Upotreba fiksnog zglobnog oslonca u tehnologiji. Podržava. Potporne strukture i njihovi simboli
Nosačima ćemo nazvati kinematičke veze koje povezuju konstrukciju sa fiksnom podlogom. Nosači mogu biti tri vrste:
1) zglobno-pokretni, 2) zglobno-fiksni i 3) stegnuti (ugrađeni). Ne ulazeći u detalje tehničke implementacije uređaji za podršku, koji mogu biti različiti u različitim oblastima tehnologije, razmotrimo principe njihovog rada.
Pokretni zglobni oslonac prostorne konstrukcije je shematski prikazan na slici 1.3. Takav oslonac omogućava rotaciju potporne konstrukcije oko tri ose x,y,z i translatorni pokreti u smjeru osi x I y.
Drugim riječima, pokretni zglobni oslonac prostorne konstrukcije ograničava kretanje samo u jednom smjeru - okomito na potpornu ravan. Takav nosač je konvencionalno prikazan kao što je prikazano na slici 1.3, b.
Fiksni zglobni oslonac može se zamisliti kao lopta koja se uklapa u sferna udubljenja napravljena u bazi i oslonjenom tijelu (slika 1.4, a). Ovaj oslonac dozvoljava samo rotacije okolo ose x,y,z. To je ekvivalentno trima kinematičkim vezama. Simbol za zglobni fiksni nosač prikazan je na slici 1.4, b.
Ako je donja baza oslonac šarke stavite valjke, dobijate zglobni pokretni oslonac koji omogućava rotaciju oko tri ose i kretanje u jednom smeru. Takav oslonac i njegov simbol prikazani su na sl. 1.5, a i 1.5, b, respektivno.
Nosač štipanja ima šest kinematičkih veza - tri linearne i tri ugaone, tj. oslonac za priklještenje sprječava kretanje oslonjenog tijela u smjeru osi x,y,z i rotacije oko ovih osa (slika 1.6).
Nosači za ravne konstrukcije mogu se dobiti kao posebni slučajevi prostornih. Nosač za stezanje ravne konstrukcije ima tri kinematičke veze (sl. 1.7, a), zglobno-fiksni ima dvije (slika 1.7, b), a zglobno-pokretni ima jednu kinematičku vezu (sl. 1.7, c ).
Budući da se kao građevinske strukture mogu koristiti samo nepromjenjivi i nepokretni sistemi, razmotrimo pravila za formiranje takvih sistema.
Za mnoge dizajnere početnike, glavni problem je izbor sheme dizajna: gdje bi trebale biti šarke i gdje bi trebali biti kruti čvorovi? Kako razumjeti što je isplativije i kako shvatiti što je općenito potrebno u određenoj jedinici dizajna? Ovo je vrlo široko pitanje, nadam se da će ovaj članak unijeti malo jasnoće u tako višestruko pitanje.
Šta su čvorovi podrške i oznake ovih čvorova na dijagramima
Počnimo od same suštine. Svaka konstrukcija mora imati oslonac - u najmanju ruku, ne smije pasti sa visine na kojoj bi trebala biti. Ali ako kopamo dublje, za pouzdan rad elementa, nije nam dovoljno da ga spriječimo da padne.
Kako se bilo koji element može kretati u prostoru? Prvo, to može biti kretanje duž jedne od tri ravni - vertikalno (Z osa), horizontalno (X i Y osa). Drugo, to može biti rotacija elementa u čvoru oko iste tri ose.
Dakle, imamo čak šest mogućih kretanja (a ako uzmemo u obzir i smjer plus ili minus, onda ih nema šest, već dvanaest), koji se nazivaju i stupnjevima slobode - a to je vrlo opisno ime. Ako struktura visi u zraku (nerealna situacija), onda je potpuno besplatna i ničim nije ograničena. Ako se na nekom mjestu ispod njega pojavi oslonac koji mu ne dozvoljava vertikalno kretanje, tada je jedan od stupnjeva slobode elementa na mjestu oslonca ograničen duž ose Z. Primjer takvog ograničenja je slobodan oslonac. metalne grede na glatkoj površini koja omogućava klizanje - neće pasti zbog oslonca, ali se može, uz određenu silu, kretati duž X i Y ose, ili rotirati oko bilo koje ose. Gledajući unaprijed, razjasnimo jednu važnu tačku: ako element u čvoru ima neograničenu rotaciju, ovaj čvor je zglobni. Dakle, tako jednostavna šarka s ograničenjem duž samo jedne osi obično se označava na sljedeći način:
Lako je dešifrirati ovu oznaku: krugovi znače prisustvo šarke (tj. nepostojanje zabrane rotacije elementa u ovoj tački), štap znači zabranu kretanja u jednom smjeru (obično iz dijagrama to odmah postaje jasno u kom pravcu - u u ovom slučaju vertikalna zabrana). Horizontalna linija sa sjenčanjem konvencionalno ukazuje na prisutnost potpore.
