중요한 전문가 참고사항: 이는 현재 설계 사양, 정적 계산, 부하 용량 증명 또는 제조 및 조립 지침이 아닌 보관된 교육 텍스트입니다. 강철 구조물의 설계에는 승인된 설계자의 책임 하에 유효한 규정 및 표준에 따라 실제 동작, 연결, 안정성, 피로, 화재, 부식 및 기타 모든 관련 조건이 포함되어야 합니다.
강철 구조물의 설계 및 건설은 현재 Savo Kusić의 공개 제안의 일부가 아닙니다. 현재 주력으로 생산하고 있는 제품은 목재창호, 목재알루미늄창호, 맞춤도어 입니다.
철골구조물은 대부분 열연강판을 사용한다는 공통점이 있습니다. 접합은 리벳, 나사 또는 용접을 사용하여 수행됩니다. 여기에는 교량, 건물, 산업 및 광업, 수력 공학, 기둥, 타워, 탱크, 더 넓은 의미의 크레인, 조선, 보일러 등을 위한 강철 구조물이 포함됩니다. 다음 프레젠테이션의 초점은 기본 개념을 다루는 것입니다.
재료
강철 구조물의 주요 건축 자재는 건축 품질 강철 S235, S275, S355, S420, S450의 압연 프로파일입니다. 표준에 따라 여러 가지 유형의 건설용 강철이 있으며, 분류에 있는 숫자는 일반적으로 강철의 인장 강도를 나타냅니다. 여러 문자 기호가 있는데, 여기서 S는 구조용 강철을 나타냅니다. 가장 일반적으로 사용되는 형태는 S, B(콘크리트 강철, 철근) 및 Y(프리스트레싱 강철)입니다.
강철 압연 지지대
다양한 종류의 강철 프로파일 지지대가 있으며 각각 고유한 목적, 장점 및 단점이 있습니다.
- U-프로파일
- 다리가 좁은 I-프로파일(IPE, IPN)
- 다리가 넓은 I-프로파일(HEA, HEB, HEM, HD)
- 중공 프로파일/박스(원형, 정사각형, 직사각형)
- 시트
- 냉간 성형 제품(평대를 냉간 압연하고 평대를 비틀어서 얻음)
이러한 프로필은 각각 모양, 크기, 목적 등이 다릅니다. 예를 들어 크기가 다른 20 이상의 다양한 IPN 프로필이 있습니다. 프로파일이 클수록 좌굴(굴곡 및 측면 비틀림), 처짐 등을 더 잘 견딜 수 있습니다.
강재에는 응력이 증가할 때 항복점에 도달하는지 여부, 해석이 소성인지 탄성인지, 단면의 하중 용량이 무엇인지 등에 따라 네 가지 등급이 있으며, 첫 번째 등급이 가장 좋고 네 번째 등급이 최악입니다. 강철의 구조와 강도에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다.
정상 부하에서 전압 균등화 및 운반 용량
지지력. 철 구조물의 치수는 심각한 영구 변형이 배제되도록 결정됩니다. 그러나 대부분의 경우 가장 높은 비교 응력이 항복점에 도달해도 지지력은 어떤 식으로든 소진되지 않습니다. 그러면 변형이 응력보다 훨씬 빠르게 증가합니다. 구조용 강철의 경우, 항복할 때와 동일한 의존성이 일반 응력 조건에 대한 Hooke 법칙의 한계로 간주될 수 있습니다. 모든 위치에서 동일한 균질 응력 상태의 경우 전체 변형이 응력보다 빠르게 증가하는 것을 제외하고는 비례의 한계를 초과해도 변화가 발생하지 않습니다.
굽힘 시 응력 균등화. 보의 굽힘의 경우 모서리 응력 σ=M/W가 비례 한계를 초과하지 않을 때까지 Navier 가설에 따른 직선 응력 분포가 적용됩니다. 세로 확장 ε = ε(σ). 이것은 적어도 작은 굽힘의 경우에 해당됩니다. 비례 응력보다 높은 응력은 확장 ε보다 더 천천히 증가할 수 있습니다. 그림에서. 1는 주어진 작동 다이어그램과 다양한 모서리 확장 값에 대한 굽힘 응력 분포를 보여줍니다. 따라서 비례 영역(모든 전압 라인에 원으로 표시됨)은 가장자리 확장이 증가함에 따라 점점 작아집니다. 에지 전압은 먼저 σF에 의해 제한됩니다. 매우 심각한 변형 후에야 최대 응력이 σF 이상으로 상승하여 구조용 철근 보강의 영향이 가시화됩니다(사례 5).
