ГОССТРОЙ СССР СОЮЗМЕТАЛЛОСТРОЙНИИПРОЕКТ

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций имени Н.П.Мельникова

ЦНИИПРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ им.МЕЛЬНИКОВА

Р Е К ОМ Е НД А Ц И И ПО РАСЧЕТУ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ ПО КРИТЕРИЯМ ОГРАНИЧЕННЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИИ

МОСКВА - 1985

Рис J./ диаграммы работы стали

модуль упругости Е = 2,06.10 Ша (2,1.10^ кгс/см^). Уравнение диаграммы между пределом пропорциональности и пределом текучести принимается по эллипсу, плавно сопряженному с прямыми упругой работы и площадки текучести, начинающейся при 6 = 1,1^/Я    .

3.3.    В случаях сложного напряженного состояния напряжения и деформации рекомендуется определять с использованием деформационной теории пластичности и энергетического критерия перехода стали в пластическое состояние (энергетической теории прочности).

3.4.    Гипотезу плоских сечений рекомендуется использовать при расчетах в упругопластической стадии работы в тех же случаях напряженного состояния и соотношения размеров в сечении, при которых эта гипотеза используется при расчетах в упругой стадии работы.

3.5.    Если гипотеза плоских сечений в упругой стадии работы не соблюдается, то при расчете в упругопластической стадии в области малых пластических деформаций допускается принимать формы

10

эгпор продольных и сдвигающих деформаций подобными формам соответствующих эпюр деформаций в упругой стадии работы.

3.6* Распределение деформаций сдвига по площади сечения допускается при расчетах в упругопластической стадии работы принимать таким же, как при расчетах в упругой стадии.

4. РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ В SOPME ПРОВЕРКИ УСЛОВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

4.1.    Расчеты прочности сечений по критерию ограниченных пластических деформаций допускается выполнять согласно п п. 4.2, 4.3 и 4.5 в форме проверки условных напряжений <5_и по предельному неравенству

Величины б_и определяют по формулам упругой работы с введением к моментам сопротивления поправочных коэффициентов, приводящих результаты расчета к проверке пластических деформаций, в необходимых случаях с учетом влияния на развитие пластических деформаций касательных напряжений (согласно п. 4.10) или местных напряжений (согласно п. 4.II).

4.2.    Расчет на прочность элементов, изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формуле

■{&****, ⁽⁴-²> где С - коэффициент, определяемый по п. 4.4.

Расчет на прочность балок переменного сечения, относящихся к 4 группе конструкций, допускается выполнять с коэффициентами С , принятыми по 4 группе конструкций только для одного сечения на длине пролета, с наиболее неблагоприятным сочетанием М и Q . Расчет на прочность остальных сечений таких балок следует выполнять с коэффициентами С , принятыми по 3 группе конструкций.

Расчет прочности в сечениях балок при М = 0 следует выполнять по формулам:

для двутавровых, коробчатых и швеллерных балок (в плоскостях стенок)

II

Таблица 4.2 Коэффициенты и    для    ^т-    0,001

** Ша (кгс/см2) Р, Pi ~глтг 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0 230 (2350) 0^5 2 3 4 5 1.41 1,43 1.46 1.47 1,45 1.42 1,23 1,27 1.34 1,36 1.34 1.34 1,12 1,15 1,28 I 29 1.29 1.30 1,09 1,12 1,21 I 22 1,23 1,25 1,08 I,II 1,15 1,17 1.19 1.20 1,03 1,05 1,09 1,12 1,14 1,16 260 (2650) 0j5 2 3 4 5 1,36 1.41 1.43 1.44 1.42 1,39 1,23 1,27 '1,33 1.33 1.33 1.33 1,13 1,19 1.27 1,26 1,26 1.28 1,09 1,15 1,21 1,21 1,22 1,23 1,07 I,II 1,14 1,16 1,18 1,19 1,02 1,05 1,08 I,П 1,13 1,15 300 (3050) 0^5 2 3 4 5 1.36 1.38 1.39 1,41 1.40 1.37 1,22 1,25 1.32 1.33 1.31 1.31 1,12 1,18 1,26 1,26 1,26 1,26 1,09 1,13 1,20 1,20 1,21 1,21 1,07 1,11 1,13 1,15 1,17 I.IV 1,02 1,04 1,08 1,10 1,13 1,15 330 (3350) 0^5 2 3 4 5 1.34 1.36 1.37 1,39 1.38 1.35 1,20 1,25 1.30 1.32 1.32 1.30 I,II 1,17 1.24 1.25 1.26 1,25 1,07 1,13 1.19 1.19 1.20 1,21 1,06 1,10 1.13 1.14 1,16 I.IV 1,02 1,04 1,08 1,10 1,12 1,14 370 (3750) 0^5 2 3 4 5 1.32 1,34 1.36 1,38 1.36 1.33 1,19 1,24 1,28 1.30 1.30 1,28 1,10 1,17 1,22 1.23 1.24 1.25 1,07 1,12 1.17 1.18 1.19 1.20 1,06 1,10 1,12 1.14 1.15 1.16 1,02 1,04 1,07 1,10 I.II 1,13 400 (4100) 0^5 2 3 4 5 1.30 1.31 1.32 1.33 1.34 1,33 1.17 1.18 1,26 1.27 1.28 1,28 1,09 I,II 1,20 1,22 1.23 1.24 1,06 1,10 1,16 1,18 1.19 1.20 1,05 1,09 1,12 1,13 1.15 1.16 1,02 1,04 1,07 1,09 1.11 1.12

