Презентация на тему Инженерные конструкции

состоит в том, чтобы:
научиться проектировать технически целесообразные конструкции водохозяйственного

комплекса, отвечающие требованиям:
прочности,
жесткости,
трещиностойкости,
долговечности,
экономичности и т. п.;
2. навыки по расчету и конструированию конструкций,
пользованию нормами и инструкциями,
рабочими чертежами,
правочной и технической литературой;
3. понять роль науки в развитии теории расчета и создании прогрессивных конструкций для водохозяйственного комплекса.

методами расчета конструкций на прочность и устойчивость, основными принципами

конструирования элементов;
знать основные свойства материалов, положения расчета конструкций по предельным состояниям, основные принципы проектирования конструкций водохозяйственного назначения (затворы, трубы, каркасные сооружения, лотковые каналы и т. п.);
иметь представление о сортаменте сталей и пиломатериалов, унифицированных железобетонных изделий, расчете конструкций с учетом пластических свойств материалов и перераспределения усилий, экспериментальных исследованиях конструкций.

методов расчёта
сооружений и конструкций,
представляющих собой системы,
состоящие

из элементов различных типов
(стержневые, пластинчато-оболочечные, массивные)
на прочность, жёсткость и устойчивость
при статических и динамических воздействиях
с учётом требований
надёжности и экономичности.

периодически под воздействием водной среды.
 
Инженерные конструкции являются частью

дисциплины «теоретическая механика» и являются прикладной наукой, инструментом расчета, так как решает важные практические задачи, связанные с прочностью, жесткостью и устойчивостью сооружений.


 

так и самого сооружения в целом.
Расчетом и теоретической

оценкой результатов их воздействия занимается механика деформированного твердого тела. Частью этой науки является прикладная механика (сопротивление материалов), занимающаяся расчетом простейших сооружений или их отдельных элементов.
Другая ее часть – строительная механика уже позволяет рассчитывать разные и весьма сложные многоэлементные сооружения.
Механика деформированного твердого тела широко используются методы теоретической механики, изучающей равновесие и движение твердых тел, условно принимаемых за абсолютно твердые.

задач.
Различают плоские задачи, которые решаются в двух измерениях,

пространственные задачи, решаемые в трех измерениях.

Обычно пространственные конструкции стремятся расчленить на плоские элементы, расчет которых значительно проще, однако это не во всех случаях удается. Большинство основных методов расчета и теорем излагается применительно к плоским системам.

Различают статические задачи строительной механики и динамические.
в статике сооружений внешняя нагрузка постоянна и элементы и части системы находятся в равновесии, то
в динамике сооружений рассматривается движение системы под воздействием переменных динамических нагрузок. Сюда же следует отнести задачи, связанные с учетом вязких свойств материалов, ползучести и длительной прочности.

Dahbi
(58 storey)

рамы, балочные системы и арки),
пластин и пластинчатых систем,

оболочек,
гибких нитей и вантовых систем,
упругих и неупругих оснований,
мембран и т. д.

поэтому для их изучения надо рассмотреть ее упрощённую схему,

c определенной точностью отражающую действительную работу последней.

Упрощенная модель сооружения называется расчетной схемой.
В зависимости от требований к точности расчёта для одной и той же конструкции могут быть приняты различные расчётные схемы.
Расчетная схема, представленная в виде системы элементов, называется системой.

устройства – идеальными опорными связями, шарниры предполагаются также идеальными

(в которых отсутствует трение).
Любое сооружение представляет собой пространственный объект. Значит, и расчетную схему сооружения надо выбирать как пространственную. Однако такая схема имеет решение большого числа уравнений. Поэтому реальное сооружение (рис. а) стараются привести к плоской системе (рис. б).

идеализация свойств конструкционных материалов путем задания связи напряжений и

деформации при нагружении;
– схематизации геометрии конструкции, состоящая в представлении ее в виде набора одно- двух- и трехмерных элементов, тем или другим образом связанных между собой;
– схематизация нагрузки, например, выделение сосредоточенной силы, распределенной и т.д.;
– ограничение на величину возникающих в конструкции перемещений, например, по сравнению с размерами конструкции.
На практике широкое распространение получили стандартные расчетные схемы – стержни и системы из них, плиты, оболочки, массивы т.д.

В КОТОРОМ УЧТЕНО ЛИШЬ ТО,
ЧТО ВАЖНО С ТОЧКИ

ЗРЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СООРУЖЕНИЯ,
И ИГНОРИРУЕТСЯ ВСЁ ВТОРОСТЕПЕННОЕ
И НЕСУЩЕСТВЕННОЕ.

