専門的な重要な注意事項: これはアーカイブされた教育テキストであり、現在の設計仕様、静的計算、耐荷重の証明、または製造および組み立ての説明書ではありません。鋼構造物の設計には、認可された設計者の責任のもと、有効な規制と基準に従って、実際の動作、接続、安定性、疲労、火災、腐食、その他すべての関連条件を含める必要があります。
鉄骨構造物の設計と建設は、サボ・クシッチ氏の現在の公募には含まれていない。今日の制作の焦点は、木製窓、木製アルミニウム窓、カスタムドアで構成されています。
鋼構造物は、そのほとんどが熱間圧延鋼材で構成されているという共通点があります。接合はリベット、ネジ、溶接などを使用して行われます。これには、橋、建物、工業および鉱山、水力工学、柱、塔、タンク、広義にはクレーン、造船、ボイラーなどの鋼構造物が含まれます。以下のプレゼンテーションの焦点は、基本概念の扱いです。
素材
鋼構造物の主な建設材料は、建設品質鋼 S235、S275、S355、S420、S450 からの圧延プロファイルです。規格に応じて、建設用鋼にはいくつかの異なるタイプがあり、分類内の番号は通常、鋼の引張強さを示します。いくつかの文字記号があり、この場合の S は構造用鋼を表します。使用される最も一般的な形式は、S、B (コンクリート鋼、鉄筋)、および Y (プレストレス鋼) です。
鋼製圧延サポート
スチール製の異形サポートにはさまざまな種類があり、それぞれに独自の目的、長所、短所があります。
- U プロファイル
- 細い脚を備えた I プロファイル (IPE、IPN)
- ワイドレッグ付き I プロファイル (HEA、HEB、HEM、HD)
- 中空プロファイル/ボックス (円形、正方形、長方形)
- シート
- 冷間成形品（平板を冷間圧延し、ねじったもの）
これらの各プロファイルは、形状、寸法、目的などが異なります。たとえば、寸法が異なる 20 以上の異なる IPN プロファイルがあります。プロファイルが大きいほど、座屈 (曲げおよび横方向のねじれ)、たわみなどに対する耐久性が高くなります。
鋼には、応力が増加したときに降伏点に達するかどうか、解析が塑性か弾性か、断面の耐荷重がどれくらいかなどに応じて 4 つのクラスがあり、第 1 クラスが最高で、第 4 クラスが最低です。鋼の構造と強度の詳細については、こちらをご覧ください。
定常負荷時の電圧均等化と耐荷重
_支持力_鋼構造物の寸法は、重大な永久変形が排除されるように決定されます。ただし、多くの場合、最も高い比較応力が降伏点に達しても、支持力はまったく使い果たされません。その後、変形は応力よりもはるかに速く増大します。構造用鋼の場合、降伏時と同じ依存性を、一般的な応力条件に対するフックの法則の限界とみなすことができます。どの場所でも等しい均一な応力状態の場合、比例の限界を超えても、全体の変形が応力よりも速く増大することを除いて、変化は起こりません。
曲げ時の応力の均等化 梁の曲げの場合、端部応力σ=M/Wが比例限界を超えない限り、ナビエ仮説に従った直線応力分布が適用されます。縦方向の展開ε = ε(σ)。これは、少なくとも小さな曲がりの場合には当てはまります。比例応力よりも高い応力は、膨張 ε よりもゆっくりとしか成長できません。図では。 1 は、指定された動作図とエッジ拡張のさまざまな値に対する曲げ応力分布を示します。したがって、比例領域（すべての電圧線上に円でマークされている）は、エッジの膨張が増加するにつれてますます小さくなります。エッジ電圧はまず σF によって制限されます。非常に大きな変形が発生した後でのみ、最大応力が σF を超えて上昇し、構造用鋼の補強の影響が目に見えるようになります (ケース5)。
図1 - 曲げ電圧均等化
応力ピークの均等化 張力をかけた 1 本のドリルロッドの穴の中央を通る断面にわたる長手方向応力の分布は、図の線 2 にほぼ対応します。 2。電圧ピーク σmax は d/b 比に依存します。それは主に σmax = 2-3 σm 付近です。ここで σm = S/FM は、FM における穴によって弱められた部分の引張応力の平均値を示します。 Sl. 2 は、電圧状態が P 制限を超えるまで有効です。より高い負荷では、一定の膨張を達成するために、直線の法則に従った場合よりも、穴の近くでのみより低い電圧が必要となります。最もストレスがかかるポイントでは、ストレスは S に比例して増加するのではなく、むしろゆっくりと増加します。境界では、セクション2-2全体にわたって、縦方向応力のほぼ均一な分布σm = σfが得られます。せん断応力と横応力は無視されました。ロッド内の力 S がゆっくりと増加する間に応力均等化が発生することは、静荷重の影響下にある鋼構造に対する通常の方法が正当であることを証明します。つまり、寸法設定中に応力ピークを無視し、脆弱化部分 Fm の平均応力 σm=S/Fm のみを許容値と比較するというものです。
図2
耐荷重による寸法記入手順
負荷が増加すると、セクション内の電圧が均等化されます。そうすることで、ストレスはセクションの最もストレスの多い部分からストレスの少ない部分に再グループ化されます。変形が平衡条件を設定する際に考慮する必要があるほど大きくない限り、このプロセスは静的に決定された構造に対する S、M などの影響の大きさを何も変えることはできません。