14

Коэффициенты СЛ и для ^ ^ =0,002

(кгс/см2) йг "1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 230 (2350) 0^5 2 3 4 5 .1,52 1.57 1,63 1.58 1,54 1,50 1,28 1.43 1.44 1.44 1.42 1.42 1,18 1,30 1.33 1.34 1.34 1.35 1,14 1,21 1.25 1.26 1,27 1,29 I,II 1,14 1,17 1,20 1,22 1,24 1,03 1,06 1,10 1,14 1,17 1,19 260 (2650) 0^5 2 3 4 5 1,50 1.55 1,60 1.56 1,52 1,49 1,27 1,42 1,47 1,44 1,41 1,40 1,17 1,29 1,32 1.34 1.34 1.34 1,13 1,20 1.24 1.25 1.27 1.28 I,II 1,13 1,17 1,20 1,22 1,23 1,03 1,06 1,10 1,13 1,16 1,18 300 (3050) 0^5 2 3 4 5 1,48 1,52 1,57 1,55 1,50 1,47 1,26 1,37 1.41 1.42 1,40 1,39 1,16 1,27 1.31 1.32 1.33 1.33 1,12 1,19 1.24 1.25 1.26 1,27 1,10 1,13 1,17 1,19 1,21 1,23 1,03 1,05 1,10 1,13 1,16 1,18 330 (3350) О^б 2 3 4 5 1.46 1,50 1,54 1,53 1,49 1.46 1,25 1,36 1.40 1.40 1.40 1,38 1,16 1,26 1.30 1.31 1.32 1.33 1,12 1,19 1,22 1,24 1,26 1,27 1,10 1,13 1,16 1.19 1.20 1,22 1,03 1,05 1,09 1,13 1,15 1.1? 370 (3750) 0^5 2 3 4 5 1.45 1,49 1.52 1.52 1,48 1.45 1,24 1,35 1.38 1.39 1.39 1,38 1,15 1,25 1.29 1.30 1.31 1.32 I,II 1,18 1,22 1.24 1.25 1.26 1,09 1,12 1,16 1,18 1,20 1,21 1,03 1,05 1,09 1,12 1,15 1,17 400 (4100) 0^5 2 3 4 5 1.43 1.46 1,49 1.51 1.46 1.44 1,23 1,33 1.37 1.38 1.37 1.37 1.14 1,24 I 28 1.30 1.30 1.31 I.II 1,17 1,21 1.23 1.24 1,26 1,09 1,12 1,15 1,18 1,19 1,21 1,03 1,05 1,08 1,12 1.14 1,16

15

УДК 624.014.2:539.374

Рекомендации разработаны в развитие стандарта СЭВ СТСЭВ 384-76 "Строительные конструкции и основания. Основные положения по расчету и главы СНиП П-23-81 "Стальные конструкции. Нормы проектирования".

В Рекомендациях рассмотрены вопросы, связанные с уточненным расчетом на прочность стальных конструкций по критериям ограниченных пластических деформаций, дифференцированных по группам конструкций, с учетом влияния перераспределения усилий, сложного напряженного состояния и приспособляемости. Рекомендации существенно расширяют уже включенные в СНиП II-23-8I (п.п. 5.18-5.25 и приложение 5) нормы расчета прочности по критериям ограниченных пластических деформаций и приводят весь комплекс норм расчета прочности, излагаемый в разделе 5 СНиП П-23-81, в стройную систему.

