Важная прафесійная заўвага: Гэта архіўны навучальны тэкст, а не бягучая спецыфікацыя праектавання, статычны разлік, доказ грузападымальнасці або інструкцыі па вытворчасці і зборцы. Канструкцыя сталёвых канструкцый павінна ўключаць фактычныя дзеянні, злучэнні, устойлівасць, стомленасць, пажар, карозію і ўсе іншыя адпаведныя ўмовы ў адпаведнасці з дзеючымі правіламі і стандартамі, з адказнасцю ўпаўнаважанага праекціроўшчыка.
Праектаванне і будаўніцтва сталёвых канструкцый не з’яўляецца часткай цяперашняй публічнай прапановы Саво Кусіча. Сённяшняя вытворчасць складаецца з драўляных вокнаў, драўляна-алюмініевых вокнаў і дзвярэй на заказ.
Агульнай асаблівасцю сталёвых канструкцый з’яўляецца тое, што яны ў асноўным зроблены з гарачакачанай сталі. Злучэнне вырабляецца з дапамогай заклёпванняў, шруб або зваркі. Гэта ўключае ў сябе сталёвыя канструкцыі для мастоў, будынкаў, прамысловасці і горназдабыўной прамысловасці, гідратэхнічнага будаўніцтва, слупоў, вежаў, рэзервуараў, у больш шырокім сэнсе і для кранаў, суднабудавання, катлоў і г.д. У цэнтры ўвагі наступных прэзентацый з’яўляецца лячэнне асноўных паняццяў.
Матэрыялы
Асноўным канструкцыйным матэрыялам металаканструкцый з’яўляюцца пракатныя профілі з будаўнічай сталі S235, S275, S355, S420, S450. У залежнасці ад стандарту існуе некалькі розных тыпаў будаўнічай сталі, дзе лік у класіфікацыі звычайна паказвае трываласць сталі на разрыў. Ёсць некалькі літарных сімвалаў, дзе ў дадзеным выпадку S азначае канструкцыйную сталь. Найбольш часта выкарыстоўваюцца формы S, B (бетонная сталь, арматура) і Y (сталь для папярэдняга напружання).
Сталёвыя рулонныя апоры
Асартымент сталёвых профільных апор шырокі і ў кожнай сваё прызначэнне, перавагі і недахопы.
- U-профілі
- Двутавровые профілі з вузкімі ножкамі (IPE, IPN)
- I-профілі з шырокімі ножкамі (HEA, HEB, HEM, HD)
- Полыя профілі / скрынкі (круглыя, квадратныя, прастакутныя)
- Прасціны
- Прадукты халоднай фармоўкі (атрыманыя халоднай пракаткай плоскай паласы і скручваннем плоскай паласы)
Кожны з гэтых профіляў адрозніваецца формай, памерамі, прызначэннем і г.д. Напрыклад, існуе больш за 20 розных профіляў IPN, якія адрозніваюцца памерамі; больш буйныя профілі могуць лепш супрацьстаяць прагіну (выгіну і бакавым кручэнню), прагінам і г.д.
Існуюць чатыры класы сталі ў залежнасці ад таго, ці дасягаюць яны мяжы цякучасці пры павелічэнні напружання, пластычны або пругкі аналіз, якая грузападымальнасць папярочнага перасеку і г.д., дзе першы клас з’яўляецца лепшым, а чацвёрты - горшым. Больш падрабязна пра структуру і трываласць сталі можна прачытаць тут.
Выраўноўванне напружання і грузападымальнасць пры ўстойлівай нагрузцы
Апорная здольнасць. Памеры стальных канструкцый вызначаюцца такім чынам, каб выключыць значныя пастаянныя дэфармацыі. Апорная здольнасць, з іншага боку, у многіх выпадках не вычэрпваецца ў любым выпадку, калі самае высокае параўнальнае напружанне дасягае мяжы цякучасці - тады дэфармацыі растуць значна хутчэй, чым напружання. Для канструкцыйнай сталі тую ж залежнасць, што і пры цякучасці, можна прыняць за мяжу закона Гука для агульных напружаных станаў. У выпадку аднародных напружаных станаў, якія аднолькавыя ва ўсіх месцах, пры перавышэнні мяжы прапарцыянальнасці ніякіх змен не адбываецца, за выключэннем таго, што агульныя дэфармацыі растуць хутчэй, чым напружанне.
