ფოლადის კონსტრუქციების საფუძვლები

** მნიშვნელოვანი პროფესიული შენიშვნა: ** ეს არის საარქივო საგანმანათლებლო ტექსტი და არა მიმდინარე დიზაინის სპეციფიკაცია, სტატიკური გაანგარიშება, დატვირთვის სიმძლავრის მტკიცებულება ან წარმოებისა და შეკრების ინსტრუქციები. ფოლადის კონსტრუქციების დიზაინი უნდა მოიცავდეს რეალურ მოქმედებებს, კავშირებს, სტაბილურობას, დაღლილობას, ხანძარს, კოროზიას და ყველა სხვა შესაბამის პირობებს მოქმედი რეგულაციებისა და სტანდარტების შესაბამისად, ავტორიზებული დიზაინერის პასუხისმგებლობით.

ფოლადის კონსტრუქციების დიზაინი და მშენებლობა არ არის Savo Kusić-ის ამჟამინდელი საჯარო შეთავაზების ნაწილი. დღევანდელი წარმოების ფოკუსი შედგება ხის ფანჯრებისგან, ხის-ალუმინის ფანჯრებისგან და საბაჟო კარები.

ფოლადის კონსტრუქციებს აქვთ საერთო თვისება, რომ ისინი ძირითადად შედგება ცხელი ნაგლინი ფოლადისგან. შეერთება ხდება მოქლონების, ხრახნების ან შედუღების გამოყენებით. ეს მოიცავს ფოლადის კონსტრუქციებს ხიდებისთვის, შენობებისთვის, მრეწველობისა და სამთო მოპოვებისთვის, ჰიდრავლიკური ინჟინერიისთვის, სვეტებისთვის, კოშკებისთვის, ტანკებისთვის, უფრო ფართო გაგებით და ამწეებისთვის, გემთმშენებლობისთვის, ქვაბებისთვის და ა.შ. შემდეგი პრეზენტაციების ფოკუსი არის ძირითადი კონცეფციების განხილვა.

მასალები

ფოლადის კონსტრუქციების ძირითადი სამშენებლო მასალაა ნაგლინი პროფილები სამშენებლო ხარისხის ფოლადისგან S235, S275, S355, S420, S450. სტანდარტიდან გამომდინარე, არსებობს რამდენიმე სხვადასხვა ტიპის სამშენებლო ფოლადი, სადაც კლასიფიკაციაში რიცხვი ჩვეულებრივ მიუთითებს ფოლადის დაჭიმვის სიმტკიცეზე. არსებობს რამდენიმე ასო სიმბოლო, სადაც ამ შემთხვევაში S ნიშნავს სტრუქტურულ ფოლადს. ყველაზე გავრცელებული ფორმებია S, B (ბეტონის ფოლადები, არმატურა) და Y (წინასწარი ფოლადი).

ფოლადის ნაგლინი საყრდენები

არსებობს ფოლადის პროფილირებული საყრდენების ფართო სპექტრი და თითოეულს აქვს საკუთარი დანიშნულება, დადებითი და უარყოფითი მხარეები.

• U-პროფილები
• I-პროფილები ვიწრო ფეხებით (IPE, IPN)
• I-პროფილები ფართო ფეხებით (HEA, HEB, HEM, HD)
• ღრუ პროფილები/ყუთები (მრგვალი, კვადრატი, მართკუთხა)
• ფურცლები
• ცივად წარმოქმნილი პროდუქტები (მიიღება ბრტყელი ზოლის ცივად გადახვევით და ბრტყელი ზოლის გადახვევით)

თითოეული ეს პროფილი განსხვავდება ფორმის, ზომით, დანიშნულებით და ა.შ. მაგალითად, არსებობს 20-ზე მეტი სხვადასხვა IPN პროფილები, რომლებიც განსხვავდებიან ზომებით; უფრო დიდი პროფილები უკეთესად უძლებენ ხრაშუნას (მოხრილი და გვერდითი ბრუნვითი), გადახრილობას და ა.შ.