Рекомендации составлены ЦНИИпроектстальконструкцией им.Мельникова (д.т.н., проф. Стрелецкий Н.Н.), Одесским Ш1 (к.т.н. Чернов Н.Л.) и Ленпроектстальконструкцией (к.т.н. Любаров Б.И.) при участии ДННИСКа им.Кучеренко (к.т.н. Бельский Г.Е.), Московского института стали и сплавов (к.т.н. Моисеев В.И.) и Укрпроектсталь-конструкции (к.т.н. Барский В.Б.). Рекомендации являются вторым дополненным и переработанным изданием аналогичных Рекомендаций, изданных в 1980 г.

Рекомендации выпускаются для практического использования в объединении Союзметаллостройниипроект с целью достижения обоснованной экономии стали, увеличения равнепрочности при проектировании стальных конструкций, а также с целью всесторонней апробации норм расчета прочности по критериям ограниченных пластических деформаций перед включением в СНиП расширенной их редакции.

Отзывы, предложения и материалы следует направлять по адресу: II7393, Москва, ул.Архитектора Власова, 49, ЦНИИПСК, отдел протяженных инженерных сооружений (ОДРИС).

©Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций имени Н.П.Мельникова, 1985.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

IЛ. Рекомендации распространяются на расчеты стальных конструкций на прочность по эксплуатационной пригодности (гарантирующие от чрезмерного развития пластических деформаций) при действии статических, подвижных и вибрационных нагрузок, вызывающих в элементах одноосный изгиб, двухосный изгиб и изгиб с осевыми силами; рассматриваются элементы конструкций, выполненные из одной марки стали (моностальные).

Рассматриваемые расчеты прочности ограничивают относительные пластические деформации, а в случаях плоского напряженного состояния - интенсивность пластических деформаций 6^ •

В рекомендациях рассмотрены также вопросы обеспечения местной устойчивости стенок и свесов поясов элементов, прочность которых проверяется по критериям ограниченных пластических деформаций.

1.2.    Необходимые расчеты на устойчивость, на выносливость и на жесткость, а также расчеты на прочность по несущей способности (по временному сопротивлению и на хрупкое разрушение) выполняются независимо от расчетов на прочность, регламентируемых настоящими Рекомендациями.

1.3.    Уравновешенные в каждом поперечном сечении элемента сварочные напряжения и собственные напряжения от неравномерного остывания стали после прокатки в расчетах на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций не учитываются в связи с уменьшением их влияния при развитии пластических деформаций по сравнению с упругой стадией работы материала и в связи с тем, что предельное состояние по эксплуатационной пригодности требует меньшей обеспеченности, чем предельное состояние по несущей способности. Геометрические несовершенства (случайные эксцентриситеты, погиби и др.) в расчетах на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций также не учитываются.

1.4.    Для расчета на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций устанавливаются следующие группы конструкций, отличающиеся нормами предельных пластических деформаций (в общем случае - предельных значений интенсивности пластических деформаций) £;

3

1    группа, для которой расчеты прочности выполняются в предположении упругой работы стали - подкрановые балки тяжелого режима работы; конструкции (или их части) из стали с пределом текучести выше 580 МПа (5900 кгс/см^); отдельные поперечные сечения, имеющие неблагоприятные для учета развития пластических деформаций напряженные состояния согласно п.1.6;

2    группа, для которой tip. Вот =* 0*001 - конструкции, непосредственно воспринимающие подвижные и вибрационные нагрузки: подкрановые балки легкого и среднего режима работы; балки рабочих площадок; элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад; балки под краны гидротехнических сооружений и т.п.;

3    группа, для которой £ ip,    —    0,002    -    конструкции,    ра

ботающие под статическими нагрузками: балки покрытий и перекрытий; ригели и колонны рам; ригели и стойки фахверка; конструкции, поддерживающие технологическое оборудование; ригели и колонны эстакад и т.п. (кроме конструкций, относимых к 4 группе);

4    группа, для которой £ ip, eim =* 0,004 - конструкции, работающие под статическими нагрузками, но не имеющие продольных ребер жесткости, не воспринимающие местных (локальных) нагрузок на стенку и отличающиеся повьшенной общей устойчивостью согласно п.5.20^х СНиЛ П-23-81 и повьшенной устойчивостью стенок и свесов поясов согласно разделу 5 настоящих Рекомендаций и приложению к ним.

