5 Расчет панелей по предельным состояниям первой и второй групп
5.1 Общие положения
Предельные состояния первой и второй групп определяют несущую способность панелей, противодействующую разрушению конструкции под внешними силовыми воздействиями, а также невозможность их дальнейшей эксплуатации при достижении предельных прогибов.
5.2 Сочетания расчетных нагрузок
Сочетания нагрузок приняты в соответствии с СП 20.13330. Однако при назначении коэффициентов сочетания и частных коэффициентов материала следует учитывать специфичные для трехслойных панелей погодные факторы и их влияние на нагрузки и напряженное состояние, а также значительную изменчивость механических характеристик материала сердцевины вследствие ползучести слоя утеплителя.
5.3 Предельное состояние по потере несущей способности Предельное состояние первой группы определяет несущую способность
панелей, вследствие возникновения повреждений конструкций под внешними воздействиями, при которых дальнейшая эксплуатация панели невозможна. В панелях могут возникать следующие предельные состояния:
- текучесть в обшивках панелей с последующим их разрушением;
- выпучивание обшивок панели с последующим разрушением панели;
- разрушение профилированной обшивки вследствие местной потери устойчивости стенок и полок профиля;
- разрушение сердечника в результате сдвига утеплителя;
- разрушение профилированной обшивки вследствие сдвига;
- разрушение сердечника или профилированной обшивки на контакте с сосредоточенной линейной нагрузкой;
- разрушение панелей в месте контакта с опорной конструкцией.
5.4 Предельное состояние по деформации панелей
Проверку предельного состояния по деформациям панелей проводят путем расчета на воздействие нормативных нагрузок. Прогибы панелей не должны превышать значений расчетных прогибов по СП 20.13330.
6 Методы расчета
При расчете панелей следует пользоваться одним из двух методов:
- расчет в стадии упругих деформаций;
- расчет с учетом пластического шарнира.
При расчете панелей по предельным состояниям первой и второй групп необходимо учитывать податливость сердечника при сдвиге. Для этого следует применять постоянный модуль сдвига материала сердцевины, соответствующий среднему значению при нормальной температуре внутри помещения. Главные векторы напряжений должны быть определены по 6.2.
Расчет с учетом развития пластических деформаций следует проводить только тогда, когда проверяются изгибные напряжения над промежуточной опорой. Данный расчет не следует применять, когда первое предельное состояние – разрушение заполнителя при сдвиге.
6.1 Расчет в упругой стадии
Внутренние силы в сечениях панели (изгибающие моменты, нормальная и сдвигающая силы) – результат комбинации всех воздействий, приложенных к трехслойным панелям, следует находить применением теории упругости с учетом податливости материала заполнителя при сдвиге.
Формулы расчета панелей должны соответствовать приведенным в таблице А.1 для панелей с гладкими и слабопрофилированными поверхностями и в таблице А.2 для панелей с профилированными поверхностями (приложение А).
6.2 Расчет с учетом развития пластических деформаций
6.2.1 Распределение изгибающих моментов в предельном состоянии при потере несущей способности в сплошном многослойном элементе может быть выбрано произвольно при условии, что главные векторы внутренних напряжений находятся в равновесии с внешними воздействиями, которые должны быть равны или выше самой неблагоприятной комбинации расчетных воздействий. Эти напряжения никогда не должны превышать сопротивление пластической деформации поперечного сечения.
6.2.2 При расчете предельного состояния в пластической стадии работы с учетом развития пластических деформаций сплошная многопролетная многослойная панель может быть заменена схемой разрезных балочных систем, с опорами по концам панелей, с нулевым сопротивлением изгибу на промежуточных опорах. В этой расчетной схеме в многослойных панелях с плоскими или слегка профилированными поверхностями напряжения, вызванные перепадом температур между поверхностями, можно не учитывать.