그림. 1 - 굽힘 전압 균등화
응력 피크의 균등화. 하나의 장력이 가해진 천공 로드의 구멍 중앙을 통과하는 단면에 걸친 세로 응력 분포는 대략 그림의 선 2에 해당합니다. 2. 전압 피크 σmax는 d/b 비율에 따라 달라집니다. 이는 대부분 σmax = 2-3 σm 정도이며, 여기서 σm = S/FM은 FM의 구멍에 의해 약화된 단면의 인장 응력의 평균값을 나타냅니다. Sl. 2은 전압 상태가 P-한계를 초과할 때까지 유효합니다. 더 높은 부하에서 특정 팽창을 달성하려면 직선 법칙에 따르는 것보다 홀 근처에만 더 낮은 전압이 필요합니다. 가장 큰 응력을 받는 지점에서 응력은 더 이상 S에 비례하여 증가하지 않고 오히려 더 느리게 증가합니다. 경계에서는 전체 단면 2-2에 걸쳐 대략 균일한 세로 응력 분포 σm = σf가 얻어집니다. 전단 및 횡단 응력은 무시되었습니다. 로드에서 힘 S가 서서히 증가하는 동안 응력 균등화가 발생한다는 것은 정하중의 영향을 받는 강철 구조물에 대한 일반적인 방법, 치수 측정 중 응력 피크를 무시하고 약화된 단면 Fm의 평균 응력 σm=S/Fm만 허용값과 비교하는 것이 정당하다는 것을 증명합니다.
그림. 2
적재 용량에 따른 치수 결정 절차
부하가 증가하면 해당 구간의 전압이 균등화됩니다. 이렇게 하면 응력이 단면의 가장 응력이 심한 부분에서 덜 응력을 받는 부분으로 재편성됩니다. 평형 조건을 설정할 때 고려해야 할 만큼 변형이 크지 않은 한, 이 프로세스는 정적으로 결정된 구조에 대한 S, M 등의 영향 크기에 어떤 변화도 줄 수 없습니다.
연속 및 프레임 지지: Hooke의 법칙을 가정하면 a 아래에 표시된 모멘트 선은 상수 단면의 하나의 연속 지지에 대해 구해집니다(그림 3). 굽힘 응력은 굽힘 모멘트 M에 비례합니다. 두 하중이 동일하게 증가하면 중간 지지대 B에서 P-한계가 먼저 초과됩니다. 현장에서도 한계 모멘트 MDF에 도달하면 베어링 한계에 도달합니다. 집중된 힘으로 일정한 대칭 단면의 양쪽에 고정된 빔(그림 4)의 경우 처음부터 모멘트의 균등화가 존재합니다. P-한계를 초과하면 모멘트 분포에 변화가 없습니다. 반대로 균등하게 분산된 하중(그림 5)의 경우 모멘트의 균등화로 인해 핀칭 모멘트가 -2/3 Mo에서 -1/2 Mo.
그림. 4
그림. 3 등. 5, 각각: 굽힘 모멘트: a) 이전, b) 강제 재편성 후 제한 상태; a) 순간 균등화 전, b) 순간 균등화 후
격자 구조: 내부적으로 정적으로 불확정적인 트러스의 경우 프레임 구조와 유사한 종속성이 있습니다. 굽힘에 강성인 노드와 관련된 2차 응력은 하중 용량을 평가할 때 첫 번째 근사치에서 무시할 수 있습니다. 가소화된 단면은 조인트와 유사하게 작용하므로, 여전히 견딜 수 있는 최종 하중 하에서 거더의 정적 작용은 노드에 조인트가 있는 이상적인 트러스의 정적 작용에 더 가깝습니다. 따라서 피로 강도 현상을 고려해야 하는 자주 반복되는 하중이 있는 구조의 경우 치수 측정 중에 힘의 균등화를 고려하는 데 상당한 의구심이 있습니다. 반대로, 지지대 변위의 영향에 대해 결론을 내리는 것이 실질적으로 중요합니다. 개별 구조 요소의 작동 강도는 전체 변형의 크기가 아니라 응력 한계에만 의존하기 때문에 지지대의 변위는 지지력에 영향을 미치지 않습니다.