В случае, если ограничение Sip в стенке вышеуказанной величиной tip,Bun приводит к недонапряжению в поясе, значение tip.Bim Д^ля стенки в месте ее примыкания к поясу увеличивается (не более, чем на 50%), если условия устойчивости стенки этому не препятствуют.

Выпеуказанные величины tip, ест    ^в необходимых случаях

уменьшаются из условий устойчивости стенок и свесов поясов согласно разделу 5 настоящих рекомендаций.

1.5. Интенсивность пластических деформаций ограничивается в крайних фибрах поперечных сечений и в серединных плоскостях стенок и других некрайних элементов поперечных сечений. Неравномерности деформаций по толщинам стенок и других некрайних элемен-

^х Коэффициент 0,7 в формуле для 8 следует исправить на 0,3.

тов в расчетах прочности по ограниченным пластическим деформациям не учитываются.

1.6.    Проверка прочности моностальных элементов конструкций

групп 2, 3 и 4 выполняется в предположении упругой работы стали в следующих случаях:    _/__{_}

а)    если 6eoc.u>^^RZ~3tl/ * ^ГЛ⁸ напряжение (5_toc „ и определяются по п п. 5.13, 5.14, 13.34 СНиП П-23-81;

Ry_расчетное сопротивление стали стенки;

б)    если напряжения в рассматриваемом сечении знакопеременны и в стенке в месте ее соединения с полкой

/    (I.I)

что может привести к знакопеременной циклической текучести. Здесь б_тах    ^max и ^min - соответственно максимальные и мини

мальные нормальные и касательные напряжения, вычисленные по огибающим эпюрам напряжений в предположении упругой работы стали;

в)    если продольная сила Ы> 0.7Ry Я , где Ru - расчетное сопротивление стали полок; Я - площадь поперечного сечения.

1.7.    Подкрановые балки легкого и среднего режимов работы, относящиеся ко 2 группе конструкций, следует рассчитывать на прочность по критерию ограниченных пластических деформаций с учетом коэффициента условий работы о_с =0,9, поскольку введение новых коэффициентов надежности по материалу и некоторых других норм согласно СНиП П-23-81, новых коэффициентов сочетаний согласно СНиП П-6-74, а также коэффициентов надежности по назначению дает значительное облегчение подкрановых балок по сравнению с предыдущей расчетной практикой уже при расчете в предположении упругой работы стали и дальнейшее облегчение подкрановых балок впредь до накопления соответствующего опыта не представляется возможным.

1.8.    Зависимость предела текучести от градиента напряжений при расчете прочности по ограниченным пластическим деформациям в запас прочности не учитывается.

1.9.    Для элементов, передающих только осевые усилия (центральное растяжение или сжатие) и работающих согласно гипотезе плоских сечений, критерий ограниченных пластических деформаций

в расчетах прочности не используется, поскольку развитие пластиче-

5

ских деформаций в таких элементах предполагается сразу по всей площади сечения и расчет по указанному критерию дает те же результаты, что и проверка напряжений согласно п.5.1 СНиП Г1-23-81.

2. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ

2.1.    Для конструкций групп I, 2 и 3, критерий прочности которых находится в области малых пластических деформаций (£,ipg_Lfn 4 0,002), допускается определять усилия с использованием принципа независимости действия сил и предполагая работу стали упругой

(не учитывая физическую нелинейность). При выполнении проверки прочности поперечных сечений элементов этих конструкций согласно разд.4 вышеуказанные допущения рекомендуются (за исключением неразрезных и защемленных балок, рассмотренных в п.2.5).

2.2.    Для конструкций группы 4, для которых критерий прочности находится в области развитых пластических деформаций ^8ср,ейп ^> 0,002), не допускается определять усилия с использованием принципа независимости действия сил и (при статической неопределимости) предполагая работу стали упругой. Однако допускается рассчитывать конструкции группы 4 как конструкции группы 3, используя упрощения по п.2.1 и проверяя поперечные сечения по критерию прочности

Zip.bm =⁰.°°²*

2.3.    Учет геометрической нелинейности при определении усилий для конструкций групп I, 2 и 3 необходим в тех же случаях, в которых он необходим при расчетах в предположении упругой работы стали, а для конструкций группы 4 - в тех же случаях, в которых он необходим при расчетах в предположении образования шарниров текучести.

