Nota profesional importante: Este é un texto educativo de arquivo, non unha especificación de deseño actual, cálculo estático, proba de capacidade de carga ou instrucións de fabricación e montaxe. O deseño das estruturas de aceiro debe incluír accións reais, conexións, estabilidade, fatiga, lume, corrosión e todas as demais condicións relevantes de acordo coas normas e normas vixentes, baixo a responsabilidade do deseñador autorizado.

O deseño e construción de estruturas de aceiro non forma parte da oferta pública actual de Savo Kusić. O foco de produción actual consiste en xanelas de madeira, xanelas de madeira e aluminio e portas personalizadas.

As estruturas de aceiro teñen unha característica común en que están feitas na súa maioría de aceiro laminado en quente. A unión realízase mediante remaches, parafusos ou soldadura. Isto inclúe estruturas de aceiro para pontes, edificios, industria e minaría, enxeñaría hidráulica, piares, torres, depósitos, nun sentido máis amplo e para guindastres, construción naval, caldeiras, etc. As seguintes presentacións centraranse no tratamento de conceptos básicos.

Materiais

O principal material de construción das construcións de aceiro son perfís laminados de aceiro de calidade S235, S275, S355, S420, S450. Dependendo do estándar, hai varios tipos diferentes de aceiro de construción, onde o número da clasificación adoita indicar a resistencia á tracción do aceiro. Hai varios símbolos de letras, onde neste caso a S significa aceiro estrutural. As formas máis utilizadas son S, B (aceiros de formigón, armadura) e Y (aceiro de pretensado).

Soportes laminados de aceiro

Hai unha ampla gama de soportes perfilados de aceiro e cada un ten o seu propio propósito, vantaxes e inconvenientes.

  • Perfís en U
  • Perfís en I con patas estreitas (IPE, IPN)
  • Perfís en I con patas anchas (HEA, HEB, HEM, HD)
  • Perfís/caixas ocos (redondos, cadrados, rectangulares)
  • Follas
  • Produtos formados en frío (obtidos enrolando en frío unha tira plana e torcendo unha tira plana)

Cada un destes perfís difire en forma, dimensións, propósito, etc. Por exemplo, hai máis de 20 perfís IPN diferentes, que difiren en dimensións; os perfís máis grandes poden soportar mellor o pandeo (flexión e torsión lateral), deflexións, etc.

Existen catro clases de aceiro dependendo de se chegan ao límite de fluencia ao aumentar a tensión, se a análise é plástica ou elástica, cal é a capacidade de carga da sección transversal, etc. onde a primeira clase é a mellor e a cuarta a peor. Pódese ler máis información sobre a estrutura e resistencia do aceiro aquí.

Ecualización de tensión e capacidade de carga en carga constante

Capacidade portante. As dimensións das estruturas de aceiro determínanse de xeito que se excluyan deformacións permanentes importantes. A capacidade de carga, por outra banda, en moitos casos non se esgota de ningún xeito cando a maior tensión comparativa alcanza o límite de fluencia; entón as deformacións crecen moito máis rápido que as tensións. Para o aceiro estrutural, a mesma dependencia que cando a fluencia pode tomarse como límite da lei de Hooke para os estados xerais de tensión. No caso de estados de tensión homoxéneos, que son iguais en todos os lugares, non se producen cambios cando se supera o límite de proporcionalidade, agás que as deformacións totais crecen máis rápido que a tensión.

Igualización de esforzos durante a flexión. No caso de flexión dunha viga, aplícase a distribución rectilínea de esforzos segundo a hipótese de Navier, ata que o esforzo de bordo σ=M/W non supere o límite de proporcionalidade. Expansións lonxitudinais ε = ε(σ). Isto é certo polo menos para pequenas curvas. As tensións que son superiores á tensión proporcional só poden crecer máis lentamente que as expansións ε. Na fig. 1 mostra a distribución da tensión de flexión para o diagrama de operación dado e para varios valores de expansión de bordos. A área de proporcionalidade (marcada cun círculo en todas as liñas de tensión) faise cada vez máis pequena ao aumentar a dilatación do bordo. A tensión de bordo está primeiro limitada por σF. Só despois de deformacións moi significativas a tensión máxima elévase por riba de σF, polo que se fai visible a influencia da armadura de aceiro estrutural (caso 5).

