** Wichteg berufflech Notiz: ** Dëst ass en Archivbildungstext, net eng aktuell Designspezifikatioun, statesch Berechnung, Beweis vu Laaschtkapazitéit oder Fabrikatiouns- a Montageinstruktiounen. Den Design vu Stolstrukturen muss tatsächlech Handlungen, Verbindungen, Stabilitéit, Middegkeet, Feier, Korrosioun an all aner relevant Bedéngungen no gültege Reglementer a Standarden enthalen, mat der Verantwortung vum autoriséierten Designer.
Den Design an de Bau vu Stolstrukturen ass net Deel vun der aktueller ëffentlecher Offer vum Savo Kusić. De Produktiounsfokus vun haut besteet aus Holzfenster, Holz-Aluminiumfenster an Custom Dieren.
Stol Strukturen hunn eng gemeinsam Fonktioun, datt si meeschtens aus waarm gewalzt Stol besteet. D’Verbindung gëtt mat Nieten, Schrauwen oder Schweißen gemaach. Dozou gehéiert Stolkonstruktioune fir Brécke, Gebaier, Industrie a Biergbau, Hydrauliktechnik, Piliere, Tierm, Panzer, am breede Sënn a fir Kranen, Schëffsbau, Kessel, asw.
Material
D’Haaptkonstruktiounsmaterial vu Stolkonstruktioune si gewalzt Profiler aus Bauqualitéitsstahl S235, S275, S355, S420, S450. Ofhängeg vum Standard ginn et verschidden Aarte vu Konstruktiounsstahl, wou d’Zuel an der Klassifikatioun normalerweis d’Trennstäerkt vum Stol bezeechent. Et gi verschidde Buschtawensymboler, wou an dësem Fall de S fir Strukturstahl steet. Déi heefegst benotzte Forme sinn S, B (Betonstahl, Verstäerkung) an Y (Prespannungsstahl).
Stol gewalzt Ënnerstëtzer
Et gëtt eng breet Palette vun Stol profiléiert Ënnerstëtzung an all huet seng eegen Zweck, Virdeeler an Nodeeler.
- U-Profiler
- I-Profiler mat schmuele Been (IPE, IPN)
- I-Profiler mat breet Been (HEA, HEB, HEM, HD)
- Huel Profiler / Këschte (ronn, quadratesch, rechteckeg)
- Blieder
- Kält geformte Produkter (erreecht duerch kale Walzen vun engem flaache Sträif an engem flaache Sträif ze verdreiwen)
All eenzel vun dëse Profiler ënnerscheet sech a Form, Dimensiounen, Zweck, etc.. Zum Beispill ginn et iwwer 20 verschidde IPN-Profiler, déi an Dimensiounen ënnerscheeden; gréissere Profiler kënne besser géint Knëppel (flexural a lateral-torsional), Oflenkungen, etc.
Et gi véier Klassen vu Stol ofhängeg ob se de Rendementpunkt erreechen wann de Stress erhéicht gëtt, ob d’Analyse plastesch oder elastesch ass, wat d’Laaschtkapazitéit vum Querschnitt ass, etc. Méi iwwer d’Struktur an d’Kraaft vum Stol ka gelies ginn hei.
Spannungsausgläichung an Droenkapazitéit bei konstanter Belaaschtung
Lagerkapazitéit. D’Dimensioune vu Stolkonstruktioune gi festgeluecht, sou datt bedeitend permanent Deformatiounen ausgeschloss sinn. D’Lagerkapazitéit ass awer a ville Fäll op kee Fall ausgeschnidden, wann den héchste Vergläichsspannung de Rendement erreecht - da wuessen d’Deformatiounen vill méi séier wéi d’Spannungen. Fir strukturell Stol, déi selwecht Ofhängegkeet wéi wann nozeginn kann als Limite vum Hooke Gesetz fir allgemeng Stress Konditiounen geholl ginn. Bei homogene Spannungszoustand, déi op all Plaz gläich sinn, komme keng Ännerunge bei der Iwwerschreiden vun der Proportionalitéitsgrenz, ausser datt d’total Deformatiounen méi séier wuessen wéi de Stress.