Выраўноўванне напружання падчас згінання. У выпадку згінання бэлькі прымяняецца прамалінейнае размеркаванне напружання ў адпаведнасці з гіпотэзай Навье, пакуль напружанне на краі σ=M/W не перавышае мяжу прапарцыянальнасці. Падоўжныя пашырэнні ε = ε(σ). Гэта дакладна, па меншай меры, для невялікіх выгібаў. Напружанне, якое вышэй, чым прапарцыйнае напружанне, можа расці толькі павольней, чым пашырэнне ε. На мал. 1 паказвае размеркаванне напружання выгібу для дадзенай працоўнай дыяграмы і для розных значэнняў пашырэння краю. Такім чынам, вобласць прапарцыянальнасці (пазначаная кружком на ўсіх лініях напружання) становіцца ўсё меншай і меншай з павелічэннем пашырэння краю. Краёвае напружанне спачатку абмежавана σF. Толькі пасля вельмі значных дэфармацый максімальнае напружанне падымаецца вышэй за σF, так што становіцца бачным уплыў канструкцыйнай сталёвай арматуры (выпадак 5).
Мал. 1 - Выраўноўванне напружання пры выгібе
Выраўноўванне пікаў напружання. Размеркаванне падоўжных напружанняў па сячэнні праз сярэдзіну адтуліны ў адным нацягнутым свідраваным стрыжні прыкладна адпавядае лініі 2 на мал. 2. Пік напружання σmax залежыць ад суадносін d/b. У асноўным гэта каля σmax = 2-3 σm, дзе σm = S/FM абазначае сярэдняе значэнне напружання расцяжэння ў секцыі, аслабленым адтулінай на FM. Сл. 2 дзейнічае, пакуль стан напружання не перавысіць P-ліміт. Пры больш высокіх нагрузках для дасягнення пэўнага пашырэння толькі каля адтуліны патрабуюцца напружання ніжэйшыя, чым па прамалінейным законе. У найбольш напружаных кропках напружанне будзе павялічвацца не прапарцыйна S, а больш павольна. На мяжы будзе атрымана прыкладна раўнамернае размеркаванне падоўжных напружанняў σm = σf па ўсім перасеку 2-2. Зрух і папярочныя напружанні не ўлічваліся. З’явы выраўноўвання напружанняў пры павольным павелічэнні сілы S у стрыжні даказваюць, што звычайны метад для сталёвых канструкцый пад уздзеяннем статычнай нагрузкі апраўданы, ігнараваць пікі напружання падчас вызначэння памераў і параўноўваць толькі сярэдняе напружанне σm=S/Fm у аслабленым участку Fm з дапушчальным значэннем.
Мал. 2
Працэдура вызначэння памераў у залежнасці ад грузападымальнасці
Пры павелічэнні нагрузкі адбываецца выраўноўванне напружання ў секцыі. Пры гэтым напружанні перагрупоўваюцца ад найбольш напружаных частак сячэння да менш напружаных. Пакуль дэфармацыі не настолькі вялікія, каб іх трэба было ўлічваць пры ўсталяванні ўмоў раўнавагі, гэты працэс не можа нічога змяніць на велічыню ўплыву S, M і г.д. для статычна вызначаных структур.