არსებობს ფოლადის ოთხი კლასი, იმისდა მიხედვით, მიაღწევენ თუ არა ისინი მოსავლიან წერტილს სტრესის გაზრდისას, ანალიზი პლასტიკურია თუ ელასტიური, როგორია ჯვრის მონაკვეთის დატვირთვის სიმძლავრე და ა.შ. სადაც პირველი კლასი საუკეთესოა და მეოთხე ყველაზე ცუდი. მეტი ფოლადის სტრუქტურისა და სიმტკიცის შესახებ შეგიძლიათ წაიკითხოთ აქ.

ძაბვის გათანაბრება და ტარების სიმძლავრე მუდმივი დატვირთვისას

ტარების მოცულობა. ფოლადის კონსტრუქციების ზომები განისაზღვრება ისე, რომ გამოირიცხოს მნიშვნელოვანი მუდმივი დეფორმაციები. თუმცა, ტარების სიმძლავრე ხშირ შემთხვევაში არანაირად არ ამოიწურება, როდესაც ყველაზე მაღალი შედარებითი სტრესი აღწევს მოსავლიანობის წერტილს - მაშინ დეფორმაციები იზრდება ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე ძაბვები. კონსტრუქციული ფოლადისთვის, იგივე დამოკიდებულება, როგორც დაცემისას, შეიძლება მივიღოთ ჰუკის კანონის ზღვრად ზოგადი სტრესის პირობებისთვის. ერთგვაროვანი დაძაბულობის მდგომარეობების შემთხვევაში, რომლებიც ყველა ადგილას თანაბარია, პროპორციულობის ლიმიტის გადაჭარბებისას არანაირი ცვლილება არ ხდება, გარდა იმისა, რომ მთლიანი დეფორმაციები სტრესზე უფრო სწრაფად იზრდება.

დაძაბვის გათანაბრება მოღუნვისას. სხივის მოღუნვის შემთხვევაში მოქმედებს ნავიერის ჰიპოთეზის მიხედვით დაძაბულობის სწორხაზოვანი განაწილება, სანამ კიდეების დაძაბულობა σ=M/W არ გადააჭარბებს პროპორციულობის ზღვარს. გრძივი გაფართოებები ε = ε(σ). ეს მართალია მინიმუმ მცირე მოსახვევებისთვის. სტრესები, რომლებიც აღემატება პროპორციულობის სტრესს, შეიძლება მხოლოდ უფრო ნელა გაიზარდოს, ვიდრე ε გაფართოებები. ნახ. 1 გვიჩვენებს ღუნვის სტრესის განაწილებას მოცემული ოპერაციული დიაგრამისთვის და კიდეების გაფართოების სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის. შესაბამისად, პროპორციულობის არე (მონიშნული წრით ყველა ძაბვის ხაზზე) სულ უფრო და უფრო პატარა ხდება კიდეების დილატაციის გაზრდით. კიდეების ძაბვა ჯერ შემოიფარგლება σF-ით. მხოლოდ ძალიან მნიშვნელოვანი დეფორმაციების შემდეგ დგება მაქსიმალური ძაბვა σF-ზე მაღლა, ისე რომ კონსტრუქციული ფოლადის გამაგრების გავლენა ხილული ხდება (საქმე 5).

ნახ. 1 - მოსახვევი ძაბვის გათანაბრება

_ დაძაბულობის მწვერვალების გათანაბრება. _ გრძივი დაძაბულობის განაწილება მონაკვეთზე ხვრელის შუაში ერთ დაჭიმულ გაბურღულ ღეროში დაახლოებით შეესაბამება ხაზს.2ნახ.2. ძაბვის პიკი σmax დამოკიდებულია d/b თანაფარდობაზე. ის ძირითადად σmax =-ის გარშემოა2-3σm, სადაც σm = S/FM  აღნიშნავს დაჭიმვის დაძაბულობის საშუალო მნიშვნელობას FM-ზე ნახვრეტით დასუსტებულ მონაკვეთში. სლ.2მოქმედებს მანამ, სანამ ძაბვის მდგომარეობა არ გადააჭარბებს P- ლიმიტს. უფრო მაღალი დატვირთვის დროს, გარკვეული გაფართოების მისაღწევად, უფრო დაბალი ძაბვები საჭიროა მხოლოდ ხვრელთან, ვიდრე სწორი ხაზის კანონის მიხედვით. ყველაზე დაძაბულ წერტილებში ძაბვები აღარ გაიზრდება S-ის პროპორციულად, არამედ უფრო ნელა. საზღვარზე იგი მიიღება მთელ მონაკვეთზე2-2გრძივი დაძაბულობის დაახლოებით ერთგვაროვანი განაწილება σm = σf. ათვლის და განივი ძაბვები უგულებელყოფილი იყო. ძაბვის გათანაბრების შემთხვევები ღეროში S ძალის ნელი ზრდის დროს ადასტურებს, რომ გამართლებულია ჩვეულებრივი მეთოდი ფოლადის კონსტრუქციებისთვის სტატიკური დატვირთვის ზემოქმედების ქვეშ, განზომილებისას დაძაბულობის პიკების იგნორირება და მხოლოდ საშუალო დაძაბულობის σm=S/Fm შედარება დასუსტებულ მონაკვეთში Fm დასაშვებ მნიშვნელობასთან.

