Прочность и устойчивость средств подмащивания

Прочность и устойчивость средств подмащивания является основным фактором обеспечения безопасности работ при их монтаже и эксплуатации.

Несущие элементы средств подмащивания рассчитывают на норма­тивную нагрузку на рабочий настил соответственно их типу по несущей способности и нагрузку от собственной массы элементов, а ступени лестниц — на нагрузку 1000 Н. Кроме того, в расчете должны быть учте­ны соответствующие коэффициенты условий работы элементов конструк­ций.

Схемы нагружения средств подмащивания принимают в соответст­вии со стандартами или техническими условиями.

Нормативные значения нагрузки, соответствующие принятому подразделению средств подмащивания по несущей способности, приведены в табл. 16.

Таблица 16.1

Тип средств подмащивания по несушей способности	Нормативные значения нагрузки
равномерно распределенная, Н/м2	сосредоточенная, Н
Легкие	До 1000	До 2000 включительно
Средние	От 1000 до 2000	От 2000 до 5000
Тяжелые	От 2000 до 2500	От 5000 до 10 000

Правильный выбор конструкции лесов можно осуществить в резуль­тате расчета, в основу которого положены схемы, соответствующие фактическим условиям работы лесов под эксплуатационными нагруз­ками.

Каркас металлических трубчатых лесов представляет собой прост­ранственную стержневую конструкцию, собираемую из отдельных прямолинейных элементов. При нагружении лесов часть их элементов работает на сжатие. Сжатые стержни достаточно большой гибкости разрушаются до наступления предела упругости в результате потери устойчивости. Поэтому леса и их сжатые элементы должны рассчитывать не только на прочность, но и на устойчивость. Остальные элементы рассчитывают на прочность. Прочность узловых соединений лесов. определяется экспериментально.

Обрушение трубчатых строительных лесов происходит, как правило, в результате потери устойчивости. Различают три вида потери устой­чивости лесов: критическая, местная и потеря устойчивости лесов в целом.

Критическая потеря устойчивости лесов вызывается горизонталь­ными усилиями, возникающими на различных ярусах лесов под дейст­вием осевых нагрузок, действующих на стойки в результате внецентрен­но приложенной нагрузки. Под местной потерей устойчивости стерж­ней понимается потеря устойчивости стержня (стойки) между двумя его узлами. Потеря устойчивости лесов в целом вызывается упругим растяжением стоек, а именно: разностью усилий в стойках, которые проявляются между растяжением от одной стойки к другой, например, когда леса находятся под воздействием какой-либо случайной нагрузки (ветровой).

Существующие методы расчета устойчивости лесов сводятся к рас­чету устойчивости стоек лесов, расчетная схема которых представляет собой центрально или внецентренно сжатый стержень с шарнирно опер­тыми концами. При этом в одних случаях стержень не имеет промежу­точных опор и его длина принимается равной высоте яруса лесов или опирается на промежуточные упругие опоры. Длина рассчитываемых стержней принимается равной расстоянию между соседними крепле­ниями стоек лесов к зданию. При этом считается, что стойки лесов свою устойчивость теряют в поперечном направлении.

Наиболее близкие к действительным результаты критических нагрузок получаются при рас­четах устойчивости лесов по схеме (рис. 16.9, б). В этой схеме учитывается роль ко­личества креплений стоек лесов к конструкциям зда­ния, а высота стержня при­нимается равной расстоя­нию между соседними креп­лениями стоек.

Рис. 16.9. Консольные стержни, загруженные продольными силами:

а - одиночной силой; б - в каждом ярусе лесов

Исходными предпосыл­ками при расчете лесов, как правило, принимаются сле­дующие положения: стойки лесов собирают из отдель­ных элементов, а их соеди­нения в стыках принимают­ся шарнирными; переме­щаемость пространственного каркаса лесов достигается креплением лесов к стене объекта при помощи специальных анкеров; все нагрузки на стойки передаются внецентренно с одной стороны; высота всех ярусов одинакова.

Леса и подмости рассчитывают на предполагаемую максимальную нагрузку, которая зависит от вида работ и принимается с фактической массой применяемых материалов, инвентаря, транспортных средств, а также людей, участвующих в работе. Расчет ведется по допускаемым напряжениям на равномерно распределенную нагрузку: для каменной кладки 2450 Н/м² (250 кг/м²) и для отделочных работ 1960 Н/м (200 кгс/м²), кроме того, все горизонтальные элементы проверяются на сосредоточенную нагрузку 1274 Н/м² (130 кгс/м²).

При составлении расчетной схемы для проверки устойчивости строи­тельных лесов вся вертикальная нагрузка передается с поперечин на стойки через соединительный хомут, например в лесах системы ЦНИИОМТП.

Под действием опорного момента, приложенного в узле, стойка в ярусе получает некоторый изгиб в плоскости действия момента. Про­дольная сжимающая сила создает дополнительный изгибающий момент.