РАСЧЁТНАЯ СХЕМА
СООРУЖЕНИЯ –

криволинейные элементы, поперечные размеры a и b намного меньше

длины l (рис. а, б, в).
Оcновное назначение - восприятие осевых cил (pаcтягивающих и cжимающих), а также изгибающих и крутящих моментов.
Частный вид - гибкие нити (тросы, канаты, цепи, ремни), работают только на растяжение. Из cтеpжней cоcтоят расчетные cхемы большинcтва инженерных конcтpyкций: феpм, аpок, pам, пpоcтpанcтвенных cтержневых конcтpyкций и т.д.
2) плиты – элементы, толщина t меньше остальных размеров a и b;
бывают прямые (рис. г), кривые в одном, двух направлениях (рис. д, е).
Раcчет плит и cиcтем значительно cложнее pаcчета cтеpжневых cиcтем.
3) массивные тела — все три размера которых одного порядка (рис. ж).

следующие типы:
стержневые сооружения (рис. а, б),
складчатые сооружения (рис.

в),
оболочки (рис. г),
массивные сооружения − подпорные стенки (рис. д) и
каменные своды (рис. е):

о м е р н ы е
(прямые и кривые

стержни)

Д в у х м е р н ы е
(оболочки и пластинки)

Т р ё х м е р н ы е
(массивы)

Осевая линия

b, h << l

h << l1 , l2

Срединная поверхность

l

b

h

b ~ l ~ h

типу элементов)

– по кинематической природе

– по расположению элементов

и направлению нагрузок
в пространстве

стержневые системы
пластинчато-оболочечные системы
массивы
комбинированные системы

плоские системы
пространственные системы

геометрически неизменяемые системы (ГНС)
геометрически изменяемые системы (ГИС)
мгновенно изменяемые системы (МИС)

– по признаку статической
определимости
или неопределимости

– по направлению
опорных реакций

статически определимые системы (СОС)
статически неопределимые системы (СНС)

распорные системы
безраспорные системы

конструкций является шарнирная связь.
В реальных конструкциях связями являются

болты, заклепки, сварные швы, анкерные болты и т.п.
Простой (одиночный) шарнир (рис.) накладывает на движение две связи (связывает между собой два стержневых элемента).

Одиночный (врезанный) шарнир.

б) Одиночный (приставной) шарнир.

т к о е


Шарнирное







(Упруго) податливое
ИЗОБРАЖЕНИЕ НА РАСЧЁТНОЙ СХЕМЕ ОПОРНЫХ

УСТРОЙСТВ

Шарнирные опоры

Неподвижная
защемляющая
опора

Подвижная
защемляющая
опора

(Упруго) податливая
защемляющая
опора

Неподвижная
шарнирная
опора

Подвижная
шарнирная
опора

(Упруго) податливая
шарнирная
опора

Балка – изгибаемый брус. Балочные конструкции отличаются от других

тем, что при действии на них вертикальной нагрузки в опорах возникают только вертикальные опорные реакции (безраспорные конструкции).
Балки бывают однопролетными или многопролетными. Типы однопролетных балок: простая балка (рис. а), консоль (рис. б) и консольная балка (рис. в).
Многопролетные балки бывают разрезные (рис. г), неразрезные (рис. д) и составные (рис. е):

вертикально.
Колонна воспринимает сжимающие усилия.
Колонна выполняется из камня,

бетона, железобетона, дерева, металлопроката.
3. Рама – система прямых (ломаных или кривых) стержней. Ее стержни могут соединяться жестко или через шарнир.
Стержни рам работают на изгиб с растяжением или сжатием.
Вот некоторые типы рам: простая рама (рис. а), составная рама (рис. б), многоэтажная рама (рис. в).

ферм испытывают только растягивающие или сжимающие нагрузки.
Типов ферм

много. Например, бывают стропильная ферма (рис. а),
мостовая ферма (рис. б),
крановая ферма (рис. в),
башенная ферма (рис. г).

которых обращена в сторону, противоположную действию нагрузки (навстречу нагрузке).

Вертикальные нагрузки на арки вызывают в опорных устройствах вертикальные и горизонтальные, составляющие опорных реакций (боковой распор). Эти конструкции носят название распорных.
Некоторые типы арок: трехшарнирная (рис. а), одношарнирная (рис. б), бесшарнирная (рис. в) арки.

