|
|
|
Потеря устойчивости. В строительной статике негласно предполагается, что напряженное и деформативное состояние конструкций является устойчивым. Поэтому конечная цель статического исследования практически обусловливается тремя обстоятельствами: чтобы напряжения в любой точке конструкции не превышали допустимых пределов, чтобы перемещения любой точки не превышали допустимых пределов и чтобы конструкция в целом была достаточно устойчивой к сдвигу ( в зависимости от конкретного случая) . С древнейших времен до самого недавнего прошлого использовались материалы малой прочности, конструкции получались массивными и перечисленные три условия полностью исчерпывали возможные случаи катастроф, которые не должны были происходить. Первоначальный проект моста был разработан под руководством главного инженера железнодорожной компании, а строительство поручено всемирно известному Густаву Эйфелю. Согласно договору, Эйфель имел право на изменение проекта, если 60% достигнутой экономии останется за его фирмой. Получилось так, что французы приступили к строительству моста по совершенно новому проекту; мост уже не был арочным, его конструкция представляла собой свободно опертую балку пролетом 42 м и высотой 6 м. ... 14 мая 1891 г. в швейцарском поселке Манхеншайн, расположенном на трассе Симплонской железнодорожной ветки, которая отходит от магистрали Париж-Женева, было получено печальное известие. В этот День внезапно разрушился мост на р. Б рис, по которому в этот момент проходил пассажирский поезд. Погибли 74 человека, около 200 были ранены. Около 10 ч утра к станции Манхеншайн медленно приближался экспресс Женева—Париж. Так как это был участок, где поезд преодолевал крутой склон, скорость его составляла около 25 км/ч. По свидетельствам очевидцев, когда состав достиг середины моста, тот внезапно рухнул, увлекая за собой и паровозы, и большинство вагонов. Несмотря на то что мост был достаточно велик, а его устои низки, из 12 вагонов в реку упали Позже это было объяснено конструкцией вагонов, которые были очень легкими и слабыми; напирающие сзади вагоны разбивали и сталкивали в реку те, что были перед ними. Восьмой вагон угрожающе повис, остановившись на левом, базельском устое, и затем тоже упал вниз. После нескольких лет эксплуатации, после перерыва, связанного с ремонтом и усилением конструкции в связи с появлением более мощных и более тяжелых паровозов, пришел роковой день. За редкими исключениями, все аварии и катастрофы стальных конструкций связаны с потерей устойчивости отдельными элементами или конструкцией в целом. Опасность потери устойчивости особенно велика потому, что она происходит внезапно. Начальные симптомы чаще всего отсутствуют, а ослабление даже сравнительно не ответственного элемента влечет за собой цепную реакцию огромных масштабов. Все происходит в течение считанных секунд. Щвейцарское правительство поручило вести расследование известным профессорам Ритеру и Тетмайеру. По их единодушному заключению, главная причина катастрофы крылась в средних раскосах фермы, которые проектировались, по всей вероятности, как растянутые. В действительности же при определенной нагрузке они работали на сжатие и их тонкость была причиной внезапной потери устойчивости. Для иллюстрации этого явления мы воспользуемся хрестоматийным примером, представленным на 38 (стержень, подвергающийся осевому сжатию). При малой величине сжимающей* силы случайное отклонение стержня не является опасным: колеблясь, отклоняясь от своей оси, он быстро восстанавливает первоначальное положение. Как сказал бы специалист, стержень находится в состоянии устойчивого равновесия. Это явление можно сравнить с поведением струны, но там сила является растягивающей и в принципе помогает струне быстрее восстанавливать прямолинейность, а здесь сжимающая сила препятствует восстановлению прежнего положения. Действительно, при определенной величине внешней сжимающей силы отклонившийся от своего первоначального положения стержень уже не возвращается в прежнее положение. Это состояние безразличного равновесия является прелюдией к катастрофе: при увеличении силы стержень внезапно и сильно выгибается. Если материал оказывается хрупким, происходит мгновенное разрушение, если же гибким необратимое искривление. Для конструктора особенно важно в каждом конкретном случае знать величину силы, при которой равновесие становится безразличным. Но в любом случае эта величина должна быть больше возможного максимального усилия в стержне. Такая сила называется критической силой , а соответствующие напряжения — критическими напряжениями . Критические напряжения меньше расчетного сопротивления материала, и именно в этом заключается коварство искривления: преждевременно выйдет из строя неукрепленный сжатый стержень, и в результате будет ослаблена конструкция. Под сжатым стержнем мы подразумеваем многие конструктивные элементы: стержни фермы, колонны здания, стойки рамы, опоры мостов. 