрузии (продольное);
90° направление, перпендикулярное направлению вытягивания в ходе пултрузии (поперечное);
b
изгиб;
c
сжатие;
cr
критическое значение;
d
расчётное значение;
el теоретическая эластичность;
k
собственная длина продольного изгиба;
r
относительное значение;
t натяжение;
ν
сдвиг, угловой;
τ
сдвиг.
1.1.4
Глава 1
Раздел 2: Коэффициенты
Величины и определения
Статические расчёты
Пределы деформации
Свойства материалов
Упрощённый расчёт балки
Нагрузки
Профили
1.2.03
1.2.04
1.2.05
1.2.09
1.2.10
1.2.11
1.2.13
1.2.1
Величины и определения
Направление прочности и жёсткости
Рисунок 2.11 Направление прочности и жёсткости
Определение направления
На Рис. 2.1 показаны основные направления указанных постоянных материала. Угол 0° означает
продольное направление профиля, соответствующее направлению вытягивания в ходе пултрузии, а также
направление, нормально используемое для изгиба балок или колонн. Направление, перпендикулярное
продольному, обозначено как 90°. Постоянные материала для этого направления обыкновенно
используются для расчёта соединений.
Единственными постоянными материала, не зависящими от направления, являются прочность на сдвиг и
модуль сдвига. Теоретически и они зависят от направления, но на практике разница их значений является
пренебрежимо малой, и используется меньшее из измеренных значений.
Указания направлений см. на Рис. 2.1.
В таблицах 2.5–2.11 представлены все существенные геометрические параметры, модуль эластичности,
E0° ∙ Ixx, а также теоретические профили массы на метр для различных диаграмм поперечных сечений
профилей, представленных в таблицах профилей.
1.2.3
Статический расчёт
Статические расчёты для опорных конструкций из композитных материалов или профилей,
изготовленных методом пултрузии, обычно основаны на государственных или международных
нормах и стандартах.
Статические расчёты, представленные в настоящей версии Руководства по проектированию,
выполнены в соответствии с Нормами проектирования EURPOCOMP; методы расчётов и принципы
безопасности соответствуют нормам Eurocode 1, раздел 1, «Основы проектирования и расчёта
напряжений опорных конструкций». Полные показатели напряжённости, представленные в
настоящих нормах, содержатся в системе Eurocodе и могут использоваться вместе с настоящим
Руководством по проектированию.
На настоящий момент строительные стандарты для композитных материалов ещё не включены в
систему Eurocode. До появления норм Eurocode и возможных государственных норм, настоящее
Руководство по проектированию основывается на Нормах проектирования EUROCOMP.
1.2.4
Пределы деформации
Статический расчёт композитной конструкции представляет собой оценку поведения конструкции с учётом
некоторого количества пределов деформации, установленных официальными нормами и т. п. или
требованиями застройщика, принимаемыми на основании типа конструкции и представляющими собой,
например, минимальные требования к жёсткости для использования конструкции в качестве опоры
машинного оборудования.
На стр. 1.2.11 приведён перечень нагрузок, обычно учитываемых при проектировании несущей конструкции.
Предел прочности
Это значение представляет собой вероятность разрушения конструкции при перегрузке или недостатке
устойчивости. Для его расчёта к значениям нагрузок и прочности прикладываются частные коэффициенты.
Внешнее влияние, обычно выражаемое как расчётная нагрузка Sd, должно быть меньше устойчивости Rd.
Значение Sd вычисляется для каждой статистически независимой нагрузки на соответствующих точках
конструкции на основании постоянных и переменных коэффициентов.
Для систем с одной переменной это значение определяется как:
𝑆𝑑,𝑘 = Σ𝑗=1,…𝑚 𝛾𝐺,𝑗 ∙ 𝐺𝑘,𝑗 + 1,50 ∙ 𝑄𝑘
где
G
:
Qk
:
постоянно действующий коэффициент (от перманентной нагрузки j на
испытательной точке k);
переменно действующий коэффициент (на испытательной точке k);
γGj
:
частный коэффициент переменной нагрузки (j);
Значение γGj составляет 1,35. Однако, в случаях, когда постоянная нагрузка способствует
устойчивости конструкции, значение γGj принимается равным 1,0.
Для систем с несколькими переменными влияние каждой из них определяется как:
𝑆𝑑,𝑘,𝑗 = Σ𝑗=1,…𝑚 𝛾𝐺,𝑗 ∙ 𝐺𝑘,𝑗 + 1,50 ∙ 𝑄𝑘𝑗
где
G
:
Qk
:
постоянно действующий коэффициент (от перманентной нагрузки j на
испытательной точке k);
переменно действующий коэффициент (на испытательной точке k);
γGj
:
частный коэффициент переменной нагрузки (j).
Значение γGj составляет 1,35. Однако, в случаях, когда постоянная нагрузка способствует
устойчивости конструкции, значение γGj принимается равным 1,0.
В прочих случаях совокупная нагрузка определяется как:
𝑆𝑑,𝑘 = Σ𝑗=1,…𝑚 𝛾𝐺,𝑗 ∙ 𝐺𝑘,𝑗 + 1,35 ∙ Σ𝑗=1,…𝑛 𝑄𝑘𝑗
1.2.5
В качестве расчётного значения здесь принимается максимальное значение коэффициента Sd для
комбинаций нагрузок. Это значение должно быть меньше расчётного сопротивления, определяемого
в ходе испытаний или расчёта установленной средней несущей способности R, выраженной как:
𝑅𝑑 =
𝑅𝑘
𝛾𝑚
𝑅𝑘
𝑅𝑘
=
𝛾𝑚
𝛾𝑚,1 ∙ 𝛾𝑚,2 ∙ 𝛾𝑚,3 ∙ 𝛾𝑚,4
где частные коэффициенты γm,1, γm,2, γm,3 и γm,4 относятся к следующим факторам:
γm1 :
метод изготовления;
γm2 :
степень доотверждения;
γm3 :
определённость пространственной устойчивости, разница между рабочей температурой и
ТТД (температурой тепловой деформации);
γm4 :
рабочая температура;
Частные коэффициенты γm,1, γm,2 и γm,3 определяются в соответствии с Нормами проектирования
EUROCOMP.
γm1
= 1,15 профили изготовлены методом пултрузии (EUROCOMP, таблица 2.4);
γm2
= 1,1
профили прошли полное доотверждение на заводе (EUROCOMP, таблица 2.5);
γm3
= 1,0
ТТД для пространственной устойчивости профилей составляет 100 °С
(EUROCOMP, таблица 2.6).
Частный коэффициент γm4 представляет собой рабочую температуру. Рекомендуется брать его из
Таблицы 2.0:
Рабочая
температура (°С) в
сухом состоянии
-20
0
20
40
60
80
γm.4
Кратковременная нагрузка
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1 ,25
Долговременная нагрузка
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3,13
Таблица 2.0
Для величин, не представленных в таблице, значение γm4 может быть получено интерполяцией.
Продолжительность долговременной нагрузки измеряется в годах.
1.2.6
Полное значение частного коэффициента ym сопротивления материалов приведено в таблице ниже.
Для величин, не представленных в таблице, значение γm может быть получено интерполяцией.
Размеры композитной конструкции часто могут быть получены посредством оценки условий эксплуатации.
В зависимости от вероятности разрушения конструкции (крайне высокой или крайне низкой) инженерпроектировщик может принять решение повысить или, напротив, понизить представленные ниже
коэффициенты.
Рабочая
температура (°С)
в сухом
состоянии
γm,1, γm,2, γm,3, γm,4
Кратковременная нагрузка
Долговременная нагрузка
-20
1,3
60 (80)
1,3
80 (100)
1,6
Таблица 2.0(б). Значения в скобках представлены для винилэфира.
3,2
3,2
4,0
Применимые пределы деформации
Оценка поведения конструкции в ходе эксплуатации, в частности, её деформации. Обычно размеры балок
выбираются таким образом, чтобы максимальное отклонение составляло от 1/400 до 1/200 от длины
пролёта балки.
Значение (обычно в анализах учитывается деформация) сопоставляется с допустимыми пределами
деформации на соответствующих точках испытаний.
При определении этих коэффициентов допускается учитывать то обстоятельство, что все переменные
нагрузки не обязательно могут действовать одновременно.
В разделе 2.3.4 Норм проектирования EUROCOMP представлены следующие рекомендованные формулы
для испытаний пределов деформации в эксплуатируемых конструкциях.
При приложении всех постоянных и не более одной переменной нагрузок:
𝑅𝑘,𝑖 ≥ 𝑆𝑘,𝑖
𝑆𝑘,𝑖 = Σ𝑗=1,…𝑚 𝐺𝑘,𝑗 + 𝑄𝑘,𝑖
В отношении коэффициента одновременности, указанного в нормах EUROCOMP как 0,9, в Разделе 1 норм
Eurocode приведены значения для более реалистичной оценки одновременности воздействия нагрузок
разных типов. Уменьшение коэффициента одновременности до значения менее 0,9 также возможно на
основании оценки инженера-проектировщика.
𝑅𝑘,𝑖 ≥ 𝑆𝑘,𝑖
𝑆𝑘 = Σ𝑗=1,…𝑚 𝐺𝑘,𝑗 + 0,90 ∙ Σ𝑖=1,…𝑛 𝑄𝑘,𝑖
1.2.7
Огневая нагрузка
При расчёте несущей способности несущей конструкции, подверженной воздействию огня,
предполагается, что воздействие оказывает наиболее вероятный тип нагрузки.
Пределы деформации в аварийных ситуациях
Поведение конструкции в аварийных ситуациях (пожар, ударная нагрузка, взрыв) может оцениваться
на основании показателей пределов деформации и используемых пределов деформации.
Для таких пределов деформации обычно используются типовые, т. е. наиболее реалистичные
значения.
В принципе, в основе расчётов лежит исследование пределов деформации, так как все частные
коэффициенты принимаются как 1,0. Для переменных нагрузок принимаются размеры,
соответствующие наиболее вероятной нагрузке.
1.2.8
Свойства материала
Представленные в настоящем разделе свойства материала применимы для диапазона температур от -20 °С
до 60 °C.
Для температур выше 60 °C для значений прочности и жёсткости принимается понижающий коэффициент
γm4, указанный на стр. 1.2.6.
Типичные значения прочности (сухое состояние)
(МПа)
Прочность на изгиб, 0°
fb,0°
240
Прочность на изгиб, 90°
fb,90°
100
Прочность на растяжение, 0°
ft,0°
240
Прочность на растяжение, 90°
ft,90°
50
Прочность на сжатие, 0°
fc,0°
240
Прочность на сжатие, 90°
fc,90°
70
Прочность на сдвиг
fτ
25
Прочность штифта, продольное
fcb,0°
150
направление
Прочность штифта, поперечное
fcb,90°
70
направление
Таблица 2.1
Данная таблица построена на основании испытаний. Приведённые значения можно использовать как
основу расчёта для частей соединений и местных коэффициентов для профилей. Более того, приведённые
данные можно использовать, помимо прочего, в качестве основы для расчётов устойчивости и возможных
долговременных воздействий на балки и колонны.
Во многих случаях оценка характеристик балочных конструкций может включать упрощённые расчёты,
включающие формулу прочности в продольном (0°) направлении. В расчётах такого типа испытания
местной устойчивости фланцев и эффекты ползучести для профилей могут быть опущены. Упрощённые
расчёты балок приведены на стр. 1.2.10.
Типовые значения жёсткости и поперечного сжатия (сухое состояние)
(МПа)
[--]
Модуль эластичности
Е0°
23 000/28 000
Модуль эластичности
Е90°
8 500
Модуль сдвига
G
3 000
Коэффициент
ν0°,90°
0,23
Пуассона
Коэффициент
ν90°,0°
0,09
Пуассона
Таблица 2.2
Модуль эластичности профилей находится в пределах 23–28 ГПа и зависит от геометрии и усиления
конструкции. Соответствующие значения см. в разделе, посвящённом несущей способности отдельных
профилей.
1.2.9
Значения прочности, используемые в расчётах
Кратковременное значение
(МПа)
Долговременное значение
(МПа)
Прочность на изгиб, 0°
fb,0°d
185
75
Прочность на изгиб, 90°
fb,90°d
75
30
fb,0°d
185
75
ft,90°,d
40
30
Прочность на сжатие, 0°
fc,0°,d
185
75
Прочность на сжатие, 90°
fc,90°,d
75
30
fτ,d
20
8
Прочность на растяжение,
0°
Прочность на растяжение,
90°
Прочность на сдвиг
Таблица 2.3
Значения в таблице выше соответствуют значениям из Таблицы 2.1, разделённым на γm = 1,3.
Упрощённые расчёты балок см. в разделе ниже. Продолжительность долговременной нагрузки
исчисляется годами.
Упрощённые расчёты балочных конструкций
Если значения напряжения при прогибе находятся в допустимых пределах деформации,
указанных ниже, расчёт балочных конструкций может быть упрощён, с опусканием
долговременных эффектов и оценки местной устойчивости.
Расчётный предел деформации для растяжения без испытаний на долговременные
эффекты и оценки местной устойчивости фланцев
[МПа]
Прочность на изгиб,
0°
fb,0°d
75
Таблица 2.4
При выборе размеров балок с учётом применимых пределов деформации расчёт предельных
граничных состояний лишь в редких случаях будет являться определяющим критерием
проектирования.
1.2.10
Нагрузки
Воздействие постоянной нагрузки в точке испытаний p:
(нагрузка, оказывающая положительное влияние на устойчивость в точке p);
(нагрузка, оказывающая отрицательное влияние на устойчивость в точке p).
G 1,p
G 2,p
Воздействие статистически независимых переменных нагрузок в точке испытаний p:
(обычное значение интенсивности нагрузки
деформации, рассчитываемого как ψL,1 ∙ Q 1,p);
(обычное значение интенсивности нагрузки
деформации, рассчитываемого как ψL,2 ∙ Q 2,p);
(обычное значение интенсивности нагрузки
деформации, рассчитываемого как ψL,3∙ Q 3,p).
Q 1,p
Q 2,p
Q 3,p
в
комбинации нагрузок
для
предела
в
комбинации нагрузок
для
предела
в
комбинации нагрузок
для
предела
Нормальные комбинации нагрузок
Предельное состояние
𝐵1
В общем случае 𝑆𝑑,𝑝
≤ 𝑅𝑑,𝑝 , где 𝑅𝑑,𝑝 =
𝑅𝑘,𝑝
⁄𝛾
𝑚
;
таким образом,
B1,1
B1,2
B1,3
B2
𝐵1,1
𝑆𝑑,𝑝
𝐵1,2
𝑆𝑑,𝑝
𝐵1,3
𝑆𝑑,𝑝
𝐵2
𝑆𝑑,𝑝
=
=
=
=
1,0 ∙ G1,p + 1,35 ∙ G2,p + 1,50 ∙ Q1,p
1,0 ∙ G1,p + 1,35 ∙ G2,p + 1,50 ∙ Q2,p
1,0 ∙ G1,p + 1,35 ∙ G2,p + 1,50 ∙ Q3,p
1,0 ∙ G1,p + 1,35 ∙ G2,p + 1,35 ∙ Q1,p + 1,35 ∙ Q2,p + 1,35 ∙ Q3,p
где Rd.p — расчётная несущая способность, обычно представляющая собой предел деформации на
растяжение или разлом в точке испытаний р. Rd.p определяется как значение прочности в собственном
состоянии Rk,p, разделённое на частный коэффициент 𝛾𝑚 .
Для расчётов используются значения прочности материала из Таблицы 2.1. Для балочных конструкций
допускается возможность проведения упрощённых расчётов с использованием рассчитанного по формуле
значения прочности из Таблицы 2.4.
