Veľká encyklopédia ropy a zemného plynu. Podporuje. Podporné štruktúry a ich symboly
Študenti kurzu „Výpočet stavebných konštrukcií – od nuly!“, ktorý vediem v projekte Dystlab Education, ma pravidelne žiadajú, aby som im vysvetlil pojmy ako „záves“, „záves“. Zdá sa, že pochopenie týchto dôležitých prvkov z hľadiska prevádzky konštrukcie spôsobuje začínajúcim dizajnérom určité ťažkosti.
Rôzne slovníky a wiki definujú pánt ako „rotačný kinematický pár“, ktorý terminologicky označuje skôr strojárstvo (prvky strojov a mechanizmov) ako stavebné konštrukcie, hoci princíp pántu je všade rovnaký. Záves - zariadenie, ktoré spája dva prvky takým spôsobom, že sa môžu otáčať okolo jedného bodu alebo osi.
Rôzne schémy použitia pántov sú demonštrované v nasledujúcich videách. V prvom videu sa pánty používajú pre okenné a dverové systémy, v druhom - pre gyroskopickú stabilizáciu kamery (nie jeden, ale niekoľko pántov):
Video 1. Príklady pántov
Video 2. Závesy ako súčasť zložitého mechanizmu
Z týchto videí by mal byť jasný samotný koncept: záves je potrebný tam, kde nie je potrebné pevne fixovať prvok, ale je potrebné ho nechať otáčať.
Závesy v stavebných konštrukciách
V budovách a konštrukciách sa pánty spravidla používajú v najkritickejších uzloch - podperách. Niekedy sú pánty zavedené do nejakej „vnútornej“ časti konštrukcie:
Nosná časť rozpätia konštrukcie mosta
Upevnenie lana na dočasných podperách je tiež kĺbové
Záves ako súčasť nosná konštrukcia v civilnej budove
Most pre chodcov, realizovaný podľa schémy „trojkĺbového oblúka“ (vzácny dizajn!)
Kĺbová podpera atrakcie "Ruské koleso"
Závesy v dizajnových schémach
Tak či onak, návrh konštrukcie začína vývojom jej konštrukčnej schémy. Zvážte niekoľko príkladov najjednoduchších schém výpočtu:
Obrázok 1. Príklady konštrukčných schém so sklopnými podperami
Či už vás to prekvapí alebo nie, všetky tri schémy znázorňujú rovnaký typ konštrukčnej podpory – sklopné. Upozorňujeme, že ľavá podpera v každom diagrame je "otočená" o určitý uhol. Toto bolo urobené len preto, aby sme zdôraznili, že teraz nepracujeme so skutočnou štruktúrou, ale s jej virtuálnym náprotivkom, zjednodušeným modelom (schémou výpočtu). A ďalej výpočtová schéma je dôležité poznamenať len tie vlastnosti, ktoré zásadne ovplyvňujú činnosť konštrukcie: v tomto prípade ide o dve nosné tyče, pomocou ktorých je konštrukcia pripevnená k zemi.
Tu je ďalší príklad konštrukčnej schémy prevzatej z vysvetľujúcej poznámky k projektu nadjazdu z roku 1905:
Obrázok 2. Kĺbový nosník, projekt 1905
Vpravo (obr. 8, obr. 2) je znázornený jednoduchý nosník na dvoch podperách a čierne trojuholníky znázorňujú kĺbový a kĺbový pevná podpora(aj keď je ťažké zistiť, ktorý je ktorý, ale to je otázka pre autorov projektu, inžinierov E. O. Patona a P. Ya. Kamentseva). Ako vidíte, jediný správny variant v zápise kĺbová podpera nie a ako zobraziť tento prvok na diagramoch, je len na vás.
Čo znamená kruh
Ako môžete ľahko vidieť, na schémach záves symbolizuje malý kruh. Nosná časť konštrukcie sa otáča okolo tohto stredu:
Obrázok 3. Časti konštrukcie A, B sa otáčajú v ohybe okolo kĺbových podpier
Pohyby a reakcie
Záves umožňuje otáčanie sekcie okolo jej stredu. Keďže v tomto bode sú povolené uhlové pohyby, neexistuje žiadny zodpovedajúci referenčný moment. Toto je hlavný účel závesu v konštrukcii budovy - vynulovať momenty, ktoré sa objavujú v procese ohýbania:
Obrázok 4. Tvrdé zovretie (1) a kĺbová podpera(2) nosníky
Aký je rozdiel medzi pohyblivými a pevnými podperami?
Pravdepodobne ste si všimli, že na obrázkoch 1, 3, 4 ležia nosníky na rôznych podperách: vľavo je podpera nakreslená tromi kruhmi a mi a dve spojovacie čiary a vpravo - dva kruhy a mi a jeden riadok. prečo je to tak?
Každá spojovacia čiara (krátky segment na obrázku podpery) modeluje pripevnenie tohto uzla k zemi, takže lineárne pohyby lúča v tomto smere sú zakázané. Nosník sa teda v nosných častiach nemôže ohnúť; ako na začiatku, tak aj na konci konštrukcie sa ťahajú zvislé alebo šikmé tyče na podoprenie nosníka. Pripomínam, že naklonenú konštrukciu je možné vždy premietnuť na vzájomne kolmé osi (zvislé a vodorovné), takže schéma 2 na obrázku 1 sa zásadne nelíši od ostatných.