Sljedeća opcija za ograničavanje stupnjeva slobode je zabrana kretanja u smjeru dvije ose. Za istu metalnu gredu, to mogu biti ose Z i X, a duž Y može se kretati kada se na nju primeni sila; Njegovi zaokreti, očigledno, takođe nisu ničim ograničeni.
Kako uopće možete zamisliti odsustvo ograničenja skretanja? Ako pokušate zakrenuti ovu gredu oko svoje ose (recimo, poduprite strop na njoj samo s jedne strane - tada će se greda početi rotirati pod težinom stropa), onda ništa neće spriječiti ovu torziju, gredu duž njegova cela duzina poceti da se prevrce pod uticajem torzione sile. Na isti način, ako se na sredinu grede primijeni vertikalno opterećenje, greda će se savijati i, na tačkama oslonca, slobodno se rotirati oko Y osi (na lijevoj strani - u smjeru kazaljke na satu, s desne strane - u smjeru suprotnom od kazaljke na satu). Ovo je ono što razumemo kao šarku.
|
spojler:“Važne nijanse u dizajnu potpornih jedinica” |
|
Odmah želim da rezervišem da u građevinarstvu nema idealnih šarki ili stezanja. Uvijek postoji neka vrsta konvencije. Pretpostavimo da zanemarimo silu trenja i pretpostavimo da duž Y osi kretanje grede nije ograničeno ničim. Sa iskustvom obično dolazi i sposobnost da vidimo da li je čvor ispred nas krut ili zglob. Također je vrlo važno naučiti izbjegavati nepotpuno štipanje (kada se pri malim silama konstrukcija ne rotira, ali kada se sila djelovanja poveća, oslonac to ne može izdržati i dolazi do rotacije). Takve situacije izazivaju nepredvidivo ponašanje konstrukcije – ona je proračunata prema jednoj projektnoj shemi, a mora se raditi po drugoj. Recimo da postoji čvrsta potporna jedinica za gredu u okviru, koja se dobija zavarivanjem grede za stub. Ali zavareni spoj je pogrešno izračunat i šav ne može izdržati primijenjenu silu i sruši se. Greda nastavlja da leži na stubu, ali se sada može rotirati na osloncu. U ovom slučaju, dijagram momenata savijanja se radikalno mijenja: na osloncima momenti teže nuli, ali se moment raspona povećava. A greda je dizajnirana da se stisne i nije bila spremna da apsorbuje povećani moment. Tako nastaje destrukcija. Stoga bi krute komponente uvijek trebale biti dizajnirane za maksimalno moguće opterećenje. |
Takva šarka je označena na sljedeći način.
Oznake lijevo i desno su ekvivalentne. Desno je vizualnije: 1 – horizontalni štap je ograničen na čvoru u kretanju okomito (vertikalni štap sa kružićima na krajevima) i horizontalno (horizontalni štap sa kružićima na krajevima); 2 – vertikalni štap je takođe ograničen u čvoru u kretanju okomito i horizontalno. Na lijevoj strani je također vrlo česta oznaka za potpuno istu šarku, samo što su štapovi raspoređeni u obliku trokuta, ali činjenica da ih ima dva znači da je kretanje ograničeno duž dvije ose - duž ose elementa i okomito na njegovu osu. Posebno lijeni drugovi možda uopće ne crtaju krugove i jednostavno označavaju takvu šarku trokutom - to se također događa.
Pogledajmo sada što znači klasična oznaka zglobne grede.
