Когда отношение высоты здания к его размерам в плане велико, а также существует большая податливость основания, то под действием ветровых и сейсмических нагрузок возможно опрокидывание здания. Расчет на опрокидывание здания очень важен, так как напрямую связан с конструктивной безопасностью здания в целом.
«Нормы строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JZ 102-79) рекомендуют при расчете на опрокидывание здания придерживаться следующего отношения удерживающего момента M R к опрокидывающему M ov:
«Правила строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JGJ 3-91) тот же расчет ведут по условию:
«Строительные нормы сейсмостойкого проектирования» (GB 50011-2001) предписывают при сочетании нагрузок, в которые входят сейсмические воздействия, коэффициенты сочетания принимать равными 1,0. Для многоэтажных зданий с отношением высоты к ширине больше 4 не допускается отрицательное давление под подошвой фундамента, а также области с нулевым давлением. В остальных зданиях область нулевого давления не должна превышать 15% площади фундамента.
Согласно «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002) для зданий с отношением высоты к ширине больше 4 в основании фундаментов не должно быть области нулевых напряжений; для зданий с отношением меньше 4 область нулевых напряжений допускается не более 15% площади фундамента.
Схема фундамента
1 — верхняя часть; 2 - подвал; 3 - расчетная точка сопротивления опрокидывающему моменту; 4 - нижняя грань фундамента
- Опрокидывающий и удерживающий моменты
Пусть площадь воздействия момента опрокидывания является площадью его основания, а сила воздействия - горизонтальном сеисмическои нагрузкой или горизонтальной ветровой нагрузкой:
где M ov - опрокидывающий момент; Н - высота здания; С - глубина подвала; V 0 - суммарные значения горизонтальной силы.
Удерживающий момент вычисляется в краевых точках от воздействия суммарных нагрузок:
где М R - удерживающий момент; G - суммарные нагрузки (постоянные нагрузки, ветровые и снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением); В - ширина подвала.
- Регулирование удерживающего момента и область нулевых напряжений в основании фундамента
К расчету удерживающего момента
Предполагаем, что линии действия суммарных нагрузок проходят через центр основания здания (рис. 2.1.4). Расстояние между этой линией и равнодействующей эпюрой напряжений основания e 0 , длина области нулевых напряжений В-х, отношения длины области нулевых напряжений и длины основания (В - х)/В определяются по формулам:
Отсюда получим:
Из формул получено отношение площади области нулевых напряжений и площади основания для безопасного удерживающего момента.
Зоны нулевого напряжения основания и условие опрокидывания конструкций
|
Соотношение моментов (MR/M ov) |
|||||
|
Процент зон нулевого напряжения (В-Х)/В |
0 (все сечения под напряжением) |
||||
Несмотря на большое разнообразие конструкций электродвигателей, совершенно ясно, что принцип их работы всегда один и тот же. Переменное электромагнитное поле, создаваемое статорной обмоткой или обмоткой возбуждения, вступает во взаимодействие с электрическим током, проходящим в цепи ротора или в якорной цепи.
Взаимодействие поля и тока формирует электромагнитный момент, который и приводит во вращение рабочий вал двигателя. Чтобы убедиться в общности принципов работы, достаточно взглянуть на рабочие участки механических характеристик асинхронного двигателя (АД) и двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного или независимого возбуждения.
Это совсем разные электрические машины, но сходство характеристик может показаться удивительным. Есть лишь несколько «но». Например, в характеристике АД имеется точка, соответствующая «моменту опрокидывания». Эта точка соответствует пределу нагрузочных способностей двигателя – больше этого момента он развить не может.
В то же время, характеристика ДПТ не имеет никаких критических точек. Скорость вращения его вала просто линейно уменьшается по мере увеличения нагрузки вплоть до полной остановки при «запредельном» значении момента сопротивления.
Кстати, именно для того, чтобы исключить работу ДПТ при таких больших нагрузках, для них часто формируется так называемая «экскаваторная» искусственная характеристика, предполагающая отсечку по току якоря.
Но почему же у АД отсечка по моменту фактически имеется уже в естественной характеристике? Почему наперекор общим принципам работы, в характеристике этого двигателя имеется такой странный провал?
Все дело в особенностях работы в цепи переменного тока. Ведь электромагнитный момент создается не просто при взаимодействии поля статора и тока ротора.
В процессе участвует не весь ток, а только его активная составляющая, то есть та, которая совпадает по фазе с ЭДС ротора. Реактивная же составляющая не создает никакого момента, попусту нагружая роторную цепь.
Интересно то, что взаимное соотношение величин этих составляющих непостоянно по мере пуска двигателя . Величина реактивной составляющей зависит от реактивного (индуктивного) сопротивления ротора. Чем больше индуктивное сопротивление, тем более реактивным является ток, тем больше сдвиг фаз между ним и ЭДС.