Неперарыўныя і каркасныя апоры: у дапушчэнні закону Гука лінія моманту, паказаная пад а, атрымана для адной суцэльнай апоры пастаяннага сячэння (мал. 3). Напружання выгібу прапарцыйныя выгінальным момантам М. Калі абедзве нагрузкі павялічваюцца аднолькава, Р-мяжа спачатку будзе перавышана на сярэдняй апоры В. Мяжа апорнай сілы дасягаецца, калі гранічны момант МДФ дасягаецца і ў полі. У выпадку бэлькі, заціснутай з абодвух бакоў пастаяннага сіметрычнага сячэння засяроджанай сілай (мал. 4), ураўноўванне момантаў існуе з самага пачатку. Калі P-ліміт перавышаны, размеркаванне моманту не змяняецца. Наадварот, у выпадку роўнаразмеркаванай нагрузкі (мал. 5) выраўноўванне момантаў прыводзіць да памяншэння моманту заціскання ад -2/3 Mo да -1/2 Mo.
Мал. 4
Мал. 3 і таму падобнае. 5 адпаведна: згінальныя моманты: а) да, б) гранічны стан пасля перагрупоўкі сіл; а) да, б) пасля выраўноўвання моманту
Рашэцістыя канструкцыі: з унутрана статычна нявызначанымі фермамі існуюць такія ж залежнасці, як і з каркаснымі канструкцыямі. Другаснымі напружаннямі, звязанымі з вузламі, жорсткімі на выгіб, пры ацэнцы грузападымальнасці ў першым набліжэнні можна занядбаць. Пластыфікаваныя секцыі дзейнічаюць аналагічна злучэнням, так што статычнае дзеянне бэлькі пры максімальнай нагрузцы, якую яна яшчэ можа вытрымаць, бліжэй да ідэальнай фермы са злучэннямі ў вузлах. У выпадку канструкцый з часта паўтаральнымі нагрузкамі, у якіх неабходна ўлічваць з’явы трываласці на стомленасць, узнікаюць значныя сумневы супраць уліку выраўноўвання сіл пры вызначэнні памераў. Наадварот, гэта мае практычнае значэнне зрабіць выснову аб уплыве зруху апор. Паколькі працоўная трываласць асобных элементаў канструкцыі залежыць толькі ад межаў напружанняў, а не ад велічыні сумарных дэфармацый, то перамяшчэння апор не ўплываюць на апорную здольнасць.
Пераменная нагрузка: здагадка аб пастаяннай нагрузцы рэдка рэалізуецца. З маставымі бэлькамі існуюць зменныя стану нагрузкі. Здагадкі аб размеркаванні высілкаў і напружанняў у асобных элементах канструкцыі, якія спрашчаюць, з’яўляюцца агульнымі ў практычнай працы са сталёвымі канструкцыямі, згодна з папярэднім, яны апраўданыя ў звычайных абставінах. Гэта асабліва актуальна для ігнаравання мясцовых пікаў напружання. Нельга рэкамендаваць ужываць метад вызначэння памераў па грузападымальнасці пры (дынамічнай) стомленай нагрузцы. Такім чынам, працэдура вызначэння памераў у залежнасці ад грузападымальнасці абмежаваная ў выпадку пераважна статычных нагрузак, асабліва для канструкцый у будаўнічай індустрыі. У астатніх выпадках, у якіх варта звярнуць увагу на з’яўленне стомленасці, трэба будзе выключыць значныя дэфармацыі і ўзяць за аснову тэорыю пругкасці. Пры гэтым трэба імкнуцца да досыць вялікай адлегласці ад мяжы цякучасці. У такім выпадку трываласць будаўнічай сталі забяспечвае некаторую дадатковую бяспеку.
Пераменны націск
Халоднае расцяжэнне і старэнне: На мал. 6 была прыменена лінія пашырэння напружання круглага стрыжня, які падвяргаўся пераменным напружанням расцяжэння і сціску. Асобныя працэсы загрузкі пазначаны лічбамі ў адпаведнасці з іх парадкам. Эластычныя пашырэнні, якія вяртаюцца пры разгрузцы, таксама ўзнікаюць пасля вялікіх расцяжак прапарцыйна напружанням. Пры змене знака напружання Р-мяжа практычна цалкам знікае. Такім чынам, пругкія ўласцівасці будаўнічай сталі, выцягнутай у халодным стане, не адпавядаюць зыходным значэнням. У залежнасці ад папярэдняй апрацоўкі могуць быць паказаны даволі значныя адрозненні.
