Mikilvæg fagleg athugasemd: Þetta er fræðslutexti í geymslu, ekki núverandi hönnunarforskrift, kyrrstöðuútreikning, sönnun á burðargetu eða framleiðslu- og samsetningarleiðbeiningar. Hönnun stálvirkja skal taka til raunverulegra aðgerða, tenginga, stöðugleika, þreytu, elds, tæringar og allra annarra viðeigandi aðstæðna samkvæmt gildandi reglugerðum og stöðlum, á ábyrgð viðurkennds hönnuðar.
Hönnun og smíði stálmannvirkja er ekki hluti af núverandi opinberu tilboði Savo Kusić. Framleiðsluáherslan í dag samanstendur af viðargluggum, viðar-álgluggum og sérsniðnum hurðum.
Stálmannvirki eiga það sameiginlegt að vera að mestu úr heitvalsuðu stáli. Sameining er gerð með hnoðum, skrúfum eða suðu. Þar á meðal eru stálvirki fyrir brýr, byggingar, iðnað og námuvinnslu, vökvaverkfræði, stoðir, turna, skriðdreka, í víðari skilningi og fyrir krana, skipasmíði, katla o.fl. Áherslan í eftirfarandi kynningum er meðferð grunnhugtaka.
Efni
Aðal byggingarefni stálbygginga eru valsaðar snið úr byggingargæða stáli S235, S275, S355, S420, S450. Það fer eftir staðlinum til nokkrar mismunandi gerðir af byggingarstáli, þar sem talan í flokkun gefur yfirleitt til kynna togstyrk stálsins. Það eru nokkur stafatákn, þar sem í þessu tilfelli stendur S fyrir burðarstál. Algengustu formin sem notuð eru eru S, B (steypustál, styrking) og Y (spennustál).
Stálvalsað stuðningur
Það er til mikið úrval af stálprofiluðum stoðum og hver hefur sinn tilgang, kosti og galla.
- U-snið
- I-snið með mjóum fótum (IPE, IPN)
- I-snið með breiðum fótum (HEA, HEB, HEM, HD)
- Holir snið/kassar (hringlaga, ferhyrnd, ferhyrnd)
- Blöð
- Kaltformaðar vörur (fengnar með því að kaldvelta flatri ræmu og snúa flatri ræmu)
Hvert þessara sniða er mismunandi að lögun, stærð, tilgangi osfrv. Til dæmis eru yfir 20 mismunandi IPN snið, sem eru mismunandi að stærð; stærri snið þola betur beygju (beygju og hliðarsveiflu), sveigjur o.s.frv.
Stálflokkar eru fjórir eftir því hvort þeir ná straummarki þegar álagið er aukið, hvort greiningin er plast eða teygjanleg, hver er burðargeta þversniðsins o.s.frv. þar sem fyrsti flokkurinn er bestur og sá fjórði verstur. Meira um uppbyggingu og styrk stáls má lesa hér.
Spennujöfnun og burðargeta við stöðugt álag
Beruþol. Mál stálvirkja eru ákvörðuð þannig að verulegar varanlegar aflöganir séu útilokaðar. Burðargetan er hins vegar í mörgum tilfellum ekki uppurin á nokkurn hátt þegar hæsta samanburðarspennan nær viðmiðunarmarkinu - þá vaxa aflögunin mun hraðar en álagið. Fyrir burðarstál er hægt að taka sömu ósjálfstæði og þegar sveigjanleiki er takmörk lögmáls Hooke fyrir almennar streituskilyrði. Þegar um er að ræða einsleit álagsástand, sem eru jöfn á hverjum stað, verða engar breytingar þegar farið er yfir meðalhófsmörk, nema að heildaraflögun vaxa hraðar en álagið.
Jöfnun álags við beygju. Ef um er að ræða beygju á geisla gildir réttlínuálagsdreifing samkvæmt Navier tilgátunni, þar til kantspennan σ=M/W fer ekki yfir meðalhófsmörk. Lengdarstækkun ε = ε(σ). Þetta á að minnsta kosti við um litlar beygjur. Álag sem er hærra en hlutfallsálagið getur aðeins vaxið hægar en þenslurnar ε. Í mynd. 1 sýnir beygjuálagsdreifingu fyrir tiltekna rekstrarmynd og fyrir ýmis gildi brúnstækkunar. Hlutfallssvæðið (merkt með hring á öllum spennulínum) verður því minna og minna með aukinni brún útvíkkun. Jaðarspennan er fyrst takmörkuð af σF. Aðeins eftir mjög verulegar aflögun hækkar hámarksspenna yfir σF, þannig að áhrif stálstyrkingar verða sýnileg (tilvik 5).
