इस्पात संरचनाओं की मूल बातें

महत्वपूर्ण पेशेवर नोट: यह एक अभिलेखीय शैक्षिक पाठ है, न कि वर्तमान डिज़ाइन विनिर्देश, स्थैतिक गणना, भार क्षमता का प्रमाण या विनिर्माण और असेंबली निर्देश। इस्पात संरचनाओं के डिजाइन में वैध नियमों और मानकों के अनुसार वास्तविक क्रियाएं, कनेक्शन, स्थिरता, थकान, आग, संक्षारण और अन्य सभी प्रासंगिक स्थितियां शामिल होनी चाहिए, जिसकी जिम्मेदारी अधिकृत डिजाइनर की होगी।

इस्पात संरचनाओं का डिज़ाइन और निर्माण सावो कुसिक की वर्तमान सार्वजनिक पेशकश का हिस्सा नहीं है। आज के उत्पादन फोकस में लकड़ी की खिड़कियां, लकड़ी-एल्यूमीनियम खिड़कियां और कस्टम दरवाजे शामिल हैं।

स्टील संरचनाओं की एक सामान्य विशेषता यह है कि वे ज्यादातर हॉट रोल्ड स्टील से बने होते हैं। जुड़ना रिवेट्स, स्क्रू या वेल्डिंग का उपयोग करके किया जाता है। इसमें पुलों, इमारतों, उद्योग और खनन, हाइड्रोलिक इंजीनियरिंग, स्तंभों, टावरों, टैंकों के लिए व्यापक अर्थ में और क्रेन, जहाज निर्माण, बॉयलर आदि के लिए इस्पात संरचनाएं शामिल हैं। निम्नलिखित प्रस्तुतियों का फोकस बुनियादी अवधारणाओं का उपचार है।

सामग्री

स्टील निर्माण की मुख्य निर्माण सामग्री निर्माण गुणवत्ता वाले स्टील S235, S275, S355, S420, S450 से बने रोल्ड प्रोफाइल हैं। मानक के आधार पर, कई अलग-अलग प्रकार के निर्माण स्टील होते हैं, जहां वर्गीकरण में संख्या आमतौर पर स्टील की तन्यता ताकत को इंगित करती है। ऐसे कई अक्षर चिह्न हैं, जहां इस मामले में S का अर्थ संरचनात्मक स्टील है। उपयोग किए जाने वाले सबसे आम रूप एस, बी (कंक्रीट स्टील्स, सुदृढीकरण) और वाई (प्रेस्ट्रेसिंग स्टील) हैं।

स्टील रोल्ड सपोर्ट

स्टील प्रोफाइल सपोर्ट की एक विस्तृत श्रृंखला है और प्रत्येक का अपना उद्देश्य, फायदे और नुकसान हैं।

• यू-प्रोफाइल
• संकीर्ण पैरों वाली आई-प्रोफ़ाइल (आईपीई, आईपीएन)
• चौड़े पैरों वाली आई-प्रोफाइल (HEA, HEB, HEM, HD)
• खोखले प्रोफाइल/बक्से (गोल, चौकोर, आयताकार)
• शीट्स
• ठंड से बने उत्पाद (एक सपाट पट्टी को ठंडा करके और एक सपाट पट्टी को घुमाकर प्राप्त किया जाता है)

इनमें से प्रत्येक प्रोफ़ाइल आकार, आयाम, उद्देश्य आदि में भिन्न है। उदाहरण के लिए, 20 से अधिक विभिन्न IPN प्रोफ़ाइल हैं, जो आयामों में भिन्न हैं; बड़े प्रोफाइल बेहतर ढंग से बकलिंग (फ्लेक्सुरल और लेटरल-टोरसोनल), विक्षेपण आदि का सामना कर सकते हैं।

स्टील के चार वर्ग हैं जो इस पर निर्भर करते हैं कि तनाव बढ़ने पर वे उपज बिंदु तक पहुंचते हैं या नहीं, विश्लेषण प्लास्टिक है या लोचदार, क्रॉस सेक्शन की भार क्षमता क्या है, आदि, जहां पहला वर्ग सबसे अच्छा है और चौथा सबसे खराब है। स्टील की संरचना और मजबूती के बारे में अधिक जानकारी यहां पढ़ी जा सकती है।

स्थिर भार पर वोल्टेज समानीकरण और वहन क्षमता

वहन क्षमता। इस्पात संरचनाओं के आयाम निर्धारित किए जाते हैं ताकि महत्वपूर्ण स्थायी विकृतियों को बाहर रखा जा सके। हालाँकि, कई मामलों में असर क्षमता किसी भी तरह से समाप्त नहीं होती है जब उच्चतम तुलनात्मक तनाव उपज बिंदु तक पहुँच जाता है - तब तनाव की तुलना में विकृतियाँ बहुत तेजी से बढ़ती हैं। संरचनात्मक स्टील के लिए, सामान्य तनाव स्थितियों के लिए हुक के नियम की सीमा के रूप में उपज के समान निर्भरता को लिया जा सकता है। सजातीय तनाव स्थितियों के मामले में, जो हर स्थान पर समान हैं, आनुपातिकता की सीमा पार होने पर कोई परिवर्तन नहीं होता है, सिवाय इसके कि कुल विकृतियाँ तनाव की तुलना में तेजी से बढ़ती हैं।