連続サポートとフレームサポート: フックの法則の仮定の下で、a の下に示されているモーメントラインは、一定セクションの 1 つの連続サポートに対して得られます (図 3)。曲げ応力は曲げモーメント M に比例します。両方の荷重が等しく増加すると、最初に中間サポート B で P 制限を超えます。現場でも限界モーメント MDF に達すると、支持限界に達します。集中した力で一定の対称断面の両側にクランプされた梁の場合（図4）、モーメントの均等化は最初から存在します。 P 制限を超えると、モーメント分布に変化はありません。逆に、均等に分布した荷重の場合 (図 5)、モーメントの均等化により、挟み込みモーメントが -2/3 Mo から -1/2 Mo に減少します。
図4
図3など。それぞれ5: 曲げモーメント: a) 力の再集合前、b) 力の再集合後の限界状態。 a) モーメントイコライゼーション前、b) モーメントイコライゼーション後
格子構造: 内部的に静的に不定のトラスでは、フレーム構造と同様の依存関係があります。二次応力は、曲げに対して剛な節点に関連しますが、耐荷重を評価する際の一次近似では無視できます。可塑化されたセクションはジョイントと同様に機能するため、耐えることができる最大荷重の下での桁の静的動作は、節点にジョイントがある理想的なトラスの静的動作に近くなります。したがって、荷重が頻繁に繰り返される構造の場合、疲労強度現象を考慮する必要があるため、寸法設定時に力の均等化を考慮することにはかなりの疑問があります。それどころか、サポートの変位の影響について結論を下すことが実際的に重要です。個々の構造要素の作動強度は応力限界のみに依存し、全体の変形の大きさには依存しないため、サポートの変位は支持力に影響を与えません。
交流負荷: 一定負荷の場合の仮定が実現されることはほとんどありません。橋桁では、変動する荷重状態が存在します。単純化された個々の構造要素の力と応力分布に関する仮定は、鉄骨構造の実際の作業では一般的であり、前の仮定によれば、通常の状況では正当化されます。これは、局所的な電圧ピークを無視する場合に特に当てはまります。 （動的）疲労荷重下での耐荷重に応じて寸法を決定する方法を適用することはお勧めできません。したがって、耐荷重に応じた寸法決定手順は、主に静荷重の場合、特に建築業界の構造に限定されます。疲労の出現に注意を払う必要があるその他の場合には、重大な変形を除外し、弾性理論を基礎とする必要があります。その際、降伏点からの距離を十分に大きくするよう努める必要があります。建設用鋼の靭性により、さらなる安全性が提供されます。
交互ストレス
冷延伸と老化: 図中。 6 引張応力と圧縮応力が交互にかかる丸棒の応力拡張ラインが適用されました。個々のロード プロセスには、順序に従って番号が付けられます。応力に比例して大きく伸びた後も、除荷時に戻る弾性膨張が発生します。電圧符号を変更すると、P リミットはほぼ完全に消えます。したがって、冷間状態で引抜加工された建設用鋼材の弾性特性は元の値と一致しません。前の処理によっては、かなり大きな違いが表示される場合があります。
図6
それに伴い、老化の兆候も増えてきます。この用語には、外部の影響なしに時間の経過とともに生じる特性のすべての変化が含まれます。冷延伸による永久変形後に伸長老化が観察される場合があります。永久に引き伸ばした試験片を負荷をかけずに室温でしばらく放置すると、引張強度と、程度は低いですが引裂き強度が元の値よりも上昇しますが、破断点伸びは減少します（図7）。時効プロセスは数日間続きますが、構造用鋼を約 300 oC に加熱すると、数時間または数分に短縮されます。また、温度で伸張老化が起こる場合、伸張老化が伸張と同時に起こることにも言及する必要があります。 200 – 400 oC、つまり青く光る領域。
図7 - a) 二重荷重ロッドの拡張ライン。 b) 冷間状態で伸ばしたロッドの拡張線
後続の作用とヒステリシス: 完全に弾性のある材料では、応力と変形状態の間には明確な相互依存関係があり、特定の応力は常に同じ変形に対応し、またその逆も同様です。特定の弾性則があれば、変形は荷重が加えられてからの経過時間や荷重のかけ方には依存しません。純粋な弾性挙動からの逸脱は、2 つの次数の近似で説明できます。弾性領域では小さな逸脱が存在します。これらは一次近似では無視できます。これらは、特に弾性限界に近い応力を比較する場合、正確な測定によって決定できます。つまり、膨張は電圧の関数だけではなく、閉じた負荷サイクルと同じ電圧の場合、負荷中よりも除荷中の方が常にわずかに小さくなります。完全な弾性からの逸脱、すなわち。同じ応力における対応する膨張間の差は、弾性ヒステリシスと呼ばれます。負荷サイクルがより頻繁に繰り返される場合、これは高すぎない電圧、つまりヒステリシスまたはダンピングの閉ループで得られます。 Sl. 8 は、さまざまな AC 負荷値の減衰ループを示します。ループの幅は、電圧の高さに応じて大幅に増加します。ループの面積は変形仕事量に比例し、各サイクルで損失して熱に変換されます。また、変形は電圧の高さだけでなく時間とともに変化し、速度や負荷の方法によっても異なります。時間に依存する変形の部分を残効と呼びます。ヒステリシスと残効は同時に発生します。一般に、これらは室温で鋼構造物に発生するタイプの建設用鋼にとっては実用上重要ではありません。
Sl. 8
適用上の注意: 本文中の歴史的資料の指定、仮定、図および手順は、現在の規格、特定の製品特性、計算モデル、および構造全体の専門家による検証の代わりとして使用されるべきではありません。