Lưu ý quan trọng về mặt chuyên môn: Đây là văn bản giáo dục lưu trữ, không phải thông số thiết kế hiện tại, tính toán tĩnh, bằng chứng về khả năng chịu tải hoặc hướng dẫn sản xuất và lắp ráp. Thiết kế kết cấu thép phải bao gồm các hoạt động thực tế, các kết nối, độ ổn định, độ mỏi, cháy, ăn mòn và tất cả các điều kiện liên quan khác theo các quy định và tiêu chuẩn hợp lệ, với trách nhiệm của người thiết kế được ủy quyền.
Việc thiết kế và xây dựng kết cấu thép không nằm trong đợt chào bán công khai hiện tại của Savo Kusić. Trọng tâm sản xuất ngày nay bao gồm cửa sổ gỗ, cửa sổ nhôm-gỗ và cửa tùy chỉnh.
Kết cấu thép có đặc điểm chung là chủ yếu được làm từ thép cán nóng. Việc nối được thực hiện bằng cách sử dụng đinh tán, ốc vít hoặc hàn. Điều này bao gồm các kết cấu thép cho cầu, tòa nhà, công nghiệp và khai thác mỏ, kỹ thuật thủy lực, trụ cột, tháp, bể chứa, theo nghĩa rộng hơn và cho cần cẩu, đóng tàu, nồi hơi, v.v. Trọng tâm của các bài trình bày sau đây là xử lý các khái niệm cơ bản.
Vật liệu
Vật liệu xây dựng chính của các công trình thép là các thanh profile được cán từ thép xây dựng chất lượng S235, S275, S355, S420, S450. Tùy thuộc vào tiêu chuẩn, có một số loại thép xây dựng khác nhau, trong đó con số trong phân loại thường biểu thị độ bền kéo của thép. Có một số ký hiệu chữ cái, trong trường hợp này chữ S là viết tắt của kết cấu thép. Các dạng phổ biến nhất được sử dụng là S, B (thép bê tông, cốt thép) và Y (thép dự ứng lực).
Hỗ trợ thép cuộn
Có nhiều loại giá đỡ định hình bằng thép và mỗi loại có mục đích, ưu điểm và nhược điểm riêng.
- hồ sơ chữ U
- I-profile có chân hẹp (IPE, IPN)
- I-profile có chân rộng (HEA, HEB, HEM, HD)
- Cấu hình/hộp rỗng (tròn, vuông, chữ nhật)
- Trang tính
- Sản phẩm được tạo hình nguội (thu được bằng cách cán nguội một dải phẳng và xoắn một dải phẳng)
Mỗi cấu hình này khác nhau về hình dạng, kích thước, mục đích, v.v. Ví dụ: có hơn 20 cấu hình IPN khác nhau, khác nhau về kích thước; các biên dạng lớn hơn có thể chịu được hiện tượng oằn (uốn và xoắn ngang), độ võng tốt hơn, v.v.
Có bốn loại thép tùy thuộc vào việc chúng có đạt đến điểm chảy khi ứng suất tăng hay không, phân tích là dẻo hay đàn hồi, khả năng chịu tải của mặt cắt ngang là bao nhiêu, v.v. trong đó loại thứ nhất là tốt nhất và loại thứ tư là kém nhất. Bạn có thể đọc thêm về cấu trúc và độ bền của thép tại đây.
Cân bằng điện áp và khả năng mang tải ở mức tải ổn định
Khả năng chịu lực. Kích thước của kết cấu thép được xác định sao cho loại trừ các biến dạng vĩnh viễn đáng kể. Tuy nhiên, khả năng chịu lực trong nhiều trường hợp không bị cạn kiệt theo bất kỳ cách nào khi ứng suất so sánh cao nhất đạt đến điểm chảy dẻo - khi đó biến dạng tăng nhanh hơn nhiều so với ứng suất. Đối với kết cấu thép, sự phụ thuộc tương tự như khi chảy dẻo có thể được coi là giới hạn của định luật Hooke đối với các điều kiện ứng suất chung. Trong trường hợp trạng thái ứng suất đồng nhất, bằng nhau ở mọi nơi, không có thay đổi nào xảy ra khi vượt quá giới hạn tỷ lệ, ngoại trừ biến dạng tổng cộng tăng nhanh hơn ứng suất.
