какое очертание изгибаемого элемента самое рациональное по критерию материалоемкости
111. Как меняется усилие в растянутой арматуре по длине изгибаемого элемента?
В произвольном нормальном сечении любого элемента (балки, ригеля или плиты) усилие Ns в арматуре зависит от плечаz внутренней пары и изгибающего моментаMот внешней нагрузки:Ns = M /z. Следовательно, по длине элемента усилие меняется в зависимости от очертания эпюрыMи очертания конструкции (т.е. очертанияz). Например, у элементов с постоянной высотой сечения плечоz = const, потому эпюраNsимеет тот же характер, что и эпюраM(рис. 56, б); у двускатных элементов эпюраNsдвугорбая, аNs,max находятся в опасных сечениях (рис. 56,а).
112. Какие очертания изгибаемых элементов самые рациональные?
С точки зрения расхода материалов – такие, которые обеспечивают постоянное по длине усилие в арматуре: Ns = const. У этих элементов все нормальные сечения равнопрочны (т.е. все сечения являются опасными), следовательно, у них нет избыточных запасов прочности и нет избыточного расхода материалов. ПосколькуNs = M /z =const, то, очевидно, плечоzдолжно меняться пропорциональноM, т.е. очертание элемента должно повторять очертание эпюрыM. Показанное на рис. 57,а, параболическое очертание используется в панелях КЖС («конструкции железобетонные сводчатые») – самых экономичных сборных конструкциях покрытия пролетом до 24 м. Треугольное очертание (рис. 57,б) применяют в подстропильных балках, воспринимающих в середине пролета большие сосредоточенные силы от опорных реакций стропильных балок или ферм.
113.Почему панелям кжс не требуется поперечная арматура?
Из балки, показанной на рис. 58, мысленно вырежем элемент длиной l. Слева от него действует моментM, справаM + M. Возникающие в левой части усилия в бетонеNbи в арматуреNsприрастают в правой части соответственно на величиныNbиNs. Приращение усилий уравновешивается сдвигающими силами (T=Ns = –Nb), которые вызывают касательные напряжения:=T /(bl). У панелей КЖС усилия в арматуре по длине пролета постоянны (см. предыдущий вопрос), поэтомуNs= = –Nb= 0, отсюдаT =0 и=0. Но если=0, то главные растягивающие напряжения совпадают с нормальными, и наклонные трещины не образуются, а при их отсутствии нет смысла и применять поперечную арматуру. Правда, в КЖС поперечную арматуру все-таки ставят на небольших участках у опор, что вызвано, прежде всего, возможным несовпадением очертаний эпюрMиMuв реальных условиях (например, при несимметричной нагрузке).
Кстати, подобный ход рассуждений применим и к фермам. Если очертание поясов фермы совпадает с очертанием балочной эпюры моментов, то во всех панелях нижнего (соответственно, и верхнего) пояса горизонтальные проекции усилий равны, разность между усилиями в смежных панелях равна нулю, следовательно, равны нулю и сдвигающие силы, воспринимаемые решеткой. Поэтому усилия в элементах решетки (подсчитанные по статической схеме) также равны нулю. Читателю предоставляется возможность удостовериться в этом лично, выполнив статический расчет простейшей треугольной фермы, нагруженной сосредоточенной силой в середине пролета.
114. Почему в панелях кжс не применяют самоанкерующуюся напрягаемую арматуру?
В зоне передачи напряжений lpнесущая способностьNsuсамоанкерующейся напрягаемой арматурыSpпадает отRsAspдо 0, в то время как усилиеNsот внешней нагрузки должно быть постоянно на всем протяжении (см. вопрос 112). В результате, возникает дефицит прочности (заштрихованная зона на рис. 59). Поэтому в качестве рабочей арматуры в КЖС обычно применяют стержни классов А-IIIв и А-IV(но неAт-IV), которые не только приваривают к опорным закладным деталям, но и натягивают вместе с ними. (Заметим в скобках, что арматура указанных классов при сварке прочность почти не теряет, в отличие от термоупрочненной арматуры). В этом случае опорные закладные детали играют роль наружных анкеров, которые передают усилие натяжения на бетон и обеспечивают постоянство несущей способности арматуры по всей ее длине.
