Tärkeä ammatillinen huomautus: Tämä on arkistoopetusteksti, ei nykyinen suunnitteluspesifikaatio, staattinen laskelma, kantavuustodistus tai valmistus- ja asennusohje. Teräsrakenteiden suunnittelun tulee sisältää todelliset vaikutukset, liitokset, vakavuus, väsymys, tulipalo, korroosio ja kaikki muut asiaankuuluvat olosuhteet voimassa olevien määräysten ja standardien mukaisesti valtuutetun suunnittelijan vastuulla.
Teräsrakenteiden suunnittelu ja rakentaminen ei ole osa Savo Kusićin nykyistä julkista tarjousta. Tämän päivän tuotannon painopiste koostuu puisista ikkunoista, puisista alumiini-ikkunoista ja muokatuista ovista.
Teräsrakenteilla on yhteinen piirre, että ne on pääosin valmistettu kuumavalssatusta teräksestä. Liittäminen tehdään niiteillä, ruuveilla tai hitsaamalla. Tämä sisältää siltojen, rakennusten, teollisuuden ja kaivosteollisuuden teräsrakenteet, vesirakentamisen, pilarit, tornit, säiliöt, laajemmassa merkityksessä ja nosturien, laivanrakennuksen, kattiloiden jne. Seuraavien esitysten painopiste on peruskäsitteiden käsittelyssä.
Materiaalit
Teräsrakenteiden päärakennusmateriaalina ovat valssatut profiilit rakennuslaatuteräksestä S235, S275, S355, S420, S450. Rakennusteräksiä on standardista riippuen useita erilaisia, jolloin luokituksen numero ilmaisee yleensä teräksen vetolujuuden. Kirjainmerkkejä on useita, joissa S tarkoittaa tässä tapauksessa rakenneterästä. Yleisimmät käytetyt muodot ovat S, B (betoniteräkset, raudoitus) ja Y (esijännitysteräs).
Teräsvalssatut tuet
Teräsprofiilitukia on laaja valikoima ja jokaisella on oma tarkoituksensa, etunsa ja haittansa.
- U-profiilit
- I-profiilit kapealla jalalla (IPE, IPN)
- I-profiilit leveillä jaloilla (HEA, HEB, HEM, HD)
- Ontot profiilit/laatikot (pyöreä, neliö, suorakaiteen muotoinen)
- Arkkia
- Kylmämuovatut tuotteet (saatu kylmävalssaamalla litteää nauhaa ja kiertämällä litteää nauhaa)
Jokainen näistä profiileista eroaa muodoltaan, mitoiltaan, tarkoitukseltaan jne. Esimerkiksi on olemassa yli 20 erilaista IPN-profiilia, jotka eroavat mitoiltaan; Suuremmat profiilit kestävät paremmin nurjahduksen (taivutus- ja sivuttais-vääntö), taipumia jne.
Teräsluokkaa on neljä sen mukaan, saavuttavatko ne myötörajan, kun jännitystä kasvatetaan, onko analyysi plastinen vai elastinen, mikä on poikkileikkauksen kantavuus jne. missä ensimmäinen luokka on paras ja neljäs huonoin. Lisää teräksen rakenteesta ja lujuudesta voit lukea täältä.
Jännitteen tasaus ja kantokyky tasaisella kuormituksella
Kantavuus. Teräsrakenteiden mitat määritetään siten, että merkittäviä pysyviä muodonmuutoksia ei ole otettu huomioon. Kantokyky ei kuitenkaan monissa tapauksissa lopu millään tavalla, kun suurin vertailujännitys saavuttaa myötörajan - silloin muodonmuutokset kasvavat paljon nopeammin kuin jännitykset. Rakenneteräkselle sama riippuvuus kuin myötössä voidaan pitää Hooken lain rajana yleisille jännitysolosuhteille. Homogeenisten jännitystilojen tapauksessa, jotka ovat samat joka paikassa, suhteellisuusrajan ylittäessä ei tapahdu muutoksia, paitsi että kokonaismuodonmuutokset kasvavat jännitystä nopeammin.
Jännityksen tasaus taivutuksen aikana. Palkin taivutuksessa pätee Navierin hypoteesin mukainen suoraviivainen jännitysjakauma, kunnes reunajännitys σ=M/W ei ylitä suhteellisuusrajaa. Pituuslaajennukset ε = ε(σ). Tämä koskee ainakin pieniä mutkia. Suhteellisuusjännitystä suuremmat jännitykset voivat kasvaa vain hitaammin kuin laajennukset ε. Kuvassa 1 näyttää taivutusjännityksen jakautumisen annetulle toimintakaaviolle ja eri reunalaajenemisarvoille. Suhteellisuusalue (merkitty ympyrällä kaikilla jännitelinjoilla) pienenee ja pienenee reunan laajenemisen myötä. Reunajännitettä rajoittaa ensin σF. Vasta erittäin merkittävien muodonmuutosten jälkeen maksimijännitys nousee yli σF:n, jolloin rakenneteräsraudoituksen vaikutus tulee näkyviin (tapaus 5).