სლ.2

განზომილების პროცედურა დატვირთვის სიმძლავრის მიხედვით

როგორც დატვირთვა იზრდება, ძაბვის გათანაბრება ხდება მონაკვეთში. ამგვარად, ძაბვები გადაჯგუფებულია მონაკვეთის ყველაზე დაძაბული ნაწილებიდან ნაკლებად სტრესისკენ. სანამ დეფორმაციები არ არის ისეთი დიდი, რომ გასათვალისწინებელი იყოს წონასწორობის პირობების დაყენებისას, ეს პროცესი ვერაფერს შეცვლის S, M და ა.შ. გავლენის სიდიდეს სტატიკურად განსაზღვრული სტრუქტურებით.

უწყვეტი და ჩარჩო საყრდენები: ჰუკის კანონის დაშვებით, იგი მიიღება მუდმივი მონაკვეთის ერთი უწყვეტი საყრდენისთვის (ნახ.3) მომენტის ხაზი ნაჩვენებია a-ს ქვეშ. მოღუნვის ძაბვები პროპორციულია მოღუნვის მომენტების M. თუ ორივე დატვირთვა იზრდება თანაბრად, P-ლიმიტი ჯერ გადააჭარბებს შუა საყრდენზე B. ტარების ზღვარი მიიღწევა მაშინ, როდესაც MDF შეზღუდვის მომენტი მიიღწევა მინდორშიც. კონცენტრირებული ძალით მუდმივი სიმეტრიული მონაკვეთის ორივე მხარეს დაჭერილი სხივის შემთხვევაში (ნახ.4) მომენტის გათანაბრება თავიდანვე არსებობს. როდესაც P-ლიმიტი გადაჭარბებულია, მომენტის განაწილებაში ცვლილება არ ხდება. პირიქით, თანაბრად განაწილებული დატვირთვის შემთხვევაში (ნახ.5) მომენტების გათანაბრება იწვევს შეკუმშვის მომენტის შემცირებას -2/3 Mდაახლოებით -1/2 Mო.

სლ.4

სლ.3და ა.შ.5შესაბამისად: მოხრის მომენტები: ა) ადრე, ბ) ზღვრული მდგომარეობა ძალის გადაჯგუფების შემდეგ; ა) ადრე, ბ) იმპულსის გათანაბრების შემდეგ

გისოსების კონსტრუქციები: შიგნიდან სტატიკურად განუსაზღვრელი ფერმებით, არის მსგავსი დამოკიდებულებები, როგორც ჩარჩოს კონსტრუქციებში. მეორადი ძაბვები, რომლებიც დაკავშირებულია ხისტად ღუნვის კვანძებთან, შეიძლება უგულებელვყოთ პირველი მიახლოებით დატვირთვის სიმძლავრის შეფასებისას. პლასტიზირებული სექციები მოქმედებენ სახსრების მსგავსად, ასე რომ, ღვედის სტატიკური მოქმედება იმ საბოლოო დატვირთვის ქვეშ, რომელიც მას ჯერ კიდევ შეუძლია, უფრო ახლოს არის იდეალური ფერმის მოქმედებასთან კვანძებში სახსრებით. ხშირად განმეორებადი დატვირთვის მქონე კონსტრუქციების შემთხვევაში, რომლებშიც მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული დაღლილობის სიძლიერის ფენომენი, ამიტომ არსებობს დიდი ეჭვები განზომილების დროს ძალების გათანაბრების გათვალისწინების წინააღმდეგ. პირიქით, პრაქტიკული მნიშვნელობისაა დასკვნის გაკეთება საყრდენების გადაადგილების გავლენის შესახებ. ვინაიდან ცალკეული სტრუქტურული ელემენტების სამუშაო ძალა დამოკიდებულია მხოლოდ სტრესის ზღვრებზე და არა მთლიანი დეფორმაციების ზომაზე, საყრდენების გადაადგილება გავლენას არ ახდენს ტარების სიმძლავრეზე.