Ovo je greda koja ima dva oslonca, a sa leve strane je i ograničena u horizontalnom kretanju (da to nije slučaj, sistem ne bi bio stabilan - postoji takvo stanje u čvrstoći materijala - štap mora imati tri ograničenja kretanja, u našem slučaju dva ograničenja na Z i jedno na X). Projektant mora razmotriti kako osigurati da oslonac grede bude konzistentan shema dizajna– ovo nikada ne smijemo zaboraviti.
I posljednji slučaj za ravan problem je ograničenje tri stepena slobode - dva translacija i rotacija. Gore je rečeno da za bilo koji element postoji šest (ili dvanaest) stupnjeva slobode, ali ovo je za trodimenzionalni model. Obično razmatramo ravan problem u proračunima. I tako smo došli do ograničavanja okreta - ovo je klasičan koncept tvrdi čvor ili štipanje– kada se u tački oslonca element ne može ni kretati ni rotirati. Primjer takvog čvora je montažni brtveni čvor armirano-betonski stub u čašu - toliko je duboko usađena da nema mogućnosti ni da se pomeri ni okrene.
Dubina ugradnje takvog stuba je striktno proračunata, ali čak ni gledajući je ne možemo zamisliti da će stub na slici levo moći da se rotira u staklu. Ali desna kolona je laka, očigledna je šarka i neprihvatljivo je konstruisati štipaljku na ovaj način. Iako je u oba slučaja stub uronjen u staklo, a žljeb je ispunjen betonom.
Biće više opcija za štipanje kako članak bude napredovao. Pogledajmo sada oznaku štipanja. Klasičan je i tu nema mnogo raznolikosti, za razliku od šarki.
Na lijevoj strani je horizontalni element pričvršćen na oslonac, s desne strane je vertikalni element.
I na kraju - o zglobnim i krutim jedinicama u okvirima. Ako je čvor veze greda-stup krut, onda je prikazan ili bez simbola, ili sa popunjenim trokutom u uglu (kao na gornje dvije slike). Ako je greda zglobno oslonjena na stupove, na krajevima grede se crtaju krugovi (kao na donjoj slici).
Kako dizajnirati zglobni ili kruti čvor
Noseće ploče, grede, nadvratnici.
Prva stvar koju treba zapamtiti pri dizajniranju spojeva je da je često ono što razlikuje šarku od uklještenog zgloba dubina oslonca.
Ako je ploča, nadvratnik ili greda poduprta na dubini koja je jednaka ili manja od visine presjeka, a nisu poduzete dodatne mjere (zavarivanje na ugrađene elemente, sprječavanje rotacije itd.), onda je to uvijek čista šarka . Za metalne grede oslonac od 250 mm smatra se šarkama.
Ako je oslonac više od dvije do dvije i pol visine presjeka elementa, onda se takav oslonac može smatrati štipanjem. Ali ovdje ima nijansi.
Prvo, element mora biti opterećen odozgo (na primjer zidanjem), a težina te težine mora biti dovoljna da apsorbira silu elementa na osloncu.
Drugo, moguće je još jedno rješenje kada je rotacija elementa ograničena zavarivanjem na ugrađene dijelove. I ovdje morate jasno razumjeti karakteristike dizajna krutih jedinica. Ako je greda ili zavarena na dnu (ovo se često nalazi i kod metalnih konstrukcija i kod montažnog armiranog betona - ugrađeni dijelovi u gredi ili ploči su zavareni na ugrađene dijelove u nosaču), onda to ni na koji način ne sprječava od uključivanja nosača - sprečava samo horizontalno kretanje elementa, o tome ćemo govoriti gore. Ali ako je gornji dio grede sigurno usidren zavarivanjem na nosač (ovo je ili sklop okvira u metalu, ili zavarivanje u kadi gornjih izlaza armature u montažnim prečkama - u sklopovima krutih okvira, ili zavarivanje ugrađenih elemenata u potporni sklopovi balkonskih ploča, koji se moraju stegnuti, jer su konzolni), onda je ovo već kruta jedinica, jer jasno sprečava rotaciju na nosaču.