2.4.    При выполнении расчетов на ЭВМ с проверкой прочности поперечных сечений согласно разделу 3 в сложных статически неопределимых конструкциях, состоящих из нескольких различных конструктивных элементов (колонн, ригелей и т.п.), усилия для проверки прочности рекомендуется определять упругопластическим расчетом с учетом физической и геометрической нелинейности в предположении, что все элементы конструкции обладают пределом текучести, равным нормативному сопротивлению R^_n . Для простых статически

неопределимых конструкций, состоящих из однотипных конструктивных элементов (неразрезные балки и т.п.), указанный расчет рекомендуется выполнять в предположении, что все элементы конструкции обладают пределом текучести, равным расчетному сопротивлению R^ .

2.5. Для неразрезных и защемленных балок постоянного в пределах каждого пролета двутаврового сечения следует учитывать перераспределение опорных и пролетных моментов в связи с развитием ограниченных пластических деформаций в предельном состоянии.

Расчетные значения изгибающего момента следует определять по формуле

М-ЛAW ,    (2.1)

где М_та£ наибольший изгибающий момент в пролете или на опоре,

определяемый из расчета неразрезной балки в предположении упругой работы материала; сК - коэффициент перераспределения моментов, определяемый по формуле

Sy -    <²-²>

где П - коэффициент, определяемый в зависимости от вида нагрузки и учитываемой продольной пластической деформации £р ,Я701 ПО формулам:

а)    при статической нагрузке

П = 135Ър, max, *    (2.3)

б)    при подвижной нагрузке

П — ^00£рmax .    (2,4)

Mef ~ условный изгибающий момент, равный: а) в неразрезных балках со свободно опертыми концами -большему из значений!

Мч-тах^ (2.5) = 0.5 Мг, (2.6)

7

где символ max означает, что следует найти максимум всего следующего за ним выражения:

М, - изгибающий момент в крайнем пролете, вычисленный как в свободно опертой однопролетной балке;

М₂ - максимальный изгибающий момент в промежуточном пролете, вычисленный как в свободно опертой однопролетной балке;

# - расстояние от сечения, в котором действует момент , до крайней опоры;

8 - длина крайнего пролета;

б)    в однопролетных и неразрезных балках с защемленными концами Му = 0,5 Л7₃ , где М₃ - наибольший из моментов, вычисленных как в балках с шарнирами на опорах;

в)    в балке с одним защемленным и другим свободно опертым концом значения Му следует определять по формуле (2.5).

Расчетное значение поперечной силы Q следует принимать в месте действия М_тах . Если М_тах- момент в пролете, следует проверить опорное сечение балки.

В случае двухосного изгиба перераспределение изгибающих моментов выполняется в двух главных плоскостях по приведенным выше формулам.

Для нераэрезных балок постоянного сечения по всей длине расчетное значение момента М находится по формуле (2.1) по одному моменту    М_п7QX    в пределах всей балки, а при различных

сечениях в разных пролетах расчетные значения момента М_тах для формулы (2.1) определяются в пределах каждого участка балки постоянного сечения.

2.6. При подвижных нагрузках величину £Г в формуле (2.5) следует определять по следующей формуле (рис.2.1)

0= I (Уг-у+^'-Р^К- /) >    (2.7)

где    “    расстояние    от    равнодействующей    системы сил до крити

ческого груза Р* ;

Ч*1& - расстояние от сил, находящихся со стороны крайней опоры, до критического груза ;

- число сосредоточенных сил е прол-те.

Рис. 2.1.    К расчету неразрезных балок при подвижных нагрузках

3. РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ В ФОРМЕ НЕПОСРВДСТВШНОЙ ПРОВЕРКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

3.1.    При достаточном обеспечении электронной вычислительной техникой и отлаженными программами расчеты прочности сечений рекомендуется выполнять в форме непосредственной проверки интенсивности пластических деформаций, используя предельное неравенство

&ip^ &Lp>    (3.1)

^гДе S_Lp - пластическая составляющая интенсивности деформаций, для вычисления которой применяют, как правило, итерационные методы расчета;

&1р'Ес_щ “ норма предельной пластической деформации согласно п.1,6 с учетом данных разд. 5.

3.2.    Для определения пластических деформаций рекомендуется использовать универсальные осредненные диаграммы работы стали по рис. 3.1. Согласно этим диаграммам стадия самоупрочнения не учитывается, предел текучести достигается при напряжениях, равных расчетному сопротивлению применяемой стали R^ согласно СНиП П-23-81, предел пропорциональности - при напряжениях 0,9 Rp ,

9