Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследований 9
1.1. Применение древесины в строительных конструкциях, втом числе в условиях химически агрессивных сред 9
1.2. Деформирование древесины при кратковременном нагружении 16
1.3. Химическая коррозия древесины и ее влияние на физико-механические свойства древесины 25
1.4. Современные подходы и методы расчета конструкций из композитных материалов в условиях химически агрессивных сред 44
Глава 2. Модель расчета деревянных стержней при воздействиях химически агрессивных сред 55
2.1. Теоретические предпосылки и общие положения модели расчета 55
2.2. Расчет стержневого элемента деревянной конструкции при кратковременном нагружении 69
2.3. Расчет элементов при воздействии химической среды и кратковременном нагружении 74
2.4. Алгоритм реализации модели на ПЭВМ 81
Глава 3. Экспериментально-теоретические исследования несущей способности деревянных элементов при воздействиях химических сред 84
3.1. Цель и методика экспериментальных исследований 84
3.2. Экспериментально-теоретические исследования влияния химических сред на прочность древесины 95
3.3. Результаты исследований глубины проникания химически агрессивной среды вдревесину 112
3.4. Результаты и анализ испытаний деревянных балок при воздействии химических сред 120
Глава 4. Практическое применение модели расчета элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях 130
4.1. Обоснование предложений по инженерному методу расчета 130
4.2. Алгоритм расчета элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях 138
4.3. Примеры расчета 142
Заключение 148
Литература 150
Приложение 161
- Химическая коррозия древесины и ее влияние на физико-механические свойства древесины
- Расчет стержневого элемента деревянной конструкции при кратковременном нагружении
- Экспериментально-теоретические исследования влияния химических сред на прочность древесины
- Алгоритм расчета элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях
Введение к работе
Опыт технически развитых государств свидетельствует, что несущие конструкции из древесины благодаря высоким прочностным и эстетическим качествам находят, и будут находить широкое применение в зданиях и сооружениях различного назначения. Прогнозируемый в настоящее время специалистами рост применения конструкций из древесины остро ставит вопрос о повышении их надежности при эксплуатации в различных условиях, в том числе в условиях химически агрессивных сред. Решение этой задачи тесно связано с дальнейшим совершенствованием методов расчета. Запроектировать прочную, устойчивую и надёжную конструкцию можно только при наличии достоверной информации о параметрах ее напряженно-деформированном состоянии на всех этапах нагружения вплоть до разрушения, что возможно при совместном учете физической и геометрической нелинейности системы и условий эксплуатации.
Современная теория расчета конструкций из древесины совершенствуется с учетом нелинейных зависимостей. Теоретические исследования в области учета физической и геометрической нелинейности при расчетах деревянных конструкций отражены в работах Г.А.Гениева, О.О. Андреева, Е.И. Светозаровой, Е.Н. Серова, Б.К. Михайлова и многих др. Однако среди них отсутствуют труды, посвященные исследованиям работы деревянных конструкций при воздействии химически агрессивных сред.
Важное место в общем объеме исследований несущей способности деревянных конструкций занимают вопросы расчета внецентренно-сжатых и изгибаемых элементов. По действующим Нормам при расчете таких элементов применяется теория краевых напряжений. В соответствии с этой теорией несущая способность стержня считается исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатия становится равным расчетному сопротивлению. Расчет выполняется по упругой стадии работы древесины. Данная теория имеет очевидные недостатки. Так, используемая расчетная схема весьма да-
5 лека от действительных условий работы элементов. Не учет упругопластиче-
ских свойств древесины не отвечает современным тенденциям развития методов расчета строительных конструкций.