Kuva. 1 - Taivutusjännitteen tasaus
Jännityshuippujen tasaus. Pitkittäisjännitysten jakautuminen reiän keskikohdan läpi yhdessä jännitetyssä poratangossa vastaa suunnilleen kuvan 2 linjaa 2. 2. Jännitteen huippu σmax riippuu d/b-suhteesta. Se on enimmäkseen arvoa σmax = 2-3 σm, missä σm = S/FM tarkoittaa keskimääräistä vetojännityksen arvoa FM:n reiän heikentämässä osassa. Sl. 2 on voimassa, kunnes jännitetila ylittää P-rajan. Suuremmilla kuormituksilla tietyn laajentumisen saavuttamiseksi tarvitaan pienempiä jännitteitä vain reiän lähellä kuin suoran lain mukaan. Eniten jännityneissä kohdissa jännitykset eivät enää kasva suhteessa S:n kanssa, vaan hitaammin. Rajalla saadaan suunnilleen tasainen pituussuuntaisten jännitysten jakautuminen σm = σf koko leikkaukselle 2-2. Leikkaus- ja poikittaisjännitykset jätettiin huomioimatta. Jännitystasaistuminen tangon voiman S hitaassa lisääntymisessä todistaa, että staattisen kuorman vaikutuksesta teräsrakenteissa tavallinen menetelmä on perusteltua jättää huomioimatta jännityshuiput mitoituksessa ja verrata vain keskimääräistä jännitystä σm=S/Fm heikennetyssä osassa Fm sallittuun arvoon.
Kuva. 2
Mitoitusmenettely kantavuuden mukaan
Kuorman kasvaessa osassa tapahtuu jännitteen tasaamista. Tällöin jännitykset ryhmitellään uudelleen osan eniten jännittyneistä osista vähemmän jännittyneisiin. Niin kauan kuin muodonmuutokset eivät ole niin suuria, että ne pitäisi ottaa huomioon tasapainoolosuhteita asetettaessa, tämä prosessi ei voi muuttaa mitään S:n, M:n jne. vaikutuksen suuruuteen staattisesti määrätyillä rakenteilla.
Jatkuvat ja runkotuet: Hooken lain oletuksen mukaan se saadaan yhdelle jatkuvalle poikkileikkaukseltaan vakiotuelle (kuva 1).3) kohdassa a näkyvä momenttiviiva. Taivutusjännitykset ovat verrannollisia taivutusmomentteihin M. Jos molemmat kuormat kasvavat yhtä paljon, ylittyy ensin P-raja keskituen B kohdalla. Kantavuusraja saavutetaan, kun rajamomentti MDF saavutetaan myös kentällä. Kun kyseessä on palkki, joka on kiinnitetty keskitetyllä voimalla jatkuvan symmetrisen osan molemmille puolille (kuva 1).4) hetken tasaus on olemassa alusta alkaen. Kun P-raja ylittyy, momenttijakaumassa ei tapahdu muutosta. Päinvastoin tasaisesti jakautuneen kuorman tapauksessa (kuva 1).5) momenttien tasaus johtaa puristusmomentin pienenemiseen -2/3 Mnoin päällä -1/2 Mo.
Sl.4
Sl.3jne.5, vastaavasti: taivutusmomentit: a) ennen, b) rajatila voiman uudelleenryhmittelyn jälkeen; a) ennen, b) vauhdin tasaamisen jälkeen
Ristirakenteet: sisäisesti staattisesti määrittelemättömillä ristikoilla on samanlaisia riippuvuuksia kuin runkorakenteissa. Toissijaiset jännitykset, jotka liittyvät taivutusjäykkisiin solmuihin, voidaan jättää huomioimatta ensimmäisessä approksimaatiossa kantavuutta arvioitaessa. Pehmitetyt profiilit toimivat samalla tavalla kuin liitokset, joten palkin staattinen vaikutus sen kantaman murtokuorman alaisena on lähempänä ihanteellista ristikkoa, jossa on liitokset solmuissa. Rakennuksissa, joissa on usein toistuvia kuormituksia, joissa väsymislujuusilmiöt on otettava huomioon, on siksi suuria epäilyjä voimien tasaamisen huomioimisesta mitoituksen yhteydessä. Päinvastoin, on käytännössä tärkeää tehdä johtopäätös tukien siirtymän vaikutuksesta. Koska yksittäisten rakenneosien käyttölujuus riippuu vain jännitysrajoista, ei kokonaismuodonmuutosten koosta, tukien siirtymät eivät vaikuta kantavuuteen.
Vaihteleva kuorma: oletus vakiokuorman tapauksesta toteutuu harvoin. Siltapalkeissa on vaihtelevia kuormitustiloja. Yksinkertaistavat oletukset yksittäisten rakenne-elementtien voimista ja jännitysjakaumasta ovat yleisiä teräsrakenteiden käytännön työssä, edellisen mukaan perusteltuja normaaleissa olosuhteissa. Tämä pätee erityisesti paikallisten jännitehuippujen huomiotta jättämiseen. Ei voida suositella mitoitusmenetelmän soveltamista kantavuuden mukaan (dynaamisen) väsymiskuormituksen alla. Näin ollen kantokyvyn mukainen mitoitus on rajoitettu pääasiassa staattisten kuormien tapauksessa, erityisesti rakennusalan rakennuksiin. Muissa tapauksissa, joissa on kiinnitettävä huomiota väsymyksen ilmenemiseen, merkittävät muodonmuutokset on suljettava pois ja otettava perustana elastisuusteoria. Tällöin tulee pyrkiä riittävän suureen etäisyyteen myötörajasta. Rakennusteräksen sitkeys antaa sitten lisäturvaa.