1.2.11
Предел эксплуатационной надёжности
Пределы деформации
Общие уровни деформации
А1
𝑆𝑑,𝑝
≤ 𝑅А1,𝑝
А1
А1
𝑆𝑑,𝑝
= G1,p + G2,p + ψL,1 ∙ Q1,p + ψL,2 ∙ Q 2,p + ψL,3 ∙ Q 3,p
где RA1,p — допустимая способность к сопротивлению нагрузкам в ходе эксплуатации, обычно
представляющая собой деформацию или отклонение в точке испытаний р. Частный коэффициент к
А1
значению RA1,p добавлять не обязательно. Значение нагрузки 𝑆𝑑,𝑝
соответствует наиболее вероятному из
представленных выше видов нагрузок. В отсутствие более точного значения коэффициента ψ
рекомендуется использовать значение 0,9.
Максимальный уровень деформации:
А2,1
𝑆𝐾,𝑝
≤ 𝑅А2,𝑝
А2,2
𝑆𝐾,𝑝
≤ 𝑅А2,𝑝
А2,3
𝑆𝐾,𝑝
≤ 𝑅А2,𝑝
А 2,1
А 2,2
А 2,3
А2,1
𝑆𝐾,𝑝
= Gp,1 + Gp,2 + 1,00 ∙ Q p,1 + ψL,2 ∙ Q p,2 + ψL,3 ∙ Q p,3
А2,2
𝑆𝐾,𝑝
= Gp,1 + Gp,2 + ψL,1 ∙ Q p,1 + 1,00 ∙ Q p,2 + ψL,3 ∙ Q p,3
А2,3
𝑆𝐾,𝑝 = Gp,1 + Gp,2 + ψL,1 ∙ Q p,1 + ψL,2 ∙ Q p,2 + 1,00 ∙ Q p,3
где RA2,p — допустимая способность к сопротивлению кратковременным нагрузкам в ходе эксплуатации,
обычно представляющая собой кратковременное значение деформации или отклонения в точке испытаний
р. В отсутствие более точного значения коэффициента ψ рекомендуется использовать значение 0,9.
Значение RA2,p используется для балок с пределом отклонения, зачастую выбираемым как доля пролёта
(обычно на уровне от 1/200 до 1/400) или на основании требования по минимальному зазору между
элементами конструкции в ходе эксплуатации. Добавлять частный коэффициент к значению RA2p или
параметрам материала (E и G) не обязательно.
1.2.12
ГЛАВА 1
Раздел 3: Профили, используемые как балки и колонны
Профили, подверженные нагрузкам на сжатие или растяжение (колонны
и натяжные стержни)
Пример 3.1: Колонна
Пример 3.2: Профиль в решётчатой колонне
Профили, подверженные действию силы сжатия и изгибающего момента
Пример 3.3: Колонна, подверженная моменту напряжения
Балка с поперечной нагрузкой
Пример 3.4: Опорная балка
1.3.03
1.3.05
1.3.06
1.3.08
1.3.09
1.3.11
1.3.13
1.3.1
Профили, подверженные нагрузкам на сжатие или
растяжение (колонны и натяжные стержни)
Lk
A
I
Nd
fc,0°/ft,0°
E0°
γM,f
γM,E
Ncr
Nel
Fd
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
длина продольного изгиба колонны;
поперечное сечение профиля;
момент инерции;
расчётное значение нормальной силы (в т. ч. частный коэффициент);
собственная прочность на сжатие или растяжение (без частного коэффициента);
собственный модуль эластичности (без частного коэффициента);
частный коэффициент для fc,0°/ft,0° в предельном состоянии;
частный коэффициент для E в предельном состоянии;
критическое значение нагрузки на колонну;
нагрузка в соответствии с теорией эластичности (Эйлерова нагрузка);
нагрузка на сжатие.
Профили, подверженные растяжению
Максимальная допустимая нагрузка Nd определяется на основании собственного уровня напряжения
растяжения профиля и поперечного сечения профиля:
𝑁𝑑 ≤
𝐴 ∙ 𝑓𝑡,0°
𝛾𝑚,𝑓
Профили, подверженные сжатию
Расчётное значение нормальной силы Nd должно быть меньше критической нагрузки на колонну Ncr,
зависящего от длины колонны, поскольку критическое значение силы на сжатие является определяющим
фактором для колонн малой длины. Расчёт колонн большей длины производится с учётом Эйлеровой
нагрузки по следующей формуле:
𝑁𝑑 ≤ 𝑁𝑐𝑟 =
𝐹𝑑
𝐹
1+ 𝑑
𝑁𝑒𝑙
=
𝐹𝑑
1 + 𝜆2𝑟
1.3.3
где:
𝑓𝑐,0°
𝜆𝑟 = √
𝜎𝑒𝑙 ∙ 𝛾𝑚,𝑓
𝐹𝑑 =
𝑁𝑒𝑙 =
𝐴 ∙ 𝑓𝑐,0°
𝛾𝑚,𝑓
𝜋 2 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼
𝛾𝑚,𝐸 ∙ 𝐿2𝑘
𝜎𝑒𝑙 =
Если Nd < Ncr, колонна устойчива.
1.3.4
𝑁𝑒𝑙
𝐴
Пример 3.1: Колонна
Для стоечных поручней используются трубы квадратного сечения 50 × 50 × 5 мм, которые также широко
используются в платформах в качестве опорных колонн с удлинёнными стойками, выполняющими функции
опор.
Ниже приведён пример определения несущей способности трубы квадратного сечения длиной 2 м. Расчёт
проводится для простой опоры профиля, при которой длина его изгиба совпадает с собственной длиной
(см. Рис. 3.1).
A
=
0,903 • 103 мм2
Ixx
=
0,309 • 106 мм 4
Iw
=
0,309 • 106 мм 4
E0 .
=
23 000 МПа
fc,0 °
=
240 МПа
γm,E
e
γm,f
LK
=
1,3
=
=
1.3
2000 мм
Расчёты должны проводиться на основании инструкций, представленных в
теоретическом описании колонны. На основании этих данных можно
рассчитать критическую нагрузку на сжатие:
𝐹𝑑 =
𝐴 ∙ 𝑓𝑐,0°
0,903 ∙ 103 мм2 ∙ 240 МПа
=
∙ 10−3 = 166,67 кН
𝛾𝑚,𝑓
1,3
Подобным образом рассчитывается и критическое значение Эйлеровой
нагрузки:
𝑁𝑒𝑙 =
𝜋 2 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼
𝜋 2 ∙ 23 000 МПа ∙ 0,309 ∙ 106 мм4
=
∙ 10−3 = 13,49 кН
𝛾𝑚,𝐸 ∙ 𝐿2𝑘
1,3 ∙ (2 000 мм)2
Рисунок 3.1
Эйлерова нагрузка учитывается при определении размеров колонны. Значение критической нагрузки на
колонну рассчитывается следующим образом:
𝑁𝑐𝑟 =
𝐹𝑑
𝐹
1+ 𝑑
𝑁𝑒𝑙
=
166,7 кН
= 12,48 кН
166,7 кН
1+
13,49 кН
Если это значение не превышено, профиль обладает собственной устойчивостью при использовании в
качестве колонны высотой 2 метра.
1.3.5
Пример 3.2: Профиль в решётчатой колонне
Определение несущей способности колонны, являющейся частью решётчатой колонны (см. Рис. 3.2).
Профиль имеет простую опору.
Длина прогиба = Lx = 3,60 м
Длина прогиба = Ly = 0,90 м
(прогиб в «сильном» направлении);
(прогиб в «слабом» направлении);
γm, E = 1,3;
γm, f = 1,3.
Частный коэффициент для E0°
Частный коэффициент для fc,0°
Нагрузка:
Собственный вес, включая профиль
Приложенная нагрузка
Частный коэффициент, собственный вес
Частный коэффициент, приложенная нагрузка
G = 20 кН;
Q1 = 100 кН;
γfg = 1,3;
γfg = 1,3.
Выбранный профиль: двутавровый, 200 × 100 × 10
А
Iхх
Iyy
Е
fc,0°
=
=
=
=
=
3,89 ∙ 103 мм2;
23,6 ∙ 106 мм4;
1,69 ∙ 106 мм4;
28 000 МПа;
240 МПа.
Рисунок 3.2
Предельное состояние:
𝑁𝑑 = γfg ∙ 𝐺 + 𝛾𝑓 ∙ 𝑄1 = 1,35 ∙ 20 + 1,5 ∙ 100 = 177,0 кН
𝐹𝑑 =
𝐴 ∙ 𝑓𝑐,0°
3,89 ∙ 103 ∙ 240
=
∙ 10−3 = 718,2 кН
𝛾𝑚,𝑓
1,3
𝑁𝑒𝑙,х =
𝑁𝑐𝑟,х =
𝜋 2 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼хх
𝜋 2 ∙ 28 000 ∙ 23,6 ∙ 106
=
∙ 10−3 = 387,1 кН
𝛾𝑚,𝑓 ∙ 𝐿2х
1,3 ∙ 3 6002
𝐹𝑑
𝐹
1+ 𝑑
𝑁𝑒𝑙,х
=
718,2 кН
= 251,5 кН
718,2 кН
1+
387,1 кН
Ncr,x больше Nd (251,5 кН > 177,0 кН), следовательно, колонна в данном направлении устойчива.
1.3.6
Подобный расчёт можно провести и для «слабого» направления:
𝑁𝑒𝑙,𝑦 =
𝜋 2 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼𝑦𝑦
𝜋 2 ∙ 28 000 ∙ 1,69 ∙ 106
=
∙ 10−3 = 443,5 кН
2
𝛾𝑚,𝑓 ∙ 𝐿𝑦
1,3 ∙ 9002
𝑁𝑐𝑟,𝑦 =
𝐹𝑑
𝐹
1+ 𝑑
𝑁𝑒𝑙,х
=
718,2 кН
= 274,2 кН
718,2 кН
1+
443,5 кН
Ncr,y, также больше Nd, следовательно, колонна устойчива и в этом направлении.
1.3.7
Профили, подверженные действию силы сжатия
и изгибающего момента
Ниже представлен расчёт несущей способности профиля, подверженного нормальной силе сжатия и
изгибающему моменту.
Расчёт должен проводиться для предельного состояния.
Нормальная сила сжатия и изгибающий момент зависят друг от друга вследствие того, что поперечное
отклонение, вызванное нормальной силой, приводит к изгибу профиля (возможности изгиба).
Это учитывается посредством умножения момента (определяемого без учёта отклонений) на повышающий
коэффициент.
Силы, действующие в профиле (расчётные значения)
Nd
Md
:
:
нормальная сила сжатия;
изгибающий момент (определённый без учёта деформаций профиля).
Постоянные поперечного сечения
A
W
:
:
площадь поперечного сечения профиля;
модуль сечения профиля.
Постоянные поперечного сечения указаны в листах технических данных профилей.
Проверка на напряжение
Максимальное напряжение сжатия в профиле определяется как:
𝜎макс. <
𝜎макс. =
𝑓𝑐,0°
𝛾𝑚,𝑓
𝑁𝑑
1
𝑀𝑑
+
∙
𝑁
𝐴
1− 𝑑 𝑊
𝑁𝑐𝑟
где:
fc,o°/γm, f =
Ncr
1.3.8
расчётное значение силы сжатия в профиле;
=
критическое значение силы сжатия в профиле (см. лист технических данных).
Пример 3.3: Колонна, подверженная осевой нагрузке и
моменту
На Рис. 3.3 представлен U-образный профиль 200 × 60 × 10,
используемый как опорная колонна в конструкции и
подверженный нормальной силе (P = 20 кН), а также
изгибающему моменту, возникающему из-за того, что нормальная
сила приложена к точке, находящейся на определённом
расстоянии от оси центра тяжести U-образного профиля.
В соответствии с листом технических данных критическое
значение нормальной силы или нагрузки колонны составляет 23,2
кН. Максимальные значения нагрузки на два соединения
конструкции составляют 24,8 кН (верхнее соединение) и 20,0 кН
(нижнее соединение).
Принимая, что нагрузка на колонну передаётся как сила сдвига
между соединениями, величину момента можно определить с
использованием повышающего коэффициента момента. На
основании этого значения можно производить выбор размеров
колонны. Во-первых, определим расстояние от точки приложения
силы до оси центра тяжести по Таблице 2.7
Значение момента будет равно расстоянию до центра тяжести,
умноженному на нормальную силу, равную Nd ∙ ex .
Коэффициент нормального напряжения в колонне определяется
следующим образом:
Рисунок 3.3
𝑃 = 𝑁𝑑
𝜎макс. =
𝜎=
20,0 ∙ 103
+
3,04 ∙ 103
𝑁𝑑
1
𝑁𝑑 ∙ 𝑒𝑥
+
∙
𝑁𝑑
𝐴
𝑊𝑦𝑦
1−
𝑁𝑐𝑟
1
20,0 ∙ 103 ∙ 15,0
∙
3
20,0 ∙ 10
18,3 ∙ 103
1−
23,5 ∙ 103
𝜎 = 6,6 + (6,71 ∙ 16,4)
𝜎 = 117 МПа
𝜎=
𝑓𝑐,0°
240 МПа
=
= 185 МПа
𝛾𝑚,𝑓
1,3
117 < 185 МПа, таким образом, имеющееся напряжение не приводит к возникновению критических условий в
колонне.
1.3.9
Подобным образом, принимая, что колонна имеет простую опору, подвержена постоянному моменту
и, пренебрегая нормальной силой, можно определить и искривление при помощи формулы,
представленной ниже:
𝜎момент =
𝑀0 ∙ 𝐼 2
8 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼𝑦𝑦
К значению искривления необходимо применить повышающий коэффициент момента:
𝜎общее =
1
1−
𝜎общее =
𝑁𝑑
𝑁𝑐𝑟
∙
𝑁 ∙ 𝑒𝑥 ∙ 𝐼 2
8 ∙ 𝐸0° ∙ 𝐼𝑦𝑦
1
20,0 ∙ 103 ∙ 14,9 ∙ 20002
∙
20,0 ∙ 103
8 ∙ 28000 ∙ 0,825 ∙ 106
1−
23,2 ∙ 103
𝜎общее = 7,25 ∙ 6,5
𝜎общее = 47,1 мм
Этот пример показывает, что даже небольшая эксцентричность может оказывать значительное
влияние на значения напряжения и деформации. Таким образом, рекомендуется прилагать нагрузки
по оси центра тяжести колонн, обладающих достаточным моментом нагрузки.
1.3.10
Балка с поперечной нагрузкой
Метод расчёта балки с простой опорой на обоих концах.
L
Ak
W
X
qk
:
:
:
:
:
pd
kM
kV
kδM
kδv
fb,0°
fτ
E
G
γm,f
:
:
:
:
:
:
:
:
:
длина пролёта (между опорами);
область сдвига;
модуль сечения;
момент инерции;
поперечная нагрузка, используемая для определения направления (часто собственное значение
самой сильной из приложенных нагрузок);
общая поперечная нагрузка с частным коэффициентом;
коэффициент, описывающий максимальный момент;
коэффициент, описывающий максимальную силу сдвига;
коэффициент, описывающий максимальное искривление, вызванное изгибающим моментом;
коэффициент, описывающий максимальное искривление, вызванное силой сдвига;
собственная прочность на изгиб (без частного коэффициента);
собственная прочность на сдвиг (без частного коэффициента);
собственный модуль эластичности (без частного коэффициента);
собственный модуль в сдвиге (без частного коэффициента);
:
:
частный коэффициент для fb,1 и fт в предельном состоянии;
искривление.
