Notă profesională importantă: Acesta este un text educațional de arhivă, nu o specificație actuală de proiectare, un calcul static, o dovadă a capacității de încărcare sau instrucțiuni de fabricație și asamblare. Proiectarea structurilor din oțel trebuie să includă acțiuni reale, conexiuni, stabilitate, oboseală, incendiu, coroziune și toate celelalte condiții relevante conform reglementărilor și standardelor valabile, cu responsabilitatea proiectantului autorizat.

Proiectarea și construcția structurilor de oțel nu face parte din oferta publică actuală a Savo Kusić. Producția de astăzi constă în ferestre din lemn, ferestre din lemn-aluminiu și uși personalizate.

Structurile din oțel au o caracteristică comună prin aceea că sunt fabricate în mare parte din oțel laminat la cald. Îmbinarea se face cu nituri, șuruburi sau sudură. Acestea includ structuri din oțel pentru poduri, clădiri, industrie și minerit, inginerie hidraulică, stâlpi, turnuri, rezervoare, într-un sens mai larg și pentru macarale, construcții navale, cazane etc. Accentul prezentărilor următoare este tratarea conceptelor de bază.

Materiale

Principalul material de construcție al construcțiilor din oțel sunt profilele laminate din oțel de calitate S235, S275, S355, S420, S450. În funcție de standard, există mai multe tipuri diferite de oțel de construcție, unde numărul din clasificare indică de obicei rezistența la tracțiune a oțelului. Există mai multe simboluri cu litere, unde în acest caz S înseamnă oțel structural. Cele mai frecvente forme utilizate sunt S, B (oțeluri din beton, armături) și Y (oțel de precomprimare).

Suporturi laminate din otel

Există o gamă largă de suporturi profilate din oțel și fiecare are propriul său scop, avantaje și dezavantaje.

  • Profile în U
  • Profile în I cu picioare înguste (IPE, IPN)
  • Profile în I cu picioare largi (HEA, HEB, HEM, HD)
  • Profile goale/cutii (rotunde, pătrate, dreptunghiulare)
  • Cearşafuri
  • Produse formate la rece (obținute prin rularea la rece a unei benzi plate și răsucirea unei benzi plate)

Fiecare dintre aceste profile diferă ca formă, dimensiuni, scop etc. De exemplu, există peste 20 profile IPN diferite, care diferă ca dimensiuni; profilele mai mari pot rezista mai bine la flambaj (de încovoiere și lateral-torsionare), deformari etc.

Există patru clase de oțel în funcție de dacă ating limita de curgere la creșterea tensiunii, dacă analiza este plastică sau elastică, care este capacitatea de încărcare a secțiunii transversale etc. unde prima clasă este cea mai bună și a patra este cea mai proastă. Mai multe despre structura și rezistența oțelului puteți citi aici.

Egalizarea tensiunii și capacitatea de transport la sarcină constantă

Capacitate portantă. Dimensiunile structurilor din oțel sunt determinate astfel încât să fie excluse deformații permanente semnificative. Capacitatea portantă, însă, în multe cazuri nu este epuizată în niciun fel atunci când solicitarea comparativă cea mai mare ajunge la limita de curgere - atunci deformațiile cresc mult mai repede decât tensiunile. Pentru oțelul de structură, aceeași dependență ca atunci când curgerea poate fi luată ca limită a legii lui Hooke pentru condițiile generale de solicitare. În cazul stărilor de efort omogene, care sunt egale în orice loc, nu apar modificări atunci când limita de proporționalitate este depășită, cu excepția faptului că deformațiile totale cresc mai repede decât solicitarea.

Egalizarea tensiunilor în timpul încovoierii. În cazul încovoierii unei grinzi se aplică distribuția tensiunilor rectilinie conform ipotezei Navier, până când efortul de margine σ=M/W nu depășește limita de proporționalitate. Expansiuni longitudinale ε = ε(σ). Acest lucru este valabil cel puțin pentru coturile mici. Tensiunile care sunt mai mari decât tensiunea de proporționalitate pot crește doar mai lent decât expansiunile ε. În fig. 1 arată distribuția tensiunii de încovoiere pentru diagrama de funcționare dată și pentru diferite valori ale expansiunii marginilor. Prin urmare, zona de proporționalitate (marcată cu un cerc pe toate liniile de tensiune) devine din ce în ce mai mică odată cu creșterea dilatației marginii. Tensiunea de margine este mai întâi limitată de σF. Numai după deformații foarte semnificative efortul maxim crește peste σF, astfel încât influența armăturii structurale din oțel devine vizibilă (cazul 5).