Они называются комбинированными системами.
Например: арочная ферма (рис. а),

ферма с аркой (рис. б), висячая система (рис. в):

изготовляют из стали, алюминия, бетона, железобетона, камня, пластмасс и

тканей.
Каменные конструкции

гидротехнических сооружений (затворы, сороудерживающие решетки, и т. п.), в

напорных трубопроводах, в высотных сооружениях (мачты, опоры ЛЭП), в резервуарах и водонапорных башнях, мостах и пр.
Достоинства: высокой прочности материала; сравнительно малым собственным весом. Их можно изготовлять на высокопроизводительных заводах, а монтаж производить относительно быстро с малыми трудовыми затратами.
Недостатки: металл подвержен коррозии, особенно в водной среде, что снижает долговечность сооружения и требует дополнительных эксплуатационных расходов.

сооружений небольшого пролета (зданий, башен, акведуков, мостов, регуляторов, невысоких

плотин и т. п.), во временных сооружениях, в качестве лесов, подмостей и опалубки. Наиболее совершенными являются деревянные конструкции клееные заводского изготовления. Кроме того, деревянные детали используют в затворах, шандорах, деформационных швах и т. д.

строительстве,
Достоинства: менее дефицитны, обладают высокой прочностью, долговечностью, огнестойкостью,

водонепроницаемостью, допускают изготовление элементов разнообразной формы и не требуют значительных эксплуатационных расходов.
По способам выполнения различают железобетонные конструкции сборные, изготовляемые на специальных заводах и затем монтируемые на строительной площадке, монолитные, возводимые на месте строительства, и сборно-монолитные, которые образуются из сборных железобетонных элементов и монолитного бетона.

работ и по размерам (плотины, подводные части зданий ГЭС,

подпорные стены и устои, судоходные шлюзы, тоннели и т.п.). Надводные части таких сооружений (зданий ГЭС, водозаборов), а также связанные с ними специальные или вспомогательные сооружения (служебные мосты, эстакады, помещения для механизмов и т. п.) могут быть сборными.

силовые воздействия по методу предельных состояний, который характеризуется четким

установлением предельных состояний конструкции и введением системы расчетных коэффициентов, учитывающих изменчивость различных факторов.

устойчивости; в), г) потеря устойчивости положения;

д) хрупкое, вязкое или

иного характера разрушение
 

Наступление того или иного предельного состояния зависит от следующих основных факторов:
величины внешних нагрузок и воздействий,
механических характеристик материалов,
условий работы конструкций и материалов.

СНиП 2.01.07--85, а для гидротехнических сооружений, кроме того, по

СНиП 2.06.01—86 и СНиП 2.06.04—82.

Постоянные нагрузки - собственный вес конструкции (сооружения), вес, давление грунтов. В гидротехнических сооружения учитывают давление воды при нормальном подпорном уровне, вес технологического оборудования, расположения которого не меняется.
Временные длительные нагрузки и воздействия - вес стационарного оборудования (станки, насосы и т. п.); давления жидкостей в емкостях и трубопроводах; нагрузки от людей и оборудования на перекрытия зданий, от мостовых и подвесных кранов (вертикальные нагрузки), от веса снега и от температурных климатических воздействий; воздействия влажности и др.
Кратковременные нагрузки и воздействия - нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования; снеговые, также от мостовых и подвесных кранов; ветровые и гололедные нагрузки; вес людей, деталей, материалов; волновые, ледовые и другие нагрузки на гидросооружения; нагрузки, . возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций, и др.
Особые нагрузки - сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки и воздействия, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования; воздействия неравномерных деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта; ледовые нагрузки при прорыве заторов; дополнительное гидростатическое давление воды при форсированном уровне в гидросооружениях и т. п.

нормативными.
Для постоянных нагрузок они принимаются
по проектным значениям

геометрических и
конструктивных параметров и
по нормативным значениям удельного веса материала; для атмосферных нагрузок (ветровой, снеговой, волновой, ледовой и др.) по средним из ежегодных неблагоприятных значений и т. п.

Отклонение нагрузок в сторону от их нормативных значений вследствие изменчивости нагрузок от условий нормальной эксплуатации учитывают коэффициентами надежности по нагрузке (γf ), которые зависят
от назначения сооружения и
рассматриваемого предельного состояния.