8
Предельное состояние
Изгиб:
𝑘𝑚 ∙ 𝑝𝑑 ∙ 𝐿2
𝑓𝑏,0°
≤
𝑊
𝛾𝑚,𝑓
Сдвиг:
𝑘𝑣 ∙ 𝑝𝑑 ∙ 𝐿
𝑓𝜏
≤
𝐴𝑘
𝛾𝑚,𝑓
Предел эксплуатационной надёжности
Предел искривления:
𝑀𝑎𝑥 𝜎
1
<
𝐿
𝛼
𝑀𝑎𝑥 𝜎
𝑘𝜎𝑀 ∙ 𝑞𝑘 ∙ 𝐿3 𝑘𝜎𝑉 ∙ 𝑞𝑘 ∙ 𝐿
=
+
𝐿
𝐸0° ∙ 𝐼
𝐺 ∙ 𝐴𝑘
где α обычно выбирается в пределах 200–400.
1.3.11
Изгиб:
𝑘𝑚 ∙ 𝑞𝑘 ∙ 𝐿2
≤ 𝑓𝑏0°,𝑑
𝑊
(Значение σb,0° принимается из Таблицы 2.3)
Сдвиг:
𝑘𝑣 ∙ 𝑝𝑑 ∙ 𝐿
< 𝑓𝜏,𝑑
𝐴𝑘
(Значение τ принимается из Таблицы 2.3)
Два значения напряжения σb,0° и τ принимаются из Таблицы 2.3, которая разделена на две категории:
долговременные и кратковременные значения, выбор между которыми делается на основании степени
воздействия нагрузки.
Таблица описательных коэффициентов
Коэффициент
Один пролёт
km = M/pd∙L
2
Два пролёта
Три пролёта
0,125
0,125
0,100
0,500
0,625
0,600
kσ,m =δмакс. момент ∙ E ∙ I/q ∙ L
0,01302
0,00542
0,00688
kσ,v =δмакс. сдвиг ∙ G ∙AkI/q ∙ L2
0,125
0,125
0,125
kv = V/pd∙L
4
Таблица 3.1
1.3.12
Пример 3.4: Опорная балка
Определение несущей способности двухпролётной
опорной балки, подверженной поперечной нагрузке.
Пролёт
L = 4,0 м
Нагрузка:
Собственный вес с балкой
Приложенная нагрузка,
кратковременная
Частный коэффициент для
собственного веса
Частный коэффициент для
приложенной нагрузки
Максимальное искривление
g = 0,5 кН/м
q1 = 3,0 кН/м
γfg = 1,35
γf,q = 1,5
длина/300
Выбранный профиль:
двутавровый 200 × 100 × 10 с нагрузкой по направлению y.
Из таблицы 3.1:
Два
пролёта:
kM = 0,125
kv = 0,625
kδM = 0,00542
kδv = 0,125
Предельное
состояние:
pd
=
γfg ∙ g + γf,q ∙ q1 = 1,35 ∙ 0,5 +1,5 ∙ 3,0 = 5,2 кН/м;
Md
=
kM ∙ pd ∙ L2 = 0,125 ∙ 5,2 ∙ 42 = 10,4 кН∙м = 10,4 ∙ 106 Н∙мм;
σмакс =
Md/W xx = 10,4 ∙ 106/236 ∙ 103 = 44 МПа;
fb,f,d
fb,0°/γm,f = 240/1,3 = 185 МПа;
=
σмакс <
fb,f,d (требование выполнено);
Vd
kV ∙ pd ∙ L = 0,625 ∙ 5,2 ∙ 4 = 13 кН = 13 000 Н;
=
τмакс. =
Vd/Ak,y = 13000/1,90 ∙ 103 = 6,8 МПа;
fτ/ γm,f =
25/1,3 = 19,2 МПа;
τмакс. <
fτ/ γm,f (требование выполнено).
1.3.13
Предел эксплуатационной надёжности
Искривление (для приложенной нагрузки):
qk
=
q1
=
3,0 кН/м (общая приложенная нагрузка);
𝜎
𝑘𝜎𝑀 ∙ 𝑞𝑘 ∙ 𝐿3 𝑘𝜎𝑉 ∙ 𝑞𝑘 ∙ 𝐿
=
+
𝐿
𝐸0° ∙ 𝐼𝑥𝑥
𝐺 ∙ 𝐴𝑘,𝑦
=
0,00542 ∙ 3,0 ∙ 40003 0,125 ∙ 3,0 ∙ 4000
+
28000 ∙ 23,6 ∙ 106
3000 ∙ 1,90 ∙ 103
= 0,0016 + 0,0003
=
1
526
𝜎
1
<
𝐿
300
(Требование выполнено)
1.3.14
ГЛАВА 1
Раздел 4: Болтовые соединения
Расчёт болтовых соединений
Несущая способность болтов — сдвиг в продольном направлении (0°)
Несущая способность болтов — сдвиг в поперечном направлении (90°)
Несущая способность болтов — прочность на растяжение
Пример 4.1: Болты под сдвиговой нагрузкой
Таблица 4.1: Несущая способность болтов — сдвиг в продольном направлении (0°)
Таблица 4.2: Несущая способность болтов — сдвиг в поперечном направлении (90°)
Таблица 4.3: Несущая способность болтов — прочность на растяжение
Пример 4.2: Опора колонны — двутавровая 200 × 100 × 10
Пример 4.3: Опора колонны — U-образная 200 × 60 × 10
Пример 4.4: Опора колонны — труба квадратного сечения100 × 100 × 8
Пример 4.5: U-образная балка 200 × 60 × 10 и двутавровая колонна 200 × 100 × 10
Пример 4.6: Двутавровые балка и колонна 200 × 100 × 10
Пример 4.7: U-образная балка 200×60×10 и колонна из трубы квадратного
сечения 100×100×8
Пример 4.8: Две горизонтальных двутавровых балки 200 × 100 × 10
Пример 4.9: Две горизонтальных U-образных балки 200 × 60 × 10
1.4.03
1.4.06
1.4.09
1.4.12
1.4.13
1.4.14
1.4.14
1.4.15
1.4.16
1.4.18
1.4.20
1.4.22
1.4.24
1.4.26
1.4.28
1.4.31
1.4.1
Расчёт болтовых соединений
Болтовые соединения передают силу сдвига между профилями конструкции посредством трения в точках,
располагающихся по окружности болтов, в которых на профили действует концентрированная сила сжатия.
В статических расчётах болтовых соединений необходимо убедиться в пригодности профиля и болтов для
использования под такими местными концентрированными нагрузками сжатия, а также убедиться в том, что
часть профиля вокруг места установки группы болтов не может быть вырвана из профиля, т. е. в
возможности передавать нагрузку с этой части на остальную часть профиля.
Несущая способность болтового соединения считается достаточной при выполнении следующих
критериев:
•
•
•
требуемые значения сил в болтах достаточны для уравновешивания существующих
сдвиговых сил;
контактное сжатие между профилями должно поглощаться локально. Для этого требуемые силы
болтов не должны превышать пределы, установленные в Таблицах 4.1, 4.2 и 4.3.
сдвиговые силы, на которые рассчитаны болтовые соединения, должны передаваться по ламинату
в части поверхности между группой болтов и остальной частью профиля, т. е. не должно
допускаться вырывания болтового соединения из профиля.
Распределение сил болтов в болтовом соединении описывается теорией эластичности. При
преимущественно статических нагрузках для соединений с болтами, рассчитанными на сдвиговую нагрузку,
реалистичное описание даёт теория пластичности. Испытания показывают, что обычно болты обладают
настолько высокой по отношению к ламинату прочностью, что возможны деформации, затрагивающие все
болты. В случае нарушения ламината размер деформаций перед болтами обычно составляет несколько
миллиметров или больше.
Для обеспечения невозможности вырывания всей болтовой группы из ламината следует учитывать все
возможные варианты разрушения. Для определения несущей способности соединения может
потребоваться провести расчёты для нескольких возможных вариантов разрушения. Примеры таких
расчётов показаны ниже.
Для обеспечения требуемой несущей способности необходимо соблюдать минимальные расстояния
между болтами, показанные на Рис. 4.1. Также необходимо учитывать направление пултрузии
(направление основных усилительных волокон).
В один ряд не следует устанавливать более четырёх болтов. Если же это невозможно, то требуется
проведение особых расчётов.
Не следует пытаться прорезать резьбу в композитном материале. На рисунках ниже показаны правильный
и неправильный примеры установки болтов.
Без резьбы в
композитном
материале
(правильно)
С резьбой в
композитном
материале
(неправильно)
1.4.3
Рисунок 4.1
Минимальные расстояния
Собственные значения силы
ft,0°
=
240 МПа;
fc,0°
=
240 МПа;
ft,90°
=
50 МПа;
fc,90°
=
70 МПа;
fτ
=
25 МПа;
fc,v
=
min {fc.90°. + fT • cot(v); fc0°. + fT • tan(v)}
Пример 4.00
Разрушение натяжного стержня, находящегося под действием
силы растяжения, действующей в направлении пултрузии (0°)
Линия разрыва показана на Рис. 4.2.
Ширина ламината составляет 8 ∙ d, толщина t, а d — диаметр
болта.
За вычетом площади отверстий под болты, эффективная
площадь ламината составляет 6 ∙ d ∙ t.
Общая сила, которая может быть передана через данную
разрушенную конструкцию, составляет Nмакс = 6 ∙ d ∙ t ∙ ft,0°,
где ft,0° — прочность на растяжение в направлении пултрузии.
Для горизонтальных (90°) нагрузок следует использовать
значение прочности на растяжение в горизонтальном
направлении.
Рисунок 4.2
1.4.4
Пример 4.01
Болты,
вырываемые
из
фланца
двутаврового профиля.
Влияние направления силы на несущую способность.
Приблизительная линия разрыва показана на Рис. 4.3. Толщина
ламината показана как t, а d — диаметр болта.
Несущая способность для разрыва может быть
определена как (8 ∙ d - 2 ∙ d) ∙ t ∙ ft,90° = 6 ∙ d ∙ t ∙ ft,90°
где ft,90° — прочность на растяжение ламината в направлении
перпендикулярном направлению пултрузии.
Рисунок 4.3
Пример 4.02
Разрыв натяжного стержня или плоского профиля
под действием силы растяжения под углом к
направлению пултрузии 45°.
Линия разрыва показана на Рис. 4.4.
Ширина ламината составляет 4 ∙ d, толщина t, а d
— диаметр болта.
За вычетом площади отверстий под болты,
эффективная площадь ламината составляет:
Рисунок
4.4
(4√2 − 1) ∙ 𝑑 ∙ 𝑡
Общая сдвиговая сила, которая может передаваться по поперечному сечению, составляет:
𝑇макс. = (4√2 − 1) ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝜏
где fτ — прочность на сдвиг ламината.
Проекция прочности болта Pболт на линию разрыва даёт Т = Pболт × √2⁄2 ; таким образом,
максимальная прочность болта, которая может быть поглощена, составляет:
Рболт,макс. = √2 × (4√2 − 1) ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝜏
1.4.5
Несущая способность болтов — сдвиг в продольном
направлении (0°)
На Рис. 4.5 показано приблизительное распределение натяжения в ламинате вокруг болта, находящегося
под действием сдвиговой нагрузки.
Несущая способность болта, подверженного сдвиговой нагрузке, считается достаточной, если значение
напряжения не превышает соответствующих значений прочности.
Сдвиговая нагрузка для болта может быть определена как:
Р𝐵,𝐷 =
𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 150 МПа
= 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 115,4 Мпа
𝛾𝑚
где:
γm
d
р
=
=
=
1,3;
номинальный диаметр болта;
толщина ламината.
Значения основаны на следующих данных:
а
b
с
=
=
=
3,5 ∙ d;
1,0 ∙ c;
2,0 ∙ d.
Теоретические значения отклонения для условий несущей способности
Геометрические параметры:
a
расстояние от осевой линии болта до края в направлении
действия силы (продольное направление);
b
ширина области перед болтом, в которой действуют
межслойные силы;
c
расстояние от осевой линии болта до края в направлении,
перпендикулярном действию силы;
d
диаметр болта.
v
угол прилагаемого давления: tan(𝑣) =
t
толщина ламината.
(𝑐⁄2+𝑑⁄4)
;
(𝑎−𝑏⁄2)
Статические условия:
Р1 = ½ ∙ Р болт ∙ tan(𝑣) ;
𝑃2 =
Рболт
;
2 ∙cos(𝑣)
𝑃3 = 1⁄2 ∙ Р болт
1.4.6
Условия напряжения:
На рисунках ниже представлены схемы сил для разных состояний с обозначением линии разрыва.
Условие 1:
Напряжение растяжения в продольном
направлении рядом с болтом:
Р3
с−𝑑
(
)∙𝑡
2
Волокна в направлении 0°
перегружены. См. Рис. 4.6
Несущая
способность
Pболт < 720 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.6
Условие 2:
Скалывающее напряжение в области
перед болтом:
Р1
𝑏∙𝑡
Волокна в направлении 90°
перегружены. См. Рис. 4.7
Несущая
способность
Pболт < 240 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.7
Условие 3:
Разрыв ламината перед болтом:
Рболт
𝑑
2 ∙ (а − ) ∙ 𝑡
2
Значения сдвигового напряжения
превышены в показанных линиях
разрыва. См. Рис. 4.8
Несущая
способность
Pболт < 150 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.8
1.4.7
Условие 4:
Наклонное распределение перед болтом:
Р2
𝑑∙𝑡
Напряжение на сжатие в наклонной
поверхности разрушения превышает
прочность на сжатие.
См. Рисунок 4.9
Несущая
способность
Pболт < 240 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.9
Прочность fc,v в силах отклонения.
Условие 5:
Сжатие ламината перед болтом:
Рболт
𝑑∙𝑡
Сила контактного сжатия между болтом и
ламинатом превышает прочность на
сжатие. Это означает, что болт
«вгрызается» в ламинат. См. Рис. 4.10.
Несущая
способность
Pболт < 240 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.10
1.4.8
Несущая способность болтов — сдвиг в поперечном
направлении (90°)
Приблизительное распределение напряжений в ламинате вокруг болта, подверженного действию
сдвиговой нагрузки, может быть описано в соответствии с показанным на Рис. 4.11.
Несущая способность болта, подверженного действию сдвиговой нагрузки, если значение напряжения не
превышает соответствующих значений прочности.
Расчёт напряжения на сдвиг:
𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 70 МПа
= 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 53,8 МПа
𝛾𝑚
Р𝐵,𝑑 =
где:
γm
d
t
=
=
=
1,3;
номинальный диаметр болта;
толщина ламината.
Значения основаны на следующих данных:
а
b
с
=
=
=
3,5∙d;
1,0∙c;
2,0∙d.
Теоретические значения отклонения для условий несущей способности
Геометрические параметры:
a
расстояние от осевой линии болта до края в
направлении действия силы (поперечное
направление);
b
ширина области перед болтом, в которой действуют
межслойные силы;
c
расстояние от осевой линии болта до края в
направлении, перпендикулярном действию силы;
d
диаметр болта.
v
угол прилагаемого давления: tan(𝑣) =
t
толщина ламината.
(𝑐⁄2+𝑑⁄4)
;
(𝑎−𝑏⁄2)
Статические условия:
Р1 = ½ ∙ Р болт ∙ tan(𝑣) ;
𝑃2 =
Рболт
;
2 ∙cos(𝑣)
Рисунок 4.11
𝑃3 = 1⁄2 ∙ Р болт
1.4.9
Условия напряжения:
На рисунках ниже представлены схемы сил для разных состояний с обозначением линии разрыва.
Условие 1:
Р3
𝑑
(𝑐 − ) ∙ 𝑡
2
Напряжение растяжения в продольном
направлении рядом с болтом. См. Рис.
4.12.
Несущая
способность
Pболт ≤ 150 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.12
Условие 2 :
Р1
𝑏∙𝑡
Скалывающее напряжение в области
перед болтом. Волокна в направлении
90° перегружены. См. Рис. 4.13
Несущая
способность
Pболт ≤ 768 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.13
Условие 3:
Рболт
𝑑
2 ∙ (а − ) ∙ 𝑡
2
Разрыв ламината перед болтом.