Cân bằng ứng suất trong quá trình uốn. Trong trường hợp dầm bị uốn, phân bố ứng suất thẳng theo giả thuyết Navier được áp dụng, cho đến khi ứng suất cạnh σ=M/W không vượt quá giới hạn tỷ lệ. Sự mở rộng theo chiều dọc ε = ε(σ). Điều này đúng ít nhất đối với những khúc cua nhỏ. Ứng suất cao hơn ứng suất tỷ lệ chỉ có thể tăng chậm hơn độ giãn nở ε. Trong hình. 1 hiển thị phân bố ứng suất uốn cho sơ đồ vận hành nhất định và cho các giá trị giãn nở cạnh khác nhau. Diện tích tỷ lệ (được đánh dấu bằng một vòng tròn trên tất cả các đường dây điện áp) do đó ngày càng nhỏ hơn khi độ giãn của cạnh ngày càng tăng. Điện áp biên đầu tiên bị giới hạn bởi σF. Chỉ sau khi có những biến dạng rất đáng kể thì ứng suất tối đa mới tăng lên trên σF, do đó ảnh hưởng của cốt thép kết cấu mới trở nên rõ ràng (trường hợp 5).
Hình. 1 - Cân bằng điện áp uốn
Cân bằng các đỉnh ứng suất. Sự phân bố ứng suất dọc trên mặt cắt qua giữa lỗ trên một thanh khoan chịu kéo gần tương ứng với đường 2 trong hình. 2. Đỉnh điện áp σmax phụ thuộc vào tỷ số d/b. Nó chủ yếu nằm trong khoảng σmax = 2-3 σm, trong đó σm = S/FM biểu thị giá trị trung bình của ứng suất kéo tại tiết diện bị suy yếu bởi lỗ tại FM. Sl. 2 có hiệu lực cho đến khi trạng thái điện áp vượt quá giới hạn P. Ở mức tải cao hơn, để đạt được độ giãn nở nhất định, chỉ cần có điện áp thấp hơn ở gần lỗ so với quy luật đường thẳng. Tại những điểm bị ứng suất nhiều nhất, khi đó ứng suất sẽ không còn tăng tỷ lệ thuận với S mà tăng chậm hơn. Tại biên, sẽ thu được sự phân bố gần như đồng đều của ứng suất dọc σm = σf trên toàn bộ mặt cắt 2-2. Ứng suất cắt và ứng suất ngang được bỏ qua. Sự xuất hiện sự cân bằng ứng suất trong quá trình tăng chậm lực S trong thanh chứng tỏ rằng phương pháp thông thường đối với kết cấu thép dưới tác dụng của tải trọng tĩnh là hợp lý, bỏ qua các đỉnh ứng suất trong quá trình xác định kích thước và chỉ so sánh ứng suất trung bình σm=S/Fm ở phần bị suy yếu Fm với giá trị cho phép.
Sl. 2
Quy trình đo kích thước theo khả năng chịu tải
Khi tải tăng, điện áp trong phần sẽ cân bằng. Khi làm như vậy, các ứng suất sẽ được tập hợp lại từ phần chịu ứng suất cao nhất của mặt cắt đến phần ít ứng suất hơn. Miễn là các biến dạng không lớn đến mức phải tính đến khi thiết lập các điều kiện cân bằng, quá trình này không thể thay đổi bất cứ điều gì về mức độ ảnh hưởng của S, M, v.v. đối với các cấu trúc được xác định tĩnh.
Hỗ trợ liên tục và khung: theo giả định của định luật Hooke, đường mômen hiển thị dưới a thu được cho một hỗ trợ liên tục có tiết diện không đổi (hình. 3). Ứng suất uốn tỷ lệ thuận với mô men uốn M. Nếu cả hai tải đều tăng như nhau thì giới hạn P trước tiên sẽ bị vượt quá tại điểm tựa giữa B. Đạt đến giới hạn chịu lực khi mômen giới hạn MDF cũng đạt được tại hiện trường. Trong trường hợp dầm được kẹp ở cả hai phía của một phần đối xứng không đổi với lực tập trung (hình 4), sự cân bằng mômen tồn tại ngay từ đầu. Khi vượt quá giới hạn P thì phân bố mômen không thay đổi. Ngược lại, trong trường hợp tải trọng phân bố đều (hình 5), việc cân bằng mômen dẫn đến giảm mômen kẹp từ -2/3 Mo xuống -1/2 Mo.