Конечно, можно применять и самоанкерующуюся арматуру, но тогда в концевых участках следует устанавливать дополнительную ненапрягаемую арматуру S1, которая покроет дефицит несущей способности в зоне передачи напряжений (Nsu + Ns1,u Ns) и которую необходимо надежно заанкерить, приварив ее к опорной закладной детали. Решение это, однако, сопряжено с дополнительными технологическими затратами и широкого распространения не получило. Сказанное справедливо для всех конструкций с малой высотой на опоре, у которых эпюра материалов близка к эпюре моментов.
Какое очертание изгибаемого элемента самое рациональное по критерию материалоемкости
109. Почему у балок с тонкой стенкой делают уширения в опорных участках?
Опорные реакции создают большие местные напряжения, которые могут привести к потере устойчивости стенки. Кроме того, чем тоньше стенка, тем больше в ней главные сжимающие напряжения, которые могут вызвать разрушение бетона по наклонной сжатой полосе (см. вопрос 83). Наконец, в балках таврового сечения уширения обеспечивают устойчивость опирания самих балок.
110. Почему у двускатных балок два опасных сечения?
Потому что эпюра материалов Mu = Nsz имеет у них не прямоугольную, а трапецеидальную форму, повторяющую очертание самой конструкции: плечо внутренней пары z сил Ns и Nb меняется параллельно изменению высоты сечения (рис. 56,а). Эпюра моментов M от равномерно распределенной нагрузки наиболее близко подходит к эпюре Mu в двух местах – здесь Mu/M имеют минимальное значение, здесь и расположены опасные сечения. Положение опасных нормальных сечений, зависящее от пролета, уклона верхней грани, высоты на опоре и схемы нагружения, определяют из выражения d(Mu / M) /dx = 0, где x – продольная координата. Задачу можно решить также графически, построив эпюры M и Mu и найдя сечения с минимальными расстояниями между ними (точность результата здесь зависит от масштаба и точности построений).
Заметим, что у двускатных балок может быть и одно опасное сечение, если они нагружены, например, одной сосредоточенной силой.
111. Как меняется усилие в растянутой арматуре по длине изгибаемого элемента?
В произвольном нормальном сечении любого элемента (балки, ригеля или плиты) усилие Ns в арматуре зависит от плеча z внутренней пары и изгибающего момента M от внешней нагрузки: Ns = M /z. Следовательно, по длине элемента усилие меняется в зависимости от очертания эпюры M и очертания конструкции (т.е. очертания z). Например, у элементов с постоянной высотой сечения плечо z = const, потому эпюра Ns имеет тот же характер, что и эпюра M (рис. 56, б); у двускатных элементов эпюра Ns двугорбая, а Ns,max находятся в опасных сечениях (рис. 56,а).
112. Какие очертания изгибаемых элементов самые рациональные?
С точки зрения расхода материалов – такие, которые обеспечивают постоянное по длине усилие в арматуре: Ns = const. У этих элементов все нормальные сечения равнопрочны (т.е. все сечения являются опасными), следовательно, у них нет избыточных запасов прочности и нет избыточного расхода материалов. Поскольку Ns = M /z = const, то, очевидно, плечо z должно меняться пропорционально M, т.е. очертание элемента должно повторять очертание эпюры M. Показанное на рис. 57,а, параболическое очертание используется в панелях КЖС («конструкции железобетонные сводчатые») – самых экономичных сборных конструкциях покрытия пролетом до 24 м. Треугольное очертание (рис. 57,б) применяют в подстропильных балках, воспринимающих в середине пролета большие сосредоточенные силы от опорных реакций стропильных балок или ферм.
113. Почему панелям кжс не требуется поперечная арматура?