Na donjoj slici odabrane su zglobne i krute jedinice iz standardnih serija (serija 2.440-1, 2.140-1 broj 1, 2.130-1 broj 9). Oni jasno pokazuju da je kod zglobnog spoja pričvršćivanje na dnu grede ili ploče, a kod krutog spoja na vrhu. Pojašnjenje: u čvoru koji podupire ploču, anker ne čini kruti čvor, već je fleksibilan element koji samo sprječava horizontalni pomak stropa.
Ali pravilno dizajnirati čvor je pola bitke. Također je potrebno napraviti proračun svih elemenata sklopa, da li će izdržati maksimalnu silu koja se prenosi sa elementa. Ovdje morate izračunati i ugrađene dijelove i zavarene spojeve i provjeriti zidove da li se opterećenje od njega uzima u obzir prilikom projektiranja.
Spajanje stubova na temelje.
Kada se nose metalni stupovi, odlučujući faktor je broj vijaka i način na koji je osnova stupa konstruirana. O metalu ovde neću, jer... ovo nije moj profil. Samo ću napisati da ako postoje samo dva vijka u temelju za pričvršćivanje stupa, onda je ovo 100% šarka. Također, ako je stup zavaren na temeljni ugrađeni dio kroz ploču, ovo je također šarka. Preostali slučajevi su detaljno opisani u literaturi, postoje čvorovi u standardnim serijama - općenito, ima puno informacija, ovdje se teško zbuniti.
Za montažne armiranobetonske stupove, oni su kruto ugrađeni u temeljno staklo (o tome je bilo riječi gore). Ako otvorite "Priručnik za projektovanje temelja na prirodnom temelju za stupove zgrada i konstrukcija", tamo možete pronaći proračun svih elemenata ovog krutog sklopa i principe njegovog dizajna.
Kod zglobnog spoja stub (stub) jednostavno se oslanja na temelj bez ikakvih dodatnih mjera ili se ugrađuje u plitko staklo.
Spajanje monolitnih konstrukcija.
IN monolitne konstrukcije kruti čvor ili šarka uvijek je određen prisustvom pravilno usidrene armature.
Ako armatura ploče ili grede na nosaču nije umetnuta u noseću konstrukciju veličinom sidrenja ili čak preklapanja, tada se takav čvor smatra zglobnim.
Dakle, slika ispod prikazuje opcije podrške monolitne ploče iz Vodiča za projektovanje armiranobetonskih konstrukcija. Slika (a) i (b) su kruti spoj ploče sa osloncem: u prvom slučaju gornja armatura ploče se ubacuje u gredu do dužine ankera; u drugom je ploča uklještena u zidu i za visinu sidrenja radne armature. Slika (c) i (d) je oslonac na šarkama ploče na gredi i na zidu, ovdje se armatura postavlja na oslonac do minimalno dozvoljene dubine oslonca.
Spojevi okvira koji povezuju monolitne prečke i stupove u armiranom betonu izgledaju još ozbiljnije od potpornih ploča na gredama. Ovdje je gornja armatura prečke umetnuta u stup za jednu i dvije dužine sidrenja (pola šipki se umeću za jednu dužinu, pola za dvije).
Ako je u čvoru armiranobetonski okvir armatura i greda i stupova prolazi i ide dalje od dužine sidrišta (na primjer, neki srednji čvor), tada se takav čvor smatra krutim.
Da bi veza stubova sa temeljom bila kruta, od temelja moraju biti napravljeni otvori dovoljne dužine (ne manje od vrednosti preklapanja, za više detalja videti Vodič za projektovanje), a ti isti izlazi moraju biti umetnuti u temelj za dužinu sidrišta.
Slično u gomila roštilja– ako je dužina ispusta iz gomile manja od dužine ankera, spoj rešetke sa gomilom ne može se smatrati krutim. Za zglobni priključak, dužina otvora je ostavljena na 150-200 mm, što više nije poželjno, jer ovo će biti granično stanje između šarke i krutog čvora - ali proračun je urađen kao za čistu šarku.
Ako nema mjesta za postavljanje armature po dužini ankera, provode se dodatne mjere - podloške za zavarivanje, ploče itd. Ali takav element nužno mora biti dizajniran za urezivanje (nešto poput proračuna ankera ugrađenih dijelova, može se naći u Priručniku za projektiranje armirano-betonskog betona).
Također možete pročitati na temu šarki i štipanja.