Значения сдвигового напряжения
превышены в показанных линиях
разрыва.
Несущая
способность:
Pболт ≤ 100 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.14
1.4.10
Условие 4:
Р2
𝑑∙𝑡
Наклонное
распределение
перед
болтом. Напряжение на сжатие в
наклонной поверхности разрушения
превышает прочность на сжатие.
См. Рисунок 4.15
Несущая
способность
Подставив в условие, представленное
выше, следующие геометрические
параметры:
а =
b =
с =
3,5∙d;
1,0∙c;
2,0∙d;
получаем:
Pболт < 145 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.15
Прочность fc,v в силах отклонения
Условие 5:
Рболт
𝑑∙𝑡
Сжатие ламината перед болтом.
Сила контактного сжатия между болтом и
ламинатом превышает его несущую
способность. Это означает, что болт
«вгрызается» в ламинат. См. Рис. 4.1
Несущая
способность:
Pболт < 70 МПа ∙ t ∙ d.
Рисунок 4.16
1.4.11
Несущая способность болтов — прочность на
растяжение
Несущая способность болта, подверженного нагрузкам на растяжение, определяется:
- несущей способностью болта к силе растяжения;
- пробивкой отверстий в ламинате.
Ламинат
Геометрия:
d
диаметр болта;
As
область напряжения болта;
t
толщина ламината.
Диаметр шайбы = 2 ∙ d.
Рисунок 4.17
Значения прочности:
fyk
fτ
=
=
Собственная прочность на растяжение болта
Прочность на растяжение ламината
=
=
210 МПа для качества A4;
25 МПа.
Статические условия:
Условие 1:
𝑨𝒔 ∙𝒇𝒚𝒌
Условие 2:
𝟐∙𝒅∙𝝅∙𝒕∙𝒇𝝉
(разрыв болта в резьбовом сечении);
𝜸𝒎,𝒇
(сдвиговое разрушение на кромке шайбы).
𝜸𝒎,𝒇
Несущая способность:
1.4.12
𝑷
=
𝑨𝒔 ∙ 𝟐𝟏𝟎 МПа
= 𝑨𝒔 ∙ 𝟏𝟔𝟒, 𝟏 МПа (болт)
𝟏, 𝟐𝟖
𝑷
=
𝟐𝟓 МПа
= 𝟏𝟐𝟎, 𝟖 МПа ∙ 𝒕 ∙ 𝒅 (ламинат)
𝟏, 𝟑
Пример 4.1: Болты под сдвиговой нагрузкой
Выбор болтового соединения для закрепления плоского профиля, подверженного нагрузке на растяжение
0°, к U-образному профилю, как показано на Рис. 4.18.
Рисунок 4.18
Нагрузка на растяжение составляет 1000 кг (9,82 кН), толщина плоского профиля t = 6 мм. Трением между
двумя точками сопряжения пренебрегаем.
Выбор размеров проводится в два этапа. Сначала выбирается размер болта, а затем минимальная
ширина плоского профиля.
Выберем болт М10. В Таблице на стр. 1.4.14 максимальное значение несущей способности ламината
толщиной 6 мм в соединении с болтом М10 составляет 6,9 кН в продольном направлении.
Соответственно, используем два болта М10 для обеспечения несущей способности 13,8 кН (> 9,82 кН).
Болты устанавливаются в продольном направлении плоского профиля. Значения в таблице выбраны с
учётом требований EUROCOMP, что обеспечивает достаточную проектную безопасность.
Ширина плоского профиля определяется на основании размера болта. В разделе 4.1, «Несущая
способность болтов — сдвиг в продольном направлении» (1) на Рис. 4.2 показано, что расстояние от
осевой линии болта до кромки плоского профиля должно составлять 2∙d (два диаметра болта). Таким
образом, общая ширина плоского профиля должна составлять 4∙d или 4∙10 мм = 40 мм. Расстояние до
конца плоского профиля не должно быть меньше 3,5d (35 мм). В этом случае расстояние между двумя
болтами должно составлять 4∙d (40 мм).
Подобный расчёт может быть проведён и для U-образных профилей для направления в 90° к
направлению пултрузии (продольному направлению) на основании Раздела 4 «Несущая способность
болтов — сдвиг в поперечном направлении (90°)» и Таблицы 4.2 на стр. 1.4.14.
1.4.13
Несущая способность болтов под сдвиговой нагрузкой
(кН)
Ламинат
Расчётное значение предельного
состояния
Класс безопасности: нормальный
Качество болта: A4
Шайб под головкой и гайкой:
Отверстие в профиле под болт:
D = Dболт ∙ 2
D = Dболт + 1 мм
Несущая способность (P) в кН в направлении 0° (продольное направление профиля)
Болт
Несущая
способность
на разрез Толщина ламината (мм)
(кН)
5
6
7
8
9
10
11
12
13
7,6
10,2
12,7
15,2
17,8
20,3
8,3
11,1
13,8
16,6
19,4
22,2
9,0
12,0
15,0
18,0
21,0
24,0
14 15
16
17
18
19
20
10,4
13 ,8
17,3
20,8
24,2
27,7
11,1
14,8
18,5
22,2
25,8
29,5
11,8
15,7
19,6
23,5
27,5
31,4
12,5
16,6
20,8
24,9
29,1
33,2
13,2
17,5
21,9
26,3
30,7
35,1
13,8
18,5
23,1
27,7
32,3
36,9
34,6
38,1
41,5
46,7
51,9
36,9
40,6
44,3
49,8
55,4
39,2
43,2
47,1
53,0
58,8
41,5
45,7
49,8
56,1
62,3
43,8
48,2
52,6
59,2
65,8
46,2
50,8
55,4
62,3
69,2
M6
M8
M 10
M 12
M 14
M 16
1
раз.
2,7
4,8
7,4
10,7
14,6
19,0
2
раз.
5,4
9,5
14,9
21,4
29,2
38,1
3,5
4,6
5,8
6,9
8,1
9,2
M 20
M 22
M 24
M 27
M 30
30
36
43
54
67
59
72
86
109
134
11,5
12,7
13,8
15,6
17,3
M 36
M 42
M 48
96
131
171
193
262
343
20,8 24,9 29,1 33,2 37,4 41,5 45,7 49,8 54,0 58,2 62,3 66,5 70,6 74,8 78,9 83,1
24,2 29,1 33,9 38,8 43,6 48,5 53,3 58,2 63,0 67,8 72,7 77,5 82,4 87,2 92,1 96,9
27,7 33,2 38,8 44,3 49,8 55,4 60,9 66,5 72,0 77,5 83,1 88,6 94,2 99,7 105,2 110,8
4,2 4,8 5,5
5,5 6,5 7,4
6,9 8,1 9,2
8,3 9,7 11,1
9,7 11,3 12,9
11,1 12,9 14,8
13,8
15,2
16,6
18,7
20,8
16,2
17,8
19,4
21,8
24,2
6,2
8,3
10,4
12,5
14,5
16,6
18,5
20,3
22,2
24,9
27,7
6,9
9,2
11,5
13,8
16,2
18,5
20,8
22,8
24,9
28,0
31,2
23,1
25,4
27,7
31,2
34,6
25,4
27,9
30,5
34,3
38,1
27,7
30,5
33,2
37,4
41,5
30,0
33,0
36,0
40,5
45,0
9,7
12,9
16,2
19,4
22,6
25,8
32,3
35,5
38,8
43,6
48,5
Таблица 4.1
Несущая способность (P) в кН в направлении 90° (поперечное направление профиля)
Болт
Несущая
способность
на разрез Толщина ламината (мм)
(кН)
2
раз
5,4
9,5
14,9
21,4
29,2
38,1
5
6
7
8
M6
M8
M 10
M 12
M 14
M 16
1
раз.
2,7
4,8
7,4
10,7
14,6
19,0
1,6
2,2
2,7
3,2
3,8
4,3
1,9
2,6
3,2
3,9
4,5
5,2
2,3
3,0
3,8
4,5
5,3
6,0
M 20
M 22
M 24
M 27
M 30
30
36
43
54
67
59
72
86
109
134
5,4
5,9
6,5
7,3
8,1
6,5
7,1
7,8
8,7
9,7
7,5
8,3
9,0
10,2
11,3
M 36
M 42
M 48
96
131
171
193
262
343
9,7 11,6
11,3 13,6
12,9 15,5
Таблица 4.2
1.4.14
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
2,6
3,4
4,3
5,2
6,0
6,9
2,9
3,9
4,8
5,8
6,8
7,8
3,2
4,3
5,4
6,5
7,5
8,6
3,6
4,7
5,9
7,1
8,3
9,5
3,9
5,2
6,5
7,8
9,0
10,3
4,2
5,6
7,0
8,4
9,8
11,2
4,5
6,0
7,5
9,0
10,6
12,1
4,8
6,5
8,1
9,7
11,3
12,9
8,6
9,5
10,3
11,6
12,9
9,7
10,7
11,6
13,1
14,5
10,8
11,8
12,9
14,5
16,2
11,8
13,0
14,2
16,0
17,8
12,9
14,2
15,5
17,4
19,4
14,0
15,4
16,8
18,9
21,0
15,1
16,6
18,1
20,4
22,6
13,6 15,5
15,8 18,1
18,1 20,7
17,4
20,4
23,3
19,4
22,6
25,8
21,3 23,3
24,9 27,1
28,4 31,0
25,2
29,4
33,6
27,1
31,7
36,2
19
20
5,2
6,9
8,6
10,3
12,1
13,8
5,5
7,3
9,2
11,0
12,8
14,6
5,8
7,8
9,7
11,6
13,6
15,5
6,1
8,2
10,2
12,3
14,3
16,4
6,5
8,6
10,8
12,9
15,1
17,2
16,2
17,8
19,4
21,8
24,2
17,2
19,0
20,7
23,3
25,8
18,3
20,1
22,0
24,7
27,5
19,4
21,3
23,3
26,2
29,1
29,1
33,9
38,8
31,0
36,2
41,4
33,0
38,4
43,9
34,9 36,8 38,8
40,7 43,0 45,2
46,5 49,1 51,7
20,5 21,5
22,5 23,7
24,6 25,8
27,6 29,1
30,7 32,3
Несущая способность болтов (кН) под
растягивающей нагрузкой, направленной
перпендикулярно к направлению ламината
Расчётное значение предельного состояния
Класс безопасности: нормальный
Качество болта: A4
Шайб под головкой и гайкой:
D = Dболт ∙ 2
Отверстие в профиле под болт:
D = Dболт + 1 мм
Ламинат
Несущая способность для перфорированных отверстий, кН
Болт
Несущая
способнос
Толщина ламината, мм
ть болта
5
6
7
8
(кН)
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
M6
M8
M 10
M 12
M 14
M 16
2,7
5,1
8,1
11,8
16,1
21,9
3,6
4,8
6,0
7,2
8,5
9,7
4,3
5,8
7,2
8,7
10,1
11,6
5,1
6,8
8,5
10,1
11,8
13,5
5,8
7,7
9,7
11,6
13,5
15,5
6,5
8,7
10,9
13,0
15,2
17,4
7,2
9,7
12,1
14,5
16,9
19,3
8,0
10,6
13,3
15,9
18,6
21,3
8,7
11,6
14,5
17,4
20,3
23,2
9,4
12,6
15,7
18,8
22,0
25,1
10,1
13,5
16,9
20,3
23,7
27,1
10,9
14,5
18,1
21,7
25,4
29,0
11,6
15,5
19,3
23,2
27,1
30,9
12,3
16,4
20,5
24,6
28,8
32,9
13,0
17,4
21,7
26,1
30,4
34,8
13,8
18,4
23,0
27,5
32,1
36,7
14,5
19,3
24,2
29,0
33,8
38,7
M 20
M 22
M 24
M 27
M 30
34
42
49
64
78
12,1
13,3
14,5
16,3
18,1
14,5
15,9
17,4
19,6
21,7
16,9
18,6
20,3
22,8
25,4
19,3
21,3
23,2
26,1
29,0
21,7
23,9
26,1
29,4
32,6
24,2
26,6
29,0
32,6
36,2
26,6
29,2
31,9
35,9
39,9
29,0
31,9
34,8
39,1
43,5
31,4
34,6
37,7
42,4
47,1
33,8
37,2
40,6
45,7
50,7
36,2
39,9
43,5
48,9
54,4
38,7
42,5
46,4
52,2
58,0
41,1
45,2
49,3
55,5
61,6
43,5
47,8
52,2
58,7
65,2
45,9
50,5
55,1
62,0
68,9
48,3
53,2
58,0
65,2
72,5
M 36
M 42
M 48
114
156
205
21,7
25,4
29,0
26,1 30,4
30,4 35,5
34,8 40,6
34,8
40,6
46,4
39,1
45,7
52,2
43,5
50,7
58,0
47,8
55,8
63,8
52,2
60,9
69,6
56,5
66,0
75,4
60,9
71,0
81,2
65,2
76,1
87,0
69,6
81,2
92,8
73,9
86,3
98,6
78,3 82,6 87,0
91,3 96,4 101,5
104,4 110,2 116,0
Таблица 4.3
1.4.15
Пример 4.2: Опора колонны — двутавровая 200 × 100 × 10
Изображение соединения приведено на следующей странице, на Рис. 4.19.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально вниз нагрузку по двутавровой колонне 200 ×
100 × 10.
Требования по размерам
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
расстояние между болтами: 65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
расстояние от края:
расстояние между болтами:
35 мм > 2,0 ∙ 16 мм
65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Общее значение действующей в вертикальном направлении силы — F.
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
Рверт :
𝐹
< 18,5 кН
4
(Таблица 4.1)
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
Рверт :
𝐹
< 6,9 кН
8
(Таблица 4.2)
таким образом, F < 55,2 кН (8 ∙ 6,9 кН)
1.4.16
Рисунок 4.19
СОЕДИНЕНИЕ
Уголковый профиль 150×100×8
РАЗРЕЗ A-A
РАЗРЕЗ B- B
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
M16
ø 17
ø 48
Двутавровый профиль
200x100x10
1.4.17
Пример 4.3: Опора колонны — U-образная 200 × 60 × 10
При пристройке к существующей конструкции платформы или лестницы используется асимметричное
соединение, показанное на следующей странице на Рис. 4.20. Симметричное соединение описано в
Примере 4.2.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально вниз нагрузку по U-образной колонне 200 × 60 ×
10.
Требования по размерам
U-образный профиль 200 × 60 × 10
расстояние между болтами: 65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
расстояние от края в
поперечном направлении:
расстояние между болтами:
35 мм > 2,0 ∙ 16 мм
65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Общее значение действующей в вертикальном направлении силы — F.
U-образный профиль 200 × 60 × 10
Рверт :
𝐹
< 18,5 кН
4
(Таблица 4.1)
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
Рверт :
𝐹
< 6,9 кН
8
(Таблица 4.2)
таким образом, F < 27,6 кН (4 ∙ 6,9 кН)
1.4.18
Рисунок 4.20
СОЕДИНЕНИЕ
РАЗРЕЗ А-А
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
РАЗРЕЗ В-В
Уголковый профиль
U-образный профиль 200 × 100 × 10
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
M16
ø17
ø 48
1.4.19
Пример 4.4: Опора колонны — труба квадратного
сечения100 × 100 × 8
Для установки болтов снаружи конструкции поместите внутрь трубы квадратного сечения цельный профиль
из стеклопластика.
Соединение показано на Рис. 4.21.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально нагрузку по трубе квадратного сечения 100 ×
100 × 8.