झुकने के दौरान तनाव का बराबर होना। बीम के झुकने के मामले में, नेवियर परिकल्पना के अनुसार सीधा तनाव वितरण लागू होता है, जब तक कि किनारे का तनाव σ=M/W आनुपातिकता की सीमा से अधिक न हो जाए। अनुदैर्ध्य विस्तार ε = ε(σ). यह कम से कम छोटे मोड़ों के लिए सच है। आनुपातिकता तनाव से अधिक होने वाले तनाव केवल विस्तार ε की तुलना में अधिक धीरे-धीरे बढ़ सकते हैं। अंजीर में. 1 दिए गए ऑपरेटिंग आरेख के लिए और किनारे के विस्तार के विभिन्न मूल्यों के लिए झुकने वाले तनाव वितरण को दर्शाता है। आनुपातिकता का क्षेत्र (सभी वोल्टेज लाइनों पर एक वृत्त के साथ चिह्नित) इसलिए किनारे के फैलाव के साथ छोटा और छोटा होता जाता है। किनारे का वोल्टेज पहले σF द्वारा सीमित होता है। बहुत महत्वपूर्ण विकृतियों के बाद ही अधिकतम तनाव σF से ऊपर बढ़ता है, ताकि संरचनात्मक स्टील सुदृढीकरण का प्रभाव दिखाई दे सके (केस 5)।

चित्र। 1 - झुकने वाला वोल्टेज समानीकरण

तनाव शिखरों का समीकरण। एक तनावग्रस्त ड्रिल रॉड में छेद के मध्य के माध्यम से अनुभाग में अनुदैर्ध्य तनाव का वितरण लगभग अंजीर में रेखा 2 से मेल खाता है। 2. वोल्टेज शिखर σmax डी/बी अनुपात पर निर्भर करता है। यह अधिकतर σmax = 2-3 σm के आसपास होता है, जहां σm = S/FM एफएम पर छेद से कमजोर अनुभाग में तन्य तनाव के औसत मूल्य को दर्शाता है। क्र.सं. 2 तब तक वैध है जब तक वोल्टेज स्थिति पी-सीमा से अधिक न हो जाए। उच्च भार पर, एक निश्चित फैलाव प्राप्त करने के लिए, सीधी रेखा के कानून की तुलना में केवल छेद के पास कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है। सबसे अधिक तनाव वाले बिंदुओं पर, तनाव अब एस के साथ आनुपातिक रूप से नहीं बढ़ेगा, बल्कि धीरे-धीरे बढ़ेगा। सीमा पर, पूरे खंड 2-2 पर अनुदैर्ध्य तनाव σm = σf का लगभग समान वितरण प्राप्त किया जाएगा। कतरनी और अनुप्रस्थ तनावों की उपेक्षा की गई। रॉड में बल एस की धीमी वृद्धि के दौरान तनाव समीकरण की घटनाएं साबित करती हैं कि स्थैतिक भार के प्रभाव के तहत स्टील संरचनाओं के लिए सामान्य विधि उचित है, आयाम के दौरान तनाव चोटियों को नजरअंदाज करना और कमजोर खंड एफएम में केवल औसत तनाव σm=S/Fm की तुलना अनुमेय मूल्य से करना।

चित्र। 2

भार क्षमता के अनुसार आयाम निर्धारण प्रक्रिया

भार में वृद्धि के साथ, अनुभाग में वोल्टेज बराबर हो जाता है। ऐसा करने पर, तनाव को अनुभाग के सबसे अधिक तनाव वाले हिस्सों से कम तनाव वाले भागों में पुनः एकत्रित किया जाता है। जब तक विकृतियाँ इतनी बड़ी न हों कि संतुलन की स्थिति निर्धारित करते समय उन्हें ध्यान में रखना पड़े, यह प्रक्रिया स्थिर रूप से निर्धारित संरचनाओं के लिए एस, एम, आदि के प्रभाव की भयावहता पर कुछ भी नहीं बदल सकती है।

