Basiese beginsels van staalstrukture

Belangrike professionele nota: Hierdie is ’n argiefopvoedkundige teks, nie ’n huidige ontwerpspesifikasie, statiese berekening, bewys van vragvermoë of vervaardigings- en monteerinstruksies nie. Die ontwerp van staalstrukture moet werklike aksies, verbindings, stabiliteit, moegheid, brand, korrosie en alle ander relevante toestande volgens geldige regulasies en standaarde insluit, met die verantwoordelikheid van die gemagtigde ontwerper.

Die ontwerp en konstruksie van staalstrukture is nie deel van die huidige openbare aanbod van Savo Kusić nie. Vandag se produksiefokus bestaan ​​uit houtvensters, hout-aluminiumvensters en pasgemaakte deure.

Staalstrukture het ’n gemeenskaplike kenmerk deurdat dit meestal uit warmgewalste staal bestaan. Verbinding word gedoen met klinknaels, skroewe of sweiswerk. Dit sluit in staalstrukture vir brûe, geboue, nywerheid en mynbou, hidrouliese ingenieurswese, pilare, torings, tenks, in ’n breër sin en vir hyskrane, skeepsbou, ketels, ens. Die fokus van die volgende aanbiedings is die behandeling van basiese konsepte.

Materiaal

Die belangrikste konstruksiemateriaal van staalkonstruksies is gerolde profiele van konstruksie kwaliteit staal S235, S275, S355, S420, S450. Afhangende van die standaard, is daar verskeie verskillende tipes konstruksiestaal, waar die nommer in die klassifikasie gewoonlik die treksterkte van die staal aandui. Daar is verskeie lettersimbole, waar in hierdie geval die S vir struktuurstaal staan. Die mees algemene vorme wat gebruik word, is S, B (betonstaal, wapening) en Y (voorspanstaal).

Staal gerolde ondersteuners

Daar is ’n wye reeks staalprofielstutte en elkeen het sy eie doel, voordele en nadele.

• U-profiele
• I-profiele met smal bene (IPE, IPN)
• I-profiele met wye bene (HEA, HEB, HEM, HD)
• Hol profiele/bokse (rond, vierkantig, reghoekig)
• Blaaie
• Koudgevormde produkte (verkry deur ’n plat strook koud te rol en ’n plat strook te draai)

Elkeen van hierdie profiele verskil in vorm, afmetings, doel, ens. Daar is byvoorbeeld meer as 20 verskillende IPN-profiele, wat in afmetings verskil; groter profiele kan knik beter weerstaan ​​(buig- en laterale-torsie), defleksies, ens.

Related Information: Struktuur, weerstand en sterkte van staal

Spanninggelykstelling en dravermoë by bestendige las

Drakrag. Die afmetings van staalstrukture word so bepaal dat betekenisvolle permanente vervormings uitgesluit word. Die dravermoë is egter in baie gevalle op geen manier uitgeput wanneer die hoogste vergelykende spanning die vloeipunt bereik nie - dan groei die vervormings baie vinniger as die spannings. Vir struktuurstaal kan dieselfde afhanklikheid as wanneer toegee as die limiet van Hooke se wet vir algemene spanningstoestande geneem word. In die geval van homogene spanningstoestande, wat op elke plek gelyk is, vind geen veranderinge plaas wanneer die perk van eweredigheid oorskry word nie, behalwe dat die totale vervormings vinniger as die spanning groei.

Egalisering van spanning tydens buiging. In die geval van buiging van ’n balk, geld die reglynige spanningsverspreiding volgens die Navier-hipotese, totdat die randspanning σ=M/W nie die grens van eweredigheid oorskry nie. Longitudinale uitbreidings ε = ε(σ). Dit geld ten minste vir klein draaie. Spannings wat hoër is as die proporsionaliteitstres kan net stadiger groei as die uitbreidings ε. In fig. 1 toon die buigspanningsverspreiding vir die gegewe bedryfsdiagram en vir verskeie waardes van randuitsetting. Die area van proporsionaliteit (gemerk met ’n sirkel op alle spanningslyne) word dus kleiner en kleiner met toenemende randdilatasie. Die randspanning word eers deur σF beperk. Eers na baie beduidende vervormings styg die maksimum spanning bo σF, sodat die invloed van die strukturele staalwapening sigbaar word (geval 5).