Существовавшая ранее в России практика вытеснения деревянных конструкций из ряда областей, особенно в условиях рассредоточенного строительства, было экономически невыгодным, и нанесла ущерб народному хозяйству. Кроме того, это привело к тому, что в настоящее время объем научных исследований, посвященных расчетам несущей способности деревянных конструкций, с учетом условий эксплуатации, особенно при воздействии химически агрессивных сред, явно недостаточен. Так, в нормативных документах отсутствуют разделы, посвященные расчетам деревянных конструкций, подверженных воздействию химически агрессивных сред (СНиП П-25-80), а лишь назначают средства защиты в зависимости от степени агрессивного воздействия среды (СНиП 2.03.11-85). Выполненная диссертационная работа направлена на совершенствование методов расчета виецентренно-сжатых и изгибаемых элементов деревянных конструкций при воздействии химически агрессивных сред.
Цель работы - создание и экспериментальное обоснование методики расчета несущей способности по первой группе предельного состояния сжатых и изгибаемых элементов деревянных конструкций в условиях химически агрессивных воздействий.
Научную новизну работы составляют:
нелинейная модель расчета несущей способности внецентренно-сжатых и изгибаемых элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях;
статистически обоснованные зависимости изменения во времени прочности древесины образцов, подверженных воздействию химически агрессивных сред;
аналитическая зависимость между напряжениями и деформациями при кратковременном сжатии древесины, подверженной химически агрес-
сивным воздействиям, параметры которой связаны с временем действия агрессивной среды;
статически обоснованные зависимости изменения во времени глубины проникания химически агрессивных сред;
новые опытные данные об особенностях деформирования и разрушения деревянных изгибаемых элементов при воздействии (щелочных и кислых) химических сред;
результаты численных расчетов влияния химически агрессивной среды на несущую способность стержневых элементов деревянных конструкций при кратковременном нагружении;
инженерная методика оценки несущей способности внецентренно-сжатых и изгибаемых деревянных стержней при химических воздействиях.
Достоверность результатов обеспечивается: экспериментальным обоснованием исходных положений исследований; решением поставленных задач на основе феноменологических зависимостей с использованием общепринятых допущений строительной механики; сравнением результатов расчета с результатами вычислений по действующим нормам.
Практическое значение и внедрение результатов работы. Предложенная модель расчета несущей способности стержневых элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях обеспечивает возможность рационального использования конструкций на стадии проектирования нового строительства и реконструкции зданий и сооружений с химически агрессивной средой. Научное исследование проводилось в рамках Федеральной целевой программы «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на 1996-2005 и до 2010», раздел «Тсхноэко-полис Комсомольск-Амурск-Солнечный». Полученные результаты использованы при разработке проектов реконструкции ряда общественных зданий г. Комсомольска-на-Амуре и г. Амурска Хабаровского края. Результаты работы внедрены в учебный процесс ГОУВПО "Комсомольский-на-Амуре государ-
7 ственный технический университет". Работа выполнялась при поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 00-15-99443).
Апробация работы. Материалы работы докладывались и получили одобрение на XXIX - ХХХШ научно-технических конференциях студентов и спирантов КнАГТУ (г. Комсомольск-на-Амуре, 1999-2003 г.г.), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАСУ (2001, 2002 г.г), на Региональных научно-практических конференциях "Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса". Третьи и шестые чтения памяти профессора М.П. Даниловского (1999, 2002 г. г.).
Основные положения диссертации изложены в 5 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
В первой главе анализируются существующие подходы и методы расчета строительных конструкций, в том числе при химически агрессивных воздействиях. На основе анализа выполненных и известных к настоящему времени работ сформулированы задачи исследования.
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям. Разработана модель расчета несущей способности деревянных внецентренно-сжатых и изгибаемых элементов при химически агрессивных воздействиях. Приводится алгоритм численной реализации задач на ПЭВМ.
В третьей главе приведены результаты экспериментально-теоретического исследования влияния химически агрессивных сред на прочность древесины и несущую способность изгибаемых деревянных элементов при кратковременном нагружении.
Четвертая глава посвящена разработке инженерной методики оценке несущей способности внецентренно-сжатых и изгибаемых элементов конструкций из древесины при химически агрессивных воздействиях.
В заключительной части сформулированы основные результаты и выводы выполненных теоретических и экспериментальных исследований.