Vaihteleva rasitus
Kylmävenyttely ja ikääntyminen: Kuvassa. 6 käytettiin pyöreän tangon jännityslaajennuslinjaa, joka altistui vuorotteleville veto- ja puristusjännityksille. Yksittäiset latausprosessit on merkitty numeroin niiden järjestyksen mukaan. Purkuvaiheessa palautuvia elastisia laajentumia esiintyy myös suurten venytysten jälkeen suhteessa jännityksiin. Jännitemerkkiä vaihdettaessa P-raja häviää lähes kokonaan. Siksi kylmässä vedetyn rakennusteräksen elastisuusominaisuudet eivät vastaa alkuperäisiä arvoja. Edellisestä käsittelystä riippuen voidaan näyttää melko merkittäviä eroja.
Kuva. 6
Sen myötä tulee lisää ikääntymisen merkkejä. Tämä termi sisältää kaikki ominaisuuksien muutokset, jotka tapahtuvat ajan myötä ilman ulkoista vaikutusta. Venytys-ikääntyminen voidaan havaita pysyvän muodonmuutoksen jälkeen kylmävenyttelyllä. Jos pysyvästi venytetyt koekappaleet jätetään joksikin aikaa ilman kuormitusta huoneenlämpötilaan, vetolujuus ja vähemmässä määrin repäisylujuus nousevat alkuperäisen arvon yläpuolelle, kun taas murtovenymä pienenee (kuva 7). Vanhenemisprosessi kestää päiviä, mutta lyhenee muutamaan tuntiin tai muutamaan minuuttiin, jos rakenneteräs kuumennetaan noin 300 oC:een. On myös mainittava, että venytys-ikääntyminen tapahtuu samanaikaisesti venytyksen kanssa, jos tämä tapahtuu lämpötilassa. 200 – 400 oC, eli sinisellä hehkualueella.
Kuva. 7 - a) kaksinkertaisesti kuormitetun tangon laajennuslinja; b) kylmässä tilassa venytetyn sauvan laajennusviiva
Seuraava vaikutus ja hystereesi: Täysin elastisessa materiaalissa jännityksen ja muodonmuutostilan välillä on yksiselitteinen keskinäinen riippuvuus, joten tietyt jännitykset vastaavat aina samoja muodonmuutoksia ja päinvastoin. Tietyllä elastisuuslailla muodonmuutokset eivät riipu kuormituksen kohdistamisesta kuluneesta ajasta eivätkä myöskään tavasta, jolla kuormitus kohdistetaan. Poikkeamat puhtaasti elastisesta käyttäytymisestä voidaan kuvata kahdella approksimaatioasteella: elastisella alueella on pieniä poikkeamia; ne voidaan jättää huomiotta ensimmäisessä approksimaatiossa. Ne voidaan määrittää tarkoilla mittauksilla, etenkin kun jännitystä verrataan lähemmäs kimmorajaa. Dilataatio ei nimittäin ole pelkästään jännitteen funktio, vaan suljetulla kuormitusjaksolla ja samalla jännitteellä se on aina hieman pienempi purkamisen aikana kuin kuormituksen aikana. Poikkeama täydellisestä elastisuudesta, ts. vastaavien laajenemien eroa samoilla jännityksillä kutsutaan elastiseksi hystereesiksi. Jos kuormitusjakso toistetaan useammin, tämä saavutetaan ei liian korkeilla jännitteillä - suljettu hystereesi- tai vaimennussilmukka. Sl. 8 näyttää erilaisten vaihtovirtakuormitusarvojen vaimennussilmukat. Silmukoiden leveys kasvaa voimakkaasti jännitteen korkeuden mukana. Silmukan pinta-ala on verrannollinen muodonmuutostyöhön, joka menetetään jokaisessa syklissä ja muuttuu lämmöksi. Myös muodonmuutokset vaihtelevat paitsi jännitteen korkeuden, myös ajan mukaan, ne riippuvat nopeudesta ja kuormitustavasta. Sitä muodonmuutoksen osaa, joka riippuu ajasta, kutsutaan jälkivaikutukseksi. Hystereesi ja jälkivaikutus tapahtuvat samanaikaisesti. Niillä ei yleensä ole käytännön merkitystä niille rakennusterästyypeille, joita esiintyy teräsrakenteissa huoneenlämmössä.
Sl. 8
Sovellushuomautus: Tekstissä olevia historiallisia materiaalimerkintöjä, oletuksia, kaavioita ja menettelytapoja ei tule käyttää nykyisten standardien, tuotekohtaisten ominaisuuksien, laskentamallin ja koko rakenteen asiantuntijatarkastuksen korvikkeena.