Na sl. Slika 1.21 prikazuje horizontalnu gredu koja se oslanja na zglobni, pomični i fiksni oslonac u tačkama A i B.
Reakcija R A zglobnog pokretnog oslonca usmjeren je normalno na noseću površinu prema gredi. Zglobni pokretni oslonac postavljen je na valjke, koji ne ometaju kretanje grede duž noseće površine. Ako ne uzmete u obzir trenje valjaka, onda je linija djelovanja reakcije R A prolazi kroz središte šarke okomito na potpornu površinu.
Zglobno fiksirani oslonac sprječava translatorno pomicanje grede duž koordinatnih osa, ali joj omogućava da se rotira u odnosu na os šarke. Reakciona linija djelovanja R B zglobno fiksnog nosača prolazi kroz centar šarke, ali modul i smjer reakcije su unaprijed nepoznati.
Na sl. 1.22 prikazuje gredu AB. Prema aksiomu paralelograma sila, koji dopušta suprotno tumačenje, reakciju R B se može razložiti na komponente paralelne sa koordinatnim osa.
WITH
O složenijim vrstama veza i njihovim reakcijama govori se kasnije, kada se razmatraju pojmovi parovi snaga I momente sila oko tačke i ose.
Aksiom veza – svako neslobodno tijelo može se smatrati slobodnim ako odbacimo veze i zamijenimo njihovo djelovanje reakcijama tih veza.
Na sl. Na slici 1.23 prikazana je greda AB, koja se smatra neslobodnim mehanički sistem na koji se nameću vanjske veze.
Zglobno fiksirani oslonac u tački B ne dozvoljava gredi da se kreće translatorno paralelno sa koordinatnim osa i omogućava joj da se rotira u ravni crteža. Na osnovu toga, reakcija R B razložen na svoje komponente Y IN, Z B, paralelno sa koordinatnim osa.
Zglobni pokretni oslonac u tački A ne dozvoljava gredi da se pomeri na potpornu površinu, tako da njena reakcija R I usmjerena je duž normale.
IN
Greda AB je u ravnoteži pod dejstvom aktivnih sila F 1 ,F 2 i reakcije Z B, Y B, R A spoljni odnosi. Reakcija R Preporučljivo je razložiti silu na komponente duž koordinatnih osa.
Još jednom se mora naglasiti da se razlaganje sile na komponente sile vrši samo na mjestu primjene sile.
Pitanja i zadaci za samokontrolu
"neslobodno tijelo" .
Formulirajte definiciju pojma "veze" .
Formulirajte definiciju pojma "reakcije veze" .
Formulirajte definiciju pojma "glatka veza" .
Formulirajte definiciju pojma "fleksibilna veza" .
Formulirajte definiciju pojma "betežinski štap" .
Formulirajte definiciju pojma "slobodno tijelo" .
Formulirajte aksiom veza .
Šarka je uređaj koji povezuje tijela i omogućava rotaciju jednog tijela u odnosu na drugo.
Cilindrična šarka omogućava rotaciju tijela oko jedne ose (i klizanje duž nje).
Zglobno-fiksni oslonac sprječava bilo kakvo translacijsko kretanje, ali omogućava slobodno okretanje oko ose šarke.
Reakcija zglobno fiksiranog nosača prolazi kroz centar šarke O i leži u ravni okomitoj na os šarke, ali njen modul i smjer su nepoznati.
Legenda:
Sl.1.10
Artikulirajuća podrška (zglobno-fiksirani oslonac postavljen na valjke) ne sprječava kretanje paralelno s potpornom površinom. Ako ne uzmete u obzir trenje valjaka, tada linija reakcije takvog nosača prolazi kroz središte šarke okomito na nosivu površinu. Samo je modul ove reakcije nepoznat.
Legenda:
Kuglični zglob. Kuglasti zglob je uređaj koji omogućava zglobnim tijelima koja imaju zajedničku tačku zgloba da rotiraju u prostoru jedno u odnosu na drugo oko zajedničke točke. Kuglasti zglob se sastoji od sferne posude koja se nalazi na jednom tijelu i sfernog izbočina istog promjera na drugom. Reakcija u kugličnom zglobu može imati bilo koji smjer u prostoru.