Equaliséierung vum Stress beim Béi. Am Fall vun engem Béi vun engem Balken gëlt déi riichtlinn Spannungsverdeelung no der Navier Hypothese, bis de Randspannung σ=M/W d’Limite vun der Proportionalitéit net iwwerschreift. Längsausdehnungen ε = ε(σ). Dëst gëllt op d’mannst fir kleng Béi. Spannungen déi méi héich sinn wéi de proportional Stress kënnen nëmme méi lues wuessen wéi d’Expansioune ε. An der Fig. 1 weist d’Biegespannungsverdeelung fir de gegebene Betribsdiagramm a fir verschidde Wäerter vun der Randexpansioun. D’Gebitt vun der Proportionalitéit (markéiert mat engem Krees op all Spannungslinnen) gëtt also méi kleng a méi kleng mat ëmmer méi Kantedilatatioun. D’Kantespannung gëtt fir d’éischt duerch σF limitéiert. Eréischt no ganz bedeitende Verformungen klëmmt de maximale Spannung iwwer σF, sou datt den Afloss vun der Strukturstahlverstäerkung siichtbar ass (Fall 5).
Abb. 1 - Béiespannungsausgläichung
Equaliséierung vu Spannspëtzen. D’Verdeelung vun de Längsspannungen iwwer d’Sektioun duerch d’Mëtt vum Lach an enger eenzeger gespannter Buerstabe entsprécht ongeféier der Linn2an fig.2. De Spannungspeak σmax hänkt vum d/b Verhältnis of. Et ass meeschtens ëm σmax =2-3σm, wou σm = S/FM bezeechent den Duerchschnëttswäert vum Spannspannung an der Sektioun geschwächt vum Lach bei FM. Sl.2gëlteg bis de Spannungszoustand d’P-Limite iwwerschreift. Bei méi héije Lasten, fir eng gewëssen Dilatatioun z’erreechen, sinn Spannungen manner wéi no der riichter Linn erfuerderlech nëmmen no beim Lach. Op deene betountste Punkte wäerten d’Spannungen dann net méi proportional mam S eropgoen, mee éischter méi lues. Op der Grenz gëtt et iwwer déi ganz Sektioun kritt2-2eng ongeféier eenheetlech Verdeelung vun de Längsspannungen σm = σf. Schéier- a Querspannungen goufen vernoléissegt. D’Optriede vun der Spannungsausgläichung bei der lueser Erhéijung vun der Kraaft S an der Staang beweisen datt déi üblech Method fir Stahlkonstruktiounen ënner dem Effekt vun enger statescher Belaaschtung gerechtfäerdegt ass, d’Spannungspeaks bei der Dimensioun ze ignoréieren an nëmmen den Duerchschnëttsspannung σm=S/Fm am geschwächte Sektioun Fm mam zulässleche Wäert ze vergläichen.
Sl.2
Dimensiounsprozedur no Laaschtkapazitéit
Wéi d’Laascht eropgeet, geschitt Spannungsausgläichung an der Sektioun. Dobäi ginn d’Belaaschtunge vun de meescht betount Deeler vun der Sektioun op déi manner betount regruppéiert. Soulaang d’Verformungen net sou grouss sinn, datt se bei der Opstellung vun de Gläichgewiichtbedéngungen berücksichtegt musse ginn, kann dëse Prozess bei statesch bestëmmte Strukturen näischt un der Gréisst vum Afloss vu S, M, etc. änneren.
Kontinuéierlech a Frame ënnerstëtzt: ënner der Virgab vum Hooke Gesetz gëtt et fir eng kontinuéierlech Ënnerstëtzung vu konstante Sektioun kritt (Fig.3) Moment Linn ënner a gewisen. D’Biegespannunge sinn proportional zu de Béimomenter M. Wa béid Lasten gläich eropgoen, gëtt d’P-Limite fir d’éischt bei der mëttlerer Ënnerstëtzung B iwwerschratt. D’Lagergrenz gëtt erreecht wann de Begrenzungsmoment MDF och am Feld erreecht gëtt. Am Fall vun engem Strahl op béide Säiten vun engem konstante symmetresche Sektioun mat enger konzentréierter Kraaft ageklemmt (Fig.4) Moment Ausgläich existeiert vun Ufank. Wann d’P-Limite iwwerschratt ass, gëtt et keng Ännerung vun der Momentverdeelung. Am Géigendeel, am Fall vun enger gläich verdeeler Belaaschtung (Fig.5) d’Ausgläichung vun de Momenter féiert zu enger Reduktioun vum Kneipmoment mat -2/3 Miwwer op -1/2 Mo.