ალტერნატიული დატვირთვა: მუდმივი დატვირთვის შემთხვევის დაშვება იშვიათად რეალიზდება. ხიდის სარტყელებთან ერთად, არსებობს ცვლადი დატვირთვის მდგომარეობები. ვარაუდები ძალებისა და სტრესის განაწილების შესახებ ცალკეულ სტრუქტურულ ელემენტებში, რაც ამარტივებს, გავრცელებულია ფოლადის კონსტრუქციებთან პრაქტიკულ მუშაობაში, წინას მიხედვით, ისინი გამართლებულია ჩვეულებრივ პირობებში. ეს განსაკუთრებით ეხება ადგილობრივი ძაბვის პიკების უგულებელყოფას. არ არის რეკომენდებული განზომილების მეთოდის გამოყენება დატვირთვის სიმძლავრის მიხედვით (დინამიური) დაღლილობის დატვირთვისას. ამრიგად, დატვირთვის სიმძლავრის მიხედვით განზომილების პროცედურა შემოიფარგლება უპირატესად სტატიკური დატვირთვების შემთხვევაში, განსაკუთრებით სამშენებლო ინდუსტრიაში. სხვა შემთხვევებში, როდესაც ყურადღება უნდა მიექცეს დაღლილობის გამოჩენას, უნდა გამოირიცხოს მნიშვნელოვანი დეფორმაციები და ელასტიურობის თეორია აიღოს საფუძვლად. ამგვარად, თქვენ უნდა იბრძოლოთ საკმარისად დიდი მანძილისკენ მოსავლიანობის წერტილიდან. სამშენებლო ფოლადის სიმტკიცე უზრუნველყოფს დამატებით უსაფრთხოებას.

ალტერნატიული სტრესი

ცივი გაჭიმვა და დაბერება: ნახ. 6 გამოყენებული იქნა მრგვალი ღეროს დაძაბულობა-დილატაციის ხაზი, რომელიც ექვემდებარებოდა მონაცვლეობით დაჭიმულ და კომპრესიულ ძაბვებს. ინდივიდუალური დატვირთვის პროცესები აღინიშნება ნომრებით მათი თანმიმდევრობის მიხედვით. ელასტიური დილატაციები, რომლებიც ბრუნდება გადმოტვირთვისას, ასევე ხდება დიდი გაჭიმვის შემდეგ დაძაბულობის პროპორციულად. ძაბვის ნიშნის შეცვლისას P-ლიმიტი თითქმის მთლიანად ქრება. ამრიგად, ცივ მდგომარეობაში დახატული სამშენებლო ფოლადის ელასტიური თვისებები არ ეთანხმება თავდაპირველ მნიშვნელობებს. წინა დამუშავებიდან გამომდინარე, საკმაოდ მნიშვნელოვანი განსხვავებები შეიძლება იყოს ნაჩვენები.

ნახ. 6

ამასთან ერთად მოდის დაბერების ნიშნები. ეს ტერმინი მოიცავს თვისებების ყველა ცვლილებას, რომელიც დროთა განმავლობაში ხდება გარე გავლენის გარეშე. დაჭიმვის დაბერება შეიძლება შეინიშნოს მუდმივი დეფორმაციის შემდეგ ცივი გაჭიმვით. თუ მუდმივად დაჭიმული საცდელი ნიმუშები გარკვეული დროით რჩება დატვირთვის გარეშე ოთახის ტემპერატურაზე, დაჭიმვის სიძლიერე და, უფრო მცირე ზომით, რღვევის სიძლიერე ამაღლდება თავდაპირველ მნიშვნელობაზე, ხოლო დრეკადობა შესვენებისას მცირდება (ნახ. 7). დაბერების პროცესი გრძელდება დღეების განმავლობაში, მაგრამ მცირდება რამდენიმე საათამდე ან წუთამდე, თუ სტრუქტურული ფოლადი გაცხელდება დაახლოებით 300 oC-მდე. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ დაჭიმვის დაბერება ხდება დაჭიმვის პარალელურად, თუ ეს ხდება ტემპერატურაზე. 200 – 400 oC, ანუ ცისფერი ნათების არეში.