Distribuția tensiunii de încovoiere la diferite expansiuni ale muchiei

Fig. 1 - Egalizarea tensiunii de îndoire

Egalizarea vârfurilor de tensiune. Distribuția tensiunilor longitudinale pe secțiunea prin mijlocul găurii într-o tijă forată tensionată corespunde aproximativ cu linia 2 din fig. 2. Vârful de tensiune σmax depinde de raportul d/b. Este în mare parte în jurul valorii de σmax = 2-3 σm, unde σm = S/FM denotă valoarea medie a tensiunii de întindere în secțiunea slăbită de orificiul de la FM. Sl. 2 este valabil până când starea de tensiune depășește limita P. La sarcini mai mari, pentru a obține o anumită dilatare, sunt necesare tensiuni mai mici doar în apropierea găurii decât conform legii dreptei. În punctele cele mai solicitate, tensiunile nu vor mai crește proporțional cu S, ci mai lent. La limita se va obtine o distributie aproximativ uniforma a tensiunilor longitudinale σm = σf pe intreaga sectiune 2-2. Tensiunile de forfecare și transversale au fost neglijate. Aparițiile egalizării tensiunilor în timpul creșterii lente a forței S în tijă demonstrează că metoda obișnuită pentru structurile din oțel sub efectul unei sarcini statice este justificată, de a ignora vârfurile de solicitare în timpul dimensionării și de a compara doar solicitarea medie σm=S/Fm în secțiunea slăbită Fm cu valoarea admisă.

Distribuția tensiunii în jurul unui orificiu dintr-o tijă de oțel tensionată

Fig. 2

Procedura de dimensionare în funcție de capacitatea de încărcare

Pe măsură ce sarcina crește, în secțiune are loc egalizarea tensiunii. Procedând astfel, tensiunile sunt regrupate de la părțile cele mai solicitate ale secțiunii la cele mai puțin solicitate. Atâta timp cât deformațiile nu sunt atât de mari încât să fie luate în considerare la stabilirea condițiilor de echilibru, acest proces nu poate schimba nimic asupra mărimii influenței lui S, M etc. cu structuri determinate static.

Suporturi continue și cadru: în ipoteza legii lui Hooke, se obține pentru un suport continuu de secțiune constantă (Fig.3) linia momentului prezentată sub a. Tensiunile de încovoiere sunt proporționale cu momentele încovoietoare M. Dacă ambele sarcini cresc în mod egal, limita P va fi mai întâi depășită la suportul mijlociu B. Limita de rezemare este atinsă când se atinge și momentul limită MDF în câmp. În cazul unei grinzi prinse pe ambele părți ale unei secțiuni simetrice constante cu o forță concentrată (fig.4) egalizarea momentului există de la început. Când limita P este depășită, nu există nicio modificare în distribuția momentului. Dimpotrivă, în cazul unei sarcini distribuite egal (Fig.5) egalizarea momentelor duce la reducerea momentului de ciupit cu -2/3 Mcam pe -1/2 Mo.

Diagrama unei grinzi prinse pe ambele părți cu o forță concentrată

Sl.4

Linii de moment înainte și după redistribuirea momentului

Sl.3etc.5, respectiv: momente încovoietoare: a) înainte, b) stare limită după regruparea forţelor; a) înainte, b) după egalizarea impulsului

Construcții cu zăbrele: cu fermele interne static nedeterminate, există dependențe similare cu construcțiile cu cadru. Tensiunile secundare, care sunt legate de nodurile care sunt rigide la încovoiere, pot fi neglijate în prima aproximare la evaluarea capacității de sarcină. Secțiunile plastifiate acționează similar cu îmbinările, astfel încât acțiunea statică a grinzii sub sarcina finală pe care o poate suporta este mai apropiată de cea a unei ferme ideale cu îmbinări în noduri. În cazul construcțiilor cu sarcini repetate frecvent, în care trebuie luate în considerare fenomenele de rezistență la oboseală, există, așadar, îndoieli considerabile împotriva luării în considerare a egalizării forțelor la dimensionare. Dimpotrivă, este de importanță practică să se concluzioneze asupra influenței deplasării suporturilor. Deoarece rezistența de lucru a elementelor structurale individuale depinde numai de limitele de solicitare, și nu de mărimea deformațiilor totale, deplasările suporturilor nu au niciun efect asupra capacității portante.