Sl.4
Sl.3etc.5, respektiv: Béiemomenter: a) virun, b) Limite Staat no Kraaft regruppéiert; a) virun, b) nom Ausgläich vum Dynamik
Gitterkonstruktiounen: mat intern statesch onbestëmmten Trusses ginn et ähnlech Ofhängegkeete wéi bei Framekonstruktiounen. Déi sekundär Spannungen, déi mat den Knäpper verbonne sinn, déi steif am Béie sinn, kënnen an der éischter Approximatioun vernoléissegt ginn wann d’Laaschtkapazitéit evaluéiert gëtt. Plastizéierte Sektiounen handelen ähnlech wéi Gelenker, sou datt d’statesch Handlung vum Gier ënner der ultimativer Belaaschtung déi et nach ëmmer droe kann, méi no ass wéi déi vun engem idealen Truss mat Gelenker an de Wirbelen. Bei Konstruktiounen mat dacks widderholl Belaaschtungen, bei deenen d’Müdegkeetsstäerkt-Phänomener berücksichtegt solle ginn, gëtt et also bedeitend Zweifel géint d’Ausgläichung vun de Kräfte bei der Dimensioun. Am Géigendeel, et ass praktesch Wichtegkeet ze schléissen iwwer den Afloss vun der Verréckelung vun Ënnerstëtzer. Zënter datt d’Aarbechtsstäerkt vun eenzelne strukturellen Elementer nëmmen vun de Spannungsgrenzen hänkt, an net vun der Gréisst vun de Gesamtverformungen, hunn d’Verschiebungen vun den Ënnerstëtzer keen Effekt op d’Lagerkapazitéit.
Alternativ Belaaschtung: d’Annam vun engem konstante Laaschtfall gëtt selten realiséiert. Mat Bréck girders ginn et variabelen Laascht Staaten. Viraussetzungen iwwer Kräften a Spannungsverdeelung an eenzel strukturell Elementer, déi vereinfachen, sinn heefeg an der praktescher Aarbecht mat Stahlstrukturen, no der viregter, si sinn ënner normalen Ëmstänn gerechtfäerdegt. Dëst ass besonnesch wouer fir lokal Spannungspeaks ze vernoléissegen. Et kann net recommandéiert ginn, d’Methode vun der Dimensioun no Laaschtkapazitéit ënner (dynamesch) Middegkeetbelaaschtung ze gëllen. Also ass d’Dimensiounsprozedur no Laaschtkapazitéit limitéiert op de Fall vu haaptsächlech statesch Lasten, besonnesch op Konstruktiounen an der Bauindustrie. An anere Fäll, an deenen d’Opmierksamkeet op d’Erscheinung vun der Müdegkeet bezuelt gëtt, musse bedeitend Deformatiounen ausgeschloss ginn an d’Elastizitéitstheorie als Basis geholl ginn. Dobäi soll ee sech fir eng genuch grouss Distanz vum Ausbezuelungspunkt ustriewen. D’Zähegkeet vum Konstruktiounsstahl bitt dann eng zousätzlech Sécherheet.
Ofwiesselnd Stress
Kälte Stretching an Alterung: An Fig. 6 d’Stress-Dilatatiounslinn vun enger Ronn Staang, déi un alternéierend Spann- a Kompressiounsspannungen ausgesat war, gouf applizéiert. Eenzel Laaschtprozesser gi mat Zuelen no hirer Bestellung markéiert. Elastesch Dilatatiounen, déi beim Entlaascht zréckkommen, trëtt och no grousse Strécke proportional zu de Spannungen op. Beim Änneren vum Spannungszeechen verschwënnt d’P-Limit bal komplett. Dofir sinn d’elastesch Eegeschafte vum Konstruktiounsstahl am kale Staat gezeechent net mat den urspréngleche Wäerter averstanen. Ofhängeg vun der viregter Veraarbechtung kënnen zimlech bedeitend Differenzen ugewise ginn.