ნახ. 7 - ა) ორმაგად დატვირთული ღეროს გაფართოების ხაზი; ბ) ცივ მდგომარეობაში დაჭიმული ღეროს დილატაციის ხაზი

_ შემდგომი მოქმედება და ჰისტერეზი _: სრულიად ელასტიურ მასალაში არის ცალსახა ურთიერთდამოკიდებულება დაძაბულობასა და დეფორმაციის მდგომარეობას შორის, ისე რომ გარკვეული ძაბვები ყოველთვის შეესაბამება ერთსა და იმავე დეფორმაციებს და პირიქით. ელასტიურობის მოცემული კანონით, დეფორმაციები არ არის დამოკიდებული დატვირთვის გამოყენების შემდეგ გასულ დროზე და ასევე არა დატვირთვის გამოყენების გზაზე. წმინდა ელასტიური ქცევისგან გადახრები შეიძლება აღიწეროს მიახლოების ორი ხარისხით: ელასტიურ რეგიონში არის მცირე გადახრები; მათი იგნორირება შესაძლებელია პირველ მიახლოებაში. მათი დადგენა შესაძლებელია ზუსტი გაზომვებით, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ადარებენ სტრესს ელასტიურ ზღვართან უფრო ახლოს. კერძოდ, დილატაცია არ არის მხოლოდ ძაბვის ფუნქცია, არამედ დახურული დატვირთვის ციკლით და იგივე ძაბვით, ის ყოველთვის ოდნავ მცირეა განტვირთვისას, ვიდრე დატვირთვისას. სრული ელასტიურობიდან გადახრა, ე.ი. შესაბამის გაფართოებებს შორის განსხვავებას იმავე ძაბვის დროს ელასტიური ჰისტერეზი ეწოდება. თუ დატვირთვის ციკლი უფრო ხშირად მეორდება, ეს მიიღება არც თუ ისე მაღალ ძაბვაზე - ჰისტერეზის ან დემპინგის დახურული მარყუჟი. სლ. 8 აჩვენებს ამორტიზაციის მარყუჟებს AC დატვირთვის სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის. მარყუჟების სიგანე მკვეთრად იზრდება ძაბვის სიმაღლესთან ერთად. მარყუჟის ფართობი პროპორციულია დეფორმაციის სამუშაოს, რომელიც იკარგება ყოველ ციკლში და გარდაიქმნება სიცხეში. ასევე, დეფორმაციები ცვალებადია არა მხოლოდ ძაბვის სიმაღლით, არამედ დროთა განმავლობაში, ისინი დამოკიდებულია დატვირთვის სიჩქარეზე და მეთოდზე. დეფორმაციის იმ ნაწილს, რომელიც დროზეა დამოკიდებული, ეწოდება შემდგომი ეფექტი. ჰისტერეზი და შემდგომი ეფექტი ერთდროულად ხდება. როგორც წესი, მათ არ აქვთ პრაქტიკული მნიშვნელობა იმ ტიპის სამშენებლო ფოლადისთვის, რომლებიც გვხვდება ფოლადის კონსტრუქციებში ოთახის ტემპერატურაზე.

სლ. 8

** განაცხადის შენიშვნა:** ისტორიული მასალის აღნიშვნები, ვარაუდები, დიაგრამები და პროცედურები ტექსტში არ უნდა იქნას გამოყენებული როგორც შემცვლელი მოქმედი სტანდარტების, კონკრეტული პროდუქტის მახასიათებლების, გაანგარიშების მოდელისა და მთლიანი კონსტრუქციის ექსპერტიზის შემოწმებისთვის.