Je tiež dôležité pochopiť účel jednej horizontálnej nosnej tyče. Zakazuje vodorovný pohyb nosníka (v smere pozdĺžnej osi), ale iba úseku, v ktorom je inštalovaný. Ide o klasickú pevnú podperu s pántom:
Obrázok 5. Aké pohyby sú zakázané a povolené sklopnými podperami
Na obrázku 5 sa pravá podpera nazýva kĺbová, pretože umožňuje pravému koncu nosníka pohybovať sa v horizontálnom smere. Toto je dôležitá okolnosť na zohľadnenie predĺženia a skrátenia konštrukcie, napríklad v dôsledku kolísania teploty.
závery
Pánt je dôležitý prvok dizajn: umožňuje, aby sa časti, ktoré sú k nemu pripevnené, otáčali okolo osi pántu. Záves vynuluje referenčné momenty.
Na konštrukčnom diagrame je záves znázornený spravidla v kruhu. Sklopné pohyblivé a kĺbovo pevné podpery sú jedným z najbežnejších typov podpier pre nosníkové systémy. Oba majú pánty a umožňujú otáčanie referenčného úseku a kĺbová podpera tiež umožňuje horizontálne pohyby zodpovedajúceho konca nosníka.
Je zvykom hovoriť, že podpery sú pripevnené "k zemi", ale to by sa nemalo brať doslovne. Často je „zem“ ďalším konštrukčným prvkom s väčšou tuhosťou.
Na obr. 1.21 znázorňuje vodorovný nosník založený na kĺbových a pohyblivých a pevných podperách v bodoch A a B.
Reakcia R A otočne pohyblivej podpery smeruje kolmo na podpernú plochu smerom k nosníku. Kĺbová pohyblivá podpera je umiestnená na valčekoch, ktoré nebránia pohybu nosníka po nosnej ploche. Ak neberieme do úvahy trenie valčekov, tak akčnú líniu reakcie R A prechádza stredom závesu kolmo na dosadaciu plochu.
Kĺbovo pevná podpera zabraňuje translačným pohybom nosníka pozdĺž súradnicových osí, ale umožňuje jeho otáčanie okolo osi závesu. Akčná línia reakcie R B sklopnej podpery prechádza stredom závesu, ale modul a smer reakcie nie sú vopred známe.
Na obr. 1.22 znázorňuje lúč AB. Podľa axiómy rovnobežníka síl, ktorá umožňuje spätnú interpretáciu, reakcie R B možno rozložiť na zložky rovnobežné so súradnicovými osami.
OD
Zložitejšie typy spojení a ich reakcie sa zvažujú neskôr, keď sa predstavia pojmy. dvojice síl a momenty síl okolo bodu a osi.
Axióma spojení - za voľné možno považovať každé nevoľné teleso, ak väzby zahodíme a ich pôsobenie nahradíme reakciami týchto väzieb.
Na obr. 1.23 znázorňuje nosník AB, považovaný za nevoľný mechanický systém, na ktorý sú uložené vonkajšie obmedzenia.
Sklopná pevná podpera v bode B neumožňuje lúču pohybovať sa translačne rovnobežne so súradnicovými osami a umožňuje jeho otáčanie v rovine obrázku. Na základe toho reakcia R B sa rozkladá na svoje zložky Y AT, Z B, rovnobežne so súradnicovými osami.
Kĺbovo-pohyblivá podpera v bode A nedovoľuje, aby sa nosník posunul na nosnú plochu, teda jeho reakcia R A nasmerovaný podľa normálu.
AT
Lúč AB je pri pôsobení aktívnych síl v rovnováhe F 1 ,F 2 a reakcie Z b, Y b, R Vonkajšie vzťahy. reakciu R Je vhodné rozložiť A na zložky sily pozdĺž súradnicových osí.
Je potrebné ešte raz zdôrazniť, že rozklad sily na zložky sily sa uskutočňuje až v mieste pôsobenia sily.
Otázky a úlohy na sebaovládanie
"neslobodné telo" .
Formulujte definíciu pojmu "spojenia" .
Formulujte definíciu pojmu "reakcie na väzby" .
Formulujte definíciu pojmu "hladké spojenie" .
Formulujte definíciu pojmu "flexibilné pripojenie" .
Formulujte definíciu pojmu "beztiažová tyč" .
Formulujte definíciu pojmu "voľné telo" .
Formulovať axióma súvislostí .
Pod výpočtovou schémou úlohy v budúcnosti budeme rozumieť: schematické znázornenie telesa (alebo sústavy telies), ktorých rovnováha je v úlohe uvažovaná, pričom dané (aktívne) sily pôsobia na teleso a tzv. reakčné sily väzieb pôsobiace na telo, so zavedeným súradnicovým systémom na vyriešenie problémových osí, so všetkými potrebnými údajmi o geometrických rozmeroch a uhloch, ktoré musia byť buď známe alebo určené na vyriešenie problému.
Kompetentná a jasná schéma výpočtu je prvá a vždy nevyhnutná podmienkaúspešné riešenie akéhokoľvek problému a ..... nielen v mechanike.
Pri zostavovaní schémy návrhu je potrebné byť mimoriadne opatrný a presný - pozorný pri štúdiu podmienok a výkresu pre úlohu, pri aplikácii daných síl, reakčných síl väzieb na schému návrhu a .... presný pri navrhovaní schémy dizajnu.
V tejto fáze riešenia, aby ste mohli rýchlo zostaviť návrhovú schému problému, musíte dokonale vedieť dohovorov typy väzieb a reakcie týchto väzieb (t.j. plagát 4c), vedieť nahradiť akékoľvek rozložené zaťaženia sústredenými silami, vedieť určiť polohu ťažiska akéhokoľvek telesa.
Medzi dané sily v úlohách môžu byť: koncentrovaný nagruzki, znázornené na výkresoch pre úlohy vo forme vektorov sily; hmotnosť konštrukčných prvkov; rozložené záťaže s danou intenzitou. Aj v problémoch na tele alebo sústave telies, daných páry síl. Zvyčajne sú dané veľkosťou momentu a smerom otáčania. Miesta aplikácie sústredených zaťažení sú vždy uvedené v stave pre problém. Body pôsobenia gravitačných síl sa spravidla neuvádzajú. Verí sa, že každý, kto problém vyrieši, použije túto silu v ťažisku príslušného tela.
