ELEMENTE DE REZISTENTA MATERIALELOR

Transcript

1 ELEMENTE DE REZISTENTA MATERIALELOR Mecanca clască, cunoscută ş ca mecanca newtonană, este fzca forţelor ce acţonează asupra corpurlor. Este adesea numtă ş mecanca newtonană după Isaac Newton ş legle mşcăr elaborate de el. Mecanca clască este subdvzată în statcă, care studază obectele în echlbru, dnamcă, care studază forţele ce acţonează asupra obectelor în mşcare ş cnematcă, care studază mşcarea corpurlor, dar fără a pune accent pe cauzele care produc aceste mşcăr. Rezstenţa materalelor este una dn dscplnele de bază în pregătrea ngnerulu pentru ca ea răspunde unor probleme concrete, de mare mportanţă practcă, prvnd sguranţa în exploatare a elementelor componente ale maşnlor ş nstalaţlor. Problemele rezstenţe materalelor pot f grupate în 2 mar categor: - probleme de dmensonare (constau în stablrea dmensunlor mnme ş materalelor dn care urmează a f realzate dferte pese astfel încât sub acţunea forţelor să se asgure rezstenţa, rgdtatea ş stablrea construcţe dn care fac parte.) - probleme de verfcare (constau în a determna dacă o pesă dntr-un anumt materal cu dmensunle cunoscute respectă sau nu, sub acţunea forţelor, condţle de rezstenţă, stabltate ş rgdtate.) I. ACŢIUNI ŞI ÎNCĂRCĂRI Acţunle oamenlor ş natur se manfestă asupra construcţlor prn încărcăr. Încărcărle se concretzează pentru elementele construcţe în solctăr care produc efortur, care la rândul lor se pot descompune în efortur untare. Condţa pentru ca o construcţe să rămână întreagă este ca eforturle untare, rezultate ca urmare a acţunlor, să fe ma mc decât eforturle untare capable. Această abordare este smplstă, dar poate f consderată sugestvă ş aproape adevărată. I.1. Acţun Se numeşte acţune orce cauză capablă de a genera într-o construcţe stăr de solctare mecancă (efortur ş / sau deplasăr). Acţunle sunt reprezentate în calcule prn încărcăr în cadrul cărora sunt defnte ssteme de forte, deplasăr mpuse ş deformaţ împedcate. Acţunle sunt reprezentate în calcule prn încărcăr. I.1.1. Durata de manfestare a încărcăr / acţun; - încărcăr permanente; - încărcăr temporare: de lungă durată (cvas-permanente); de scurtă durată (varable); zăpada, vântul, varaţle de temperatură clmatcă - încărcăr excepţonale; acţunea sesmcă cu ntenstatea de proectare (cutremurul "de calcul"); I.1.2. Dstrbuţa în spaţu a încărcăr / acţun; - încărcăr concentrate; - încărcăr dstrbute. I.1.. După modul de varaţe pe ntervale scurte de tmp: - încărcăr / acţun statce: care nu produc acceleraţ semnfcatve ale construcţe sau ale părţlor componente; eforturle ş deformaţle corespunzătoare au varaţ negljable, pe ntervale scurte de tmp; 1