Distribución da tensión de flexión en diferentes expansións de bordo

Fig. 1 - Ecualización de tensión de flexión

Igualización de picos de tensión. A distribución dos esforzos lonxitudinais a través da sección polo medio do burato nunha barra perforada tensada corresponde aproximadamente á liña 2 da fig. 2. O pico de tensión σmax depende da relación d/b. Está principalmente arredor de σmax = 2-3 σm, onde σm = S/FM denota o valor medio da tensión de tracción na sección debilitada polo buraco en FM. Sl. 2 é válido ata que o estado de tensión exceda o límite P. Con cargas máis altas, para conseguir unha certa dilatación, só se requiren tensións máis baixas que a lei da liña recta preto do burato. Nos puntos máis estresados, as tensións xa non aumentarán proporcionalmente con S, senón máis lentamente. No límite, obterase unha distribución aproximadamente uniforme dos esforzos lonxitudinais σm = σf sobre toda a sección 2-2. Desconsideráronse os esforzos cortantes e transversais. As ocorrencias de compensación de tensión durante o aumento lento da forza S na barra demostran que o método habitual para estruturas de aceiro baixo o efecto dunha carga estática está xustificado, ignorar os picos de tensión durante o dimensionado e comparar só a tensión media σm=S/Fm na sección debilitada Fm co valor permitido.

Distribución de tensión ao redor dun burato nunha varilla de aceiro tensada

Fig. 2

Procedemento de dimensionado segundo a capacidade de carga

A medida que aumenta a carga, prodúcese a ecualización da tensión na sección. Ao facelo, os esforzos agrúpanse das partes máis tensadas da sección ás menos tensadas. Mentres as deformacións non sexan tan grandes que teñan que ser tidas en conta á hora de establecer as condicións de equilibrio, este proceso non pode cambiar nada sobre a magnitude da influencia de S, M, etc. con estruturas determinadas estáticamente.

Soportes continuos e de marco: baixo o suposto da lei de Hooke, obtense para un soporte continuo de sección constante (fig.3) a liña de momento mostrada baixo a. Os esforzos de flexión son proporcionais aos momentos de flexión M. Se ambas cargas aumentan por igual, o límite P superarase primeiro no apoio medio B. O límite de rodamento alcánzase cando se alcanza tamén o momento límite MDF no campo. No caso dunha viga suxeita a ambos lados dunha sección simétrica constante cunha forza concentrada (fig.4) a equiparación de momentos existe desde o principio. Cando se supera o límite P, non hai ningún cambio na distribución de momentos. Pola contra, no caso dunha carga igualmente distribuída (Fig.5) a igualación dos momentos leva a unha redución do momento de pinchaxe con -2/3 Msobre o -1/2 Mo.

Esquema dunha viga suxeita a ambos lados cunha forza concentrada

Sl.4

Liñas de momento antes e despois da redistribución do momento

Sl.3etc.5, respectivamente: momentos flectores: a) antes, b) estado límite despois do reagrupamento de forzas; a) antes, b) despois de igualar o momento

Construcións de celosía: con cerchas internamente estáticas indeterminadas, existen dependencias similares ás construcións de armazón. Os esforzos secundarios, que están relacionados cos nós que son ríxidos en flexión, pódense descoidar na primeira aproximación ao avaliar a capacidade de carga. As seccións plastificadas actúan de xeito similar ás unións, de xeito que a acción estática da viga baixo a carga final que aínda pode soportar é máis próxima á dunha cercha ideal con xuntas nos nós. No caso de construcións con cargas frecuentemente repetidas, nas que se deben ter en conta os fenómenos de resistencia á fatiga, existen, polo tanto, considerables dúbidas en contra de ter en conta a equiparación de forzas durante o dimensionado. Pola contra, é de importancia práctica concluír sobre a influencia do desprazamento dos apoios. Dado que a resistencia de traballo dos elementos estruturais individuais depende só dos límites de tensión, e non do tamaño das deformacións totais, os desprazamentos dos soportes non teñen ningún efecto sobre a capacidade de carga.