Je potrebné podrobnejšie sa zaoberať rozloženými záťažami. Zaťaženia sú rozložené na určitú plochu a záťaže rozložené na určitú dĺžku. Medzi prvé patria sily tlaku vetra na steny budov, zaťaženie snehom na podlahové dosky budov, tlak kvapalín na steny nádrží, priehrad atď. Toto zaťaženie je charakterizované intenzitou (p), meranou v jednotky tlaku – t.j. v N/m2. Pri rovnomernom zaťažení na jednotku plochy je veľkosť výslednej sily, ktorá toto zaťaženie nahrádza, určená súčinom intenzity zaťaženia a plochy pod zaťažením.
V problémoch statiky sa zvyčajne uvažujú zaťaženia, ktoré sú rozložené po určitej dĺžke. Hodnota výslednej sily, ktorá nahrádza zaťaženie, v tomto prípade závisí od dĺžky úseku, na ktorý zaťaženie pôsobí, a od charakteru rozloženia zaťaženia. Takéto zaťaženie je tiež charakterizované intenzitou, ale merané v newtonoch na jednotku dĺžky - to znamená v N / m. Označuje sa spravidla symbolom q. Nosníky a konštrukcie rôznych účelov sú vypočítané pre pôsobenie zaťažení rozložených po dĺžke.
Grafické znázornenie zmeny intenzity zaťaženia po dĺžke lúča v mechanike a odolnosti materiálov sa bežne nazýva tzv. diagram rozloženia zaťaženia. Pre uvažované prípady sa podľa diagramu rozloženia zaťaženia určí veľkosť sústredenej sily nahrádzajúcej zaťaženie a poloha pôsobiska sily podľa jednoduchého pravidla.
HODNOTA SILY SA ROVNÁ PLOCHE TABUĽKY ZOBRAZUJÚCE ZAŤAŽENIE.
ČIARA PÔSOBENIA SILY PRECHÁDZA CEZ ŤAŽISKO OBLASTI DIAGRAMU.
Okrem daných síl sú vo výpočtovej schéme znázornené reakčné sily väzieb pôsobiacich na teleso (sústavu telies).
Odkazy boli veľmi stručne rozobraté v kapitole 1. Tu je potrebné sa bližšie zastaviť pri typoch odkazov a ich reakciách. Pozrime sa najprv na plagát 4c, ktorý autor navrhuje, kto sa chce naučiť riešiť statické problémy, zapamätá si známku „Výborne“. A minimálne na štyri roky následného štúdia na univerzite. 
1. Jemný povrch- povrch, pri určovaní reakcie ktorého možno zanedbať trecie sily. Reakčný vektor hladkého povrchu sa aplikuje v mieste dotyku telesa s povrchom a smeruje pozdĺž normály k povrchu - t.j. kolmá na rovinu dotýkajúcu sa daného povrchu.
Obmenou uvažovaného typu spojenia je podopretie tela o rímsu alebo bod - t.j. bodová podpora. V tomto prípade sa povrch samotného tela považuje za hladký. Reakčný vektor smeruje pozdĺž normály k povrchu tela.
2. Drsný (nehladký) povrch- povrch, kde podľa stavu problému nemožno zanedbať trecie sily. Drsnosť povrchu je v tomto prípade špecificky špecifikovaná v stave problému.
Reakcia drsného povrchu sa líši od reakcie hladkého povrchu tým, že táto reakcia je znázornená ako kombinácia dvoch síl - normálová reakcia povrchu a trecia sila v rovine dotyku telies. Trecia sila smeruje v smere opačnom k možnému pohybu telesa na povrchu.
Hodnota f (koeficient trenia) je buď špecifikovaný v úlohe, alebo je to požadovaná hodnota. Vzhľadom k tomu, že trecia sila podľa vyššie uvedeného vzorca je určená len vtedy, keď trecia sila dosiahne svoju maximálnu hodnotu, pri problémoch s trením tela
zvážiť V POZÍCII LIMITNÉHO Zostatku!
3.
beztiažový prút s ideálnymi závesmi na koncoch - idealizované spojenie vo forme priamočiareho alebo krivočiareho telesa, ktoré má tvar tyče, so závesmi v miestach jeho pripevnenia k iným telesám a so závažím, ktorého hodnotu možno zanedbať pri riešení uvažovaného problému.
Predpokladá sa, že v ideálnych závesoch spájajúcich tyč s inými telesami nedochádza k treniu.
Tyč môže byť buď stlačená alebo natiahnutá. Keď je tyč natiahnutá, sila, ktorou rovná tyč pôsobí na telo, smeruje pozdĺž tyče od tela, ku ktorému je tyč pripevnená. Keď je tyč stlačená, jej reakčná sila smeruje k bodu pripojenia.
Povaha napätia v tyči je zvyčajne neznáma. Preto je zvyčajné smerovať reakčný vektor tyče z bodu jej pripevnenia k telu, pretože tyč je napnutá. Ak sa pri výpočte sily v tyči ukáže jej hodnota kladná, potom je tyč skutočne natiahnutá.
Ak sa počas výpočtu sila v tyči ukáže ako negatívna, potom je tyč stlačená.
Je pohodlné a jednoduché určiť povahu napätia pomocou znakov (-) - stlačený, (+) - natiahnutý.
Táto konvencia pri označovaní charakteru napätí sa používa aj nižšie.
pri riešení problémov disciplíny „Sila materiálov“.