2 - încărcăr / acţun dnamce: care produc acceleraţ semnfcatve ale construcţe sau ale parţlor componente ş dau naştere la forţe de nerţe care nu pot f negljate în raport cu ntenstăţle altor tpur de încărcăr. I.1.4. Modul de aplcare pe construcţe; - acţunle drecte - se aplcă drect asupra construcţe - acţunle ndrecte - se aplcă ndrect asupra construcţe - varaţ clmatce de temperatură, durne sau sezonere; - tasăr dferenţate ale terenulu de fundare; - mşcăr sesmce ale terenulu, etc ; - propretăţle specfce ale materalelor dn care este realzată construcţa (propretăţ reologce, cum sunt contracţa ş curgerea lentă, pentru structurle dn beton armat sau dn beton precomprmat). I.2. Clasfcarea încărcărlor Acţunle luate în consderare în calculul construcţlor, în conformtate cu STAS 10101/0-75, se clasfcă după crterul frecvenţe cu care ntervn la anumte ntenstăţ, în: acţun permanente; acţun cvas-permanente; acţun temporare; acţun excepţonale. Acţun permanente (P). Acţunle permanente se aplcă practc cu aceeaş ntenstate pe toată durata exploatăr construcţe. In cadrul acţunlor permanente ntervn: greutatea propre a elementulu care se dmensonează; greutatea tuturor elementelor susţnute de elementul în cauză. STAS 10101/1-75 Acţun temporare (T). Acţunle temporare varază ca ntenstate în tmp ş în anumte ntervale pot char să lpsească. După durata de solctare, acţunle temporare se împart în: 1)Acţun temporare de lungă durată, numte ş cvaspermanente (C), ca de exemplu: - greutatea utlajulu specfc exploatăr (maşn-unelte, rezervoare, maşn de rdcat fxe etc.) ; - greutatea conţnutulu în rezervoare, slozur, conducte ş presunle pe pereţ acestor construcţ ; - încărcărle pe planşee în încăperle de depoztare, arhve etc.; - greutatea depunerlor de praf ndustral; - varaţle de temperatură tehnologcă; - tasărle neunforme ş deplasărle fundaţlor. 2)Acţun temporare de scurtă durată (V), ca de exemplu: - încărcăr dstrbute sau concentrate dn încărcare cu oamen pe acoperş, planşee, scăr etc.; - încărcăr dn convoae de forţe (podur de cale ferată, podur de şosea) ; - încărcăr datortă mjloacelor de rdcare ş transport cum sunt podurle rulante, grnzle rulante etc; - încărcărle normate aduse de podur; - încărcăr dn zăpadă ş eventual chcură; - încărcăr dn vânt; - încărcăr dn varaţ de temperatură; - încărcăr care pot să apară în tmpul montajulu ş transportulu. Acţun excepţonale (E). Acţunle excepţonale pot apărea în tmpul execuţe sau exploatăr construcţe în cazur foarte rare la valorle normate. În această categore sunt cuprnse: - încărcarea sesmcă; - încărcăr cu caracter de şoc; - încărcăr datortă ruper unor elemente ale construcţe; 2