Carga alterna: a suposición dun caso de carga constante raramente se realiza. Con vigas de ponte, hai estados de carga variables. As hipóteses sobre forzas e distribución de esforzos en elementos estruturais individuais, que simplifican, son habituais nos traballos prácticos con estruturas de aceiro, segundo o anterior, xustifícanse en circunstancias habituais. Isto é especialmente certo para descoidar os picos de tensión locais. Non se recomenda aplicar o método de dimensionamento segundo a capacidade de carga baixo carga de fatiga (dinámica). Así, o procedemento de dimensionamento en función da capacidade de carga limítase ao caso de cargas predominantemente estáticas, especialmente ás construcións na edificación. Noutros casos, nos que se debe prestar atención á aparición de fatiga, haberá que excluír deformacións significativas e tomar como base a teoría da elasticidade. Ao facelo, débese esforzarse por unha distancia suficientemente grande desde o punto de fluencia. A dureza do aceiro de construción proporciona unha seguridade adicional.

Estrés alternante

Estiramentos en frío e envellecemento: Na fig. 6 aplicouse a liña de tensión-dilatación dunha varilla redonda, que estivo exposta a tensións alternas de tracción e compresión. Os procesos de carga individuais están marcados con números segundo a súa orde. As dilatacións elásticas que regresan á descarga tamén se producen despois de grandes tramos en proporción ás tensións. Ao cambiar o signo de tensión, o límite P desaparece case por completo. Polo tanto, as propiedades elásticas do aceiro de construción estirado en frío non concordan cos valores orixinais. Dependendo do procesamento anterior, pódense mostrar diferenzas bastante significativas.

Liña de tensión-dilatación baixo carga alterna de varilla de aceiro

Fig. 6

Xunto con iso aparecen máis signos de envellecemento. Este termo inclúe todos os cambios nas propiedades que se producen ao longo do tempo sen influencia externa. O envellecemento por estiramento pódese observar despois da deformación permanente por estiramento en frío. Se as mostras de ensaio estiradas permanentemente se deixan durante algún tempo sen carga a temperatura ambiente, a resistencia á tracción e, en menor medida, a resistencia á rotura aumentan por riba do valor orixinal, mentres que o alongamento á rotura diminúe (Fig. 7). O proceso de envellecemento dura varios días, pero redúcese a unhas horas ou só minutos, se o aceiro estrutural se quenta a uns 300 oC. Tamén hai que mencionar que o envellecemento por estiramento ocorre simultaneamente cos estiramentos, se isto ocorre a temperatura. 200 – 400 oC, é dicir, na zona de brillo azul.

Comparación da dilatación da varilla recargada e estirada en frío

Fig. 7 - a) liña de expansión dunha varilla de dobre carga; b) liña de dilatación dunha vara estirada en estado frío

Acción posterior e histérese: Nun material completamente elástico, existe unha dependencia mutua inequívoca entre o estado de tensión e de deformación, polo que certos esforzos corresponden sempre ás mesmas deformacións e viceversa. Cunha lei da elasticidade, as deformacións non dependen do tempo transcorrido desde que se aplicou a carga, nin tampouco da forma en que se aplica a carga. As desviacións do comportamento puramente elástico pódense describir en dous graos de aproximación: na rexión elástica hai pequenas desviacións; poden ignorarse na primeira aproximación. Pódense determinar mediante medicións precisas, especialmente cando se compara a tensión máis próxima ao límite elástico. É dicir, a dilatación non é só unha función da tensión, senón que cun ciclo de carga pechado e a mesma tensión, sempre é lixeiramente menor durante a descarga que durante a carga. Desviación da elasticidade completa, é dicir. a diferenza entre dilatacións correspondentes ás mesmas tensións chámase histérese elástica. Se o ciclo de carga se repite con máis frecuencia, isto obtense a tensións non demasiado altas: un bucle pechado de histérese ou amortiguamento. Sl. 8 mostra os bucles de amortiguamento para varios valores de carga de CA. O ancho dos bucles aumenta fortemente coa altura da tensión. A área do bucle é proporcional ao traballo de deformación, que se perde en cada ciclo e se converte en calor. Ademais, as deformacións son variables non só coa altura da tensión senón tamén co tempo, dependen da velocidade e do método de carga. A parte da deformación, que depende do tempo, chámase efecto secundario. A histérese e os efectos secundarios ocorren simultáneamente. Como regra xeral, non teñen importancia práctica para aqueles tipos de aceiro de construción que se producen en estruturas de aceiro a temperatura ambiente.

Bucles de histérese a diferentes niveis de carga alterna

Sl. 8

Nota de aplicación: As designacións de materiais históricos, as suposicións, os diagramas e os procedementos do texto non deben utilizarse como substitutos das normas actuais, as características específicas do produto, o modelo de cálculo e a verificación experta da construción global.