V niektorých problémoch sú krivočiare beztiažové tyče. Reakcie takýchto tyčí sú nasmerované pozdĺž línie spájajúcej osi závesov. Vyplýva to z podmienky rovnováhy pevné telo pôsobením systému dvoch síl pôsobiacich v pántoch.
4. pružný závit- spojenie, ktoré má mnoho iných názvov - kábel, lano, lano, reťaz atď.
Vlákno, podobne ako spojenie, môže fungovať iba vtedy, keď je natiahnuté. Pri vyhadzovaní nite vektor reakcie vlákna je znázornený pripevnený v bode, kde je vlákno viazané na teleso, ktorého rovnováha sa uvažuje, avedený pozdĺž nite.
Často sa stáva, že telo drží niť prehodená cez ideálny blok s nejakou váhou na konci. Pretože blok, ktorý sa môže otáčať na osi bez trenia, sa považuje za ideálny, napätie závitu v mieste jeho pripevnenia k telu sa považuje za rovné hmotnosti bremena na konci závitu.
Aby sa nezaviedli nové označenia, odporúča sa, aby bolo napätie nite v tomto prípade označené rovnakým symbolom ako hmotnosť bremena na konci nite.
5. Kĺbová podpera- podpera, ktorá umožňuje bodu tela, ktorý je spojený s podperou, pohybovať sa bez trenia po akomkoľvek povrchu. Reakcia pohyblivej podpery smeruje pozdĺž normály k povrchu, po ktorom sa podpera môže pohybovať.
Pri určitej konštrukčnej realizácii môže pohyblivá podpera zabrániť pohybu bodu pripevnenia tela v dvoch vzájomne opačných smeroch. Preto výsledok určenia veľkosti reakcie podpery, ako v prípade tyče, môže byť pozitívny aj negatívny.
6. Sklopná pevná podpera alebo cylindrický kĺb- spojenie, ktoré nedovoľuje, aby sa bod telesa pripevnený k takejto podpere pohyboval v rovine kolmej na os otáčania závesu, ale umožňuje, aby sa teleso pri absencii iných spojení otáčalo okolo tejto osi. Bežne sa predpokladá, že v závese nie je žiadne trenie.
Konštrukcia podpier, bežne označovaných ako „podpora s pevným závesom“ (a môžu to byť klzné ložiská, valivé ložiská a jednoducho čapové spoje), môže byť odlišná.
Reakcia podpery je výslednicou síl pôsobiacich zo strany pevnej časti podpery, na teleso spojené s touto podperou a uvažované v rovnovážnej polohe.
Reakčná sila sklopnej podpery umiestnené v rovine kolmej na os otáčania závesu; prechádza stredom závesu; neznáma veľkosťou alebo smerom.
Táto sila sa určuje pri riešení úloh hľadaním jej priemetov na súradnicových osiach.
Na výkrese úlohy sú tieto projekcie znázornené ako vektory (zložky alebo zložky sily) s príslušným označením.
Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že na výkresoch úloh sú možné rôzne typy symbolov pre príslušné spojenie. Hlavné typy symbolov pre otočne pevné podpery v úlohách na PSS a v úlohách na SSS sú znázornené na obrázku a na plagáte.
7. Guľový alebo guľový kĺb- spojenie, ktoré neumožňuje jednému z bodov telesa pohybovať sa v žiadnom zo smerov, ale umožňuje telesu otáčať sa v určitých medziach vzhľadom na ktorúkoľvek zo súradnicových osí prechádzajúcich týmto bodom. 
Schematický návrh takejto podpory, jej symbol a reakcie sú znázornené na obrázku.
Reakcia podpory je sila neznáma vo veľkosti a smere v priestore. Jeho komponenty pozdĺž súradnicových osí a sú požadované množstvá.
Podmienené obrázky guľových pántov na výkresoch pre úlohy a konštrukčné schémy sú rovnaké ako pre valcové v úlohách na PSS. Toto by nemalo byť zavádzajúce. Guľové závesy sa nachádzajú v problémoch iba na PPSS, kde sú podmienené znázornenia valcových závesov odlišné.
8. axiálne ložisko- spojenie, ktoré je kombináciou cylindrického závesu a referenčnej roviny. Vyskytuje sa v úlohách na PPSS. Ďalšou podperou pre teleso s takýmto spojením je spravidla valcový záves.
Reakcia axiálneho ložiska, neznámej veľkosti a smeru, ako v prípade guľového závesu, je určená jeho komponentmi smerujúcimi pozdĺž troch súradnicových osí.
Obrázok ukazuje konvenčný obrázok axiálneho ložiska a jednu z možností jeho konštrukcie.
9. Podpora zovretia tiež nazývaný tvrdé ukončenie- podmienený názov spojenia, ktoré bráni vloženému telesu pohybovať sa v ktoromkoľvek zo smerov a otáčať sa okolo ktorejkoľvek zo súradnicových osí. Príklady podpery zovretia sú: dosky parapetov alebo balkónov zapustené do steny domu, konzoly na upevnenie potrubí a radiátorov, obyčajné klince zatĺkané do steny atď.
Treba si uvedomiť, že okrem tuhého uchytenia sa môže vyskytnúť aj posuvné uchytenie - spojenie, ktoré neumožňuje otáčanie pevného telesa voči bodu uchytenia a pohyb len v jednom zo smerov. Reakcie takéhoto variantu komunikácie sú znázornené na obrázku vo variante b).
Typy spojení a ich reakcie je lepšie si zapamätať vo forme podobnej tabuľky, ako je na plagáte 4c. Ak však pochybujete pri určovaní smeru reakčných síl konkrétneho spojenia na schéme výpočtu problému, znalosť nasledujúcich pravidiel vám pomôže správne nasmerovať tieto reakcie:
1. AK KOMUNIKÁCIA BRÁNI BODU TELA V ÚVAHU LEN V JEDNOM SMERE, POTOM JE SILA REAKCIE KOMUNIKÁCIE SMEROVANÁ K TOMTO SMEROM.