교번 하중: 일정한 하중 가정이 거의 실현되지 않습니다. 교량 거더에는 다양한 하중 상태가 있습니다. 단순화된 개별 구조 요소의 힘 및 응력 분포에 대한 가정은 강철 구조물을 사용한 실제 작업에서 일반적이며 이전에 따르면 일반적인 상황에서 정당화됩니다. 이는 특히 로컬 전압 피크를 무시하는 경우에 해당됩니다. (동적) 피로 하중 하에서 하중 용량에 따른 치수 측정 방법을 적용하는 것은 권장할 수 없습니다. 따라서 하중 용량에 따른 치수 지정 절차는 주로 정하중이 있는 경우, 특히 건축 산업의 구조물로 제한됩니다. 피로의 출현에 주의를 기울여야 하는 다른 경우에는 심각한 변형을 배제하고 탄성 이론을 기초로 삼아야 합니다. 그렇게 하려면 항복점으로부터 충분히 먼 거리를 확보해야 합니다. 건설용 강철의 인성은 추가적인 보안을 제공합니다.
교대 스트레스
콜드 스트레칭 및 에이징: 그림. 6 교대로 인장응력과 압축응력을 받는 원형봉의 응력-팽창선을 적용하였습니다. 개별 로드 프로세스에는 순서에 따라 번호가 표시됩니다. 하중을 내릴 때 다시 나타나는 탄성 팽창은 응력에 비례하여 크게 늘어난 후에도 발생합니다. 전압 기호를 변경하면 P-한계가 거의 완전히 사라집니다. 따라서 차가운 상태에서 인발된 건설용 철강의 탄성 특성은 원래 값과 일치하지 않습니다. 이전 처리에 따라 상당히 큰 차이를 보일 수 있습니다.
그림. 6
이와 함께 노화의 징후가 더 많이 나타납니다. 이 용어에는 외부 영향 없이 시간이 지남에 따라 발생하는 모든 특성 변화가 포함됩니다. 냉간 연신에 의한 영구 변형 후에 연신 노화가 관찰될 수 있습니다. 영구적으로 신장된 시험편을 실온에서 하중 없이 일정 시간 방치하면 인장강도 및 인열강도가 원래 값 이상으로 증가하는 반면 파단 신율은 감소합니다(그림 7). 노화 과정은 며칠 동안 지속되지만 구조용 강철이 약 300 oC로 가열되면 몇 시간 또는 몇 분으로 단축됩니다. 또한 스트레칭 노화가 온도에서 발생하는 경우 스트레칭과 동시에 발생한다는 점도 언급해야 합니다. 200 – 400 oC, 즉 파란색 빛 영역.
그림. 7 - a) 이중 하중 로드의 확장 라인; b) 차가운 상태에서 늘어난 막대의 팽창선
후속 작용 및 히스테리시스: 완전 탄성 재료에는 응력과 변형 상태 사이에 명확한 상호 의존성이 있으므로 특정 응력은 항상 동일한 변형에 해당하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 주어진 탄성 법칙에 따라 변형은 하중이 가해진 이후 경과된 시간에 의존하지 않으며 하중이 가해지는 방식에도 영향을 받지 않습니다. 순수 탄성 거동의 편차는 두 가지 근사치로 설명할 수 있습니다. 탄성 영역에는 작은 편차가 있습니다. 첫 번째 근사에서는 무시할 수 있습니다. 이는 특히 탄성 한계에 가까운 응력을 비교할 때 정확한 측정을 통해 결정될 수 있습니다. 즉, 팽창은 전압의 함수일 뿐만 아니라 닫힌 부하 사이클과 동일한 전압의 경우 부하 중보다 언로딩 중에 항상 약간 더 작습니다. 완전한 탄력성으로부터의 편차, 즉. 동일한 응력에서 해당 팽창 사이의 차이를 탄성 히스테리시스라고 합니다. 부하 사이클이 더 자주 반복되면 이는 너무 높지 않은 전압, 즉 히스테리시스 또는 댐핑의 폐쇄 루프에서 얻어집니다. Sl. 8는 다양한 AC 부하 값에 대한 감쇠 루프를 보여줍니다. 루프의 폭은 전압의 높이에 따라 크게 증가합니다. 루프의 면적은 각 사이클에서 손실되어 열로 변환되는 변형 작업에 비례합니다. 또한 변형은 전압의 높이뿐만 아니라 시간에 따라 변하며, 부하 속도와 방법에 따라 달라집니다. 시간에 따라 변형되는 부분을 후유증이라고 합니다. 히스테리시스와 후유증이 동시에 발생합니다. 일반적으로 실온에서 강철 구조물에 사용되는 건설용 강철 유형에는 실질적으로 중요하지 않습니다.
Sl. 8
애플리케이션 노트: 본문의 역사적 자료 지정, 가정, 다이어그램 및 절차는 현재 표준, 특정 제품 특성, 계산 모델 및 전체 구성에 대한 전문가 검증을 대체하는 데 사용되어서는 안 됩니다.