и получаемые умножением их нормативных значений на соответствующие коэффициенты

надежности по нагрузке, например
g = gn×γf.
При расчете на прочность и устойчивость (по первой группе предельных состояний) коэффициенты надежности по нагрузке принимают:
от веса конструкций γf — 1,1 (γf = 1,05 для металлических конструкций и массивных железобетонных гидросооружений);
от веса изоляционных, выравнивающих и отделочных слоев (утеплителя, засыпки и т. п.), выполняемых в заводских условиях γf = 1,2, на строительной площадке γf , = 1,3;
от давления грунтов в природном залегании = 1,1, насыпных = 1,15, от веса снега γf = 1,4 или 1,6; от ветрового давления γf — 1,4; от гидростатического и волнового давления воды γf = 1; от давления льда γf = 1,1; от кранов γf = 1 > 1 и т. д.

сочетания, состоящие из постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок;

особые сочетания, состоящие из постоянных, временных длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
Вероятность одновременного появления наибольших значений нагрузок или усилий учитывается коэффициентом сочетаний γlc
При расчете конструкций на основные сочетания, включающие только одну кратковременную нагрузку, коэффициент сочетаний γlc = 1.
При расчете на основные сочетания, включающие две временные нагрузки или более, расчетные величины длительных нагрузок или усилий умножают на коэффициент γlc = 0,95, а кратковременных - на γlc = 0,9.

являются основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям.
За нормативное

сопротивление принимают наименьшее контролируемое значение временного сопротивления или предела текучести материала, определяемое с учетом статистической изменчивости прочности:
Rn= Rm(l - χv),
где Rm — среднее значение показателя прочности;
v — коэффициент вариации прочности (изменчивости);.
χ = 1,64 — число «стандартов», оценивающее вероятность повторения наименьшего контролируемого значения прочности не более чем у 5 % испытанных образцов.

расчетах конструкций и получаемые делением нормативного сопротивления на коэффициент

надежности по материалу.
Коэффициент надежности по материалу учитывает возможные отклонения сопротивлений материалов в неблагоприятную сторону от нормативных значений в зависимости от свойств материалов, изменчивости прочностных показателей.
При расчетах по первой группе предельных состояний коэффициент надежности по материалу принимают:
для стального проката ут = 1,025..1,15;
для бетона уbс — 1,3 (при сжатии) и уbt = 1,5 (при растяжении);
для арматуры ys — 1,05... 1,20;
для древесины yt — 1,7...5,5.

и сооружений в целом, имеющие систематический характер, но не

отражаемые в расчетах прямым путем, учитывают коэффициентами условий работы γ, величины которых установлены СНиПом. Коэффициенты условий работы учитывают
влияние температуры, влажности и агрессивности среды;
длительности действия нагрузки;
условия, характер и стадию работы конструкции; приближенность расчетных схем и др.
При благоприятных условиях работы γ> 1, а при неблагоприятных γ < 1.

других предельных состояний, определяемая материальным и социальным ущербом, учитывается

в расчетах коэффициентом надежности по назначению γп. Его значение зависит от класса ответственности зданий.
Для I класса - объекты особо важного народнохозяйственного значения уп = 1;
для сооружений II класса (важные народнохозяйственные объекты) уп = 0,95;
для сооружений III класса (имеющих ограниченное народнохозяйственное значение) уп = 0,9;
для временных сооружений со сроком службы до 5 лет уп = 0,8. Гидротехнические сооружения по капитальности делятся на четыре класса, для которых коэффициенты надежности по назначению составляют:
1 класс — 1,25;
2 класс — 1,2;
3класс— 1,15;
4 класс — 1,1.
На коэффициент γп следует делить предельные значения несущей способности или расчетные сопротивления, предельно допустимые деформации и величины раскрытия трещин
либо умножать величины расчетных нагрузок или усилия.

(по несущей способности) условие прочности с учетом рассмотренных расчетных

коэффициентов можно представить в общем виде:




где ΣNn γf γlc— расчетное усилие, полученное от различных нагрузок со своими коэффициентами надежности по нагрузкам и сочетаний;
Ф — функция несущей способности;
S — геометрические характеристики сечения.
Смысл этой формулы состоит в том, что наибольшее внешнее расчетное усилие не должно превышать наименьшую несущую способность.


 

предельных состояний — по перемещениям



где Δ — перемещения от

расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1; f— предельная нормативная величина перемещений. Железобетонные конструкции, кроме того, в зависимости от категории требований к их трещиностойкости рассчитывают по образованию трещин
 


или по их раскрытию
 


Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее частей должен производиться для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации. В зависимости от применяемых материалов и функционального назначения конструкций и сооружений их проектирование производится по соответствующим СНиП или другим нормативным документам.