#
8 Работа выполнена в ГОУВПО "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" на кафедре "Промышленное и гражданское строительство".
Химическая коррозия древесины и ее влияние на физико-механические свойства древесины
Древесина является капиллярно-пористым материалом, конструкции из которой обладают большей коррозионной стойкостью к химическим средам по сравнению с конструкциями из бетона, кирпича, асбестоцемента. В [77] при обследовании зданий и сооружений калийных комбинатов после 30 лет их эксплуатации было установлено, что основные повреждения строительных конструкций на калийных комбинатах имели место вследствие химического взаимодействия солевых продуктов со строительным материалом. Причиной разрушения конструкций является кристаллизационное давление солей кристаллизующихся в порах строительных неметаллических материалов, так называемая, коррозия 3-го вида по общепринятой международной классификации В.М.Москвина [46].
Общий механизм разрушения капиллярно-пористых конструкционных материалов при коррозии 3-го вида коротко можно представить следующим образом. При интенсивном запылснии элементов конструкций солевыми продуктами и при переменном температурно-влажностном режиме практически одинаковом с наружными атмосферными условиями, гигроскопичные соли интенсивно впитывают влагу, т.е. создаются благоприятные условия для образования растворов.
Растворы солей высокой концентрации, проникая с поверхности элементов конструкций во внутреннюю часть капиллярно пористых материалов, под влиянием изменения влажности и температуры окружающей среды подвергаются фазовым превращениям. Выделение твердой фазы (кристаллов солей) происходит в результате пресыщения попавшего в поры материала солевого раствора. В теплое время года образованию кристаллических солей в порах материала способствует интенсивное испарение влаги с поверхности элементов конструкций и связанное с этим увеличение концентрации раствора. Процесс кристаллизации может происходить и при низких температурах в зимнее время. Давление растущих кристаллов, образующихся во внутренних микрополостях материала, может достигать величины от 40 кг/см2 (для солей, не образующих кристаллогидраты) до 100 кг/см2 и более (для кристаллогидрат-ных форм солей). Такое давление, приложенное изнутри материала, достаточно для того, чтобы при росте кристаллов произвести отрыв с поверхности микрослоя материала. Следует отметить, что разрушение капиллярно пористых строительных материалов (древесины, бетона, кирпича) происходит постепенно. При своем росте кристаллы отрывают тончайшие слои материала, с поверхности постепенно увеличивая глубину развития химической коррозии.
Принципиального различия между коррозией в жидкой и газообразной среде нет, однако в каждом случае есть свои характерные особенности. В случае газовой коррозии агрессивные газы, проникая в толщу материала конструкции по открытым каналам, трещинам и другим неплотностям, поглощаются водой, частично заполняющей капилляры, и ее адсорбционными пленками, образуя обыкновенную агрессивную жидкость. Раствор газов в жидкостях представляет собой истинный раствор Концентрация растворенной фазы, как правило, невысока, так что эти растворы можно отнести к разбавленным. Характерно, что продукты газовой коррозии остаются на месте реакции, а не выносятся наружу, что может привести к уплотнению материала.
Существует ряд экспериментальных методов оценки коррозии строительных материалов, каждый из которых имеет свои особенности. Влияние химических сред оценивают по внешнему виду образцов, величине линейной деформации, потере в массе, изменению прочности при сжатии, изгибе или растяжении, глубине коррозионных разрушений, изменению динамического модуля упругости, изменению концентраций одного из вступивших во взаимодействие компонентов, степени химического перерождения структуры конструкционного материала и др.
В отличие от других капиллярно-пористых материалов, древесина является природным полимерным конструкционным материалом. Химические реакции, которые происходят в древесине при ее взаимодействии с химической средой, сами по себе весьма сложны. Однако научные работы, в которых имеются исследования природы и механизма химической коррозии древесины, немногочисленны. Детальное уточнение и изучение природы всех химических процессов коррозии древесины, связанных с изменением ее деформативно-прочностных характеристик и получением количественных характеристик, практически отсутствуют. Имеются лишь базирующиеся на весьма ограниченном числе испытанных образцов исследования, которые разрознены, трудно подаются обобщению и не доведены до практического применения.