Fig. 1 - Buigspanninggelykstelling

Egalisering van spanningspieke. Die verspreiding van longitudinale spannings oor die snit deur die middel van die gat in ’n enkele gespanne geboorde staaf stem ongeveer ooreen met die lyn2in fig.2. Die spanningspiek σmaks hang af van die d/b-verhouding. Dit is meestal rondom σmax =2-3σm, waar σm = S/FM  die gemiddelde waarde van die trekspanning in die gedeelte wat deur die gat by FM verswak is, aandui. Sl.2geldig totdat die spanningtoestand die P-limiet oorskry. By hoër ladings, om ’n sekere dilatasie te bereik, is laer spannings net naby die gat nodig as volgens die reguitlynwet. By die mees beklemtoonde punte sal die spannings dan nie meer proporsioneel met S toeneem nie, maar eerder stadiger. By die grens sal dit oor die hele gedeelte verkry word2-2’n ongeveer eenvormige verspreiding van longitudinale spanninge σm = σf. Skuif- en dwarsspannings is verwaarloos. Die voorkoms van spanningsvergelyking tydens die stadige toename van die krag S in die staaf bewys dat die gewone metode vir staalstrukture onder die effek van ’n statiese las geregverdig is, om die spanningspieke tydens dimensionering te ignoreer en om slegs die gemiddelde spanning σm=S/Fm in die verswakte gedeelte Fm met die toelaatbare waarde te vergelyk.

Sl.2

Dimensioneringsprosedure volgens vragvermoë

Soos die las toeneem, vind spanningsvergelyking in die seksie plaas. Sodoende word die spannings hergroepeer van die mees gestresste dele van die seksie na die minder gestresste. Solank die vervormings nie so groot is dat dit in ag geneem moet word wanneer die ewewigstoestande bepaal word nie, kan hierdie proses niks verander aan die grootte van die invloed van S, M, ens. met staties-bepaalde strukture nie.

Deurlopende en raamsteune: onder die aanname van Hooke se wet, word dit verkry vir een deurlopende ondersteuning van konstante snit (Fig.3) momentlyn getoon onder a. Die buigspannings is eweredig aan die buigmomente M. Indien beide vragte ewe veel toeneem, sal die P-limiet eers by die middelste steun B oorskry word. Die dragrens word bereik wanneer die beperkende moment MDF ook in die veld bereik word. In die geval van ’n balk vasgeklem aan beide kante van ’n konstante simmetriese snit met ’n gekonsentreerde krag (fig.4) momentgelykmaking bestaan ​​van die begin af. Wanneer die P-limiet oorskry word, is daar geen verandering in die oomblikverspreiding nie. Inteendeel, in die geval van ’n eweredig verspreide vrag (Fig.5) die gelykstelling van die momente lei tot ’n vermindering van die knypmoment met -2/3 Moor op -1/2 Mo.

Sl.4

Sl.3ens.5, onderskeidelik: buigmomente: a) voor, b) limiettoestand na kraghergroepering; a) voor, b) na gelykmaking van die momentum

Traliekonstruksies: met intern staties onbepaalde kappe is daar soortgelyke afhanklikhede as met raamkonstruksies. Die sekondêre spannings, wat verband hou met die nodusse wat styf is in buiging, kan in die eerste benadering afgeskeep word wanneer die lasvermoë geëvalueer word. Geplastiseerde snitte tree soortgelyk op as gewrigte, sodat die statiese werking van die balk onder die uiteindelike las wat dit nog kan dra, nader aan dié van ’n ideale vakwerk met gewrigte in die nodusse is. In die geval van konstruksies met gereeld herhaalde belastings, waarin vermoeiingssterkte-verskynsels in ag geneem moet word, bestaan ​​daar dus aansienlike twyfel daarteen om gelykstelling van kragte tydens dimensionering in ag te neem. Inteendeel, dit is van praktiese belang om af te lei oor die invloed van die verplasing van stutte. Aangesien die werksterkte van individuele strukturele elemente slegs afhang van die spanningsgrense, en nie van die grootte van die totale vervormings nie, het die verplasings van die stutte geen effek op die dravermoë nie.

Wisselende las: die aanname van ’n konstante lasgeval word selde gerealiseer. Met brugbalke is daar veranderlike lastoestande. Aannames oor kragte en spanningsverspreiding in individuele strukturele elemente, wat vereenvoudig, is algemeen in praktiese werk met staalstrukture, volgens die vorige een, is dit geregverdig onder gewone omstandighede. Dit geld veral vir die verwaarlosing van plaaslike spanningspieke. Dit kan nie aanbeveel word om die metode van dimensionering volgens vragkapasiteit toe te pas onder (dinamiese) moegheidslading nie. Dus is die dimensioneringsprosedure volgens vragvermoë beperk tot die geval van oorwegend statiese vragte, veral tot konstruksies in die boubedryf. In ander gevalle, waarin aandag gegee moet word aan die voorkoms van moegheid, sal beduidende vervormings uitgesluit moet word en die teorie van elastisiteit as basis geneem moet word. Sodoende moet daar gestreef word na ’n voldoende groot afstand vanaf die opbrengspunt. Die taaiheid van konstruksiestaal bied dan ’n bietjie bykomende sekuriteit.