Мал. 6
Разам з гэтым з’яўляецца больш прыкмет старэння. Гэты тэрмін уключае ўсе змены ўласцівасцей, якія адбываюцца з цягам часу без знешняга ўздзеяння. Старэнне пры расцяжэнні можа назірацца пасля канчатковай дэфармацыі шляхам халоднага расцяжэння. Калі пастаянна расцягнутыя выпрабавальныя ўзоры пакідаюць на працягу некаторага часу без нагрузкі пры пакаёвай тэмпературы, трываласць на разрыў і, у меншай ступені, трываласць на разрыў павышаюцца вышэй першапачатковага значэння, у той час як адноснае падаўжэнне пры разрыве памяншаецца (мал. 7). Працэс старэння доўжыцца некалькі дзён, але скарачаецца да некалькіх гадзін або ўсяго хвілін, калі канструкцыйную сталь нагрэць прыкладна да 300 oC. Варта таксама адзначыць, што расцягвае старэнне адбываецца адначасова з расцяжэннем, калі гэта адбываецца пры тэмп. 200 – 400 oC, г.зн. у зоне сіняга святлення.
Мал. 7 — а) лінія расцяжэння двухнагружанага стрыжня; б) лінія пашырэння стрыжня, выцягнутага ў халодным стане
Наступнае дзеянне і гістарэзіс: У цалкам пругкім матэрыяле існуе адназначная ўзаемазалежнасць паміж напружаннем і станам дэфармацыі, так што пэўныя напружання заўсёды адпавядаюць аднолькавым дэфармацыям і наадварот. Пры дадзеным законе пругкасці дэфармацыі не залежаць ад часу, які прайшоў з моманту прымянення нагрузкі, а таксама ад спосабу яе прымянення. Адхіленні ад чыста пругкіх паводзін можна апісаць у двух ступенях набліжэння: у пругкай вобласці маюцца невялікія адхіленні; іх у першым набліжэнні можна не ўлічваць. Іх можна вызначыць дакладнымі вымярэннямі, асабліва пры параўнанні напружання бліжэй да мяжы пругкасці. А менавіта, пашырэнне з’яўляецца не толькі функцыяй напружання, але пры замкнёным цыкле нагрузкі і аднолькавым напружанні яно заўсёды крыху меншае падчас разгрузкі, чым падчас нагрузкі. Адхіленне ад поўнай эластычнасці, г.зн. розніца паміж адпаведнымі пашырэннямі пры аднолькавых напружаннях называецца пругкім гістэрэзісам. Калі цыкл нагрузкі паўтараецца часцей, гэта атрымліваецца пры не занадта высокіх напружаннях - замкнёны контур гістэрэзісу або згасання. Сл. 8 паказвае контуры згасання для розных значэнняў нагрузкі пераменнага току. Шырыня завес моцна павялічваецца з ростам напругі. Плошча завесы прапарцыйная рабоце дэфармацыі, якая губляецца пры кожным цыкле і ператвараецца ў цяпло. Акрамя таго, дэфармацыі зменлівыя не толькі па вышыні напружання, але і па часе, яны залежаць ад хуткасці і спосабу нагрузкі. Частка дэфармацыі, якая залежыць ад часу, называецца паслядзеяннем. Гістэрэзіс і паслядзеянне адбываюцца адначасова. Як правіла, яны не маюць практычнага значэння для тых відаў будаўнічай сталі, якія сустракаюцца ў металаканструкцыях пры пакаёвых тэмпературах.
Сл. 8
Заўвага па заяўцы: Абазначэнні гістарычных матэрыялаў, дапушчэнні, дыяграмы і працэдуры ў тэксце не павінны выкарыстоўвацца ў якасці замены дзеючым стандартам, спецыфічным характарыстыкам прадукту, разліковай мадэлі і экспертнай праверцы агульнай канструкцыі.