Соотношение, позволяющее определить индуктивное сопротивление, известно давно:
X=2πfL;
Параметр L (индуктивность цепи) здесь является неизменным. Иное дело – частота f . В роторной цепи она достигает максимальной величины в первый момент пуска, когда ротор неподвижен. Это 50 герц, частота сети.
При этом, поскольку частота максимальна, то и реактивная составляющая тока достигает своего максимума. При этом момент, конечно, не особенно велик по причинам, о которых мы говорили выше. Таким образом, получается, что при больших пусковых токах любой АД обеспечивает посредственный пусковой момент.
По мере разгона ротора частота тока в нем снижается из-за того, что снижается относительная скорость вращения электромагнитного поля. Снижается и реактивная составляющая тока ротора, а это приводит к тому, что при относительно малом токе двигатель может развить больший момент.
По достижении током частоты в несколько герц двигатель выходит на рабочую характеристику и достигает подсинхронной скорости вращения. Но при увеличении нагрузки до момента опрокидывания скорость снова снизится до такой степени, что реактивная составляющая тока ротора начнет преобладать.
Это приведет к тому, что при растущем токе момент двигателя уже не сможет повышаться и двигатель встанет в режиме короткого замыкания.
Наличие реактивной составляющей в токе роторной цепи – это причина главного отличия между характеристиками ДПТ параллельного возбуждения и АД.
Расчет фундамента на устойчивость должен исключать возможность его опрокидывания, сдвига по основанию и сдвига совместно с грунтом по некоторой поверхности скольжения. Фундамент считают устойчивым, если выполняется условие (6.1), в котором под F понимают силовое воздействие, способствующее потере устойчивости (опрокидыванию или сдвигу) фундамента, а под Fu - сопротивление основания или фундамента, препятствующее потере устойчивости. Расчеты устойчивости выполняют по расчетным нагрузкам, полученным умножением нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке. Если для одной и той же нагрузки нормами предусмотрены два коэффициента надежности, то в расчете учитывают тот из них, при котором будет меньший запас устойчивости.
Рис. 7.7. Схема к расчету фундамента на устойчивость против опрокидывания
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против опрокидывания все внешние силы, действующие на фундамент (включая его собственный вес), приводят к силам Fv, Qr и моменту Мu (рис. 7.7). Силы Fv и Qr равны проекциям всех внешних сил соответственно на вертикаль и горизонталь, а момент Ми равен моменту внешних сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно расчетной плоскости. Момент Ми способствует опрокидыванию фундамента (повороту его вокруг оси О - см. рис. 7.7). Момент Mz, сопротивляющийся опрокидыванию, будет равен Fva, где а - расстояние от точки приложения силы Fv до грани фундамента, относительно которой происходит опрокидывание.
Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле
Ми≤(ус/уn)Мz, (7.5)
где Мu и Мz - моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящей по крайним точкам опирания, кН·м; ус - коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкций, опирающихся на отдельные опоры, для стадии строительства равным 0,95; для стадии постоянной эксплуатации равным 1,0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов на скальных основаниях, равным 0,9; на нескальных основаниях - 0,8; уn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1 при расчетах для стадии постоянной эксплуатации и 1,0 при расчетах для стадии строительства.
Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы.
Удерживающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке для постоянных нагрузок Уf<1, для временной вертикальной подвижной нагрузки от подвижного состава железных дорог, метрополитена и трамвая yf=1.
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по основанию сила Qr (см. рис. 7.7) стремится сдвинуть фундамент, а сила трения его о грунт Qz (по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу. Сила Qz равна µFv> где µ - коэффициент трения фундамента по грунту.
В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84 устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле
Qr≤(yc/yn)Qz, (7.6)
где Qr - сдвигающая сила, кН, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига; ус - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9; уn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый как и в формуле (7.5); Qz - удерживающая сила, кН, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига.
Сдвигающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы, а удерживающие силы - с коэффициентом надежности по нагрузке, указанным в экспликации к формуле (7.5).
В качестве удерживающей горизонтальной силы, создаваемой грунтом, допускается принимать силу, значение которой не превышает активного давления грунта.
Силы трения в основании следует определять по минимальным значениям коэффициентов трения подошвы фундамента по грунту.
При расчете фундаментов на сдвиг принимают следующие значения коэффициентов трения µ кладки по грунту.
Нанесение плёнки на материал заказчика
Бейсболка
МАГНИТЫ и брелоки
КЕРАМИЧЕСКАЯ И МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПОСУДА
Футболки
· В стоимость входит футболка.
· Цены приведены за 1 прижатие пресса, каждое последующее прижатие 100 рублей.