2. AK SPOJENIE BRÁNI BODU UVAŽOVANIA V DVOCH (TROCH) NAVZÁJOM kolmých SMEROCH, TAK SÚ SPOJOVACIE REAKCIE DVE (TRI) NEZNÁME SILY - KOMPONENTY ÚPLNEJ REAKCIE TOHTO SPOJENIA NA SÚRADNICOVÝCH OSIACH.
Poobrázky na výkrese k úlohe daných sústredených síl, momentov dvojíc síl; po nahradení akcie rozložené záťaže koncentrované sily im ekvivalentné v akcii a pôsobení väzieb silami ich reakcií výkres pre úlohu sa zmení na schému výpočtu pre úlohu. Tento výkres a diagram môžu buď pomôcť vyriešiť problém, alebo, ak s výkresom zaobchádzate neopatrne, jednoducho vyvolať chyby.
Aby vám vaše kresby pomohli vyriešiť problémy, potrebujete vedieť nasledovné:
1. Nikdy by ste nemali šetriť čas pri zostavovaní výkresu (schémy výpočtu) na vyriešenie problému. Čím jasnejší je výkres, tým rýchlejšie vyriešite problém a s menšou pravdepodobnosťou chyby.
2. Odporúča sa vykonať schému výpočtu priamo na výkrese úlohy (pozri plagát 12c). Výkres pre úlohu by mal byť dostatočne veľký, aby boli všetky uvedené rozmery dobre čitateľné, boli dobre viditeľné uhly, ktoré zvierajú silové vektory alebo čiary výkresu so súradnicovými osami.
3. Je veľmi dôležité, aby všetky vektory síl, šípky momentov dvojíc síl zreteľne vystupovali na pozadí výkresu. „Zle“ vybraný vektor pri zostavovaní rovnováh rovnováhy ľahko prehliadnete. To znamená nesprávne riešenie problému a stratu času pri hľadaní chyby. Je lepšie kresliť kresbu ceruzkou a vektory atramentom.
4. Je dôležité, aby vizuálna proporcionalita rozmerov na výkrese zodpovedala rozmerom uvedeným vo vyhlásení o probléme.
Ešte dôležitejšie sú rohy ktoré tvoria sily alebo čiary s určitými súradnicovými osami,zodpovedali daným.
Uhly 30 0, 45 0, 60 0 a 90 0 sú žiaduce, aby ste sa naučili celkom presne kresliť ručne.
Pre mnohých začínajúcich dizajnérov je hlavným problémom výber schémy dizajnu: kde by mali byť pánty a kde by mali byť pevné uzly? Ako pochopiť, čo je výnosnejšie a ako zistiť, čo je vo všeobecnosti potrebné v konkrétnom uzle dizajnu? Toto je veľmi široká otázka, dúfam, že tento článok vnesie trochu svetla do takejto mnohostrannej problematiky.
Čo sú podporné uzly a označenie týchto uzlov v diagramoch
Začnime podstatou. Každá konštrukcia musí byť podopretá - aspoň nesmie spadnúť z výšky, v ktorej má byť. Ak sa ale zahrabeme hlbšie, pre spoľahlivú činnosť prvku nestačí, aby sme mu zakázali padať.
Ako sa môže akýkoľvek prvok pohybovať v priestore? Po prvé, môže sa pohybovať pozdĺž jednej z troch rovín - vertikálne (os Z), horizontálne (osi X a Y). Po druhé, môže ísť o rotáciu prvku v uzle okolo rovnakých troch osí.
Máme teda až šesť možných pohybov (a ak vezmeme do úvahy aj smer plus alebo mínus, tak ich nie je šesť, ale dvanásť), ktoré sa nazývajú aj stupne voľnosti - a to je veľmi výstižné. názov. Ak konštrukcia visí vo vzduchu (nereálna situácia), tak je úplne voľná, ničím neobmedzovaná. Ak sa na nejakom mieste pod ním objaví podpera, ktorá mu bráni vo vertikálnom pohybe, potom je jeden zo stupňov voľnosti prvku v mieste podopretia obmedzený pozdĺž osi Z. Príkladom takéhoto obmedzenia je voľná podpera prvku. kovový nosník na hladkom, klzkom povrchu - vďaka podpere nespadne, ale môže sa s určitým úsilím pohybovať pozdĺž osí X a Y alebo sa otáčať okolo akejkoľvek osi. Pri pohľade do budúcnosti si ujasnime dôležitý bod: ak prvok v uzle nemá žiadne obmedzenie rotácie, uzol je kĺbový. Takže taký jednoduchý záves s obmedzením iba pozdĺž jednej osi sa zvyčajne označuje takto:
Je ľahké dešifrovať takéto označenie: kruhy znamenajú prítomnosť závesu (t. j. absenciu zákazu otáčania prvku v tomto bode), prútik znamená zákaz pohybu v jednom smere (zvyčajne sa stáva okamžite zrejmé z diagramu - v ktorom - v tomto prípade vertikálny zákaz). Šrafovaná horizontála symbolizuje prítomnosť podpery.
Ďalšou možnosťou obmedzenia stupňov voľnosti je zákaz pohybu v smere dvoch osí. Pre ten istý kovový nosník to môžu byť osi Z a X a pozdĺž Y sa môže pohybovať, keď naň pôsobí sila; jeho otáčky, ako vidíte, tiež nie sú ničím obmedzené.