निरंतर और फ्रेम समर्थन: हुक के नियम की धारणा के तहत, ए के तहत दिखाई गई क्षण रेखा निरंतर खंड के एक निरंतर समर्थन के लिए प्राप्त की जाती है (चित्र। 3)। झुकने वाले तनाव झुकने वाले क्षणों एम के समानुपाती होते हैं। यदि दोनों भार समान रूप से बढ़ते हैं, तो पी-सीमा पहले मध्य समर्थन बी पर पार हो जाएगी। असर सीमा तब पहुंच जाती है जब सीमित क्षण एमडीएफ क्षेत्र में भी पहुंच जाता है। एक संकेंद्रित बल (चित्र। 4) के साथ एक स्थिर सममित खंड के दोनों किनारों पर क्लैंप किए गए बीम के मामले में, क्षणों का समीकरण शुरुआत से मौजूद होता है। जब पी-सीमा पार हो जाती है, तो क्षण वितरण में कोई परिवर्तन नहीं होता है। इसके विपरीत, समान रूप से वितरित भार (चित्र। 5) के मामले में क्षणों के बराबर होने से पिंचिंग क्षण -2/3 Mo से -1/2 Mo.

चित्र। 4

चित्र। 3 और इसी तरह। 5, क्रमशः: झुकने वाले क्षण: ए) पहले, बी) बल पुनर्समूहन के बाद सीमित स्थिति; a) पहले, b) पल-पल बराबर होने के बाद

जाली निर्माण: आंतरिक रूप से स्थिर रूप से अनिश्चित ट्रस के साथ, फ्रेम निर्माण के समान निर्भरताएं होती हैं। द्वितीयक तनाव, जो झुकने में कठोर नोड्स से संबंधित हैं, भार क्षमता का मूल्यांकन करते समय पहले सन्निकटन में उपेक्षित किया जा सकता है। प्लास्टिकयुक्त अनुभाग जोड़ों के समान कार्य करते हैं, ताकि अंतिम भार के तहत गर्डर की स्थिर क्रिया जो वह अभी भी ले जा सके, नोड्स में जोड़ों के साथ एक आदर्श ट्रस के करीब हो। बार-बार दोहराए जाने वाले भार वाले निर्माणों के मामले में, जिसमें थकान शक्ति की घटनाओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए, इसलिए आयाम के दौरान बलों के समीकरण को ध्यान में रखने के खिलाफ काफी संदेह हैं। इसके विपरीत, समर्थन के विस्थापन के प्रभाव पर निष्कर्ष निकालना व्यावहारिक महत्व का है। चूँकि व्यक्तिगत संरचनात्मक तत्वों की कार्य शक्ति केवल तनाव सीमा पर निर्भर करती है, न कि कुल विकृतियों के आकार पर, समर्थन के विस्थापन का असर क्षमता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

वैकल्पिक भार: एक स्थिर लोड मामले की धारणा शायद ही कभी महसूस की जाती है। ब्रिज गर्डर्स के साथ, परिवर्तनशील भार अवस्थाएँ होती हैं। व्यक्तिगत संरचनात्मक तत्वों में बलों और तनाव वितरण के बारे में धारणाएं, जो सरलीकृत होती हैं, स्टील संरचनाओं के साथ व्यावहारिक कार्य में आम हैं, पिछले एक के अनुसार, वे सामान्य परिस्थितियों में उचित हैं। यह स्थानीय वोल्टेज शिखर की उपेक्षा के लिए विशेष रूप से सच है। (गतिशील) थकान लोडिंग के तहत भार क्षमता के अनुसार आयाम की विधि को लागू करने की अनुशंसा नहीं की जा सकती है। इस प्रकार, भार क्षमता के अनुसार आयाम निर्धारण प्रक्रिया मुख्य रूप से स्थैतिक भार के मामले तक सीमित है, विशेष रूप से भवन उद्योग में निर्माण के लिए। अन्य मामलों में, जिसमें थकान की उपस्थिति पर ध्यान दिया जाना चाहिए, महत्वपूर्ण विकृतियों को बाहर करना होगा और लोच के सिद्धांत को आधार के रूप में लेना होगा। ऐसा करने में, किसी को उपज बिंदु से पर्याप्त बड़ी दूरी के लिए प्रयास करना चाहिए। निर्माण स्टील की कठोरता कुछ अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करती है।

वैकल्पिक तनाव

ठंडा खिंचाव और बुढ़ापा: अंजीर में। 6 एक गोल छड़ की तनाव-विस्तार रेखा, जो बारी-बारी से तन्य और संपीड़ित तनाव के संपर्क में थी, लागू की गई थी। व्यक्तिगत लोड प्रक्रियाओं को उनके क्रम के अनुसार संख्याओं से चिह्नित किया जाता है। अनलोडिंग पर लौटने वाले लोचदार फैलाव भी तनाव के अनुपात में बड़े विस्तार के बाद होते हैं। वोल्टेज संकेत बदलते समय, पी-सीमा लगभग पूरी तरह से गायब हो जाती है। इसलिए, ठंडी अवस्था में तैयार किए गए निर्माण स्टील के लोचदार गुण मूल मूल्यों से मेल नहीं खाते हैं। पिछली प्रोसेसिंग के आधार पर, काफी महत्वपूर्ण अंतर दिखाए जा सकते हैं।