Установлено, что коррозионная стойкость древесины в значительной степени зависит от породы дерева (см. табл.1.2) [19]. Основными компонентами древесины любой породы являются целлюлоза и лигнин. По отношению к сухому веществу древесины целлюлоза составляет около 40-60 %, а лигнин -около 30 %. Кроме этого, в целлюлозе имеются углеводы под общим названием гемицеллюлоз. По химической стойкости компоненты дерева значительно отличаются друг от друга. Целлюлоза является химически более стойким веществом. На нее не действуют органические кислоты, разбавленные растворы
минеральных кислот и щелочей, растворы солей, а также большинство растворителей, например, ацетон, спирт, эфир. Под влиянием сильных неорганических кислот целлюлоза разбухает и подвергается частичному гидролизу. Гидролитическое разложение целлюлозы в конечном счете приводит к образованию глюкозы. Лигнин менее химически стоек, чем целлюлоза. Он растворяется в щелочах, однако в отличие от целлюлозы не подвергается гидролизу под влиянием кислот.
В настоящей работе не ставилась задача глубоко раскрыть химическую природу и механизм явления химической коррозии древесины, оставляя это химикам. Поэтому, обобщая данные исследований [15, 19, 77, 115 и др.] и учитывая, что древесина является капиллярно-пористым .материалом ниже, сделана попытка систематизировать известные к настоящему времени экспериментально-теоретические исследования влияния химически агрессивных сред на механические свойства древесины в соответствии с общепринятой международной классификацией В.М.Москвина по трем видам коррозии. В естественных условиях, как правило, одновременно наблюдается коррозия нескольких видов, но преобладает обычно какой-либо один вид и всегда можно проследить и учесть роль второстепенных для данного случая вид&вррядаювйишда ( щелочная коррозия при воздействии воды или щелочи)
Действие воды даже при комнатной температуре вызывает заметное выщелачивание из древесины ряда наименее прочно связанных с ней веществ, при этом механические свойства древесины несколько понижаются. Так, в [34] отмечено, что после четырехчасового выдерживания в воде при t =183 С под давлением в 10 атм показатели прочности древесины хвойных пород снижаются в среднем на 5-10%.
Расчет стержневого элемента деревянной конструкции при кратковременном нагружении
Рассматривается элемент, поперечное сечение которого имеет геометрические и прочностные характеристики, приведенные на рис. 2.9, а. Построение расчетных формул будем осуществлять в общем виде для всех типов сечений приведенных на рис. 2.1. Для наиболее напряженного сечения элемента определяются параметры напряженно-деформированного состояния при кратковременном действии нагрузки. Расчет производится по деформированной схеме с учетом диаграммы деформирования древесины при кратковременном нагружении и выбранной расчетной схемы (рис. 2.9). Выражения главного Рв" и главного момента Мш в уравнениях равновесия (2.26) или (2.27) составляются с помощью интерполяционных полиномов [65] где Pj и Mj - параметры, зависящие от формы и размеров поперечного сечения и интервала разбиения; CTJ - напряжения древесины на границах участков сжатой зоны; Ps, Ms, Psc и Msc - параметры, учитывающие работу арматуры.
Развернутые формулы для определения Рвн и Мв" при различных расчетных схемах (рис. 2.9, б, в, г) и числе разбиения п=5 приведены в Приложении 1 табл. П. 1.1.
Напряжения для каждой границы участков древесины определяется с учетом диаграммы а-е кратковременного сжатия древесины (2.7) и гипотезы плоских сечений
Напряжения в арматуре определяются с учетом диаграммы Прандтля Совместное решение нелинейных уравнений (2.28) - (2.30) с учетом выражений (2.26) или (2.27) даст значения краевых деформаций сі, сп и напряжений на границах участков древесины а, для заданного уровня внешней нагрузки.