Из балки, показанной на рис. 58, мысленно вырежем элемент длиной Dl. Слева от него действует момент M, справа M + DM. Возникающие в левой части усилия в бетоне Nb и в арматуре Ns прирастают в правой части соответственно на величины DNb и DNs. Приращение усилий уравновешивается сдвигающими силами (±T = DNs = –DNb), которые вызывают касательные напряжения: t = T /(b×Dl). У панелей КЖС усилия в арматуре по длине пролета постоянны (см. предыдущий вопрос), поэтому DNs = = –DNb = 0, отсюда T = 0 и t = 0. Но если t = 0, то главные растягивающие напряжения совпадают с нормальными, и наклонные трещины не образуются, а при их отсутствии нет смысла и применять поперечную арматуру. Правда, в КЖС поперечную арматуру все-таки ставят на небольших участках у опор, что вызвано, прежде всего, возможным несовпадением очертаний эпюр M и Mu в реальных условиях (например, при несимметричной нагрузке).
Кстати, подобный ход рассуждений применим и к фермам. Если очертание поясов фермы совпадает с очертанием балочной эпюры моментов, то во всех панелях нижнего (соответственно, и верхнего) пояса горизонтальные проекции усилий равны, разность между усилиями в смежных панелях равна нулю, следовательно, равны нулю и сдвигающие силы, воспринимаемые решеткой. Поэтому усилия в элементах решетки (подсчитанные по статической схеме) также равны нулю. Читателю предоставляется возможность удостовериться в этом лично, выполнив статический расчет простейшей треугольной фермы, нагруженной сосредоточенной силой в середине пролета.
114. Почему в панелях КЖС не применяют самоанкерующуюся напрягаемую арматуру?
В зоне передачи напряжений lp несущая способность Nsu самоанкерующейсянапрягаемой арматуры Sp падает от RsAsp до 0, в то время как усилие Ns от внешней нагрузки должно быть постоянно на всем протяжении (см. вопрос 112). В результате, возникает дефицит прочности (заштрихованная зона на рис. 59). Поэтому в качестве рабочей арматуры в КЖС обычно применяют стержни классов А-IIIв и А-IV (но не Aт-IV), которые не только приваривают к опорным закладным деталям, но и натягивают вместе с ними. (Заметим в скобках, что арматура указанных классов при сварке прочность почти не теряет, в отличие от термоупрочненной арматуры). В этом случае опорные закладные детали играют роль наружных анкеров, которые передают усилие натяжения на бетон и обеспечивают постоянство несущей способности арматуры по всей ее длине.
Конечно, можно применять и самоанкерующуюся арматуру, но тогда в концевых участках следует устанавливать дополнительную ненапрягаемую арматуру S1, которая покроет дефицит несущей способности в зоне передачи напряжений (Nsu + Ns1,u ³ Ns) и которую необходимо надежно заанкерить, приварив ее к опорной закладной детали. Решение это, однако, сопряжено с дополнительными технологическими затратами и широкого распространения не получило. Сказанное справедливо для всех конструкций с малой высотой на опоре, у которых эпюра материалов близка к эпюре моментов.
Для кого выпускается наша продукция и меры ее эксплуатации.
60. Можно ли неограниченно увеличивать расход растянутой арматуры для повышения несущей способности нормального сечения?
Нет, нельзя. Ведь при увеличении Nsавтоматически увеличивается иNb, иначе не соблюдается условие статикиNb = Ns. В свою очередь, величинаNb = RbAb может увеличиваться либо за счет повышения прочности бетона Rb, либо за счет увеличения площади сжатой зоны сеченияАb, а последняя имеет свои пределы, которые определяются граничной высотой сжатой зоныхR. Если фактическая высота сжатой зоныхвыйдет за пределы граничной высоты хR, то растянутая арматураSначинает работать неэффективно и увеличение ее расхода пользы не принесет.
61. Что такое граничная высота сжатой зоны?
Это такая высота (абсолютная хRили относительнаяR = xR / ho), при которой в предельной по прочности стадии, т.е. перед разрушением, напряжения в сжатом бетоне bи в растянутой арматуреsодновременно достигают своих предельных значений (расчетных сопротивлений)RbиRs– такое сечение называют нормально армированным. Если армирование уменьшить, то высота сжатой зоны тоже уменьшится и станет меньше граничной, т.е.х xR– такое сечение называют переармированным. Разумеется, названия эти условные и в нормативной литературе отсутствуют, однако они настолько кратки и понятны, что уже много десятилетий употребляются в научном и инженерном обиходе.
62. Как работают слабо-, нормально- и переармированные сечения?
