Предварительно напряженные металлические конструкции.

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Металлические предварительно напряженные конструкции – это такие конструкции, в которых искусственным путем в период изготовления или монтажа создаются начальные напряжения или усилия, обычно обратного знака по отношению к усилиям от внешней нагрузки.

Предварительное напряжение применяют для снижения расхода металла и стоимости конструкции. За счет предварительного напряжения может быть достигнуто повышение устойчивости конструкции или ее элементов, либо жесткость системы. Предварительное напряжение применяют также при усилении существующих конструкций для повышения их несущей способности.

Предварительное напряжение металлических конструкций можно создавать различными приемами.

1. Предварительное напряжение регулированием уровня опор
2. Изменение внутренней эпюры напряжений
3. Предварительное напряжение стальных гибких стержней
4. Регулирование усилий в процессе сборки сооружения путем изменения расчетной схемы
5. Создание предварительного напряжения затяжками из высокопрочных материалов
6. Многоступенчатое предварительное напряжение

Рассмотрим на примере двухпролетной неразрезной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой.

Поставим задачу:

Выровнять опорный и пролетные изгибающие моменты в балке, не допуская развития пластических деформаций, т. е. в упругой стадии. В качестве регулирующего воздействия примем преднамеренно заложенную разницу в уровне опор (рис.1).

Рис 1. Регулирование расчетной эпюры изгибающих моментов изменением уровня опор.

 Балка, поставленная на крайние опоры под действием собственного веса, либо некоторой начальной нагрузки, либо после подтяжки, например болтами к средней опоре, расположенной ниже крайних опор на величину расчетного зазора, в итоге будет иметь на опоре уменьшенный изгибающий момент. Закрытие зазора на средней опоре равносильно воздействию начальной сосредоточенной силы, вызывающей равную зазору деформацию балки.

Таким образом, выравнивание опорного и пролетных моментов достигается без выхода в упругопластическую стадию, т.е. без опасности лавинного нарастания деформаций при образовании шарниров пластичности.

Для усиления положительного эффекта в мостах часто одновременно используют другие приемы предварительного напряжения, например затяжками из пучков высокопрочной проволоки. Один из мостов этого типа построен через реку Томь в г. Новокузнецке общей длиной 486 м (крайние пролеты по 73 м, средние по 109 м)

Оригинальный вариант регулирования напряженно-деформированного состояния (НДС) в балочных конструкциях был предложен В.М. Вахуркиным и автором системой «балка—тяж». Балку на двух опорах подтягивают в середине пролета с помощью гибкого тяжа к тяжелому фундаменту или любому иному анкерующему устройству с получением начального изгиба в том же направлении. что и от последующей внешней нагрузки (рис. 2а). Приложение внешней поперечной нагрузки снижает усилие натяжения тяжа, но при правильном выборе начального натяжения можно запроектировать систему с таким расчетом, чтобы тяж оставался растянутым и в условиях эксплуатации. Тогда тяж будет работать аналогично дополнительной упругой стойке от временной нагрузки, создаст неразрезность системы. При подвижной полезной нагрузке появляется возможность существенно улучшить диапазон изменения напряжений в балке и тем самым повысить ее выносливость.

Возможно и иное решение, в котором концы двухконсольной балки подтягивают тяжами к анкерным опорам и эпюра изгибающих моментов от предварительного напряжения имеет знак, обратный значениям ментов от поперечной внешней нагрузки (рис. 2 б). Тяжи и этом случае следует натянуть с таким расчетом, чтобы они оставались растянутыми после приложения поперечной нагрузки. Тогда они выполнят роль дополнительных упругих опор, а работа балки на внешнюю поперечную нагрузку будет аналогичной работе двухпролетной неразрезной балки. Нетрудно догадаться, что подобные приемы вполне приемлемы и для усиления существующих конструкций и могут быть использованы в проектах реконструкции при соответствующем расчетном обосновании.

Рис. 2 Схема «балка-тяж»

Изменение внутренней эпюры напряжений.

Большое внимание привлекали, особенно в начале 60-х годов нашего века, составные балки, в которых продление упругой работы достигается за счет взаимного предварительного напряжения частей, например начальным изгибом.

Две части балки предварительно выгибают в направлении, обратном изгибу от проектной внешней нагрузки, и только после этого сваривают между собой (рис. 3, а).

После того как обе части балки освободятся от предварительного выгиба, будучи уже объединенными в единый стержень, в сечении появятся нормальные напряжения, вызванные силами упругого сопротивления.

Вместе с напряжениями от начального выгиба они дают результат по напряжениям , показанный на эпюре 3. Затем балку нагружают поперечной нагрузкой и в ее сечении (например, наиболее нагруженном) развиваются нормальные напряжения, изображенные на эпюре 4. Складываясь с напряжениями предыдущих стадий, эти напряжения приводят к образованию результирующей эпюры напряжений 5. Можно так подобрать параметры балки и уровень начальных напряжений в ее составных частях. что конечная эпюра напряжений будет близка к прямоугольной, т. е. результат по степени использования материала в сечении балки будет практически тот же, что и при использовании перехода в пластическую стадию работы, но в данном случае нет опасности чрезмерного развития деформаций балки при образовании «перелома» в шарнире пластичности. Балка работает упруго практически до момента достижения несущей способности.

Рис. 3. Изменение эпюры нормальных напряжений балки предварительным изгибом двух ее половин до соединения сваркой

Предварительное напряжение стальных гибких стержней.

Крестовую решетку башенных конструкций, крестовые связи и т.п. часто проектируют из гибких элементов в расчете на то, что сжатые элементы выключатся из работы и внешнее воздействие полностью передается на растянутые. Если гибкие элементы будут предварительно натянуты, то при действии внешней нагрузки в растянутых элементах усилия будут суммироваться, а в сжатых — вычитаться. В результате внешним воздействиям будут сопротивляться все элементы, поэтому деформативность системы уменьшится.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США