चित्र। 6

इसके साथ ही उम्र बढ़ने के लक्षण भी सामने आते हैं। इस शब्द में बाहरी प्रभाव के बिना समय के साथ होने वाले गुणों में सभी परिवर्तन शामिल हैं। कोल्ड स्ट्रेचिंग द्वारा स्थायी विकृति के बाद स्ट्रेच एजिंग देखी जा सकती है। यदि स्थायी रूप से खींचे गए परीक्षण नमूनों को कुछ समय के लिए कमरे के तापमान पर बिना लोड के छोड़ दिया जाता है, तो तन्य शक्ति और, कुछ हद तक, फाड़ने की शक्ति मूल मूल्य से ऊपर बढ़ जाती है, जबकि टूटने पर बढ़ाव कम हो जाता है (चित्र। 7)। उम्र बढ़ने की प्रक्रिया कई दिनों तक चलती है, लेकिन यदि संरचनात्मक स्टील को लगभग 300 oC तक गर्म किया जाता है, तो यह कुछ घंटों या कुछ मिनटों तक कम हो जाती है। यह भी उल्लेख किया जाना चाहिए कि स्ट्रेचिंग उम्र बढ़ने के साथ-साथ स्ट्रेचिंग भी होती है, अगर यह तापमान पर होता है। 200 – 400 oC, यानी नीली चमक वाले क्षेत्र में।

चित्र। 7 - ए) दोगुनी भरी हुई छड़ की विस्तार रेखा; बी) ठंडी अवस्था में खींची गई छड़ की विस्तार रेखा

बाद की कार्रवाई और हिस्टैरिसीस: पूरी तरह से लोचदार सामग्री में, तनाव और विरूपण स्थिति के बीच एक स्पष्ट पारस्परिक निर्भरता होती है, ताकि कुछ तनाव हमेशा समान विकृति के अनुरूप हों और इसके विपरीत। लोच के दिए गए नियम के साथ, विकृति लोड लागू होने के बाद बीते हुए समय पर निर्भर नहीं होती है, और न ही लोड लागू करने के तरीके पर निर्भर करती है। विशुद्ध रूप से लोचदार व्यवहार से विचलन को सन्निकटन की दो डिग्री में वर्णित किया जा सकता है: लोचदार क्षेत्र में छोटे विचलन होते हैं; उन्हें पहले सन्निकटन में नजरअंदाज किया जा सकता है। उन्हें सटीक माप द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, खासकर जब तनाव की तुलना लोचदार सीमा के करीब से की जाती है। अर्थात्, फैलाव न केवल वोल्टेज का एक कार्य है, बल्कि एक बंद लोड चक्र और समान वोल्टेज के साथ, लोडिंग के दौरान अनलोडिंग के दौरान यह हमेशा थोड़ा छोटा होता है। पूर्ण लोच से विचलन, अर्थात्। समान तनावों पर संगत विस्तारों के बीच के अंतर को लोचदार हिस्टैरिसीस कहा जाता है। यदि लोड चक्र को अधिक बार दोहराया जाता है, तो यह बहुत अधिक वोल्टेज पर प्राप्त नहीं होता है - हिस्टैरिसीस या डंपिंग का एक बंद लूप। क्र.सं. 8 विभिन्न एसी लोड मानों के लिए डंपिंग लूप दिखाता है। लूप की चौड़ाई वोल्टेज की ऊंचाई के साथ दृढ़ता से बढ़ती है। लूप का क्षेत्र विरूपण कार्य के समानुपाती होता है, जो प्रत्येक चक्र में खो जाता है और गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। इसके अलावा, विकृतियाँ न केवल वोल्टेज की ऊंचाई के साथ बल्कि समय के साथ भी परिवर्तनशील होती हैं, वे लोडिंग की गति और विधि पर निर्भर करती हैं। विकृति का वह भाग, जो समय पर निर्भर करता है, परवर्ती प्रभाव कहलाता है। हिस्टैरिसीस और उसके बाद का प्रभाव एक साथ घटित होता है। एक नियम के रूप में, वे उन प्रकार के निर्माण स्टील के लिए कोई व्यावहारिक महत्व नहीं रखते हैं जो कमरे के तापमान पर स्टील संरचनाओं में होते हैं।

क्र.सं. 8

आवेदन नोट: पाठ में ऐतिहासिक सामग्री पदनाम, धारणाएं, आरेख और प्रक्रियाओं का उपयोग वर्तमान मानकों, विशिष्ट उत्पाद विशेषताओं, गणना मॉडल और समग्र निर्माण के विशेषज्ञ सत्यापन के विकल्प के रूप में नहीं किया जाना चाहिए।