Требования по размерам
Труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
расстояние между болтами: 65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены);
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
расстояние от края в
поперечном направлении:
расстояние между болтами:
50 мм > 2,0 ∙ 16 мм
65 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Общее значение действующей в вертикальном направлении силы — F.
Труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
Рверт :
𝐹
< 14,8 кН
4
(Таблица 4.1)
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
Рверт :
𝐹
< 6,9 кН
8
(Таблица 4.2)
таким образом, F < 27,6 кН (4 ∙ 6,9 кН)
1.4.20
Рисунок 4.21
СОЕДИНЕНИЕ
100×100×8
РАЗРЕЗ А-А
ЦЕЛЬНЫЙ
150×100×8
РАЗРЕЗ В-В
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болта: M16
Размер отверстия: ø 17
Размер шайбы: ø 48
Вертикальные кромки цельного
профиля скруглены.
1.4.21
Пример 4.5: U-образная балка 200 × 60 × 10 и
двутавровая колонна 200 × 100 × 10
Соединение, показанное на Рис. 4.22, может использоваться, например, между опорными балками и
колоннами.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально сдвиговую силу с U-образной колонны 200
× 60 × 10 на двутавровую колонну 200 × 100 × 10.
Расстояния между болтами:
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
расстояние между болтами:
100 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
U-образный профиль 200 × 60 × 10
расстояние между болтами:
100 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Вследствие того, что нагрузки действуют на профиль в поперечном направлении, определяющим
фактором являются параметры U-образного профиля. Общее значение действующей в вертикальном
направлении сдвиговой силы F может быть найдено как:
Рверт :
𝐹
< 8,6 кН
4
(Таблица 4.2)
или
F < 34,4 кН.
1.4.22
Рисунок 4.22
СОЕДИНЕНИЕ
РАЗРЕЗ А-А
Г-образный 200 × 100 × 10
РАЗРЕЗ В-В
Двутавровый профиль
U-образный 200 × 60 × 10
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
Радиусы не указаны
M16
ø17
ø 48
R10
1.4.23
Пример 4.6: Балка и двутавровая колонна 200 × 100 × 10
Это соединение показано на следующей странице, на Рис. 4.23.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально нагрузку с балки на колонну.
Расстояния между болтами
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
расстояние между болтами:
расстояние от края:
70 мм > 4,0 ∙ 12 мм
25 мм > 2,0 ∙ 12 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Уголковый профиль 150 × 100 × 8
расстояние между болтами:
расстояние от края:
70 мм > 4,0 ∙ 16 мм
25 мм > 2,0 ∙ 12 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Общее значение действующей в вертикальном направлении силы — F.
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
Рверт :
𝐹
< 10,0 кН
8
(Таблица 4.1)
Уголковый профиль 150 × 100 × 12
Рверт :
𝐹
< 5,6 кН
8
(Таблица 4.2)
таким образом, F < 44,8 кН (8 ∙ 5,6 кН)
1.4.24
Рисунок 4.23
СОЕДИНЕНИЕ
РАЗРЕЗ А-А
Двутавровый профиль
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
РАЗРЕЗ В-В
Двутавровый профиль
Двутавровый 200 × 100 × 10
Уголковый 150 × 100 × 12
РАЗРЕЗ С-С
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
Размер шайбы
M12
ø13
ø 36
ø 24
1.4.25
Пример 4.7: U-образная балка 200×60×10 и колонна из
трубы квадратного сечения 100×100×8
Это соединение показано на следующей странице, на Рис. 4.24.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально нагрузку с балки на колонну.
Расстояния между болтами
U-образный профиль 200 × 60 × 10
расстояние между болтами:
80 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
Труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
расстояние между болтами:
80 мм > 4,0 ∙ 16 мм
(требования выполнены).
Статическая модель
Предполагается, что болты подвержены исключительно сдвиговой нагрузке.
Значения прочности и несущей способности болтов
Общее значение действующей в вертикальном направлении силы — F.
U-образный профиль 200 × 60 × 10
Рверт :
𝐹
< 8,6 кН
2
(Таблица 4.2)
Труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
Рверт :
𝐹
< 14,8 кН
2
(Таблица 4.1)
таким образом, F < 17,2 кН (2 ∙ 8,6 кН)
1.4.26
Рисунок 4.24
СОЕДИНЕНИЕ
труба квадратного сечения 100 × 100 × 8
РАЗРЕЗ А-А
U-образный профиль 200 × 60 × 10
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
M16
ø17
ø 48
1.4.27
Пример 4.8: Две горизонтальных двутавровых
балки 200 × 100 × 10
Это соединение может использоваться между опорными балками платформы. Пример соединения показан
на стр. 1.4.30, на Рис. 4.25.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально сдвиговую нагрузку с двутавровой балки 200 ×
100 × 10, на котором соединение установлено, на сквозную двутавровую балку 200 × 100 × 10.
Расстояния между болтами
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
от края в продольном
направлении (0°):
от края в поперечном
направлении (90°):
расстояние между болтами:
35 мм = 3,5 ∙ 10 мм
(требования выполнены);
35 мм > 2,0 ∙ 10 мм
45 мм > 4,0 ∙ 10 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
35 мм = 3,5 ∙ 10 мм
(требования выполнены);
35 мм > 2,5 ∙ 10 мм
45 мм > 4,0 ∙ 10 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Уголковый профиль 75 × 75 × 8
от края в продольном
направлении (0°):
от края в поперечном
направлении (90°):
расстояние между болтами:
Статическая модель
Значения прочности болтов определяются на основании их статистической эквивалентности сдвиговой силе,
приложенной в середине сквозной двутавровой балки 200 × 100 × 10.
Значения прочности болтов в примыкающей двутавровой балке 200 × 100 × 10
Значения прочности болтов определяются на основании общей сдвиговой силы F и сопоставляются с
соответствующими значениями несущей способности из таблиц в Разделе 4.
Нижний болт:
Ргориз < 11,5 кН
Ргориз =
𝐹 ∙ 45 мм
= 0,500 ∙ 𝐹
90 мм
Рверт < 3,9 кН
Рверт = 𝐹 ∙ 𝛼
Совокупная несущая способность будет считаться достаточной, если выполняется условие:
Ргориз 2
Рверт 2
(
) + (
) < 1,0
11,5 кН
5,4 кН
1.4.28
Средний болт:
Рверт : F ∙ (1 - 2 ∙ α) < 5,4 кН
(таблица 4.2)
Верхний болт:
одинаково с нижним.
Если α = 0,3, максимальное значение F не может превышать 13,4 кН.
Значения прочности болтов в уголковой скобе 75 × 75 × 8
Значения прочности болтов в соединении двутавровой балки 200 × 100 × 10 составляют половину от указанных
выше.
Использование болтов в отношении F = 13,4 кН.
Нижний болт:
Ргориз 2
Рверт 2
(
) + (
) < 1,0
4,3 кН
9,2 кН
(
3,4 кН 2
2,0 кН 2
) + (
) = 0,67
4,3 кН
9,2 кН
(требования выполнены)
Средний болт:
(требования выполнены)
Рверт : 2,6 кН < 9,2 кН
(Таблица 4.1)
Значения прочности болтов в сквозной двутавровой балке 200 × 100 × 10
В соответствии с установленными условиями болты подвержены лишь действию сдвиговой силы.
Принимая, что распределение одинаково с соединением двутавровой балки 200, значения для верхнего и
нижнего болтов составляют:
Рверт = 0,5 ∙ 0,3 ∙ 13,4 кН = 2,0 кН
Ргориз =
0,5 ∙ 13,4 ∙ 45 мм
= 3,4 кН
90 мм
Несущая способность достаточна, так как:
(
Ргориз 2
Рверт 2
) + (
) < 1,0
11,5 кН
5,4 кН
2,0 кН 2
3,4 кН 2
(
) + (
) = 0,43
11,5 кН
5,4 кН
(требования выполнены) (Таблицы 4.1. и 4.2)
Значение для среднего болта составляет:
Рверт = 5,4 кН
Рверт = 0,5 ∙ 0,4 ∙ 13,4 кН = 2,7 кН
(требования выполнены) (Таблица 4.2)
1.4.29
Рисунок 4.25
СОЕДИНЕНИЕ
РАЗРЕЗ А-А
Двутавровый профиль
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
Двутавровый профиль 200 × 100 × 10
Двутавровый профиль
Двутавровый профиль 75 × 75 × 8
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
Радиусы не указаны:
1.4.30
M10
ø11
ø 30
R10
Пример 4.9: Две горизонтальных U-образных балки 200 ×
60 × 10
Это соединение может использоваться для соединений опорных балок платформы. Пример соединения
показан на стр. 1.4.33, на Рис. 4.26.
Нагрузка
Соединение должно передавать направленную вертикально сдвиговую нагрузку с одной U-образной балки
100 × 60 × 10 на другую.
Расстояния между болтами
U-образный профиль 200 × 60 × 10
от края в продольном
направлении (0°):
расстояние между болтами:
50 мм = 3,5 ∙ 12 мм
70 мм > 4,0 ∙ 12 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Уголковый профиль 100 × 100 × 12
от края в продольном
направлении (0°):
от края в поперечном
направлении (90°):
расстояние между болтами:
45 мм = 3,5 ∙ 12 мм
(требования выполнены);
40 мм > 2,5 ∙ 12 мм
70 мм > 4,0 ∙ 12 мм
(требования выполнены);
(требования выполнены).
Статическая модель
Значения прочности болтов определяются на основании их статистической эквивалентности сдвиговой силе,
приложенной по секансу между осевыми линиями сети из двух U-образных профилей 200 × 60 × 10.
1.4.31
Значения прочности болтов в уголковой балке 100 × 100 × 12
Болты подвержены как горизонтальным, так и вертикальным нагрузкам.
Значения прочности болтов определяются на основании общей сдвиговой силы F и сопоставляются с
соответствующими значениями несущей способности из Таблицы 4.1 и Таблицы 4.2 для болтов,
подверженных сдвиговой нагрузке.
Ргориз < 7,8 кН
Ргориз =
𝐹 ∙ 64 мм
= 0,914 ∙ 𝐹
70 мм
(Таблица 4.2)
Рверт : 𝐹 ∙ 0,500 < 16,6 кН
(Таблица 4.1)
Совокупная несущая способность будет считаться достаточной, если выполняется условие:
Ргориз 2
Рверт 2
(
) + (
) < 1,0
7,8 кН
16,6 кН
таким образом, максимальное значение F не может превышать 8,3 кН.
Значения прочности болтов в U-образной балке 200 × 60 × 10
Для F = 8,3 кН значения прочности болтов составляют:
Ргориз < 13,8 кН
Ргориз =
𝐹 ∙ 64 мм
= 0,914 ∙ 𝐹 = 7,6 кН
70 мм
(Таблица 4.1)
Рверт < 6,5 кН
Рверт = 𝐹 ∙ 0,500 = 4,2 кН
(Таблица 4.2)
Совокупная несущая способность будет считаться достаточной, если выполняется условие:
Ргориз 2
Рверт 2
(
) + (
) < 1,0
13,8 кН
6,5 кН
7,6 кН 2
4,2 кН 2
(
) + (
) = 0,72
13,8 кН
6,5 кН
(требования выполнены)
1.4.32
Рисунок 4.26
СОЕДИНЕНИЕ
U-образный профиль 200 × 60 × 10
РАЗРЕЗ А-А
Уголковый профиль 100 × 100 × 12
ПРИМЕЧАНИЕ
Размер болтов:
Размер отверстия:
Размер шайбы:
M12
ø13
ø 36
1.4.33
ГЛАВА 1
Раздел 5: Клеевые соединения
Клеевые соединения
Пример клеевого соединения в сочетании с болтами
1.5.03
1.5.04
1.5.1
Клеевые соединения
Клей (или адгезионное соединение) может являться эффективным способом соединения профилей,
изготовленных методом пултрузии.
Преимущества клея включают в себя:
• простота установки и эстетическая привлекательность соединений;
• клеевые соединения между профилями обычно отличаются большей жёсткостью по сравнению с
болтовыми;
• некоторые типы клея отличаются чрезвычайной прочностью и возможностью ограничения
площади контакта;
• клеевые соединения отличаются устойчивостью к динамическим нагрузкам.
Тем не менее, при установке клеевого соединения необходимо учитывать следующие обстоятельства:
• некоторые адгезионные средства обладают характеристиками, меняющимися со
временем и зависящими от параметров окружающей среды, таких как влажность и
химический состав воздуха;
• в отличие от болтовых соединений, разрушение клеевых соединений происходит
одномоментно;
• несущая способность клеевого соединения не пропорциональна площади соединения.
До определённого момента с увеличением площади клеевого соединения несущая
способность увеличивается, а затем остаётся постоянной. Это связано с тем, что
разрушение соединения вызывается определёнными нарушениями в адгезионном слое,
обычно при переходе с одного профиля на другой.
Ввиду внезапности разрушения клеевых соединений для закрепления соединений в несущих
конструкциях обычно используются болты. В некоторых случаях, однако, адгезионное вещество
добавляется на контактные поверхности соединяемых профилей, что позволяет увеличить жёсткость
соединения.
Клеевые соединения обладают множеством преимуществ по сравнению с болтовыми. В настоящий момент
по всему миру ведутся интенсивные исследования поведения клеевых соединений. После получения
достаточных данных, предварительное подтверждение испытаний может стать необязательным, и клеевые
соединения могут занять первое место по популярности среди соединений несущих конструкций.
Множество испытаний также показывает, что любопытные свойства можно получить при сочетании
клеевого и болтового соединений, так как правильно установленные болты могут предотвратить
возникновение трещин, приводящих к разрушению клеевого соединения.
Примеры клеевых соединений приведены на Рис. 6.1.
Рисунок 6.1. Примеры клеевых соединений
1.5.3
Пример клеевого соединения в сочетании с болтами
Материалы для использования в клеево-болтовых соединениях.
Типы клеев:
Для несущей конструкции используйте двухкомпонентный
эпоксидный или полиуретановый клей. Следуйте инструкциям
утверждённого поставщика.
Сверление
отверстий под
болты
1. 5. 4
Шлифовка и очистка
поверхности под клей
Нанесение клея шпателем
Сборка соединения
при помощи болтов
ГЛАВА 2: СТРОИТЕЛЬСТВО
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
Планки и решётки, изготовленные пултрузией и литьём
Пример 5.1: Равномерно распределённые нагрузки на планки
Перила
Виды изделий и несущая способность
Местный вид 3.1
Местный вид 3.2
Пример конструкции ограждения
Лестницы
Принципы
Основы для строительства
Местный вид 4.1
Местный вид 4.2
Местный вид 4.3
Местный вид 4.4
Местный вид 4.5
Основы для строительства
2.1.3
2.2.02
2.2.05
2.2.06
2.2.07
2.3.03
2.3.04
2.3.06
2.3.07
2.3.08
2.3.09
2.3.10
2.3.11
ГЛАВА 2
Раздел 1: Планки и решётки, изготовленные пултрузией и
литьём
Пример 5.1: Равномерно распределённые нагрузки на планки
2.1.3
2.1.1
Литые решётки, подверженные точечной нагрузке
γmf
В
I
Ak
h
σ
k
Qd
Qk
B
частный коэффициент;
длина пролёта, равная распределению нагрузки;
расстояние между рёбрами;
площадь ребра;
высота рёбер;
искривление в мм;
эмпирический коэффициент безопасности, прилагаемый к результатам расчётов;
расчётное значение точечной нагрузки, в кН;
собственное значение точечной нагрузки, в кН;
длина пролёта, в метрах.
Расчёты литых решёток с опорами по двум краям, находящихся под точечной нагрузкой, показанных на
Рис. 5.5, могут проводиться, принимая следующие условия:
•
•
•
точечная нагрузка распределена по площади 200 × 200 мм;
все соединения перпендикулярны линиям опор;
соединения в решётке передают сдвиговую нагрузку в полном объёме
Рисунок 5.5.