· Цены приведены за 1 прижатие пресса, каждое последующее прижатие 100 рублей.
· На материале обязательно должен быть ярлычок с составом ткани (для лучшего нанесения подходит 100% х/б ткань)
Для того, чтобы определить силы, действующие на элементы зубного ряда, нижняя челюсть рассматривалась в предыдущем разделе, как рычаг. Одиночный зуб с биомеханической точки зрения тоже можно рассматривать как рычаг с осью вращения (точкой опоры), расположенной, примерно, в средней трети корня. Нагрузка, возникающая при обработке пищи, обычно действует вдоль или под углом к вертикальной оси зуба. Она может привести к вертикальному смещению зуба или оказать опрокидывающее действие на него. Рассмотрим последнюю ситуацию. Сила F (рис.4) создает вращающий момент М=F×H 1 относительно оси, проходящей через точку О перпендикулярно плоскости рисунка. Именно этот момент может оказать "опрокидывающее" действие на зуб, то есть при повороте вокруг оси вывернуть зуб из альвеолярной лунки, если ткани периодонта не смогут его удержать. Зуб не меняет своего положения, если момент силы реакции этих тканей будет равен моменту силы F .
Рис. 4 Формирование опрокидывающего момента при действии вертикальной нагрузки на зуб
В практической стоматологии принято различать анатомическую и клиническую коронки зуба. Анатомическая коронка - это часть зуба, покрытая эмалью, клиническая - часть зуба, выступающая над десной, она может включать в себя анатомическую коронку и часть корня (рис.4, правая часть). С возрастом, вследствие атрофии десны, обнажается часть корня, увеличивается клиническая коронка, ось вращения располагается ниже, чем у нормального зуба (теперь она проходит через точку О 1 .), увеличивается плечо действующей на зуб силы (вместо Н 1 −Н 2 на рис.4). Это приводит к росту "опрокидывающего" момента (здесь М=FН 2) и увеличению вероятности травмирования и потери зуба.
Общие сведения об устойчивости крана
Устойчивость – это способность крана противодействовать опрокидывающим его моментам от силы тяжести поднимаемого груза, ветровой нагрузки, собственного веса элементов крана, динамических нагрузок и уклона.
Устойчивость крана определяют для наиболее неблагоприятных условий его работы.
Ребро опрокидывания – линия, относительно которой может произойти потеря устойчивости.
При проверке устойчивости определяют коэффициент устойчивости машины и сравнивают его с допустимым значением.
М в – восстанавливающий момент
М опр – опрокидывающий момент.
Для кранов определяют грузовую и собственную устойчивость машины и сравнивают ее с допустимыми значениями при подъеме максимального груза с учетом всех допустимых воздействий (уклон, ветер, инерция).
К у 1,15 (с учетом всех нагрузок)
К у 1,4 (с учетом основных нагрузок)
Расчет устойчивости производится для следующих случаев: при работе крана с грузом (грузовая устойчивость), нерабочего состояния (собственная устойчивость), внезапного снятия нагрузки с крана (обрыв груза), монтажа (демонтажа) крана.
Грузовая устойчивость – способность крана при работе противостоять действию всех внешних нагрузок, стремящих опрокинуть его в сторону стрелы.
Собственная устойчивость – способность крана в нерабочем состоянии противостоять действию нагрузок с учетом наклона пути и силы ветра, стремящегося опрокинуть кран в сторону, противоположную стреле.
Для характеристики устойчивости крана применяют коэффициенты грузовой К гр и собственной К соб устойчивости, определяемые по правилам и формулам.
Грузовую устойчивость проверяют как для максимального, так и для минимального вылета.
Собственную устойчивость кранов с маневровым изменением вылета контролируют при положении стрелы на максимальном вылете.
Устойчивость кранов с установочным изменением вылета устанавливают для положения, когда стрела поднята до минимального вылета.
Правилами Госгортехнадзора предписывается по окончании работы закрепить краны противоугонными устройствами за рельсы. При этом усилие от закрепления за рельсы при расчете собственной устойчивости не учитывается. Оно идет в запас устойчивости крана.
1. Ознакомиться с общими сведениями об устойчивости машин.
2. Определить удерживающий (восстанавливающий) момент крана.
3. Определить опрокидывающие моменты:
От груза
От сил инерции, возникающих при подъеме груза
От силы ветра, действующей на кран
От силы ветра, действующей на груз
От сил инерции, возникающих при движении крана с грузом.
4. Определить устойчивость крана, работающего на горизонтальной площадке при участии только основных нагрузок.
5. Определить грузовую и собственную устойчивость крана
6. Сделать выводы.
7. Ответить на вопросы теста.