Tvrdi pečat.
U slučaju ugradnje jednog tijela u drugo, reakcija spajanja se sastoji od sile i para sila s momentom. Veličina i smjer reakcije određuju se iz općih jednačina ravnoteže čvrstog tijela.
1.5. Primjer. Horizontalna sila djeluje na bestežinski luk sa tri zgloba. Odrediti liniju djelovanja reakcije (reakcija veze u tački A).
Rješenje: Pogledajmo desnu stranu luka odvojeno. U tačkama B i C primijenit ćemo sile reakcije veze i . Tijelo pod utjecajem dvije sile je u ravnoteži. Prema aksiomu o ravnoteži dviju sila, sile i su jednake po veličini i djeluju duž jedne prave u suprotnim smjerovima. Dakle, znamo smjer sile (duž prave BC).
Sl.1.13
Pogledajmo lijevu stranu luka odvojeno. U tačkama A i C primenićemo sile reakcije veze i . Sila, akcija je jednaka reakciji. Na tijelo djeluju tri sile, smjerovi dviju sila (i.) su poznati. Prema teoremi o tri sile, linije djelovanja sve tri sile seku se u jednoj tački. Dakle, sila je usmjerena duž linije AD.
1.6. Primjer. Homogena šipka je spojena u tački A i oslanja se na glatki cilindar. Odrediti liniju djelovanja reakcije (reakcija veze u tački A).
Na sl. Slika 1.21 prikazuje horizontalnu gredu koja se oslanja na zglobni, pomični i fiksni oslonac u tačkama A i B.
Reakcija R A zglobnog pokretnog oslonca usmjeren je normalno na noseću površinu prema gredi. Zglobni pokretni oslonac postavljen je na valjke, koji ne ometaju kretanje grede duž noseće površine. Ako ne uzmete u obzir trenje valjaka, onda je linija djelovanja reakcije R A prolazi kroz središte šarke okomito na potpornu površinu.
Zglobno fiksirani oslonac sprječava translatorno pomicanje grede duž koordinatnih osa, ali joj omogućava da se rotira u odnosu na os šarke. Reakciona linija djelovanja R B zglobno fiksnog nosača prolazi kroz centar šarke, ali modul i smjer reakcije su unaprijed nepoznati.
Na sl. 1.22 prikazuje gredu AB. Prema aksiomu paralelograma sila, koji dopušta suprotno tumačenje, reakciju R B se može razložiti na komponente paralelne sa koordinatnim osa.
WITH
O složenijim vrstama veza i njihovim reakcijama govori se kasnije, kada se razmatraju pojmovi parovi snaga I momente sila oko tačke i ose.
Aksiom veza – svako neslobodno tijelo može se smatrati slobodnim ako odbacimo veze i zamijenimo njihovo djelovanje reakcijama tih veza.
Na sl. Na slici 1.23 prikazana je greda AB, koja se smatra neslobodnim mehanički sistem na koji se nameću vanjske veze.
Zglobno fiksirani oslonac u tački B ne dozvoljava gredi da se kreće translatorno paralelno sa koordinatnim osa i omogućava joj da se rotira u ravni crteža. Na osnovu toga, reakcija R B razložen na svoje komponente Y IN, Z B, paralelno sa koordinatnim osa.
Zglobni pokretni oslonac u tački A ne dozvoljava gredi da se pomeri na potpornu površinu, tako da njena reakcija R I usmjerena je duž normale.
IN
Greda AB je u ravnoteži pod dejstvom aktivnih sila F 1 ,F 2 i reakcije Z B, Y B, R A spoljni odnosi. Reakcija R Preporučljivo je razložiti silu na komponente duž koordinatnih osa.
Još jednom se mora naglasiti da se razlaganje sile na komponente sile vrši samo na mjestu primjene sile.
Pitanja i zadaci za samokontrolu
"neslobodno tijelo" .
Formulirajte definiciju pojma "veze" .
Formulirajte definiciju pojma "reakcije veze" .
Formulirajte definiciju pojma "glatka veza" .
Formulirajte definiciju pojma "fleksibilna veza" .
Formulirajte definiciju pojma "betežinski štap" .
Formulirajte definiciju pojma "slobodno tijelo" .
Formulirajte aksiom veza .