6.3 Общие предпосылки расчета
6.3.1 Расчет трехслойных панелей проводят исходя из следующих предположений:
- материалы заполнителя и поверхностей для диапазона рассматриваемых деформаций остаются линейно упругими;
- продольные деформации сердцевины настолько малы в сравнении с деформациями обшивок, что влиянием продольных нормальных напряжений в заполнителе можно пренебречь, за исключением случая, когда расчет проводят в пластической стадии и пластические шарниры допускаются в расчетной схеме панели;
внутренний слой панели (сердцевина) настолько податлива, что при определении равнодействующих напряжений нельзя пренебрегать влиянием деформаций сдвига;
при длительном воздействии поперечных нагрузок (постоянная и временная нагрузки, снег и т. п.) в покрытиях и перекрытиях зданий, в потолочных панелях ползучесть внутренних слоев панелей от напряжений сдвига вызывает образование дополнительных прогибов и изменение внутреннего напряженного состояния. Это следует принимать во внимание при расчетах по предельным состояниям первой и второй групп;
в трехслойных панелях температура представляет собой, в ряде случаев, доминирующий случай нагрузки, что создает изгибающие моменты в сечениях панелей. При расчете панелей стен и кровли следует обязательно учитывать температурные воздействия вследствие разности температур на наружной и внутренней обшивках. Температуры на внешней и внутренней обшивках определяют в соответствии с СП 20.13330.
6.3.2 Для панелей с плоскими или слабопрофилированными обшивками изгибная жесткость поверхностей (ВF1 = ЕF1IF1, ВF2 = ЕF2IF2) мала и оказывает незначительное влияние на распределения напряжений и прогибы панели. В этом случае изгибной жесткостью поверхностей следует пренебречь (ВF1 = ВF2 = 0). Расчеты внутренних сил следует основывать только на главных векторах напряжений и определять по формуле
МS = еNF1 = еNF2 и QS. (2)
П р и м е ч а н и я
1. Нормальные силы NF1 и NF2 вызывают равномерное распределение сжимающих и растягивающих напряжений во внешних и внутренних слоях панели, в то время как изгибающие моменты МF1 и МF2 вызывают нормальные напряжения, которые изменяются линейно по глубине слоя сердцевины. Местная потеря устойчивости сжатой обшивки панели делает распределение нормальных напряжений на поверхности нелинейным.
2. Поперечная сила QS вызывает равномерное распределение сдвигающих напряжений τc по высоте сердцевины панели. В этом случае жесткость слоя сердцевины при сжатии и растяжении в направлении вдоль трехслойной панели не принимается во внимание. Поперечные силы QF1 и QF2 вызывают сдвигающие напряжения τF1 и τF2 на слоях обшивки с конечной изгибной жесткостью.
6.3.3 Несущую способность многослойной панели следует определять по двум расчетным схемам (рисунки 3 и 4):
момента МF на металлических обшивках панели и момента МS (многослойная часть), который возникает от нормальных сил NF1 и NF2 на поверхностях, умноженных на расстояние между центрами тяжести е;
- от поперечных сил:
- сдвигающей силы QF на металлических обшивках панели и компонента сдвигающей силы QS в многослойной части профиля.
Следует допустить, что сдвигающие напряжения τF1 и τF2 постоянны по высоте стенок профилей металлической обшивки (рисунок 6).
 | |
| 537 × 113 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 3 – Схема внутренних усилий в сечении в панели со
слабопрофилированными обшивками
 | |
| 589 × 124 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 4 – Схема внутренних напряжений в сечении панели со слабопрофилированными обшивками
6.3.4 В панелях с одной или обеими профилированными (толстыми) поверхностями следует учитывать изгибную жесткость этих поверхностей (ВF1 + ВF2 ≠ 0). Главные внутренние силы в поперечном сечении определяют по формуле
М = МS + МF1 + МF2 и Q = QS + QF1 + QF2, (3)
где МS и QS – изгибающий момент и поперечная сила в сердцевине панели;