Предельное состояние:
Сдвиг
Край:
0,5 ∙ 𝑄𝑑
𝑓𝜏
≤
𝐵
𝛾
𝑚𝑓
∙ 𝐴𝑘
𝐼
Пробивание отверстия:
𝑄𝑑
𝑓𝜏
≤
4 ∙ 200
𝛾𝑚𝑓
∙ 𝐴𝑘
𝐼
2.1.3
Момент:
1
∙ 𝑄𝑑 ∙ В
4
≤ 𝑓𝑏,𝑜°
1 𝐵
∙ ∙ 𝑡 ∙ ℎ2
6 𝐼
Предел эксплуатационной надёжности:
𝛿=
1
∙ 𝑄 ∙ 𝐵2
𝑘
𝑀𝑎𝑥 𝛿
1
≤
𝐿
∝
где:
α
k
2.1.4
-
обычно в пределах 200–400;
эмпирический коэффициент, обеспечивающий безопасность результатов:
k = 0,13 для h = 25 мм;
k = 0,22 для h = 30 мм;
k = 0,46 для h = 38 мм;
k = 1,05 для h = 50 мм.
ГЛАВА 2
Раздел 2: Перила
Виды изделий и несущая способность
Местный вид 3.1
Местный вид 3.2
Пример конструкции ограждения
2.2.02
2.2.05
2.2.06
2.2.07
2.2.1
Виды изделий и несущая способность
Для перил предполагается использование стоек трёх типов:
-
из трубы квадратного сечения 50 × 50 × 5 мм;
-
из трубы квадратного сечения 60 × 60 × 5 мм;
-
из трубы квадратного сечения 80 × 60 × 5 мм.
Данные в таблицах ниже предполагают частное закрепление стоек на конструкции. Полное закрепление
стоек возможно лишь при их установке на бетонное основание или балки из стали высокой жёсткости или
стекловолокна. В иных ситуациях следует рассматривать лишь частное закрепление, при котором степень
закрепления стоек определяются жёсткостью перил, профиля края и поперечной балки.
На Рис. 3.1 приведён пример частного закрепления стоек, в которой общая жёсткость зависит от жёсткости
отдельных компонентов.
При проектировании ограждений обычно требуются фактические данные для следующих точек:
-
прочность и жёсткость перил и ограждений для коленей (при использовании стандартных перил
или наличии нормальных нагрузок на перила, нормальных требований по жёсткости, а также
расстояния между стойками менее 1,2 м документации не требуется);
-
прочность и жёсткость стоек;
-
прочность и жёсткость краевой балки, на которой устанавливаются стойки;
-
прочность и жёсткость возможной поперечной балки, устанавливаемой для повышения
жёсткости краевой балки;
-
прочность крепления стоек.
2.2.3
Пример конструкции лестницы
Рисунок 3.1 с частным закреплением стоек на конструкции
Проходы на промышленном объекте должны иметь ограждение с перилами высотой 1000 мм. Стойки перил
должны монтироваться с внешней стороны U-образного профиля длиной 200; таким образом, нагрузка
исключительно на перила составляет:
𝑞 = 0,5 кН/м
Выбранный тип стоек — труба квадратного сечения 60 × 60 × 5 мм, что позволяет использовать их в
качестве перил.
Отклонение не может превышать L / 200.
Из Таблицы 3.6 получаем:
Предельное состояние:
Pd
= 4,0 кН/м
4,0 кН/м
> 0,5 кН/м
(требования выполнены).
Предел эксплуатационной надёжности:
P = 0,47 кН/м ≈ 0,5 кН/м
(требования выполнены).
На основании приведённых выше нагрузок, расстояние между стойками не может превышать 0,75 м.
2.2.4
Рисунок 3.1
2.2.5
Рисунок 3.2
2.2.6
Пример конструкции ограждения
В большинстве случаев ограждение состоит из стоек из вертикальных труб квадратного сечения,
перил сверху, ограждения для колен в середине и нижнего бруса. При невозможности болтового
крепления ограждения к конструкции или лестнице, оно может закрепляться на вертикальной или
горизонтальной опоре из нержавеющей стали.
Стойки укорачиваются до нужной длины и имеют отверстия под болты и ограждения для колен.
Ограждения для колен пропускаются через стойки, расположенные с нужным интервалом, и
закрепляются двумя вытяжными заклёпками на одну стойку (по одной с каждой стороны).
После установки стоек в нужное положение сверху них устанавливаются перила и закрепляются
двумя вытяжными заклёпками на одну стойку (по одной с каждой стороны).
Нижний брус устанавливается и закрепляется двумя вытяжными заклёпками на одну стойку (по
одной с каждой стороны).
Материалы для
использования в
ограждениях
Перила
закрепляются
на стойке при помощи
вытяжных заклёпок
Ограждение для колен
проходит через стойку
и
закрепляется
при
помощи
вытяжных
заклёпок
Нижний брус
закрепляется при
помощи вытяжных
заклёпок.
Стойка
устанавливается под
перилами.
2.2.7
ГЛАВА 2
Раздел 3: Лестницы
Принципы
2.3.03
Основы для строительства
Местный вид 4.1
Местный вид 4.2
Местный вид 4.3
Местный вид 4.4
Местный вид 4.5
Пример возведения лестниц
2.3.04
2.3.06
2.3.07
2.3.08
2.3.09
2.3.10
2.3.11
2.3.1
Лестницы
При проектировании лестниц необходимо учитывать следующие обстоятельства:
ступеньки должны обладать достаточной прочностью и жёсткостью для передачи нагрузки на
косоуры (см. Таблицу 5.2). Для удобства пользования лестницы необходимо придерживаться
требований по уклону, а также высоте и ширине ступеней;
косоур лестницы должен обладать достаточной прочностью и жёсткостью для передачи
горизонтальных и перпендикулярных нагрузок на опоры;
косоур лестницы должен обладать достаточной прочностью и жёсткостью на скручивание
для передачи возможного скручивающего момента на опоры.
Данные в таблицах ниже приведены с учётом трёх (3) возможных уклонов — 35°, 40° и 45°, а также
горизонтальной нагрузки в размере 5 % от вертикальной для лестницы без ограждения, а также
горизонтальной нагрузки в размере 0,5 кН/м для лестницы с ограждением.
Значения в таблице на стр. 2.3.6 приведены для вертикальной нагрузки на косоур с частным закреплением
ступенек и косоура. Указанные значения могут быть увеличены при условии:
корректировки характеристик опор лестницы;
расчёта косоура лестницы как полностью закреплённого на опорной
конструкции с использованием боковых поперечных креплений.
2.3.3
Основы для строительства
Высота и ширина ступенек.
Для удобства пользования лестницей необходимо обеспечить приблизительно постоянное отношение
между шириной и высотой ступенек.
Рисунок 5.0
Общие правила:
a.
б.
a.
2 высоты + 1 ширина
= 63 см;
б.
1 высота + 1 ширина
= 42 см.
Высота (см)
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
20,5
21
Ширина (см)
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
Высота (см)
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
20,5
21
Ширина (см)
26
25,5
25
24,5
24
23,5
23
22,5
22
21,5
21
Таблица 5.1
В таблице выше под шириной поднимается глубина отдельной ступеньки, а под высотой — разница в
уровне двух ступенек. Высота ступенек всегда одинакова по всей лестнице.
Обычно высота выбирается в пределах 17–20 см, а ширина 23–29 см. Уклон косоура лестницы обычно
составляет 35–45°. Однако при проектировании лестниц необходимо всегда придерживаться требований
уполномоченных органов.
2.3.4
Максимальные значения ширины ступенек
В Таблице 5.2 представлены максимальные значения ширины ступенек для различных вариантов
покрытия ступеньки.
Значения действительны при следующих условиях:



ступеньки способны поглощать концентрированную нагрузку 2 кН, приложенную в
середине ступеньки;
ступеньки способны поглощать равномерно распределённую нагрузку 3,0 кН/м2;
максимальное искривление составляет 1/200 × ширины лестницы.
Максимальные значения ширины ступеньки, представленные в таблице, обеспечивают соблюдение
требований по прочности и жёсткости для отдельных ступенек.
Обозначение
Максимальная рекомендуемая ширина ступеньки
Настил мостка, h = 40 мм
1200 мм
Решётка (пултрузия), h = 25 мм
600 мм
Решётка (пултрузия), h = 30 мм
850 мм
Решётка (пултрузия), h = 40 мм
1100 мм
Решётка (литьё), h = 25 мм
500 мм
Решётка (литьё), h = 30 мм
600 мм
Решётка (литьё), h = 38 мм
800 мм
Решётка (литьё), h = 50 мм
1000 мм
Таблица 5.2. Рекомендуемые значения ширины ступенек при указанных выше условиях.
2.3.5
Рисунок 4.1
\
2.3.6
Местный вид 4.2
2.3.7
Местный вид 4.3
2.3.8
Местный вид 4.4
2.3.9
Местный вид 4.5
2.3.10
Пример возведения лестниц
Обычная лестница состоит из двух косоуров из U-образных профилей и
ступенек из настила или решётки, изготовленной пултрузией или литьём. По
краям косоуров болтами закрепляется ограждение лестниц. На концах косоуры
обрезаются под соединение с поверхностью пола и верхнего уровня.
Ступеньки монтируются на косоурах при помощи уголковых профилей,
закрепляемых к внутренней стороне косоуров и уголковым профилям при
помощи настильных болтов М8. При необходимости во избежание повреждения
лестницы при затягивании болтов возможна установка промежуточного уровня.
Обычно лестница закрепляется к нижнему уровню болтами. Так как косоуры
связаны между собой только ступеньками, в некоторых случаях может
потребоваться установить дополнительную связь между косоурами, например,
при помощи резьбовых стержней.
Ограждение лестниц включает в себя стойки из трубы прямоугольного сечения,
закреплённые по сторонам косоуров. Расстояние между стойками выбирается
таким образом, чтобы стойки устанавливались у конца ступенек. Стойки
закрепляются двумя (2) настильными болтами М8, которые также закрепляют
уголковый профиль, обеспечивающий опору под ступенькой.
Сверху на стойки устанавливаются перила, закрепляющиеся четырьмя (4)
вытяжными заклёпками.
Труба круглого сечения, выступающая в качестве ограждения для коленей,
продевается через отверстие диаметром 41 мм, просверленное в стойках
параллельно косоурам. На каждой стойке ограждение для коленей
закрепляется двумя (2) вытяжными заклёпками.
Ограждение для ног может устанавливаться на уровне приблизительно 10 мм
над косоуром и закрепляться двумя (2) вытяжными заклёпками на каждой
стойке.
Материалы для
использования в
лестницах
Установка
ступеньки на
косоуре
2.3.11
Настил,
установленный на
уголковом
профиле
Установка болтов
для закрепления
стойки и
ступеньки
ГЛАВА 3: МОНТАЖНЫЕ СКОБЫ
Виды изделий и их использование
Пример 8.1
Пример 8.2
Пример 8.3
Пример 8.4
3.1.03
3.1.04
3.1.07
3.1.09
3.1.12
3.1.1
Виды изделий и их использование
Скобы для сборки профилей изготавливаются из нержавеющей стали и предназначены
для облегчения процесса сборки и уменьшения работ по регулировке положения
профилей, изготовленных методом пултрузии.
Форма скобы обычно соответствует части поверхности профиля, например, внутренней
поверхности U-образного или внешней поверхности квадратного профиля.
Болты из нержавеющей стели обеспечивают передачу нагрузок между скобой и
профилем, а также фиксацию скоб на время работы.
Скобы вырезаются при помощи лазерного луча и гнутся на станке с ЧПУ.
Ниже приведены примеры проектирования соединений с использованием фитингов из
нержавеющей стали. В данных примерах приведены основные критерии для
определения несущей способности болтов. Под каждым примером приведены
дополнительные исследования, необходимые для нахождения параметров, требуемых
для определения несущей способности.
На иллюстрации ниже приведены примеры монтажных скоб.
Скобы для сборки профильных
конструкций.
3.1.3
Пример 8.1
Соединение под углом 90° между двумя
двутавровыми профилями 160 × 80 × 8
Монтажные скобы повторяют форму поверхности
корпуса и внутренней поверхности фланцев
сквозного и примыкающего профилей. Скобы
выполнены из нержавеющей стали с порогом
текучести 220 МПа.
Вертикальная сдвиговая нагрузка:
На Рис. 3.2.1 представлены силы, действующие в
соединение. Нагрузка передаётся как сила
контактного сжатия между скобой и нижней
поверхностью верхнего фланца примыкающего
профиля.
Ввиду того, что сквозной профиль обладает
довольно низкой жёсткостью на скручивание,
статическая модель должна обеспечивать
передачу сдвиговой нагрузки по соединению с
примыкающего профиля на сквозной профиль.
Таким образом, для обеспечения баланса
действуют вторичные силы. Момент
эксцентричности вызывает нагрузку контактного
сжатия между верхними фланцами обоих
профилей, а напряжение в болтах действует
перпендикулярно направлению сквозного
профиля.
Рисунок 3.2.1
Сдвиговая нагрузка в верхнем фланце примыкающего профиля
Нагрузка контактного сжатия между профилем и скобой концентрируется у торца профиля.
Несущая способность обоих фланцев определяется как:
𝑄1 = ∆𝐿 ∙ 𝑡𝑓 ∙ 𝑓𝜏𝑑 ∙ 2
= 40 мм ∙ 8 мм ∙
25 МПа
= 12 307 Н
1,3
Сдвиговая нагрузка в скобе из нержавеющей стали
Площадь пластины, находящейся под сдвиговой нагрузкой, составляет 96 × 140 мм.
Несущая способность скобы в отношении сдвиговой нагрузки определяется в соответствии с нормами EC 3
(ENV 1993-1-1). Обозначения ниже соответствуют приведённым в EC3.
5,34
𝑘𝑡 =
(
𝑙𝑤 =
3.1.4
96 2
)
140
= 15,4
𝑑 ∙ 37,4 ∙ √𝑘𝑡
140 ∙ 37,4 ∙ √15,4
=
= 0,93
𝑡𝑤 ∙ 𝜀
1,0 ∙ 1,03
Рисунок 3.1.2
3.1.5
Ввиду того, что lw больше 0,8, несущая способность скобы в отношении сдвиговой нагрузки уменьшена из-за
недостаточной устойчивости.
𝜏𝑏𝑎 = (1 − 0,625 × (𝜆𝑤 − 0,8)) ∙ 𝑡𝑦 = 0,92 ∙ 127 МПа = 117 МПа
Максимальная сдвиговая нагрузка, передаваемая по двум скобам, определяется как:
𝑄2 = 𝑑 ∙ 𝑡𝑤 ∙ 𝑡𝑏𝑎 ∙ 2 =
140 мм ∙ 1,0 мм ∙ 220 МПа
= 27 357 Н
√3⁄1,3 × 2
Имеется сдвиговое разрушение в нижнем фланце сквозного профиля.
Эффективная ширина нижнего фланца сквозного профиля, подверженная нагрузке, составляет
приблизительно 100 мм.
Несущая способность фланца определяется как:
𝑄3 = ∆𝐿 ∙ 𝑡𝑓 ∙ 𝑓𝑡
= 100 мм ∙ 8 мм ∙
25 МПа
= 15 384 Н
1,3
Несущая способность соединения в отношении действующей вертикально сдвиговой нагрузки
определяется как:
𝑄макс. = min{𝑄1 , 𝑄2 , 𝑄3 } = 12,3 кН
Дополнительные вычисления, не приведённые в примере:



сила нормального давления (Nf) между верхними фланцами примыкающего и
сквозного профилей;
прочность (Рв) в направлении перпендикулярно сквозному профилю;
сдвиговая нагрузка между скобой и примыкающим профилем.
