Тема 3. Работа и расчет элементов конструкций цельного сечения

При изучении этой темы студент должен твердо усвоить, что деревянные и пластмассовые конструкции рассчитываются по единому для всех строительных конструкций методу предельных состояний. Предельным называется такое состояние конструкций, при котором их дальнейшая эксплуатация становится невозможной, или крайне затруднительной. Необходимо помнить, что существуют две группы предельных состояний. Студент должен уяснить этих двух групп предельных состояний и помнить смысл основного расчетного неравенства для каждой группе.

Необходимо хорошо представлять себе, что такое нормативные и расчетные нагрузки, как делятся нагрузки в зависимости от продолжительности действия, что такое сочетание нагрузок.

Студенту необходимо знать, что основной расчетной характеристикой материалов, необходимой для проектирования, является расчетное сопротивление. Расчетное сопротивление древесины сосны и ели даны в СП 64.13330.2017. Для древесины других пород. Там же приведены значения переходных коэффициентов. Кроме того, существует система коэффициентов условий работы, учитывающих температурно-влажностный режим, воздействие кратковременных и особых нагрузок и т.д. Значения расчетных сопротивлений и коэффициентов условий работы для пластмасс приведены в специальной литературе (1).

Студент должен освоить методы расчета элементов конструкций по прочности и деформативности, а также методы определения несущей способности и подбора размеров сечения. При этом студент изучает особенности работы деревянных элементов – их напряжения, деформации и характер разрушения при разных видах напряженного состояния.

При изучении растянутых элементов надо отметить их упругую работу, хрупкий характер разрыва и повышенное отрицательное влияние ослаблений и пороков.

Изучая сжатые элементы, следует уяснить, что они работают упруго в стадии расчета и пластично в стадии разрушения. Особое внимание необходимо обратить на факт потери устойчивости большинством сжатых элементов. Их нужно рассчитывать с учетом коэффициента устойчивости (продольного изгибы), который зависит от гибкости элемента.

При изучении изгибаемых элементов следует отметить, что их упругая работа в расчетной стадии переходит в пластическую в стадии разрушения. Студенту необходимо знать формулы проверки прочности, прогибов и подбора сечений элементов. Необходимо также ознакомиться с работой по прочности и прогибам косоизгибаемых элементов. При всех этих видах напряженного состояния студент должен уметь выполнять простейшие числовые примеры.

В случае растянуто – изгибаемых элементов студенту следует иметь в виду, что нормальные напряжения от растяжения и изгиба суммируются. При этом проверяют, чтобы максимальные растягивающие напряжения не превзошли расчетного сопротивления растяжению. Искривление элемента от действия поперечной нагрузки вызывает дополнительный изгибающий момент от растягивающей силы, который уменьшает момент от нагрузки и не учитывается в запас прочности.

В сечениях сжато-изгибаемых элементов возникают напряжения сжатия от продольной силы и напряжения сжатия и растяжения от изгибающего момента, которые суммируются. Студенту необходимо знать, что искривление сжато-изгибаемого элемента поперечной нагрузкой приводит к появлению дополнительного изгибающего момента в результате возникновения эксцентриситета действия продольных сил, которые увеличивают изгибающий момент от нагрузок. Студент должен знать, как это учитывается в расчете. Проверочный расчет сжато-изгибаемых элементов заключается в сравнении максимальных напряжений сжатия с расчетным сопротивлением сжатию древесины.

Необходимо четко представлять, что прочность и деформативность элементов при сжатии существенно зависят от угла смятия между направлением действия силы и направлением древесных волокон. Студент должен разобраться, каким образом это связано со строением древесины. Следует усвоить разницу между общим смятием по всей площади местном смятии поперек волокон.

При изучении скалываемых элементов необходимо уяснить, что в деревянных конструкциях возникает два вида скалывания: скалывание при изгибе и скалывание в соединениях. Напряжение скалывания при изгибе возникает от действия поперечных сил и зависит от величин геометрических характеристик поперечного сечения. Скалывание в элементах соединения возникает от сосредоточенных по их концам скалывающих сил. Напряжение скалывания при этом зависит от площади и длины скалывания, эксцентриситета и расположения скалывающих сил.