Abb. 6
Zesumme mat deem kommen méi Zeeche vun Alterung. Dëse Begrëff beinhalt all Ännerungen an Eegeschaften déi iwwer Zäit ouni externen Afloss geschéien. Stretch Alterung kann no dauerhafter Verformung duerch kale Stretch observéiert ginn. Wann dauerhaft gestreckte Testexemplare fir eng Zäit ouni Belaaschtung bei Raumtemperatur gelooss ginn, klammen d’Trennkraaft an, a mannerem Ausmooss, d’Tréinekraaft iwwer den urspréngleche Wäert erop, während d’Verlängerung bei der Paus erofgeet (Fig. 7). Den Alterungsprozess dauert fir Deeg, awer gëtt op e puer Stonnen oder just Minutten reduzéiert, wann de Strukturstahl op ongeféier 300 oC erhëtzt gëtt. Et sollt och erwähnt ginn datt d’Stretchalterung gläichzäiteg mat der Stretching geschitt, wann dat bei enger Temperatur geschitt. 200 – 400 oC, dh am bloe Glühwäin.
Abb. 7 - a) Expansiounslinn vun enger duebel gelueden Staang; b) Dilatatiounslinn vun enger Staang an engem kale Staat gestreckt
Actioun duerno an Hysteresis: An engem komplett elastesche Material gëtt et eng eendeiteg géigesäiteg Ofhängegkeet tëscht dem Spannungs- a Verformungszoustand, sou datt verschidde Spannungen ëmmer déiselwecht Deformatiounen entspriechen a vice versa. Mat engem bestëmmte Gesetz vun der Elastizitéit hänken d’Deformatiounen net vun der vergaangener Zäit ab, wéi d’Laascht ugewannt gouf, an och net vun der Aart a Weis wéi d’Laascht ugewannt gëtt. Ofwäichunge vum reng elastesche Verhalen kënnen an zwee Grad vun Approximatioun beschriwwe ginn: an der elastescher Regioun ginn et kleng Ofwäichungen; si kënnen an der éischter Approximatioun ignoréiert ginn. Si kënnen duerch präzis Miessunge bestëmmt ginn, besonnesch wann Dir de Stress méi no bei der elastescher Limit vergläicht. D’Dilatatioun ass nämlech net nëmmen eng Spannungsfunktioun, mee mat engem zouene Laaschtzyklus an der selwechter Spannung ass et ëmmer e bësse méi kleng beim Ausluede wéi beim Luede. Ofwäichung vun der kompletter Elastizitéit, dh. den Ënnerscheed tëscht entspriechend Expansioune bei de selwechte Spannungen gëtt elastesch Hysteresis genannt. Wann de Laaschtzyklus méi dacks widderholl gëtt, gëtt dëst bei net ze héich Spannungen kritt - eng zougemaach Loop vu Hysteresis oder Dämpfung. Sl. 8 weist d’Dämpfungsschleife fir verschidde AC-Laaschtwäerter. D’Breet vun de Schleifen erhéicht staark mat der Héicht vun der Spannung. D’Gebitt vun der Loop ass proportional zu der Verformungsaarbecht, déi bei all Zyklus verluer geet an an Hëtzt ëmgewandelt gëtt. Och d’Deformatiounen si variabel net nëmme mat der Héicht vun der Spannung, awer och mat der Zäit, si hänke vun der Geschwindegkeet an der Luedemethod of. Den Deel vun der Verformung, déi vun der Zäit hänkt, gëtt den Aftereffect genannt. Hysteresis an Aftereffect geschitt gläichzäiteg. An der Regel si se keng praktesch Wichtegkeet fir déi Aarte vu Baustahl, déi a Stahlstrukturen bei Raumtemperaturen optrieden.
Sl. 8
** Applikatioun Notiz: ** Historesch Materialbezeechnungen, Viraussetzungen, Diagrammer a Prozeduren am Text sollten net als Ersatz fir aktuell Standarden, spezifesch Produkteigenschaften, Berechnungsmodell an Expertverifizéierung vun der Gesamtkonstruktioun benotzt ginn.