Еще раз отметим, что по условиям статики Nb = Ns, илиRbAb = RsAs. Отсюда видно, что с увеличениемАsувеличивается иАb, а значит, увеличивается и х. С помощью схем на рис. 29 рассмотрим, как деформируются бетон и арматура перед разрушением нормального сечения в зависимости от степени армирования.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Что такое материалоемкость?
Контроль эффективности материальных вложений базируется на анализе ряда показателей. Материалоемкость является одним из важнейших показателей этого ряда.
Сущность показателя
Материалоемкость выражает отношение величины материальных затрат к стоимости выпущенной продукции.
где: МЕ – материалоемкость, МЗ – величина затрат, ВП – выпуск продукции с использованием этих материальных затрат.
Материалоемкость указывает, сколько материальных затрат необходимо на производство единицы продукции. Чаще всего в расчетах фигурируют суммарные, стоимостные величины материальных затрат и выпуска продукции. Однако объем выпуска продукции может быть выражен в стоимостных или натуральных показателях.
Если показатель равен или выше 1, это может означать:
Цель анализа данного показателя – определить и поддерживать наиболее низкое значение показателя при сохранении объема выпуска продукции.
Как правило, исчисляется плановое и фактическое значение материалоемкости, результаты сравниваются и анализируются. Чем ниже показатель материалоемкости, тем больший объем готовой продукции можно произвести. Показатель, обратный рассматриваемому, – материалоотдача (МО). Он определяет выпуск продукции на 1 руб. использованных материальных ресурсов. Формула: МО = ВП/ МЗ.
Факторный анализ показателя
На стоимость выпущенной продукции влияют:
Материальные затраты изменяются под влиянием:
Изменяя указанные факторы, оптимизируя их под потребности конкретного производства, можно добиться нужного значения материалоемкости.
В аналитических целях можно рассчитать абсолютную, структурную и удельную материалоемкость. Абсолютная МЕ — расход основных видов сырья, материалов на физическую единицу готовой продукции (расход металла на выпуск одного трактора, расход топлива на 1000 кВт. ч электроэнергии). Структурная МЕ указывает на долю конкретных материалов в общей материалоемкости изделий, в изготовлении готового продукта. Иными словами, это доля каждого материала в номенклатуре. Удельная МЕ — расход основных видов сырья, материалов на единицу технической характеристики продукта (затраты металла на единицу мощности двигателя).
Показатель материалоемкости часто определяется как часть более сложных комплексных расчетов, включающих в себя исчисление обратного показателя материалоотдачи, удельного веса материальных затрат в полной себестоимости продукции, коэффициента использования материальных ресурсов (отношение суммы фактических материальных затрат к материальным затратам, рассчитанным по плановым калькуляциям и фактическому выпуску и номенклатуре продукции; выявляет соблюдение норм расходования материалов).
Примеры расчета
Смысл показателя можно видеть на условных примерах.
Первый пример
Пусть в текущем году фактически выпуск продукции составил 450100 руб., а по плану на этот же год — 445200 руб. При этом фактически сложилась сумма материальных затрат отчетного года (материалы, топливо, сырье, полуфабрикаты) — 250200 руб., а плановые затраты — 232100 руб. МЕ фактическая = 250200 / 450100 = 0,56 руб. затрат на рубль продукции. МЕ плановая = 232100 /445200 = 0,52 руб. затрат на рубль продукции. Фактическая материалоемкость оказалась выше планового показателя на (0,56 — 0,52) = 0,04 руб., что требует углубленного анализа причин, начиная с методики разработки планируемых показателей и далее.
Второй пример
Пусть в текущем году фактически выпуск продукции составил 450100 руб., при этом фактически сложилась сумма материальных затрат отчетного года 250200 руб. В предшествующем году было выпущено продукции на сумму 410000 руб., а сумма материальных затрат – 258300 руб. МЕ отчетного года = 250200 / 450100 = 0,56 руб. затрат на рубль продукции. МЕ предшествующего года = 258300 / 410000 = 0,63 затрат на рубль продукции. При тех же фактических показателях отчетного года, по сравнению с предшествующим годом, фактически материалоемкость снизилась на (0,63 — 0,56) = 0,07 руб.