Чтобы проследить за изменением напряженно-деформированного состояния элемента задается произвольный закон возрастания нагрузки, например, для виецентренно сжатого элемента и выражения (2.26) дифференцируются по параметру нагружения t
Полученная система дифференциальных уравнений (2.32) приводится к нормальному виду и решается на ПЭВМ методом Рупгс-Кутта. Начальные условия получают из рассмотрения равновесия в момент нагружения при t=0. Для выявления критического этапа нагружения при tKp в соответствии с которым определяется остальные параметры напряженно-деформированного состояния сечения стержня в предельной стадии, на каждом этапе нагружения анализируются критерии исчерпания несущей способности элемента: условия по прочности, а именно, достижение арматурой предела текучести сти для сталей с площадкой текучести (или оо.2 - без нее) и достижение крайнего сжатого волокна нормальной древесины значения предельно возможной деформации єипри кратковременном сжатии [44]; и по устойчивости -условие критического состояния [65], которое записывается в виде равенства вариаций внешних и внутренних моментов Для построения критерия устойчивости из (2.26) с учетом (2.37) получим
Определитель системы (2.38), составленный из коэффициентов при вариациях независимых переменных, приравнивается к нулю и получается функционал потери устойчивости Обращение функционала, составленного для наиболее нагруженного сечения, в ноль, будет соответствовать критическому состоянию стержня.
Пусть агрессивная среда действует на элемент в течение времени т (рис. 2.10, а). Глубина проникания химической среды в древесину определяется по формуле (2.23) где Кит — опытные параметры воздействия среды.
Влияние среды в рассматриваемом случае проявляется только в изменении физико-механических свойств древесины по периметру сечения элемента на глубину равную Цт). Поперечное сечение такого элемента можно представить состоящим из двух участков древесины с разными физико-механическими характеристиками древесины, неподверженной влиянию агрессивной среды, принятого как нормальный участок древесины, подверженного влиянию среды - нейтрализованный агрессивной средой.
После приложения начальной нагрузки, в соответствии с принятыми допущениями 10 распределение напряжений и деформаций по сечению элемента можно представить как сумму двух эпюр, изображенных в случае од позначной эпюры на рис. 2.10, б, при двузначной эпюре - на рис. 2.10, в. Эпюры напряжений и деформаций разделим на зоны шириной h/(h-l), при этом криволинейные эпюры напряжений заменим ломанными.
Зависимость между напряжениями и деформациями на границах зон нормальной древесины описывается полиномом третьей степени а=А0-с + В0-є2+Со-є3 і =2..,n-l
Экспериментально-теоретические исследования влияния химических сред на прочность древесины
При решении вопросов, связанных с коррозией строительных конструкций, прочностной критерий являлся и является одним из основных. Поэтому автором диссертации сделана попытка применить существующий аппарат математической статистики к обобщению существующего к настоящему времени банка опытных данных и собственных результатов о влиянии химически агрессивных сред на изменение прочности древесины.
Построение моделей изменения прочности древесины под влиянием химически агрессивных сред осуществлялось при обобщении опытных данных, полученных в работах Г. Бадовска, В. Данилецкого, М. Мончинского [4], СИ. Ванина и Н.Г. Прикота [15], В.И. Глухова, Ф.З. Райчука, А.Б. Шолохова, В.М. Хрулева [20], Н.А. Машкина [81], З.К. Мамедова [47], А.В. Апостола, В.П. Козлова [3], СМ. Щутова, B.C. Болтовского, М.Э. Эрдмана, Д.И, Любецкого [87], Erler[88], М.А. Токтогожаева [82], автора и др. В основе всех этих работ лежат лабораторные испытания деревянных образцов с размером 20x20x30 мм и 20x20x300 мм, ЗОхЗОхЗОх мм из различных пород, путем помещения их в исследуемую химически агрессивную среду и определения их прочности на сжатие вдоль волокон, также статический изгиб через определенные промежутки времени. Авторы экспериментов изучали влияния различных факторов на процессы коррозии древесины. Главнейшими физическими свойствами, имеющими значение при выяснении стойкости древесины, помещенной в химически агрессивную среду кислот, щелочей и воды, являются: глубина и скорость проникновения растворов в древесину в различных направлениях (вдоль волокон и поперек волокон), количество поглощенного раствора в единицу времени, изменение размеров и формы образца и изменение цвета древесины.