Методика расчета:
Определение удерживающего момента, Нм
М в = G кр ((b+c) cos a – h 1 sina ),
где G кр – вес крана, Н. (G = m g)
b – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, м
с – расстояние от оси вращения до центра тяжести крана, м
h 1 – высота центра тяжести, м
α – угол наклона крана, град
2. Определение опрокидывающих моментов, Нм
Момент от груза:
М гр = G гр (а – b),
где G гр – вес максимального рабочего груза, Н
а – расстояние от точки подвеса до оси вращения, м
М гр =
Момент от сил инерции, возникающих при подъеме груза:
М гр ин = G гр (а – b) ,
Где V – скорость подъема (опускания) груза, м/с
t – время неустановившегося режима работы, с
М гр ин =
Момент от силы ветра, действующей:
на кран: М в кр = F в кр Н,
М в кр =
на груз:М в гр = F в гр Н 1 ,
М в гр =
Где F в – сила ветра, действующая на кран (груз), Н
F в = p K a K p S,
р – давление ветра, Н/м 2
К а – коэффициент аэродинамического сопротивления
К а = 1,4 - для решетчатого тела (кран)
К а = 1,2 – для сплошного тела (груз)
Н и Н 1 – плечи ветровой нагрузки на кран и груз, м
К р – коэффициент решетчатости
К р = 1 – для сплошного тела (груз)
К р = 0,3 – 0,4 – для решетчатого тела (кран)
S – подветренная площадь крана (груза), м 2
F в кр = р К а К р S кp =
F в гр = р К а К р S гр =
F´ в кр = р´ K a K p S кp =
Момент от сил инерции, возникающий при движении крана с грузом:
М гк = h + h 1 ,
где V 1 – скорость передвижения крана, м/с
t 1 – время неустановившегося режима работы крана, с
h 1 – высота центра тяжести крана, м
h – расстояние от опорной поверхности до точки подвеса груза, м
М гк =
Момент от центробежных сил, возникающих при вращении поворотной части. М ц – пренебрегаем.
3. Определяем устойчивость крана, работающего на горизонтальной площадке при участии только основных нагрузок:
К у1 = ≥ 1,4
K y 1 = ≥ 1,4
4. Определяем грузовую устойчивость крана:
≥ 1,15
М опр = М гр + М гр ин + М гк + М в кр + М в гр =
K y 2 = ≥ 1,15
Условие выполняется (не выполняется)
5. Определяем собственную устойчивость:
К у3 = 
≥ 1,15
K y 3 = ≥ 1,15
Условие выполняется (не выполняется)
Вывод: (отразить возможные пути повышения устойчивости крана, особенно в случае, когда не выполняется хотя бы одна проверка).
Исходные данные для расчёта
| Параметры | Номер варианта | ||||||||||||||
| Марка крана | КБ-100.32 | КБ-200.40 | КБ-260.60 | КБ-400.50 | КБ-125.40 | КБ-160.40 | КБ-630.80 | КБ-1 | КБ-2 | КБ-3 | КБ-4 | КБ-5 | КБ-6 | КБ-7 | КБ-8 |
| Масса груза, т | |||||||||||||||
| Масса крана, т | |||||||||||||||
| Угол наклона площадки, α ˚ | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | ||||||||||
| Высота центра тяжести, h 1 ,м | |||||||||||||||
| Расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, b, м | 1,2 | 1,5 | 1,65 | 1,9 | 1,2 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,4 | 1,7 | 1,8 | ||||
| Расстояние от оси вращения до центра тяжести крана, с,м | 0,08 | 0,1 | 0,13 | 0,15 | 0,09 | 0,1 | 0,15 | 0,05 | 0,07 | 0,07 | 0,09 | 0,12 | 0,14 | 0,15 | 0,15 |
| с´, м | 0,4 | 0,45 | 0,6 | 0,8 | 0,4 | 0,43 | 0,8 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 0,8 | 0,95 |
| Расстояние от оси вращения крана до точки подвеса груза, а, м | |||||||||||||||
| Плечи ветровых нагрузок, действующих: – на груз, Н 1 , м | |||||||||||||||
| – на кран, Н=Н 2 , м | |||||||||||||||
| Скорость подъёма груза, V, м / мин | |||||||||||||||
| Время неустановившегося режима работы, t = t 1 , c | |||||||||||||||
| Подветренная площадь: – крана, S кр, м 2 | |||||||||||||||
| – груза, S гр, м 2 | |||||||||||||||
| Давление ветра, р, Па: – для схемы «а» - р | |||||||||||||||
| – для схемы «б» - р΄ | |||||||||||||||
| Расстояние от опорной площадки до головных блоков стрелы,h, м | 21ё | ||||||||||||||
| Скорость передвижения крана, V 1 , м / мин |
Методика расчёта