Mynd. 1 - Beygjuspennujöfnun
Jöfnun álagstoppa. Dreifing lengdarspennu yfir skurðinn í gegnum miðja holuna í einni spenntri boraða stöng samsvarar um það bil línunni2á mynd.2. Spennu toppurinn σmax fer eftir d/b hlutfallinu. Það er að mestu í kringum σmax =2-3σm, þar sem σm = S/FM táknar meðalgildi togspennunnar í hlutanum sem veikist af gatinu við FM. Sl.2gildir þar til spennuástand fer yfir P-mörk. Við hærra álag, til að ná ákveðinni útvíkkun, þarf lægri spennu aðeins nálægt gatinu en samkvæmt beinu lögmálinu. Á þeim punktum sem eru mest álagnir munu álagið þá ekki lengur aukast hlutfallslega með S heldur hægar. Við landamærin verður hún fengin yfir allan kaflann2-2um það bil jöfn dreifingu lengdarspennu σm = σf. Skúf- og þverspennur voru vanræktar. Tilvik spennujöfnunar við hæga aukningu kraftsins S í stönginni sanna að venjuleg aðferð fyrir stálvirki undir áhrifum kyrrstöðuálags er réttlætanleg, að hunsa spennutoppa við málningu og bera aðeins meðalspennu σm=S/Fm í veiktum hluta Fm saman við leyfilegt gildi.
Sl.2
Málsmeðferð í samræmi við burðargetu
Þegar álagið eykst verður spennujöfnun á kaflanum. Þar með er álaginu flokkað aftur úr þeim hlutum sem er mest streituvaldandi yfir í þá sem eru minna stressaðir. Svo framarlega sem aflögunin er ekki það mikil að taka þarf tillit til þeirra þegar jafnvægisskilyrðin eru sett, getur þetta ferli ekki breytt neinu um stærð áhrifa S, M o.s.frv. með statískt ákveðnum mannvirkjum.
Samfelldar stuðningur og rammastuðningur: undir forsendum lögmáls Hooke er hún fengin fyrir eina samfellda stuðning með stöðugum hluta (mynd.3) augnablikslína sýnd undir a. Beygjuspennurnar eru í réttu hlutfalli við beygjukraftana M. Ef bæði álagið eykst jafnt verður fyrst farið yfir P-mörkin við miðstoð B. Burðarmörkum er náð þegar takmörkunarkraftinum MDF er náð á sviði líka. Ef um er að ræða bjálka sem er klemmd báðum megin á stöðugum samhverfum hluta með einbeittum krafti (mynd.4) augnabliksjöfnun er til staðar frá upphafi. Þegar farið er yfir P-mörk er engin breyting á augnabliksdreifingu. Þvert á móti, ef um er að ræða jafndreift álag (mynd.5) jöfnun augnablikanna leiðir til minnkunar á klemmublikinu með -2/3 Mum á -1/2 Mo.
Sl.4
Sl.3o.s.frv.5, í sömu röð: beygjustundir: a) fyrir, b) takmörkunarástand eftir kraftsamsetningu; a) fyrir, b) eftir jöfnun á skriðþunga
Grindarbyggingar: með innra óákveðnum trussum, eru svipaðar ósjálfstæðir og með rammabyggingar. Aukaspennurnar, sem tengjast hnútunum sem eru stífir í beygju, má vanrækt í fyrstu nálgun þegar burðargetan er metin. Mýktir hlutar virka á svipaðan hátt og samskeyti, þannig að kyrrstöðuáhrif bjöllunnar undir álagi sem hann getur enn borið er nær því sem er tilvalið truss með samskeytum í hnútunum. Þegar um er að ræða byggingar með oft endurteknu álagi, þar sem taka ber tillit til þreytustyrksfyrirbæra, eru því talsverðar efasemdir á móti því að tekið sé tillit til kraftjöfnunar við málningu. Þvert á móti er praktískt mikilvægt að álykta um áhrif tilfærslu stuðnings. Þar sem vinnustyrkur einstakra burðarþátta fer aðeins eftir álagsmörkum, en ekki stærð heildaraflögunar, hafa tilfærslur stoðanna engin áhrif á burðargetuna.
Víxlálag: forsendan um stöðugt álag er sjaldan að veruleika. Með brúargrindum eru breytileg álagsástand. Forsendur um krafta og álagsdreifingu í einstökum burðarhlutum, sem einfalda, eru algengar í verklegri vinnu með stálvirki, samkvæmt þeirri fyrri eru þær réttlætanlegar við venjulegar aðstæður. Þetta á sérstaklega við um að vanrækja staðbundna spennutoppa. Ekki er hægt að mæla með því að beita aðferðinni við að mæla eftir burðargetu við (breytilegt) þreytuálag. Þannig er málsmeðferð samkvæmt burðargetu takmörkuð við að mestu leyti kyrrstöðuálag, sérstaklega við byggingar í byggingariðnaði. Í öðrum tilfellum, þar sem huga ætti að útliti þreytu, verður að útiloka verulegar aflögun og leggja teygjanleikakenninguna til grundvallar. Þar með ber að stefna að nægilega mikilli fjarlægð frá ávöxtunarpunkti. Seigleiki byggingarstáls veitir síðan aukið öryggi.