Весь собранный банк экспериментальных данных, вышеописанных лабораторных испытаний, был систематизирован на две основные прочностные характеристики: на сжатие вдоль волокон и статический изгиб. По химическому воздействию на древесину банк экспериментальных данных был систематизирован на три группы. В первую группу входили данные об изменении прочности древесины в воде, во вторую группу - в щелочных растворах, в третью - в растворах кислот.
Для каждой среды, в зависимости от ее концентрации, были построены диаграммы рассеивания опытных данных, выражающих степень снижения прочности древесины при различном времени нахождения образцов в конкретной агрессивной среде. Анализ построенных диаграмм показал, что, несмотря на существенные различия в размерах образцов и для различных пород древесины существует достаточно выраженная закономерность влияния времени воздействия конкретной среды на прочность древесины.
На рис. 3.7 приведены результаты обработки экспериментальных данных, выражающих степень снижения прочности древесины при сжатии вдоль волокон при различном времени нахождения образцов в воде, на рис. 3.8, а, б, в - в растворах едкого натра 1%, 18 %, 37 % концентрации. Результаты обработки опытных данных изменения прочности на сжатие вдоль волокон древесины в 2, 5, 10, 30 % - х растворах соляной кислоты приведены на рис. 3.9, а, б, в, г. Аналогичные результаты для растворов азотной кислоты 2, 5, 10, 25 % - ой концентрации, приведены на рис. 3.10, а, б, в, г; для растворов серной кислоты 2, 5, 10, 50 % -ой концентрации приведены на рис. 3.11, а, б, в, г; для растворов уксусной кислоты 5, 30% - ой концентрации приведены на рис. 3.12, а, б.
На рис. 3.13 приведены результаты обработки экспериментальных данных выражающих степень снижения прочности древесины при статическом изгибе при различном времени нахождения образцов в воде, на рис. 3.14, а, б - в растворах соляной кислоты 2, 10 % - й концентрации, на рис. 3.15, а, б - в растворах азотной кислоты 2, 10 % - й концентрации, на рис. 3.16, а, б - в растворах серной кислоты 2, 10 % - й концентрации, на рис. 3.17, а, б - в растворах уксусной кислоты 5, 30 % - й концентрации.
Анализ результатов показал, что зависимость между степенью изменения прочности на сжатие вдоль волокон и статическом изгибе древесины R-arp/R-нач и временем воздействия т воды, щелочных растворов и растворов кислот выражается нелинейной зависимостью где т - время воздействия жидкой агрессивной среды, сут.; a, b - коэффициенты модели. где УІ , Уг соответственно теоретические и опытные значения степени изменения прочности древесины в конкретной агрессивной среде; п - число экспериментальных точек; N= п-1 - число степеней свободы.
Предпочтение отдавалось функции, имеющей наименьшее значение среднеквадратической ошибки. Значения коэффициентов а и b определялись сглаживанием результатов экспериментов, проведенным методом наименьших квадратов [46]. Оценка значимости коэффициентов осуществлялась по t - критерию Стьюдента. Коэффициенты, имеющие значение t - критерия больше 2,0, считаются значимыми. Адекватность модели проверялась по корреляционному отношению и F - критерию Фишера при доверительной вероятности 95 %.
Алгоритм расчета элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях
Оценку несущей способности внецентренно-сжатых элементов деревянных конструкций, подверженных воздействию химически агрессивной среды, в плоскости действия момента в условиях кратковременного нагружения предлагается производить по формуле: где NK - расчетная продольная сила, действующая на элемент; Ar.rcj - расчетная приведенная площадь сечения элемента, определяемая по (4.4); Rc - расчетное сопротивление нормальной древесины сжатию вдоль волокон; рвм - коэффициент продольного изгиба при внецснтренном сжатии; Ф - коэффициент, учитывающий влияние химической среды.