3 - încărcăr datortă unor nundaţ catastrofale. Valoarea normată a acestor acţun este preczată prn normatve specale. Construcţ cvle, ndustrale ş agrcole 1 Tpul acţunlor ş încărcărlor Coefcenţ acţunlor Extras Tabelul I.1. Conform : STAS 10101/0A-77 Încărcarea are efect 2 Acţun permanente (P) Beton smplu sau armat cu ρ >18kN/m Metal Lemn Defavorabl Favorabl n n d 1,1 0,9 Beton uşor smplu sau armat cu 1,2 0,9 ρ < 18kN/m Zdăre dn cărămdă 4 Greutatea elementelor de zolare egalzare ş Industralzate 1,2 0,9 5 fnsaj (tencuel, şape, pardosel etc.) De şanter, executate în condţ : cu mjloace tradţonale 1, 0,8 6 Forţa de precomprmare la construcţ dn oţel pretensonate 1,1 0,9 7 Greutatea ş împngerea pământurlor ş a umpluturlor 1,2 0,8 8 Acţun temporare cvas-permanente (C) Greutatea utlajulu specfc exploatăr construcţlor: maşn-unelte, motoare, rezervoare, transportoare cu bandă, recpente, maşn de rdcat fxe etc Greutatea conţnutulu dn rezervoare, recpente, slozur etc. Greutatea conţnutulu conductelor Lchd Suspens, şlamur, materale pulverulente Lchd Suspens, şlamur, materale pulverulente 1 Presunea gazelor, lchdelor sau materalelor pulverulente pe pereţ construcţlor, presunea dnamcă a aerulu datorta ventlăr etc. 14 încărcăr pe planşee dn încăperle de depoztare, Până la 2 kn/m a 1,4 15 depozte de cărţ, arhve, bblotec, încărcărle clădrlor de locut ş socal-culturale, unde predomnă greutatea utlajulu (etaje tehnce, laboratoare etc.) cu (nclusv) între 2 ş 5 kn/m 1, - 16 ntenstăţ normate (conform STAS 10101/2A1-75) de: Egale cu 5 kn/m sau 1,2 - ma mar 17 Greutatea depunerlor de praf ndustral 1,4-18 Greutatea stratulu de apă pe planşeele orzontale destnate a f acoperte cu apă ş 1,2 împngerea ape pe pereţ lateral a unor recpente destnate acumulăr ape 19 Varaţle de temperatură tehnologcă 1,2-20 Tasăr ş deplasăr neunforme ale fundaţlor 1,2-1,2 1,1 1,2 1,0 1,1 1,2 22 Acţun temporare varable (V) încărcăr dstrbute în lungul une ln la balustrade, pereţ despărţtor etc, orentate pe drecţe orzontală sau vertcală 1,2 0 2 încărcăr apărute în tmpul execuţe, transportulu ş montajulu elementelor de 1,2 0 construcţe etc. 24 încărcăr generate de utlaje în tmpul puner în funcţune sau în tmpul încercăr 1, încărcăr datortă unor mjloace uşoare de rdcare ş transport ou cale fxă (monoşne) 1,2 0,4

4 26 încărcăr datortă podurlor rulante încărcăr vertcale I 1,2 0,4 (conform STAS 10101/2A2-75) 1 pentru podurle rulante II 0,6 dn grupa de funcţonare III ş IV V 0,8 1,0 27 încărcăr orzontale 1, încărcăr dn vânt, conform STAS 10101/20-75, pentru construcţ Curente, stuate în zonele A, B C,D,E A, B 1,2 0,4 0,6 1, 0,4 Deosebt de sensble la vânt (uşoare, zvelte) 1 stuate n zonele C,D,E 0,6 2 încărcăr dn zăpadă, A,B,C 1,4 0,4 conform STAS 10101/ pentru construcţ stuate în zonele : D 1,6 0,4 4 E 1,6 0,6 5 încărcăr datortă chcur 1, 0,4 6 Varaţ de temperatură exteroară STAS 10101/2A-75) 1,2 0,6 7 Acţun excepţonale (E) pentru toate încărcărle excepţonale 1,0 0 1 Încărcărle dn vânt corespunzătoare stuaţe de rezonanţă se consderă încărcăr excepţonale. 2 Când coefcentul de aglomerare C z > 2 se fac două verfcăr: cu c z =2, ca încărcare temporară de scurtă durată (T): cu c z >2 ca încărcare excepţonală I.. Gruparea acţunlor Elementele ş structurle construcţlor sunt de regulă solctate în acelaş tmp de ma multe categor de acţun. Calculele în stadle lmtă trebue să a în consderare atât probabltatea varabltăţ valorlor normate ale dfertelor acţun cât ş combnaţle defavorable ş practc posble ale dfertelor acţun. De varabltatea valorlor normate ale încărcărlor se ţne seama prn coefcenţ acţunlor. Starea de efortur s de deformaţ a une construcţ este rezultatul suprapuner ma multor tpur de acţun, aceste acţun se grupează n funcţe de posbltatea lor de aparţe smultan în două tpur de grupăr de încărcăr. In cadrul une grupăr fecare acţune suferă corecţ. - Gruparea fundamentală. Aceasta grupare este formată dn încărcăr permanente, cvas - permanente s varable. - Gruparea specală. Aceasta grupare este formată dn încărcăr permanente, cvaspermanente, varable s excepţonale. 4