Álag til skiptis
Köld teygja og öldrun: Á mynd. 6 var beitt álagsútvíkkunarlínu á kringlóttri stöng, sem varð fyrir tog- og þrýstiálagi til skiptis. Einstök hleðsluferli eru merkt með númerum í samræmi við röð þeirra. Teygjanlegar útvíkkanir sem koma aftur við affermingu verða einnig eftir miklar teygjur í hlutfalli við álag. Þegar skipt er um spennumerkið hverfa P-mörkin nánast alveg. Þess vegna eru teygjanlegir eiginleikar byggingarstáls sem teiknað er í köldu ástandi ekki í samræmi við upprunalegu gildin. Það fer eftir fyrri vinnslu, nokkuð marktækur munur er hægt að sýna.
Mynd. 6
Samhliða því koma fleiri merki um öldrun. Þetta hugtak nær yfir allar breytingar á eiginleikum sem eiga sér stað með tímanum án utanaðkomandi áhrifa. Hægt er að sjá teygjuöldrun eftir varanlega aflögun með köldu teygju. Ef varanlega strekkt prófunarsýni eru skilin eftir í nokkurn tíma án álags við stofuhita hækkar togstyrkur og að minnsta kosti rifstyrkur umfram upphaflegt gildi á meðan brotlenging minnkar (mynd 7). Öldrunarferlið varir í marga daga, en minnkar í nokkrar klukkustundir eða aðeins mínútur, ef burðarstálið er hitað í um 300 oC. Þess má einnig geta að teygjuöldrun á sér stað samtímis teygjum, ef það gerist við hitastig. 200 – 400 oC, þ.e.a.s. á bláa ljómasvæðinu.
Mynd. 7 - a) stækkunarlína á tvöfalt hlaðna stöng; b) útvíkkunarlína á stöng sem er strekkt í köldu ástandi
Síðari aðgerð og hysteresis: Í algjörlega teygjanlegu efni er ótvírætt gagnkvæmt háð milli streitu og aflögunarástands þannig að ákveðnar álagar samsvara alltaf sömu aflögunum og öfugt. Með tilteknu mýktarlögmáli eru aflögunin ekki háð tímanum sem liðið hefur frá því álagið var beitt, og heldur ekki því hvernig álagið er beitt. Frávik frá eingöngu teygjanlegri hegðun má lýsa í tveimur nálgunargráðum: á teygjanlega svæðinu eru lítil frávik; hægt er að hunsa þær í fyrstu nálgun. Hægt er að ákvarða þær með nákvæmum mælingum, sérstaklega þegar borið er saman álagið nær teygjumörkum. Útvíkkun er nefnilega ekki bara fall af spennu heldur með lokaðri álagslotu og sömu spennu er hún alltaf aðeins minni við affermingu en við hleðslu. Frávik frá fullkominni mýkt, þ.e. munurinn á samsvarandi þenslu við sömu álag er kallaður teygjanlegur hysteresis. Ef álagslotan er endurtekin oftar, fæst þetta við ekki of háa spennu - lokaðri lykkju af hysteresis eða dempun. Sl. 8 sýnir dempunarlykkjur fyrir ýmis AC hleðslugildi. Breidd lykkanna eykst mjög með hæð spennunnar. Flatarmál lykkjunnar er í réttu hlutfalli við aflögunarvinnuna, sem tapast í hverri lotu og breytist í hita. Einnig eru aflögunin breytileg ekki aðeins með hæð spennunnar heldur einnig með tímanum, þær eru háðar hraða og hleðsluaðferð. Sá hluti aflögunarinnar, sem fer eftir tíma, er kallaður eftirverkun. Hysteresis og eftirverkun eiga sér stað samtímis. Að jafnaði skipta þau engu hagnýtu máli fyrir þær tegundir byggingarstáls sem eru í stálvirkjum við stofuhita.
Sl. 8
Athugasemd umsóknar: Söguleg efnisheiti, forsendur, skýringarmyndir og verklagsreglur í textanum ættu ekki að koma í staðinn fyrir núverandi staðla, sérstaka vörueiginleika, reiknilíkan og sannprófun sérfræðinga á heildarbyggingu.