В современной теории устойчивости разработано много прибли­женных методов расчета, которые с успехом применяются для определе­ния критической нагрузки в капитальных сооружениях. Наиболее точным из приближенных методов расчета является энергетический. Поэтому целесообразно применять энергетический метод для проверки устойчи­вости пространственной конструкции лесов, которые являются времен­ными сооружениями. При обосновании и выборе расчетной схемы слож­ная рамная система может быть расчленена на простейшие равноустойчивые консольные системы, стержни. Расчет консольных стержней, загруженных несколькими продольными силами, на устойчивость также представляется достаточно трудоемким при точном решении задачи. В связи с этим с достаточной точностью, обеспечивающей необходимый резерв безопасности при монтаже и эксплуатации строительных лесов, при их проектировании можно использовать приближенный метод определения критической нагрузки для системы, показанной на рис. 16.9. Рассмотрим два случая загружения стержня. Как известно, для пер­вого случая критическая сила равна:

F_кр1 = π² E I / (4 h₁²),

а для второго случая

F_кр2 = π² E I / (4 h²).

Тогда

π² E I h₁²

F_кр2 = ———— —— = F_кр1 (h₁ / h)².

4 h₁² h²

Из приведенных формул видно, что критическая сила для случая верхнего приложения нагрузки меньше критической силы в случае ниж­него приложения нагрузки на расстоянии h₁, в отношении (h₁ / h)². По­этому, если задана сила, действующая на некоторой высоте h₁, то ее можно перенести в верхнюю точку, уменьшив в (h₁ / h)². раз. Распростра­няя указанное правило на случай действия нескольких сил и перенеся все их в верхнюю точку стержня, можно получить как бы условную силу F и почти равноустойчивую систему в пределах принятых допуще­ний. На этом основании можно записать:

F_кр = [F₁(h₁ / h)² + F₂(h₂ / h)² +... + F_n(h_n / h)²]υ_кр

Здесь υ_кр — критический параметр заданной группы сил.

При составлении уравнений устойчивости для отыскания критиче­ской нагрузки можно использовать проверенное выше выражение, в котором считать υ_кр за искомый параметр v для приведенной силы F. Формулу для F следует записать так:

n

F = [F₁(h₁ / h)² + F₂(h₂ / h)² +... + F_n(h_n / h)²]υ = ∑ F_i(h_i / h)υ

i=1

Для принятой расчетной модели закон сохранения энергии в момент потери устойчивости стойки строительных лесов можно представить в общем виде:

W = Q + P

где W — работа приведенной внешней силы; Q — потенциальная энергия деформации консольного стержня лесов или энергия внутренних сил; Р — сумма работ изгибающих и крутящих моментов, представленных кинематическими устройствами в уровне всех этажей.

Заменяя в указанной формуле отдельные выражения W, Q, P их известными значениями, можно определить критическое значение па­раметра υ_кр группы продольных сжимающих сил, приложенных в уровне каждого яруса:

n πx_i

π² E I + 8 h ∑ sin²——— (m_{i кр} + m_iиз)

i=1 2 h

υ_кр = —————————————————————

n

8 ∑ F_i h_i²

i=1

Полученная формула является окончательной для определения критического параметра группы сил и справедлива для определения критического параметра лесов без диагональных связей. В практических рас­четах необходимо определить наименьшее значение этого параметра. Приведенную формулу можно представить в развернутом виде, если подставить в нее значения моментов инерции для трубчатых сечений ^лесов, а также выражения для m_{i кр}, m_iиз:

π² n k_кр k_из πx_i

π² E (D⁴ – d⁴)[—— + 8 h ∑ (——— + ——)sin²———]

8 i=1 8(1 + μ) b 2 h

υ_кр = ————————————————————————————

n

32 ∑ F_i h_i²

i=1

Критическую нагрузку на стойку лесов, загруженную силой в преде­лах одного яруса, следует устанавливать по формуле:

π² E I 2 n πx_i

F_кр = ———— + — ∑(m_{i кр} + m_iиз) sin²———

4h² h i=1 2 h

Как видно, в этой формуле первый член является эйлеровой критической силой для консольного стержня без кинематических устройств.

Расчет несущих поперечин лесов производят аналогично расчету балок на двух опорах с консолью, как статически определимой системы.

Выбранное сечение стойки или прогона только тогда может считаться прочным и обеспечивающим необходимый коэффициент запаса k, ус­ловно принимаемый равным 2, когда фактическое напряжение в сечении не превышает предела прочности материала при возрастании нормаль­ной эксплуатационной нагрузки в k раз.

Воздействие ветровой нагрузки на леса учитывается дополнительно и принимается как горизонтальное усилие от ветрового напора или ветрового отсоса с учетом коэффициента заполнения элементов каркаса лесов расчетной площадки.

Ветровая нагрузка для расчетных участков лесов, не защищенных Р; строящимися или возведенными зданиями, равна:

W_в = 1,4υk (1 + m),

где W_в —ветровая нагрузка, отнесенная к площади фасада лесов; 1,4— аэродинамический коэффициент; υ — величина скоростнбго напора вет­ра, Н/м²; k — коэффициент заполнения (отношение суммы площадей вертикальных проекций отдельных элементов лесов ко всей площади фасада лесов); m — коэффициент пространственности, зависящий от геометрических размеров элементов лесов.

Для участков лесов, расположенных в пределах высоты здания, у которого установлены леса, ветровую нагрузку определяют по фор­муле:

W_в = 0,1υk (1 + m),

При расчете свободно стоящих лесов на опрокидывание от ветровой нагрузки коэффициент устойчивости принимается равным 1,3 ÷ 1,4.