Ako si predstaviť absenciu obmedzenia zákrut? Ak sa pokúsite tento trám roztočiť okolo vlastnej osi (napr. oprieť oň strop len z jednej strany – potom sa trám začne točiť pod váhou stropu), tak tomuto krúteniu už nič nezabráni, trám pozdĺž jeho celá dĺžka sa pôsobením torznej sily začne prevracať. Rovnakým spôsobom, ak pôsobí vertikálne zaťaženie v strede nosníka, nosník sa ohne a v bodoch podpory sa bude voľne otáčať okolo osi Y (v smere hodinových ručičiek vľavo, proti smeru hodinových ručičiek vpravo). To je to, čo chápeme ako záves.
|
Spojler:"Dôležité nuansy v dizajne podporných uzlov" |
|
Okamžite by som chcel urobiť výhradu, že pri konštrukcii ideálnych pántov a štipcov sa nestanú. Vždy je tam nejaká podmienka. Povedzme, že ignorujeme treciu silu a predpokladáme, že pohyb lúča po osi Y nie je ničím obmedzený. So skúsenosťami zvyčajne prichádza schopnosť zistiť, či je uzol tuhý alebo kĺbový. Je tiež veľmi dôležité naučiť sa, ako sa vyhnúť neúplnému zovretiu (keď s malým úsilím nedôjde k rotácii konštrukcie a pri zvýšení pôsobiacej sily podpera nevydrží a dôjde k rotácii). Takéto situácie vyvolávajú nepredvídateľné správanie konštrukcie - bolo uvažované pre jednu schému návrhu, ale musíte pracovať podľa inej. Predpokladajme, že v ráme je pevná podpera nosníka, ktorá je zabezpečená privarením nosníka k stĺpu. Ale zváraný spoj je vypočítaný nesprávne a šev nevydrží aplikovanú silu a zrúti sa. Lúč naďalej spočíva na stĺpe, ale už môže zapnúť podperu. V tomto prípade sa diagram ohybových momentov dramaticky mení: na podperách majú momenty tendenciu k nule, ale moment rozpätia sa zvyšuje. A lúč bol navrhnutý na zovretie a nebol pripravený vnímať zvýšený moment. Takto dochádza k deštrukcii. Preto musia byť tuhé uzly vždy navrhnuté na maximálne možné zaťaženie. |
Takýto záves je označený nasledovne.
Ľavé a pravé zápisy sú ekvivalentné. Vpravo je to viac vizuálne: 1 - horizontálna tyč je obmedzená v uzle v pohybe vertikálne (vertikálna tyč s kruhmi na koncoch) a horizontálne (horizontálna tyč s kruhmi na koncoch); 2 - vertikálna tyč je tiež obmedzená v uzle v pohybe vertikálne a horizontálne. Vľavo je tiež veľmi časté označenie presne toho istého pántu, len paličky sú usporiadané do tvaru trojuholníka, ale tým, že sú dve, je pohyb obmedzený po dvoch osiach - po osi prvku a kolmo na jeho os. Obzvlášť leniví súdruhovia nemusia vôbec kresliť kruhy a označiť taký pánt jednoducho ako trojuholník - to sa tiež vyskytuje.
Teraz zvážte, čo znamená klasické označenie sklopného nosníka.
Ide o nosník, ktorý má dve podpery a vľavo je tiež obmedzený vo vodorovnom pohybe (ak by to tak nebolo, systém by nebol stabilný - je tam taká podmienka v pevnosti materiálov - tyč musí mať tri obmedzenia pohybu, v našom prípade dve obmedzenia na Z a jedno X). Projektant musí zvážiť, ako zabezpečiť, aby podpera nosníka zodpovedala projektovej schéme - na to by sa nikdy nemalo zabúdať.
A posledný prípad pre úlohu v rovine je obmedzenie troch stupňov voľnosti – dvoch posunutí a rotácie. Vyššie bolo povedané, že pre každý prvok existuje šesť (alebo dvanásť) stupňov voľnosti, ale toto je pre trojrozmerný model. Pri výpočte zvyčajne uvažujeme s rovinným problémom. A tu sa dostávame k obmedzeniu rotácie – ide o klasický koncept tvrdý uzol alebo štípanie- keď sa prvok v bode podopretia nemôže pohybovať ani otáčať. Príklad takéhoto uzla môže slúžiť ako uzol ukončenia tímu železobetónový stĺp do pohára - je tak hlboko monolitický, že sa nemá možnosť ani pohnúť, ani otočiť.
Hĺbka zapustenia takéhoto stĺpa je prísne vypočítaná, ale ani naoko si nevieme predstaviť, že stĺp na obrázku vľavo sa môže otáčať v pohári. Ale pravý stĺpik je jednoduchý, je to zjavný pánt a je neprijateľné navrhnúť štipku týmto spôsobom. Aj keď tam aj tam je stĺp ponorený do skla a drážka je vyplnená betónom.
Ďalšie možnosti zovretia budú v priebehu článku. Teraz sa poďme zaoberať zápisom štipnutia. Je to klasické a na rozdiel od pántov neexistuje žiadna osobitná odroda.
Vľavo je horizontálny prvok upnutý na podpere, vpravo je vertikálny prvok.
A nakoniec - o kĺbových a tuhých uzloch v rámoch. Ak je uzol spojenia nosníka so stĺpom pevný, potom je zobrazený buď úplne bez symbolov, alebo s vyplneným trojuholníkom v rohu (ako na dvoch horných obrázkoch). Ak lúč spočíva na stĺpoch otočne, na koncoch lúča sa nakreslia kruhy (ako na dolnom obrázku).
Ako navrhnúť kĺbový alebo pevný uzol
Nosné dosky, trámy, preklady.
Prvá vec, ktorú si treba zapamätať pri navrhovaní uzlov, je, že záves sa často odlišuje od zovretia hĺbkou podpery.