Сила нормального давления в примыкающем профиле
Сила нормального давления в примыкающем профиле вызывает момент искривления скобы, действующий
на болтах сквозного профиля.
Несущая способность по отношению к нормальной силе растяжения в примыкающем профиле составляет:
𝑁=
2 ∙ 124 мм ∙ 𝑗 ∙ (1,0 мм)2 ∙ 220 МПа
= 227 Н
40 мм
Если несущая способность достаточна для назначения профиля между скобой и гайками болтов,
проходящих через сквозной профиль, может быть установлена стальная пластина.
Дополнительные вычисления, не приведённые в примере:



3.1.6
сила нормального давления (Nf) между верхними фланцами примыкающего и
сквозного профилей;
прочность (Рв) в направлении перпендикулярно сквозному профилю;
сдвиговая нагрузка между скобой и примыкающим профилем.
Пример 8.2
Соединение под углом 90° между двумя двутавровыми профилями 300 × 150 × 15 и 200 × 100 × 10
Соединение передаёт сдвиговую
использования скоб двух типов:


нагрузку
с
примыкающего
профиля
на
сквозной
посредством
уголок между фланцами примыкающего профиля для соединения с данным профилем;
уголок для соединения сквозного профиля с внутренней поверхностью фланцев.
Для передачи сдвиговой нагрузки используются болты.
Сдвиговая нагрузка:
Для расчётов принимается, что соединение подвержено направленной вертикально вниз сдвиговой силе,
которая должна быть передана с примыкающего на сквозной профиль.
Болты между скобами:
М16: 3,2 ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝑦 =
3,2 ∙ 16 мм ∙ 1,5 мм ∙ 220 МПа
= 13,0 кН
1,3
Прочность болтов должна быть статистически эквивалентна сдвиговой силе (Q), действующей по осевой
линии сквозного профиля.
Прочность болтов, вертикальная:
∆𝑁𝐵1 =
Прочность болтов, горизонтальная:
𝑄
2
𝑄 ∙ 30 мм
= 0,375 𝑄
80 мм
Таким образом, общая прочность болтов составляет:
∆𝑁𝐵2 =
𝑁В = 0,625 𝑄
Несущая способность соединения в отношении несущей способности болтов составляет:
𝑄=
0,625
= 20,8 кН
13,0
Болты в сквозном профиле:
Несущая способность болта М16 в двутавровом профиле 300 × 150 × 15 составляет:
М16: 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓с1 =
16 мм ∙ 15 мм ∙ 240 МПа
= 44,3 кН
1,3
Несущая способность болта М12 в листе толщиной 1,5 мм составляет:
3,2 ∙ 12 мм ∙ 1,5 мм ∙ 220 МПа
= 9,7 кН
1,3
Общая несущая способность четырёх болтов М12, таким образом, составляет 4 ∙ 9,7 кН = 38,8 кН.
М12: 3,2 ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝑦 =
Сдвиговая нагрузка в верхнем фланце примыкающего профиля
Нагрузка контактного сжатия между профилем и скобой концентрируется у торца профиля.
Несущая способность обоих фланцев определяется как:
𝑄1 = ∆𝐿 ∙ 𝑡𝑓 ∙ 𝑓𝜏𝑑 ∙ 2
=
50 мм ∙ 10 мм ∙ 2 ∙ 25 МПа
= 19,2 кН
1,3
Сдвиговая нагрузка в скобе из нержавеющей стали
Таким образом, общая действующая вертикально вниз сдвиговая нагрузка, которая может быть передана с
примыкающего на сквозной профиль, составляет 19,2 кН.
3.1.7
Рисунок 3.2.2
3.1.8
Пример 8.3
Стыковое соединение двух двутавровых профилей 200 × 100 × 10.
Это соединение обычно используется для соединения двух секций профиля, длина которого превышает
длину имеющихся в наличии деталей. Используются скобы из нержавеющей стали толщиной 1,0 мм.
Нормальная сила в профиле 200 × 100 × 10.
Несущая способность болтов в профиле, изготовленном пултрузией:
М20: 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓с0°,𝑑 =
20 мм ∙ 10 мм ∙ 240 МПа
= 36,9 кН
1,3
М12: 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓с0°,𝑑 =
12 мм ∙ 10 мм ∙ 240 МПа
= 22,2 кН
1,3
Максимальная нормальная сила, которая может быть передана с болта на профиль, равна сумме несущих
способностей болтов.
𝑁1 = 4 ∙ 36,9 кН + 4 ∙ 22,2 кН = 236,4 кН
Несущая способность болтов в скобах:
М20: 3,2 ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝑦𝑑 =
3,2 ∙ 20 мм ∙ 1,0 мм ∙ 220 МПа
= 10,8 кН
1,3
М12: 3,2 ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝑦𝑑 =
3,2 ∙ 12 мм ∙ 1,0 мм ∙ 220 МПа
= 6,5 кН
1,3
Максимальная нормальная сила, которая может быть передана с болтов на скобы, равна сумме несущих
способностей болтов.
𝑁1 = 8 ∙ 10,8 кН + 4 ∙ 6,5 кН = 112,4 кН
Несущая способность соединения в отношении
нормальной силы растяжения определяется
характеристиками крепления. Его несущая
способность составляет 112,4 кН, что соответствует
осевому растяжению в двутавровом профиле 200 ×
100 × 10 на уровне 29,2 МПа.
Момент в двутавровом профиле 200 × 100 × 10:
На рисунке показана последовательность действия
сил в соединении.
Момент в двутавровом профиле 200 × 100 × 10
вызывает нормальную силу давления,
действующую между двумя верхними фланцами
профилей.
Рисунок 3.3.1.
Натяжение передаётся между нижними болтами соединения по нижней части скобы. Максимальная сила
сжатия, которая может быть передана между верхними фланцами, составляет:
𝑁1 = 𝑏 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓с0°,𝑑 =
100 мм ∙ 10 мм ∙ 240 МПа
= 184,6 кН
1,3
3.1.9
Рисунок 3.3.2
3.1.10
В соответствии с показанным на стр. 3.1.10 максимальная сдвиговая нагрузка, которую болты
могут передать с профиля на скобу, составляет:
М20
М12
10,8 кН на разрез;
6,5 кН на разрез.
Напряжение также поглощают болты М12 в нижнем фланце и нижний ряд болтов М20. Несущая
способность соединения по отношению к моменту, таким образом, составляет:
Ммакс
=
=
=
4 ∙ 10,8 кН ∙ 145 мм + 4 ∙ 6,5 кН ∙ 185 мм;
6,3 кН∙м + 4,8 кН∙м;
11,1 кН∙м.
Момент 14,4 кН∙м в двутавровом профиле 200 × 100 × 10 соответствует напряжению на торце в
размере 47 МПа.
Сдвиговая нагрузка в двутавровом
профиле 200 × 100 × 10
На рисунке показана последовательность сил в
соединении. Сдвиговая нагрузка в двутавровом
профиле 200 × 100 × 10 вызывает контактное
сжатие между фланцами профиля и скобы,
соответствующее контактному сжатию,
описанному в Примере 8.1.
Сдвиговая нагрузка в верхнем фланце
примыкающего профиля, контактное сжатие между
профилем и скобой, концентрируется у торца
профиля.
Несущая способность обоих фланцев определяется как:
𝑄1 = ∆𝐿 ∙ 𝑡𝑓 ∙ 𝑓𝜏𝑑 ∙ 2 =
50 мм ∙ 10 мм ∙ 2 ∙ 25 МПа
= 19,2 кН
1,3
Сдвиг в скобе из нержавеющей стали
Площадь пластины, подверженной сдвиговой нагрузке, составляет 112 мм × 180 мм. Несущая способность
скобы в отношении сдвиговой нагрузки определяется в соответствии с нормами EC 3 (ENV 1993-1-1).
Расчёты ниже выполнены в соответствии с EC3.
5,34
𝑘𝜏 =
(
𝜆𝑤 =
112 2
)
180
= 17,8
𝑑 ∙ 37,4 ∙ √𝑘𝜏
180 ∙ 37,4 ∙ √17,8
=
= 1,11
𝑡𝑤 ∙ 𝜀
1,0 ∙ 1,03
Ввиду того, что λw больше 0,8, несущая способность скобы в отношении сдвиговой нагрузки уменьшена из-за
недостаточной устойчивости:
𝜏𝑏𝑎 = (1 − 0,625 ∙ (𝜆𝑤 − 0,8)) × 𝑡𝑦𝑑 =
0,92 ∙ 127 МПа
√3 ∙ 1,3
= 79 МПа
Максимальная сдвиговая нагрузка, передаваемая по двум скобам, определяется как:
𝑄2 = 𝑑 ∙ 𝑡𝑤 ∙ 𝑡𝑏𝑎 ∙ 2 = 180 мм ∙ 1,0 мм ∙ 79 МПа ∙ 2 = 28,5 кН
Несущая способность соединения, определяемая несущей способностью профиля, составляет 1,9 кН, что
соответствует напряжению сдвига 9,6 МПа.
3.1.11
Пример 8.4
Опорные скобы для двутавровых балок 200 × 100 × 10 на колоннах, выполненных из трубы
квадратного сечения 100 × 100 × 8.
Фитинг используется в местах, где необходимо передать
вертикальные нагрузки с балки на колонну.
Под двутавровой балкой 200 × 100 × 10 скоба имеет уголковую
форму, вокруг колонны — U-образную.
Для передачи вертикальной сдвиговой нагрузки со скобы на
колонну болты располагаются в язычках, соединяющих
стороны колонны, обращённые к балке и обращённые в
противоположном направлении, соответственно.
На Рис. 3.4.1 изображены силы, действующие в соединении.
Сдвиговая нагрузка с двутавровой балки 200 × 100 × 10
вызывает силу сжатия, которая передаётся по вертикальной
стороне скобы на нижнюю часть скобы.
Нижняя часть скобы примыкает к передней стороне колонны, а
верхняя часть — к задней стороне колонны.
Сдвиговая нагрузка в скобе из нержавеющей стали
Площадь пластины, подверженной сдвиговой нагрузке,
составляет 108 мм × 150 мм. Напряжение возникает на
расстоянии 58 мм от колонны. Ширина поля профиля
вычисляется приблизительно как:
Figure 3.4.1
75 мм ∙ √12
𝜆=
= 130
2,0 мм
Расчёт показывает, что для поглощения напряжения достаточно полосы шириной 75 мм.
Относительная ширина вычисляется как:
𝜆𝜉 =
𝜆
=
𝜆0°
𝜆
𝐸 0,5
𝜋∙( )
𝑓𝑦
=
130
210 000 0,5
𝜋∙(
)
220
= 1,34
Используя кривую характеристик колонны C, предельные значения для действующего под углом давления
определяются как:
Dмакс
=
χ ∙ f𝑦,𝑑 ∙ t ∙ bэфф ;
=
0,37 ∙
=
9,4 кН
220 МПа
1,3
∙ 2 мм ∙ 75 мм
Вертикальная составляющая действующего под углом давления — 8,8 кН, горизонтальная — 3,4 кН. Нижний
болт М16 передаёт вертикальную нагрузку с фитинга на колонну.
3.1 .12
Рисунок 3.4.2
3.1.13
Несущая способность болта скобы составляет:
М16: 3,2 ∙ 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓𝑦𝑑 =
3,2 ∙ 16 мм ∙ 2,0 мм ∙ 220 МПа
= 17,3 кН
1,3
Нагрузка, которая может быть передана с болта на профиль, составляет:
М16: 𝑑 ∙ 𝑡 ∙ 𝑓с0°𝑑 =
16 мм ∙ 8 мм ∙ 240 МПа
= 30,7 кН
1,3
Максимальная сдвиговая нагрузка, которая может быть передана с балки на колонну, таким образом,
составляет 8,8 кН.
3 .1.14
ГЛАВА 4
Обращение с профилями и их перевозка
4.1.1
Обращение с конструкциями и их перевозка
Концентрированная нагрузка
Не допускайте концентрированных нагрузок в ходе перевозки, разгрузки и подъёмных работ. Всегда
обеспечивайте равномерное распределение нагрузки.
Подъём на ремнях
Подъёмные ремни должны располагаться таким образом, чтобы точки приложения нагрузки находились в
удлинениях вертикальных усилений конструкции. Подъёмные ремни должны образовывать максимально
возможно прямую линию между точкой приложения нагрузки и точкой подъёма. В ходе подъёма необходимо
обеспечить поперечное усиление конструкции в местах, где подъёмные ремни изгибаются внутрь по
направлению к точке подъёма на верхнем крае конструкции. Все точки приложения нагрузки и точки касания
ремней и конструкции должны быть защищены от механических повреждений поверхности (царапин и т. п.)
при помощи дерева или иного подходящего материала.
Если направление подъёма не составляет 90° к поверхности подъёма, ремни должны быть защищены от
проскальзывания при помощи зажимов или иных средств, обеспечивающих их надёжную фиксацию.
Подъём при помощи вилочного подъёмника
Подъём при помощи вилочного подъёмника должен выполняться с соблюдением тех же условий, что и для
подъёмных ремней, за исключением точек усиления и с использованием определённой защиты между
вилками и грузом.
Перевозка
В ходе перевозке необходимо обеспечить правильное расположение низа груза и иных его опор, для чего
груз может быть закреплён на основании или конструкции. Положение конструкции в ходе перевозки должно
быть зафиксировано ремнями.
Крепёжные ремни должны располагаться на конструкции по краям опор в соответствии с теми же
принципами, что и для подъёмных ремней, то есть за усилением (см. Рис. 6.2). Может потребоваться расчёт
необходимого числа опор для использования в ходе перевозки.
Разгрузка
Конструкция должна разгружаться на слои блоков, обеспечивающие одинаковый уровень всех точек
разгрузки. Эти слои блоков должны размещаться рядом с вертикальным усилением конструкции.
При расположении нескольких элементов конструкции друг на друга для разгрузки или перевозки, точки
опоры, промежуточные слои и усиление конструкции должны образовывать собой колонну (см. Рис. 6.3).
Очевидно, что во избежание смещения необходимо ограничить число элементов, расположенных друг на
друге.
Монтаж
При регулировке положения конструкций из полиэстера, усиленного стекловолокном, запрещается
использовать молоток. Обращайтесь с конструкцией аккуратно. Запрещается изменять форму профилей,
изготовленных методом пултрузии, изгибая их в нагретом или охлаждённом состоянии.
Регулировка
Запрещается компенсировать неточность установки посредством деформации стекловолоконных профилей.
Для регулировки положения необходимо использовать опоры или распорные блоки.
4.1.3
3 .1.14
4 .1.4
ГЛАВА 5
Глоссарий
5.1.1
А
А4
Марка стойких к кислоте
болтов, гаек и дисков из
нержавеющей стали.
Адгезивное вещество
Вещество для соединения
примыкающих поверхностей
посредством прилипания.
Адгезивное вещество может
быть представлено в форме
жидкости, плёнки или пасты.
Анализ методом конечных
элементов (FEA)
Технология компьютерного
анализа с использованием
метода конечных элементов,
часто использующаяся для
моделирования сложных
структур.
Анизотропный
Направленность волокон, при
которой материал обладает
разными характеристиками по
разным осям.
Арамид
Ароматическое полиамидное
волокно высокой прочности и
жёсткости.
Б
Бром
Ингибитор горения (галоген),
использующийся для частного
или полного уменьшения
горючести смолы.
изгибанием или волнистостью
волокон.
светостабилизаторы и
ингибиторы горения.
Выталкиватель
Устройство извлечения
прошедшего отверждение
профиля из технологического
оборудования.