5 1 2 4 Stărle lmtă la care se face verfcarea Stăr lmtă ultme Stăr lmtă ale exploatăr normale De rezstenţă ş stabltate De oboseală Verfcăr sub efectul încărcărlor totale de exploatare Verfcăr sub efectul încărcărlor de lungă durată ale încărcărlor Grupăr fundamentale Grupăr de acţun Grupăr specale Tabelul I.2. Σn P + Σn C + n g Σ n V 1 ΣP + ΣC + Σ n V+ E Pentru efortur maxme 2 d " ΣP + ΣC + Σ V + V Pentru efortur mnme d " ΣP + ΣC + Σ V + V n ob max n ob mn ΣP + ΣC + n g ΣV 1 ΣP + ΣC + Σ n d d V În absenţa altor prescrpţ sau a unor fundamentăr specale, nu vor se face alte verfcăr decât la stărle lmtă ultme de rezstenţă ş stabltate d 1 Coefcentul de grupare are valorle: n g = l,0 în cazul une sngure încărcăr temporare varable V ; n g = 0,9 în cazul a două sau tre încărcăr V ; n g = 0,8 în cazul a patru sau ma multe încărcăr V. În cazul verfcăr stăr lmtă a exploatăr normale sub efectul încărcărlor totale se consderă cel mult două încărcăr varable V. 2 " Cu V s-au notat încărcărle varable care nu produc oboseala, ar cu Vob încărcarea care produce oboseala. V ob mos ş V oh mn reprezntă ntenstăţle maxme ş mnme care determnă caracterstcle cclulu de solctare la care se face calculul. Grupărle specale ntervn rar, ar la alcăturea lor se va consulta STAS 10101/0A-77. 5

6 1.4.Exemple de încărcăr s acţun care solcta construcţle Încarcar permanente Încărcăr datorate greutăţ propr Lemn ρ = kg/m (în funcţe de esenţa lemnulu) Otel ρ = 7850 kg/m Zdăre ρ = 1800 kg/m Tencuala ρ = 2000 kg/m beton smplu ρ = kg/m beton armat ρ = 2500 kg/m apa ρ = 1000 kg/m Greutatea totala a clădrlor etajate curente varază între: tone/m 2 /nvel pentru clădr de locut s smlare moderne tone/m 2 /nvel pentru clădr cu înălţm de nvel mar s fnsaje grele Greutatea totala a structurlor pentru clădr curente varază între: structur pentru clădr etajate: dn beton armat : tone/m 2 /nvel dn otel : tone/m 2 /nvel structur pentru clădr tp "sală / hală" cu acoperş dn beton precomprmat : tone/m 2 cu acoperş dn otel : tone/m Încarcar utle (de exploatare) greutatea moblerulu fx; greutatea persoanelor; greutatea utlajelor, a matere prme s a produselor fnte; greutatea materalelor sau obectelor depoztate (cărţle dn bblotec, mărfurle dn magazne, autovehculele dn garaje s parcaje); încărcăr utle pentru clădr curente încărcăr utle pe planşee ( kg/m 2 ); încărcăr utle pe elementele nestructurale ; încărcăr utle datorate pereţlor despărţtor uşor; - pentru pereţ foarte uşor (până la 150 kg/ml), încărcarea echvalenta = 50 kg/m 2 ; - pentru pereţ cu greutatea de kg/ml încărcarea echvalenta = 150 kg/m 2 ; încărcăr utle datorate autovehculelor (pentru calculul planşeelor garajelor s parcajelor, pentru rampele de acces s pentru planşeele superoare ale construcţlor îngropate sub pasajele s curţle carosable) pentru autovehcule mc încărcarea echvalenta unform dstrbuta = 400 kg/m 2 ; încărcărle utle dn autovehcule se majorează cu un coefcent dnamc (20%); 6