Wisselspanning

Koue strek en veroudering: In fig. 6 die spanning-dilatasielyn van ’n ronde staaf, wat aan afwisselende trek- en drukspannings blootgestel was, is toegepas. Individuele vragprosesse word met nommers gemerk volgens hul volgorde. Elastiese dilatasies wat terugkeer na aflaai vind ook plaas na groot strekke in verhouding tot die spannings. Wanneer die spanningsteken verander word, verdwyn die P-limiet byna heeltemal. Daarom stem die elastiese eienskappe van konstruksiestaal wat in die koue toestand getrek is nie ooreen met die oorspronklike waardes nie. Afhangende van die vorige verwerking, kan redelik beduidende verskille getoon word.

Fig. 6

Daarmee saam kom meer tekens van veroudering. Hierdie term sluit alle veranderinge in eienskappe in wat oor tyd plaasvind sonder eksterne invloed. Strekveroudering kan waargeneem word na permanente vervorming deur koue strek. Indien permanent gestrekte toetsmonsters vir ’n geruime tyd sonder lading by kamertemperatuur gelaat word, styg die treksterkte en, in ’n mindere mate, die skeursterkte bo die oorspronklike waarde, terwyl die verlenging by breek afneem (Fig. 7). Die verouderingsproses duur vir dae, maar word tot ’n paar uur of net minute verminder as die struktuurstaal verhit word tot ongeveer 300 oC. Dit moet ook genoem word dat strekveroudering gelyktydig met strek plaasvind, indien dit teen temp gebeur. 200 – 400 oC, dit wil sê in die blou gloei area.

Fig. 7 - a) uitbreidingslyn van ’n dubbel gelaaide staaf; b) dilatasielyn van ’n staaf wat in ’n koue toestand gestrek is

Daaropvolgende werking en histerese: In ’n heeltemal elastiese materiaal is daar ’n ondubbelsinnige onderlinge afhanklikheid tussen die spanning en vervormingstoestand, sodat sekere spannings altyd ooreenstem met dieselfde vervormings en omgekeerd. Met ’n gegewe wet van elastisiteit hang die vervormings nie af van die tyd wat verloop het sedert die las toegepas is nie, en ook nie van die manier waarop die las toegepas word nie. Afwykings van suiwer elastiese gedrag kan in twee grade van benadering beskryf word: in die elastiese gebied is daar klein afwykings; hulle kan in die eerste benadering geïgnoreer word. Hulle kan bepaal word deur akkurate metings, veral wanneer die spanning nader aan die elastiese limiet vergelyk word. Dilatasie is naamlik nie net ’n funksie van spanning nie, maar met ’n geslote lassiklus en dieselfde spanning is dit altyd effens kleiner tydens aflaai as tydens laai. Afwyking van volledige elastisiteit, dws. die verskil tussen ooreenstemmende uitsettings by dieselfde spanning word elastiese histerese genoem. As die lassiklus meer gereeld herhaal word, word dit verkry teen nie te hoë spannings nie - ’n geslote lus van histerese of demping. Sl. 8 wys die dempingslusse vir verskillende WS-ladingswaardes. Die breedte van die lusse neem sterk toe met die hoogte van die spanning. Die area van die lus is eweredig aan die vervormingswerk, wat by elke siklus verlore gaan en in hitte omgeskakel word. Die vervormings is ook veranderlik, nie net met die hoogte van die spanning nie, maar ook met tyd, dit hang af van die spoed en metode van laai. Die deel van die vervorming, wat van tyd afhang, word die nawerking genoem. Histerese en nawerking vind gelyktydig plaas. As ’n reël is hulle van geen praktiese belang vir daardie tipe konstruksiestaal wat by kamertemperature in staalstrukture voorkom nie.

Sl. 8

Aansoeknota: Historiese materiaalbenamings, aannames, diagramme en prosedures in die teks moet nie gebruik word as ’n plaasvervanger vir huidige standaarde, spesifieke produkeienskappe, berekeningsmodel en deskundige verifikasie van die algehele konstruksie nie.