Значения коэффициента продольного изгиба: определяются по табл.4.1 в зависимости от значений приведенного эксцентриситета mraJ (4.2.) и условной приведенной гибкости A.red ( 4.3).
В табл. 4.2. и 4.3. приведены значения поправочных коэффициентов yi и У2, учитывающих разброс прочности древесины относительно обобщенного коэффициента фЕ".
Несущая способность внецентренно-сжатого элемента из плоскости действия момента в условиях кратковременного нагружения определяется по формуле: где ф - коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии из табл.4.1 при mrcd= 0,1 , соответствующему случайному эксцентриситету; С - коэффи циент из табл.4.4, учитывающий влияние действия момента на устойчивость элемента из плоскости действия момента.
Несущая способность центрально сжатого элемента, подверженного воздействию химически агрессивных сред, при кратковременном нагруженин определяется по формуле: где ф - определяется так же, как и в (4.11).
Подбор коэффициентов для расчета по (4.9) осуществляется следующим образом. Значения коэффициента продольного изгиба ф принимается по табл. 4.1 в зависимости от условной приведенной гибкости Xtaiin приведенного эксцентриситета тГСІІ, соответствующего случайному эксцентриситету. В табл. 4.2 и 4.3 приведены значения поправочных коэффициентов к фвн, соответственно учитывающие прочность древесины и армирование. По результатам лабораторных и численных экспериментов получены критические зависимости коэффициентов продольного изгиба при глубине нейтрализации древесины равной 1/3 ширины сечения элемента для оценки сжатых элементов, эксплуатирующих в условиях постоянного воздействия щелочных и кислых, жидких сред. Значение коэффициентов предложены в табл. 4.5, 4.6. Расчет изгибаемых элементов, подверженных воздействию химически агрессивной среды, осуществляется по формуле; где М — расчетный изгибающий момент; Ru - расчетное сопротивление древесины на изгиб; к - коэффициент, учитывающий снижение несущей способности изгибаемого элемента при воздействии химической среды; Wpri;j - расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента. Коэффициент снижения несущей способности к у учитывающий степень влияния химической среды в [77], можно определять по табл. 4.7. Пример 1. Проверить несущую способность прямоугольного поперечного сечения деревянной мостовой поперечины (рис. 4.10) пролетом / = 2,1 м. Размеры поперечного сечения b = 22 см, h = 26 см. Расчетные силы давления колес подвижного состава Р = 90 кН, ширина железнодорожной колеи с = 1,524 м. Расчетное сопротивление древесины при изгибе R„ = 15 МПа. Атмосферная среда содержит кислотные пары хлористого водорода, поверхность древесины имеет измененный цвет. Решение. Мостовая поперечина (рис. 4.10) работает по схеме простой двухопорнои балки, нагруженной двумя равными сосредоточенными силами Р, отстоящими от опор на одинаковом расстоянии а: Проверку несущей способности изгибаемого элемента, подверженного воздействию химически агрессивной среды, осуществляем по формуле: где M - расчетный изгибающий момент; Ru - расчетное сопротивление древесины изгибу; к! г- коэффициент, учитывающий снижение несущей способности изгибаемого элемента при воздействии химической среды; Wp,rcj - расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента. Определяем максимальный расчетный изгибающий момент, действующий в наиболее нагруженном сечении поперечены: Найдем расчетный момент сопротивления поперечного сечения деревянного элемента по формуле (4.7) Коэффициент снижения несущей способности к"рГ, учитывающий степень влияния химической среды, находим по табл. 4.7 при изменении цвета поверхности древесины при 1 категории: к"рГ=0,9. Тогда допустимый изгибающий момент: максимальный момент, действующий в сечении мостовой поперечины, меньше фактической несущей способности на 22 %.
Похожие диссертации на Моделирование и расчет элементов деревянных конструкций при химически агрессивных воздействиях