Практическая значимость показателя
Высокий удельный вес материальных затрат в общей сумме затрат на производство обуславливает их существенное влияние на величину получаемой прибыли. Отсюда вытекает и большой практический смысл показателя. Снижение материалоемкости открывает для фирмы новые перспективы:
Снижение материалоемкости может быть осуществлено за счет пересмотра и оптимизации технологии производства, внедрения безотходных и малоотходных технологий; внедрения системы поощрений персоналу, рационально использующему материалы, санкций за допущенный перерасход.
Проблема снижения материалоемкости, как правило, требует разработки и осуществления долгосрочной программы экономии ресурсов.
gabrusenko-200
106. МОЖНО ЛИ ОБРЫВАТЬ АРМАТУРУ В ПРОЛЕТЕ У ПРЕДНАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ?
Обрывать напрягаемую арматуру S p в пролете нельзя – технологически это очень трудно осуществить. Поэтому применяют комбинированное решение: часть рабочей арматуры выполняют преднапряженной ( S p ), а часть – ненапрягаемой ( S ). Последнюю и обрывают в пролете в согласии с эпюрой моментов (заводя концы стержней за ТТО на величину ω). Такое армирование называется «смешанным». Для ненапрягаемой арматуры можно применять те же классы стали (но, как правило, не выше А- V), что и для напрягаемой. Смешанное армирование позволяет экономить до 15. 20 % дорогостоящей высокопрочной стали.
107. КАК РАБОТАЮТ КОНСТРУКЦИИ СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ?
Особенности работы заключаются в следующем. Во-первых, ненапрягаемая арматура S вступает в работу намного позже напрягаемой S p (рис. 55): к началу приложения внешней нагрузки в арматуре S p уже имеются большие напряжения (величина преднапряжения за вычетом потерь), в то время как в арматуре S напряжения даже ниже нуля (сжимающие напряжения от усадки и ползучести бетона). В результате такого отставания, напряжения в арматуре S p намного раньше дости-
гают условного предела текучести Рис. 55
Во-вторых, преднапряженной является только часть рабочей арматуры, поэтому сила обжатия Р меньше, следовательно, жесткость и трещиностойкость элементов со смешанным армированием ниже, чем элементов с полностью напрягаемой арматурой. Силу Р дополнительно снижает само наличие ненапрягаемой арматуры: в ней возникают сжимающие усилия от усадки и ползучести, которые вызывают растягивающие усилия в бетоне (см. вопрос 48) и еще больше снижают жесткость и трещиностойкость. Поэтому долю ненапрягаемой арматуры ограничивают так, чтобы она воспринимала не более (40…50) % всех усилий в растянутой арматуре.
Таким образом, смешанное армирование имеет весьма узкую область применения – в основном, это ребристые и пустотные плиты (сечения у них всегда слабо армированы), эксплуатация которых из-за учета коэффициента γ s6 допускается только в неагрессивной среде (см. вопрос 66). Однако именно эти конструкции являются самыми массовыми, поэтому использование в них смешанного армирования дает ощутимый экономический эффект.
108. КАК РАССЧИТЫВАЮТ КОНСТРУКЦИИ СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ?
тяжения арматуры и сжатия бетона, фактическое положение каждого ряда стержней и т.д.
При расчете наклонных сечений следует помнить не только об уменьшении силы обжатия по сравнению с полностью преднапряженным армированием, но и о том, что площадь продольной рабочей арматуры в опорных участках меньше, чем в пролете. Все это снижает не только трещиностойкость, но и прочность наклонных сечений.
109. ПОЧЕМУ У БАЛОК С ТОНКОЙ СТЕНКОЙ ДЕЛАЮТ УШИРЕНИЯ В ОПОРНЫХ УЧАСТКАХ?
Опорные реакции создают большие местные напряжения, которые могут привести к потере устойчивости стенки. Кроме того, чем тоньше стенка, тем больше в ней главные сжимающие напряжения, которые могут вызвать разрушение бетона по наклонной сжатой полосе (см. вопрос 83). Наконец, в балках таврового сечения уширения обеспечивают устойчивость опирания самих балок.