Ak je doska, preklad alebo trám podopretý v hĺbke rovnajúcej sa alebo menšej ako je výška sekcie a neboli vykonané žiadne dodatočné opatrenia (zváranie s vloženými prvkami, ktoré bránia otáčaniu atď.), potom je to vždy čistý záves . Pre kovové nosníky sa považuje za kĺbový o 250 mm.
Ak je podpera väčšia ako dve až dve a pol výšky prierezu prvku, potom sa takáto podpera môže považovať za zovretie. Ale sú tu nuansy.
Po prvé, prvok musí byť zaťažený zhora (napríklad murivom) a hmotnosť tohto závažia musí byť dostatočná na to, aby absorbovala silu prvku na podperu.
Po druhé, je možné aj iné riešenie, keď je rotácia prvku obmedzená privarením k zapusteným častiam. A tu je potrebné jasne pochopiť vlastnosti konštrukcie tuhých uzlov. Ak je nosník zospodu privarený (často sa to vyskytuje v kovových konštrukciách aj v betónových prefabrikátoch - podložky v nosníku alebo doske sú privarené k podperám v podpere), nebráni to tomu, aby sa podpera zapla. - bráni iba horizontálnemu pohybu prvku, o tom sme si povedali vyššie. Ale ak je horná časť nosníka bezpečne ukotvená navarením na podperu (sú to buď uzly rámu v kove, alebo vaňové zváranie horných výstupov výstuže v prefabrikovaných priečnikoch - v uzloch tuhého rámu, alebo zváranie vložených prvkov v nosné uzly balkónových dosiek, ktoré musia byť pritlačené, pretože sú konzolové), potom je to už tvrdý uzol, pretože zreteľne zabraňuje otáčaniu na podpere.
Na obrázku nižšie sú kĺbové a pevné zostavy vybrané zo štandardných sérií (séria 2.440-1, 2.140-1 vydanie 1, 2.130-1 vydanie 9). Jasne ukazujú, že v kĺbovom spoji je upevnenie v spodnej časti nosníka alebo dosky a v pevnom v hornej časti. Vysvetlenie: v uzle podopretia dosky kotva neposkytuje pevný uzol, je to flexibilný prvok, ktorý iba bráni vodorovnému posunu podlahy.
Ale správne navrhnúť uzol je polovica úspechu. Je tiež potrebné urobiť výpočet všetkých prvkov uzla, či vydržia maximálnu silu prenášanú z prvku. Tu je potrebné vypočítať vložené časti aj zvary a skontrolovať murivo, či sa pri návrhu zohľadňuje hmotnosť z neho.
Spojenie stĺpov so základmi.
Pri podopieraní kovových stĺpov je určujúcim faktorom počet skrutiek a ako je navrhnutá základňa stĺpa. Nebudem sa tu rozpisovať o metale, pretože. toto nie je môj profil. Napíšem len, že ak sú v základe len dve skrutky na uchytenie stĺpika, tak ide o 100% záves. Tiež, ak je stĺpik privarený k základovej zapustenej časti cez dosku, je to tiež záves. Zvyšné prípady sú podrobne opísané v literatúre, existujú uzly v typických sériách - vo všeobecnosti je tu veľa informácií, je ťažké sa tu zmiasť.
Pre národné tímy železobetónové stĺpy používa sa ich pevné zapustenie do základového skla (toto bolo diskutované vyššie). Ak otvoríte „Príručku pre návrh základov na prirodzenom základe pre stĺpy budov a konštrukcií“, nájdete tam výpočet všetkých prvkov tohto pevného uzla a princípy jeho návrhu.
S kĺbovým spojom sa stĺp (stĺp) jednoducho opiera o základ bez akýchkoľvek dodatočných opatrení alebo je zapustený do plytkého skla.
Spojenie monolitických štruktúr.
AT monolitické konštrukcie tuhý uzol alebo záves je vždy definovaný prítomnosťou správne ukotvenej výstuže.
Ak na podpere nie je výstuž dosky alebo nosníka vložená do konštrukcie podpery množstvom kotvenia alebo dokonca presahom, potom sa takýto uzol považuje za kĺbový.
Takže na obrázku nižšie sú zobrazené možnosti podpory monolitické dosky z Príručky projektovania železobetónových konštrukcií. Obrázok (a) a (b) - ide o tuhé spojenie dosky s podperou: v prvom prípade sa horná výstuž dosky vloží do nosníka na dĺžku kotvenia; v druhom prípade je doska zovretá v stene aj množstvom kotvenia pracovnej výstuže. Obrázok (c) a (d) - toto je kĺbová podpora dosky na nosníku a na stene, tu je výstuž privedená k podpere do minimálnej prípustnej hĺbky podpery.
Rámové uzly spájajúce monolitické priečky a stĺpy zo železobetónu vyzerajú ešte vážnejšie ako podpora dosiek na nosníkoch. Tu je horná výstuž priečnika vložená do stĺpika o hodnotu jednej a dvoch kotevných dĺžok (polovica tyčí je vložená do jednej dĺžky, polovica - do dvoch).
Ak je v uzle železobetónový rám výstuž nosníkov aj stĺpov prechádza a ide ďalej ako je dĺžka kotvenia (napríklad nejaký stredný uzol), potom sa takýto uzol považuje za tuhý.
Aby bolo spojenie stĺpov so základom tuhé, musia byť zo základov zhotovené vývody dostatočnej dĺžky (aspoň miera presahu, bližšie pozri Projektovú príručku) a rovnaké vývody musia byť vložené do základ na dĺžku kotvenia.
Podobne v pilotová mriežka- ak je dĺžka výstupkov z hromady menšia ako dĺžka kotvenia, spojenie medzi mriežkou a hromadou nemožno považovať za tuhé. Pre sklopné pripojenie sa ponecháva dĺžka vývodov 150-200 mm, už to nie je žiaduce, pretože. to bude hraničný stav medzi závesom a tuhým spojom - a koniec koncov, výpočet sa robil ako pre čistý záves.