металлических конструкций являются прокатная сталь, стальное литье и алюминиевые

сплавы. Наиболее часто (более 95%) применяют прокатную сталь.
Сталь — это сплав железа с углеродом и незначительным количеством примесей (которые попадают из руды или образуются в процессе выплавки) и легирующих добавок (которые вводят для улучшения свойств стали).
Стали подразделяются на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делят на:
малоуглеродистые (0,09... 0,23% углерода),
среднеуглеродистые (0,24...0,5% углерода) и
высокоуглеродистые (0,51..Л,2% углерода).
В инженерных конструкциях применяют в основном малоуглеродистую сталь, обладающую большой пластичностью и хорошей свариваемостью.

показатели, как прочность, упругость и пластичность, а также склонность

к хрупкому разрушению, которое косвенно оценивается ударной вязкостью.
Прочность стали определяется сопротивляемостью материала внешним силовым воздействиям.
Упругость характеризуется свойством материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок.
Пластичность — свойство материала не возвращаться в свое первоначальное состояние после снятия внешних нагрузок, т. е. получать остаточные деформации.
Хрупкость характеризуется разрушением материала при малых деформациях.

(σу),
временное сопротивление (предел прочности — σu),
относительное удлинение

(ε).
Предел текучести и временное сопротивление характеризуют прочность стали, относительное удлинение — пластические свойства стали.

До достижения стандартным образцом из малоуглеродистой стали напряжений, равных пределу текучести, материал работает практически упруго. Затем в нем развиваются большие деформации при постоянном напряжении. В результате образуется площадка текучести (горизонтальный участок диаграммы на рис

Буква В указывает, что сталь поставляется с гарантиями механических

свойств и химического состава, буквы Ст — сталь, цифра 3 — условный порядковый номер марки малоуглеродистой стали. Марки стали различаются в зависимости от химического состава и механических свойств от СтО до Ст5.
В инженерных конструкциях применяется сталь СтЗ, которая имеет достаточно высокий предел текучести, пластична, хорошо сваривается. Степень раскисления стали обозначается индексами «сп» (спокойная), «пс» (полуспокойная) и «кп» (кипящая). Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца добавляют букву Г.
Последняя цифра указывает категорию стали. Стали марок 18сп и 18пс поставляются по группе В (цифра 18 показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента; остальные обозначения те же).
Для гидротехнических сооружений, мостов и других особо ответственных конструкций предназначены малоуглеродистые стали марки М16С (по ГОСТ 6713—75*) и марки 16Д (по ГОСТ 6713—75*)..

прокатных изделий, получаемых с металлургических заводов и имеющих различную

форму поперечного сечения.
Листовая сталь распространена наиболее широко. Она часто составляет 40...60 % массы всего сооружения. Некоторые конструкции (составные балки, листовые оболочки и др.) почти целиком выполняют из листовой стали. Причиной такого широкого применения листа является неограниченная возможность создания любых профилей необходимых размеров, мощности и конфигурации сечения путем сварки листов.

для несущих элементов, работающих на осевые силы, в качестве

связующих элементов.
Более экономичны уголки с меньшими толщинами полок.
Уголки -двух типов: равнополочные и
неравнополочные.
Двутавры, используемые в инженерных конструкциях, прокатываются двух типов: обыкновенные и широкополочные.

Балки двутавровые – основной балочный профиль, работают на изгиб, чем и определяется их конфигурация (рис. г). Балки двутавровые широкополочные высотой до 1000 мм имеют параллельные грани полок (рис. д). Выпускают трех типов: нормальные двутавры (Б), широкополочные двутавры (Ш) и колонные двутавры (К). Из широкополочных двутавров путем разрезки стенки в продольном направлении получают тавровые профили.
Швеллер отличается от двутавра сдвинутой к краю полок стенкой. Он прокатывается двух типов с уклоном внутренних граней полок (рис. в) и с параллельными гранями полок.

менее подвержены коррозии, чем фасонные профили, благодаря чему их

часто применяют в гидротехническом строительстве.

Кроме перечисленных основных профилей в инженерных конструкциях применяют
сталь квадратную;
сталь круглую;
также ряд других профилей.

а — закладные части и облицовка пазов гидротехнических затворов;

б —закладные части обратного пути гидротехнического затвора; в — ветвь колонии промышленного здания