3 Потеря устойчивости является мрачным спутником технического прогресса в конструктивных формах Но все это относится к стержням одинаковой длины и с одинаковым поперечным сечением. Если для элементов, работающих на растяжение, их длина и форма поперечного сечения значения не имеют, то при сжимаемых элементах положение совершенно иное. Трудность заключается в том, что при потере устойчивости элемент, по существу, выгибается; в связи с этим целесообразное поперечное сечение должно иметь такую форму, которая обеспечивала бы большое сопротивление изгибу. Подобно тому, как в случае элементов, работающих на изгиб, распределение изгибающих моментов зависит от опирания, так и в случае осевого сжатия условия опирания сильно влияют на величину критической силы. На 37 хорошо видно, что величина критической силы, а следовательно, и несущая способность элемента тем больше, чем жестче опоры. В самом невыгодном положении оказываются консоли, которые искривляются под действием силы в четыре раза меньшей, чем та, что является критической для закрепленного с двух сторон стержня. 22 января 1913 г. в Нью-Йорке внезапно рухнул во время строительства огромный театр Орфеум . От внушительного здания остались только ствны. Катастрофа произошла в 17 ч 20 мин, т. е. вскоре после того, как 200 рабочих покинули объект. 3 Две возможные формы потери устойчивости рамной конструкции 4 Потеря устойчивости в арочной конструкции Главной причиной была потеря устойчивости двумя высокими колоннами, поддерживающими покрытие. Как выяснилось при расследовании, проектировщик неправильно учитывал условия опирания колонн. В верхней части, как он считал, колонны должны были упираться в ферму покрытия, чего практически не было. Рассчитывал он также и на включение в работу двух промежуточных жестких опор — на уровне балкона и на уровне авансцены, чего тоже в натуре не было. Катастрофа произошла при нагрузке, которая была значительно меньше эксплуатационной. 4 Потеря устойчивости в изогнутом элементе Действительность всегда намного сложнее идеализированных условии, в которых иногда рассматривается явление. Проблемы возникают разные даже в случае простого сжатого стержня. Во-первых, он никогда не нагружен точно по оси, чаще всего имеются и поперечные нагрузки, и изгибающий момент. Но даже если они и отсутствуют, какая-нибудь случайная (например, монтажная) внецентренность нагрузки вносит условия, которые становятся причиной будущего искривления элемента. Во-вторых, стержень никогда не бывает идеально прямым, поскольку еще при изготовлении ему придается определенная, хотя и незаметная на глаз кривизна. Некоторый локальный изгиб может произойти и во время транспортировки или монтажа. Не последнюю роль играют и нарушения условий эксплуатации. Известен случай, когда в цех надо было вкатить крупногабаритный груз, а этому всего на несколько миллиметров мешала стойка одной из рам здания. Рабочие ломом попытались слегка ее отогнуть , и элемент потерял устойчивость, увлекая в катастрофу конструкцию на значительной площади цеха. Строительная практика преподносит нам много случаев, значительно более сложных, чем модель прямого сжатого стержня. Таким случаем являлись и колонны театра Орфеум . У сложных систем не один, а несколько элементов могут потерять устойчивость ( 39), соответственно при различной по величине критической силе. Важнейшей из них, разумеется, является наименьшая. Именно поэтому необходимо все потенциально опасные элементы исследовать на потерю устойчивости. Искривление элемента в значительной степени зависит от рабочей диаграммы материала, поэтому при исследовании стальных конструкций используются одни методы, при исследовании деревянных другие, а при исследовании железобетонных — третьи. Но на самом деле все обстоит еще сложнее, потому что потеря устойчивости представляет потенциальную угрозу для всех сжатых элементов и конструкций. Вопрос этот особенно важен для арочных конструкций ( 40), для некоторых плит, для большинства оболочек. Более того, может потерять устойчивость и изгибаемый элемент ( 41). Это одна из наиболее острых форм конфликта между конструкцией и нагрузкой ... и даже, можно сказать, самый опасный вариант этой невидимой борьбы.  Производство столярных работ. Производство земляных работ в зимнее время. Определение размеров подошвы жестких фундаментов при центральном действии нагрузки. Противопожарные мероприятия. Работы нулевого цикла для промышленных и гражданских зданий. Расчёт и проектирование биофильтров. Расчет и проектирование водоотводящих сетей 2. Расчет осадки по схеме линейно деформируемого полупространства методом послойного суммирования. Расчет устойчивости откосов.Домой - Конструкции Вывоз мусора: www.lugr.ru, кузовные запчасти для иномарок |