Доотверждение
Дополнительное отверждение
при повышенной температуре
без давления, обычно
проводимое для улучшения
конечных характеристик и/или
для завершения процесса
отверждения. Для некоторых
смол достичь желаемых
характеристик возможно
только при их тепловой
обработке под температурой
выше температуры
отверждения.
Вязкость
Свойство материала
сопротивляться текучести. Для
большинства материалов
уменьшается с повышением
температуры.
Г
Галогенизированная смола
Смола с добавлением хлора
или брома для придания
огнестойкости.
Гашение вибрации
Уменьшение интенсивности
вибрации
Гибридное волокно
Плетёный волокнистый
материал, использующий два
или более типа волокон.
Гибридный композитный
материал
Композитный материал,
усиленный гибридным
материалом.
Гибридный материал
Волоконный материал,
использующий два или более
типа усилительных волокон,
например, стекловолокна и
углеродистые волокна.
В
Винилэфиры
Класс термореактивных смол,
включающий эфир акриловых
и/или метакриловых кислот.
Внешний слой
Слой материала на
поверхности, снимаемый с
прошедшего отверждение
ламината перед его
изгибанием, оставляющий
чистую, богатую смолой
поверхность, готовую к
изгибанию.
Водоструйная резка
Технология резки композитных
полимеров струёй воды под
высоким давлением.
Волнистость
Дефект, вызванный
Граница раздела
Поверхность раздела двух
материалов (для
стекловолокна, например, —
область раздела
стекловолокна и шлихты; в
ламинате — область раздела
слоистой смолы и усиления).
Ж
Жёсткость
Свойство материала
сопротивляться изгибанию,
выраженное как отношение
нагрузки к деформации
данного материала.
И
Изотропный
Направленность волокон, при
которой волокна отличаются
одинаковыми
характеристиками по всем
направлениям, вне
зависимости от направления
прилагаемой нагрузки.
Изоцианат
Высокореактивный мономер,
использующийся в технологии
литья под давление (RIM).
Инструмент
Помимо прочего, синоним
формы.
К
Д
Катализатор
Вещество, усиливающее и/или
использующееся для контроля
обработки химического
соединения, не поглощаемое в
ходе реакции.
Двунаправленный ламинат
Ламинат, волокна которого
направлены более чем по
одному направлению в одной
плоскости.
Квазиизотопный
Приблизительная изотопия
материла, достигаемая
расположением слоёв в
нескольких направлениях.
Добавка
Ингредиент, добавляемый в
смолы для улучшения
характеристик. Примеры
добавок — пластификаторы,
инициаторы,
Кевлар
Прочный и лёгкий
арамидоволоконный материал,
использующийся в качестве
усиления (торговая марка
компании DuPont).
Клеящая плёнка
Тонкая пластиковая плёнка с
нанесённым адгезионным
веществом.
Малая (нулевая) усадка
Характеристика смолы,
обеспечивающая малую или
нулевую усадку в ходе литья.
Когезия
Внутренняя связь вещества в
материале, а также
характеристика сохранения
формы вещества.
Мат
Волоконный усилительный
материал из нарубленных
кусочков волокна или
плетёного волокна (для матов
из рубленой и непрерывной
нити соответственно) с
последующим применением
связующего вещества для
сохранения формы.
Представлены маты различной
массы, толщины и длины.
Композитный материал
Материал, сочетающий
волокна и связывающую
матрицу, что обеспечивает
улучшение характеристик
материала. Разные элементы
такого материала соединены
друг с другом не полностью.
Концентрация нагрузки
Усиление приложенной
нагрузки в области царапины,
полости, отверстия или
включения постороннего
материала.
Коэффициент Пуассона
Отношение изменения
поперечного сечения (ширина
на единицу ширины) к длине
материала (длина на единицу
длины) при его растяжении.
Коэффициент теплового
расширения (КТР)
Относительное изменение
длины материала при
заданном изменении
температуры.
Л
Ламинат
Материал из нескольких слоёв
одинакового или разных
материалов.
Ламинирование
Процесс скрепления слоёв
материала при помощи
связующего вещества, обычно
осуществляемый под
давлением и температурой.
Летучие органические
соединения (VOC)
Химические вещества, такие
как растворители, мгновенно
испаряющиеся или
улетучивающиеся в воздух.
Литейная смазка
Смазочный материал,
использующийся для
извлечения детали из формы.
М
пропорционального предела
материала.
Модуль Юнга
См. модуль эластичности
Момент эксцентричности
Момент силы, действующей
вне линии центра тяжести.
Мономер
Молекула,
взаимодействующая с
подобными или отличными ей
молекулами для образования
полимера.
Н
Матрица
Материал, в котором
погружено волоконное
усиление композитной
системы. В качестве матриц
могут использоваться
термопластические,
термореактивные смолы, а
также металлы и керамика.
Межкристаллическая коррозия
Коррозионные явления в
областях, находящихся под
напряжением, при условиях, в
которых коррозии в областях,
не подверженных напряжению,
не возникает.
Межслойный
Явление между двумя или
более смежными слоями.
Межслойный сдвиг
Сдвиговая нагрузка,
вызывающая смещение двух
слоёв друг относительно друга
по плоскости их раздела.
Микротрещины
Трещины, возникающие в
композитных материалах при
превышении тепловых
нагрузок значения прочности
матрицы.
Модуль
Физическое выражение
жёсткости материала, равное
отношению приложенной
нагрузки (напряжения) к
итоговой деформации
материала (сдвиговой или
эластичной).
Модуль эластичности
Отношение нормального
напряжения к относительной
деформации на растяжение
или сжатие, величина которого
составляет меньше
Нагрузка
Внутреннее сопротивление
изменению размера или
формы, выраженное в силе на
единицу площади.
Наполнитель
Материал, добавляемый к
смешанной смоле для
улучшения её вязкости,
изменения визуальных
свойств, уменьшения
плотности или удешевления.
Непрерывный мат
Материал из воколон или
нитей произвольной
ориентации.
Неразрушающее исследование
(NDI)
Определение свойств
материала или детали без
перманентного изменения
свойств исследуемого образца.
Общеупотребительный
синоним — неразрушающие
испытания (NDT).
О
Однонаправленность (UD)
Расположение волокон ткани,
ленты или ламината в одном
направлении.
Отверждающий агент или
отвердитель
Каталитический или
реактивный агент,
вызывающий полимеризацию
при добавлении в смолу (см.
катализатор).
Отверждение
Необратимое изменение
молекулярной структуры и
физических свойств
термореактивной смолы
посредством химической
реакции под действием тепла и
катализаторов (по отдельности
или вместе) под давлением
или без давления.
П
Пиролиз
Разложение или
трансформация соединения
под действием теплоты.
Поглощение влаги
Впитывание материалом
водяных паров из воздуха (в
отличие от поглощения воды
при погружении), приводящее к
повышению массы материала.
Поглощение воды
Соотношение массы
поглощённой материалом
воды к массе сухого материала
Полимер
Большая молекула,
образованная сочетанием
множества малых молекул или
мономеров в упорядоченную
структуру.
Полимеризация
Реакция соединения
мономеров в полимеры.
Полиэфиры
Термореактивные смолы,
производимые методом
раствора ненасыщенных,
обычно линейных алкидных
смол в активном мономере
винилового типа (например,
стироле). Смолы обычно
поставляются в виде раствора,
но также представлены и в
виде порошка.
Поверхностная вуаль
Покрытие усилительных матов
и тканей для улучшения
характеристик его покрытия
посредством закрывания
находящихся под ним
усилительных волокон. Часто
используется для
ультрафиолетовой защиты
конструкции.
Ползучесть
Изменение пространственных
характеристик материала под
действием физической
нагрузки со временем (не
учитывает мгновенную
эластичную деформацию).
Полости
Карманы газа, образовавшиеся
в ламинате в ходе
отверждения.
Пористость
Наличие видимых полостей в
твёрдом материале, в которые
может проникнуть воздух или
жидкость.
Предел эластичности
Максимальное напряжение,
которое может выдержать
материал без перманентной
потери формы после снятия
напряжения.
Проколы
Маленькие отверстия в детали,
оставшиеся от формы.
Пролёт
Длина пролёта или длина
балки
Пропитка
Насыщение полостей и пор
усилительного материала
смолой.
Прочность на изгиб
Прочность материала на изгиб,
обычно выражаемая как сила
на единицу площади, как
напряжение на подвергнутом
изгибу испытательном образце
в момент его разрушения.
Прочность на отдир
Прочность адгезионных связей
к напряжению, возникающему
при отдирании слоя
материала.
Прочность на растяжение
Максимальная нагрузка,
выдерживаемая композитным
материалом в ходе испытания
на растяжение до разрушения
материала.
Прочность на сдвиг
Максимальное напряжение на
сдвиг, которое может
выдержать материал.
Прочность на сжатие
Устойчивость материала к
дробящему усилию или
продольному изгибу.
Максимальная нагрузка на
сжатие для образца
материала, разделённая на
площадь его поперечного
сечения.
Прочность на ударную нагрузку
Способность материала
выдерживать ударную
нагрузку, определяемая
разрушением образца.
Прядь
Несколько пучков
непрерывного стекловолокна в
виде несвязанных нитей или
пряжи.
Пултрузия
Автоматический непрерывный
процесс производства
стержней, труб и строительных
деталей постоянного
поперечного сечения из
композитных материалов,
предполагающий насыщение
прядей (или иных форм)
усилительного волокна смолой
и непрерывное их
протягивание через нагретую
форму, в которой
осуществляется
формирование и отверждение
детали. Отверждённый
материал затем разрезается
на куски.
Р
Разрыв
Разделение волокон при
сверлении или обрезании
части композитного материала.
Разбавитель
Дешёвый материал,
использующийся для
разбавления или смешивания
с дорогими смолами без
значительной потери качества
конечного материала.
Расслоение
Процесс разделения слоёв
вследствие потери крепления
адгезионного агента или
отделения слоёв от основной
структуры. Расслоение может
быть связано с образованием
мостиковых связей,
сверлением или обрезкой
кромки материала.
Ровинговая ткань
Тяжёлая и грубая ткань,
образованная сплетением
непрерывных прядей волокна.
С
Сдвиг
Нагрузка от силы, сдвигающей
две смежные части одного
тела в разные стороны.
Синтетическое волокно
Волокно, изготовленное не из
стекла или углерода (например,
из полиэфира).
Смола
Твёрдый или псевдотвёрдый
материал, часто обладающий
высокой молекулярной массой
и диапазоном плавления или
размягчения, обеспечивающий
растекание материала под
напряжением (смолы
используются в композитных
матрицах для связывания
усилительных волокон).
Содержание волокон
(содержание стекла)
Содержание волокон в
композите, выраженное как
отношение к матрице.
Соединение внахлёст
Соединение двух компонентов
один на другой с последующим
скреплением.
Сотовая конструкция
Легковесная ячеистая
конструкция из металлических
листов или неметаллических
материалов (например,
пропитанной смолой бумаги
или плетёной ткани) в форме
шестигранных ячеек.
Стекло S
Магний-, алюминий-,
кремнийсоедержащее
стеклянное усиление,
используемое для придания
материалу исключительной
прочности на разрыв. Как
правило, используется в
деталях, рассчитанных на
высокие нагрузки.
Стекловолокно
Материал, производимый
методом протягивания
расплавленного стекла через
штуцер. Ввиду высокой
прочности, простоты
механической обработки и
невысокой стоимости
стекловолокно является
наиболее распространённым
усилением для композитных
материалов на основе
полимеров.
Строение волокон
Искусственно заданное
строение волокнистой части
материала для придания
материалу определённых
свойств (плетение,
прошивание, препрег тканей,
матов, пучков или
углеволоконных прядей).
Т
Твёрдость по Барколу
Значение жёсткости
поверхности, полученное
измерением сопротивления
проникновению заданного
материала острой стальной
игле под пружинной нагрузкой.
Твёрдомер Баркола —
инструмент, измеряющий
твёрдость по шкале 0–100.
Температура отверждения
Температура, при которой в
материале наступает конечное
отверждение.
Температура тепловой
деформации (ТТД)
Температура, при которой
испытательный образец
показывает определённое
отклонение под действием
установленной нагрузки.
Термореактивная система
Матрица, термореактивный
материал и добавки,
требуемые для изготовления
конечного продукта при
помощи выбранного метода
производства.
Термореактивный материал
Матрица композитного
материала, прошедшая
процедуру отверждения под
действием температуры и
давления либо же в
присутствии катализатора,
ставшая огнестойким и
нерастворимым материалом.
После отверждения вернуть
материал в исходное
состояние невозможно.
Термопластиковый материал
Матрица композитного
материала, обладающая
свойством неоднократного
размягчения при нагревании и
затвердевания при
охлаждении.
Трещина под напряжением
Трещина в композитном
материале, вызванная
напряжением на растяжение;
трещины могут быть внешними,
внутренними или сочетанием
тех и других.
материала используется
термин «процентное
удлинение».
Углеродное волокно
Усилительное волокно,
характерное своим лёгким
весом и высокими прочностью
и жёсткостью. Волокна
изготавливаются посредством
термообработки органического
волокна-прекурсора, в основе
которого лежит ПАН
(полиакрилонитрил),
искусственный шёлк или пек в
инертной атмосфере при
температурах выше 1800 °F
(980 °C).
Усиленная стекловолокном
пластмасса
Композитный материал,
состоящий из смолистой
матрицы с усилительными
волокнами (из стекла или
углерода) прочностью и
жёсткостью выше резины. Для
обозначения подобных
материалов широко
используется английская
аббревиатура GRP.
Ускоряющее вещество
Химическая добавка,
ускоряющая отверждение или
химическую реакцию (см.
также катализатор).
Усиление
Ключевой элемент,
добавляемый в матрицу для
придания ей требуемых
свойств (в первую очередь
прочности и жёсткости). Может
представлять собой короткие
отрезки волокна, непрерывное
волокно или сложные
текстильные формы.
Усталостная прочность
Максимальное значение
напряжения, которое материал
может выдержать в течение
заданного количества циклов
без потери механических
свойств.
Усталость
Потеря механических свойств
материала, вызванная
периодическим его
напряжением.
У
Ф
Удлинение
Удельное увеличение длины
материала под растяжением.
При выражении в процентах от
первоначальной длины
Фенольная смола
Термореактивная смола,
изготавливаемая
конденсацией ароматического
спирта с альдегидом, в
особенности фенолом или
формальдегидом.
Филаментная намотка
Автоматизированный процесс
производства композитных
материалов, при котором пучок
непрерывной нити,
пропитанный смолок или
протянутый через резервуар со
смолок, наматывается вокруг
вращающегося дорна.
Форма (литьё)
Набор компонентов с полостью
в форме готовой детали.
Ш
Шлихта
Раствор химических добавок
для покрытия нитей в целях
защиты их от абсорбции воды
и абразии, а также их
смазывания и уменьшения
статического электрического
заряда.
Э
Экзотермический эффект
Выделение тепла в ходе
химической реакции
(например, отверждения).
Экструзия
Процесс производства изделий
постоянной формы
поперечного сечения
посредством продавливания
пластикового материала через
форму.
Эластичность
Свойство материала
восстанавливать
первоначальную форму после
деформации.
Электрическое стекло
Боросиликатное
стекловолокно, обладающее
проводящими свойствами и
чаще всего используемое в
обычных композитных
материалах с полимерной
матрицей.
Электролитическая
(гальваническая) коррозия
Ускоренная коррозия металла,
вызванная электрическим
контактом с более
благородным металлом или
неметаллическим проводником
в коррозионно-активном
электролите.
Эпоксидная смола
Распространённый
термореактивный материал,
использующийся как
связующая матрица для
удержания вместе волокон.
При использовании вместе с
катализаторами эпоксидные
смолы отличаются
устойчивостью к воздействию
химикатов, воды, тепла или
холода.