Sarcină alternativă: ipoteza unui caz de sarcină constantă este rareori realizată. Cu grinzile de pod, există stări de încărcare variabile. Ipotezele despre forțele și distribuția tensiunilor în elementele structurale individuale, care simplifică, sunt comune în lucrările practice cu structuri din oțel, conform celei anterioare, ele sunt justificate în circumstanțe obișnuite. Acest lucru este valabil mai ales pentru neglijarea vârfurilor locale de tensiune. Nu se poate recomanda aplicarea metodei de dimensionare în funcție de capacitatea de încărcare sub încărcare la oboseală (dinamică). Astfel, procedura de dimensionare în funcție de capacitatea de încărcare este limitată la cazul sarcinilor predominant statice, în special la construcțiile din industria construcțiilor. În alte cazuri, în care ar trebui să se acorde atenție apariției oboselii, deformațiile semnificative vor trebui excluse și teoria elasticității luată ca bază. Procedând astfel, ar trebui să depuneți eforturi pentru o distanță suficient de mare de la punctul de curgere. Duritatea oțelului de construcție oferă apoi o siguranță suplimentară.

Stres alternativ

Întindere și îmbătrânire la rece: În fig. 6 a fost aplicată linia de efort-dilatare a unei tije rotunde, care a fost expusă la tensiuni alternative de tracțiune și compresiune. Procesele individuale de încărcare sunt marcate cu numere în funcție de ordinea lor. Dilatațiile elastice care revin la descărcare apar și după întinderi mari proporțional cu tensiunile. La schimbarea semnului de tensiune, limita P dispare aproape complet. Prin urmare, proprietățile elastice ale oțelului de construcție trasat la rece nu sunt de acord cu valorile originale. În funcție de procesarea anterioară, pot fi afișate diferențe destul de semnificative.

Linia de efort-dilatație sub încărcarea alternativă a tijei de oțel

Fig. 6

Odată cu asta, apar și mai multe semne de îmbătrânire. Acest termen include toate modificările proprietăților care apar în timp fără influență externă. Îmbătrânirea prin întindere poate fi observată după deformarea permanentă prin întindere la rece. Dacă probele de testare întinse permanent sunt lăsate un timp fără sarcină la temperatura camerei, rezistența la rupere și, într-o măsură mai mică, rezistența la rupere cresc peste valoarea inițială, în timp ce alungirea la rupere scade (Fig. 7). Procesul de îmbătrânire durează zile, dar se reduce la câteva ore sau la doar minute, dacă oțelul structural este încălzit la aproximativ 300 oC. De asemenea, trebuie menționat că îmbătrânirea prin întindere are loc concomitent cu întinderea, dacă aceasta se întâmplă la temp. 200 – 400 oC, adică în zona de strălucire albastră.

Comparație între dilatarea tijei reîncărcate și întinsă la rece

Fig. 7 - a) linia de dilatare a unei tije dublu încărcate; b) linia de dilatare a unei tije întinse în stare rece

Acțiune ulterioară și histerezis: Într-un material complet elastic, există o dependență reciprocă neechivocă între starea de solicitare și starea de deformare, astfel încât anumite tensiuni corespund întotdeauna acelorași deformații și invers. Cu o anumită lege a elasticității, deformațiile nu depind de timpul scurs de când a fost aplicată sarcina și nici de modul în care este aplicată sarcina. Abaterile de la comportamentul pur elastic pot fi descrise în două grade de aproximare: în regiunea elastică sunt mici abateri; pot fi ignorate în prima aproximare. Ele pot fi determinate prin măsurători precise, mai ales când se compară solicitarea mai aproape de limita elastică. Și anume, dilatația nu este doar o funcție de tensiune, dar cu un ciclu de sarcină închis și aceeași tensiune, este întotdeauna puțin mai mică în timpul descărcarii decât în ​​timpul încărcării. Abaterea de la elasticitatea completă, adică. diferența dintre dilatațiile corespunzătoare la aceleași solicitări se numește histerezis elastic. Dacă ciclul de încărcare se repetă mai des, acest lucru se obține la tensiuni nu prea mari - o buclă închisă de histerezis sau amortizare. Sl. 8 arată buclele de amortizare pentru diferite valori de sarcină AC. Lățimea buclelor crește puternic odată cu înălțimea tensiunii. Aria buclei este proporțională cu munca de deformare, care se pierde la fiecare ciclu și se transformă în căldură. De asemenea, deformarile sunt variabile nu numai cu inaltimea tensiunii ci si cu timpul, depind de viteza si metoda de incarcare. Partea deformării, care depinde de timp, se numește efect secundar. Histerezisul și efectele secundare apar simultan. De regulă, acestea nu au nicio importanță practică pentru acele tipuri de oțel pentru construcții care apar în structurile din oțel la temperatura camerei.

Bucle de histerezis la diferite niveluri de sarcină alternativă

Sl. 8

Notă de aplicare: Denumirile istorice ale materialelor, ipotezele, diagramele și procedurile din text nu trebuie folosite ca înlocuitori pentru standardele actuale, caracteristicile specifice ale produsului, modelul de calcul și verificarea expertă a construcției generale.