Ak nie je priestor na umiestnenie výstuže na dĺžku kotvenia, prijmú sa dodatočné opatrenia - zváranie podložiek, dosiek atď. Takýto prvok však musí byť nevyhnutne navrhnutý na prerazenie (niečo ako výpočet kotiev pre vložené časti, možno ho nájsť v príručke železobetónového dizajnu).
Môžete si prečítať aj na tému pántov a priškripnutia.
Strana 1
Výkyvne pohyblivá podpera (podpera B na obr. 118) umožňuje okrem rotácií posúvať koniec lúča rovnobežne s referenčnou rovinou. V súlade s tým reakcia takejto podpery prechádza stredom závesu a.
Prvým typom je valcová pohyblivá alebo otočne pohyblivá podpera. Pozostáva z horného vyvažovača pripojeného k systému, spodného vyvažovača, valcového závesu umiestneného medzi vyvažovačmi a valčekov, ktoré sa môžu pohybovať pozdĺž referenčnej roviny. Takáto podpora umožňuje otáčanie systému okolo závesu a translačný pohyb pozdĺž nosnej roviny.
Prierez lúča prechádzajúceho cez otočne pohyblivú podperu môže byť posunutý rovnobežne s referenčnou rovinou / - / a otočený, ale nemôže byť posunutý kolmo na referenčnú rovinu. V podpore prebieha iba jedna reakcia - vo forme sily R kolmej na rovinu podpory. Upevnenie nosníka s takouto podperou naň vytvára jedno spojenie.
Prierez lúča prechádzajúceho cez otočne pohyblivú podperu môže byť posunutý rovnobežne s referenčnou rovinou / - / a otočený, ale nemôže byť posunutý kolmo na referenčnú rovinu. V podpore nastáva iba jedna reakcia - vo forme sily R kolmej na rovinu podpory. Upevnenie nosníka s takouto podperou naň vytvára jedno spojenie.
Pri výpočte nosníkov existujú tri hlavné typy podpier (tri typy upevnenia koncov nosníkov): sklopná pohyblivá podpera; otočne pevná podpera; tuhé ukončenie konca nosníka.
Skutočnosť, že hlavná parametrická rezonancia nastáva pri 0 2Q, sa dá ľahko vysvetliť - za čas, ktorý potrebuje ktorýkoľvek bod osi lúča na dokončenie jedného cyklu oscilácie, stred sekcie zhodnej s otočne pohyblivou podperou vykoná dva cykly kmitanie pozdĺž osi tyče.
Pravý voľný koniec skutočného lúča v tejto časti fiktívneho lúča zodpovedá ukončeniu. V úseku nad otočne pohyblivou podperou je vychýlenie skutočného lúča rovné nule a uhol sklonu je odlišný od nuly. Preto by sa mal do tohto úseku fiktívneho nosníka zaviesť záves, v ktorom je fiktívny ohybový moment M vždy rovný nule a fiktívna priečna sila Q je iná ako nula.
Otočne pohyblivá podpera (obr. 7.6) umožňuje pohyb nosníka v horizontálnom smere a rotáciu nosníka voči podpere pod určitým uhlom cf. V súlade s tým dochádza v otočne pohyblivej podpere iba k vertikálnej reakcii, ktorá bude označená R. Upevnenie nosníka s takouto podperou na ňu vynúti jedno spojenie.
Konštrukčné schémy hriadeľov a náprav prevodoviek sú prezentované vo forme stupňovitých alebo hladkých nosníkov na sklopných podperách. Ložiská, ktoré súčasne vnímajú axiálne a radiálne zaťaženie, sú nahradené otočne pevnými ložiskami a ložiská, ktoré vnímajú iba radiálne sily, sú nahradené otočne pohyblivými ložiskami. Poloha sklopnej podpery sa určuje s prihliadnutím na kontaktný uhol osí valivých ložísk (c. Pri 0 pre radiálne ložiská sa poloha podpery berie v strede šírky ložiska. Osi satelitov, ktoré neotáčať vzhľadom na vektor zaťaženia možno považovať za statické nedefinovateľné lúče s elastickým tesnením.
| Zníženie koncentrácie napätia v mieste pristátia so zaručenou tesnosťou.| Racionálny tvar drážkovaných častí hriadeľov. |
Konštrukčné schémy hriadeľov a náprav prevodoviek sú prezentované vo forme stupňovitých alebo hladkých nosníkov na sklopných podperách. Ložiská, ktoré súčasne vnímajú axiálne a radiálne zaťaženie, sú nahradené otočne pevnými ložiskami a ložiská, ktoré vnímajú iba radiálne sily, sú nahradené otočne pohyblivými ložiskami. Poloha sklopnej podpery sa určuje s prihliadnutím na uhol kontaktu osí valivých ložísk (c. Pri 0 pre radiálne ložiská sa poloha podpery berie v strede šírky ložiska. Osi satelitov, ktoré neotáčajú vzhľadom na vektor zaťaženia možno považovať za staticky neurčité nosníky s elastickým tesnením.
Zvážte teraz časť skutočného nosníka s medziľahlým závesom. V tomto úseku sa vychýlenie a uhol sklonu nerovnajú nule. Okrem toho záves umožňuje prerušenie zakrivenej osi nosníka, preto musia byť uhly sklonu dotyčnice vľavo a vpravo od závesu odlišné. Na splnenie špecifikovaných podmienok je potrebné do tohto úseku fiktívneho nosníka zaviesť otočne pohyblivú podperu. Potom bude fiktívny ohybový moment M nad podperou odlišný od nuly, preto bude priehyb v tomto úseku skutočného nosníka tiež odlišný od nuly.
Stránky: 1