Hình. 4
Hình. 3 và những thứ tương tự. 5, tương ứng: mômen uốn: a) trước, b) trạng thái giới hạn sau khi tập hợp lại lực; a) trước, b) sau khi cân bằng mômen
Kết cấu lưới: với các giàn không xác định tĩnh bên trong, có các mối phụ thuộc tương tự như với kết cấu khung. Các ứng suất thứ cấp liên quan đến các nút cứng khi uốn có thể được bỏ qua trong phép tính gần đúng thứ nhất khi đánh giá khả năng chịu tải. Các phần được dẻo hóa hoạt động tương tự như các mối nối, do đó hoạt động tĩnh của dầm dưới tải trọng cuối cùng mà nó vẫn có thể mang gần giống với hoạt động tĩnh của giàn lý tưởng có các mối nối ở các nút. Trong trường hợp các công trình có tải trọng lặp lại thường xuyên, trong đó cần tính đến hiện tượng độ bền mỏi, do đó có những nghi ngờ đáng kể về việc tính đến sự cân bằng lực trong quá trình xác định kích thước. Ngược lại, việc kết luận về ảnh hưởng của sự dịch chuyển của các trụ đỡ có tầm quan trọng thực tế. Vì cường độ làm việc của các bộ phận kết cấu riêng lẻ chỉ phụ thuộc vào giới hạn ứng suất chứ không phụ thuộc vào kích thước của biến dạng tổng thể nên chuyển vị của các gối đỡ không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực.
Tải xen kẽ: giả định trường hợp tải không đổi hiếm khi được thực hiện. Với dầm cầu có các trạng thái tải trọng thay đổi. Các giả định về lực và sự phân bố ứng suất trong các phần tử kết cấu riêng lẻ, được đơn giản hóa, là phổ biến trong công việc thực tế với kết cấu thép, theo giả định trước, chúng được chứng minh trong các trường hợp thông thường. Điều này đặc biệt đúng khi bỏ qua các đỉnh điện áp cục bộ. Không nên áp dụng phương pháp xác định kích thước theo khả năng chịu tải dưới tải trọng mỏi (động). Do đó, quy trình xác định kích thước theo khả năng chịu tải được giới hạn trong trường hợp tải trọng tĩnh là chủ yếu, đặc biệt đối với các công trình xây dựng trong ngành xây dựng. Trong các trường hợp khác, cần chú ý đến sự xuất hiện của mỏi, các biến dạng đáng kể sẽ phải được loại trừ và lấy lý thuyết đàn hồi làm cơ sở. Khi làm như vậy, người ta nên cố gắng đạt được một khoảng cách đủ lớn so với điểm năng suất. Độ dẻo dai của thép xây dựng sau đó mang lại sự an toàn bổ sung.
Căng thẳng xen kẽ
Dãn nguội và lão hóa: Trong hình. 6 đường giãn nở ứng suất của một thanh tròn, chịu các ứng suất kéo và nén xen kẽ, đã được áp dụng. Các quá trình tải riêng lẻ được đánh dấu bằng số theo thứ tự của chúng. Sự giãn nở đàn hồi quay trở lại khi không tải cũng xảy ra sau những khoảng thời gian lớn tương ứng với ứng suất. Khi thay đổi dấu điện áp thì giới hạn P gần như biến mất hoàn toàn. Vì vậy, tính chất đàn hồi của thép xây dựng kéo ở trạng thái nguội không phù hợp với giá trị ban đầu. Tùy thuộc vào quá trình xử lý trước đó, có thể hiển thị những khác biệt khá đáng kể.
Hình. 6
Cùng với đó là thêm nhiều dấu hiệu lão hóa. Thuật ngữ này bao gồm tất cả những thay đổi về đặc tính xảy ra theo thời gian mà không có ảnh hưởng từ bên ngoài. Lão hóa do kéo căng có thể được quan sát thấy sau khi bị biến dạng vĩnh viễn do kéo dãn nguội. Nếu mẫu thử bị kéo căng vĩnh viễn được để trong một thời gian không tải ở nhiệt độ phòng, độ bền kéo và ở mức độ thấp hơn là độ bền xé sẽ tăng lên trên giá trị ban đầu, trong khi độ giãn dài khi đứt giảm (Hình 7). Quá trình lão hóa kéo dài nhiều ngày nhưng giảm xuống còn vài giờ hoặc chỉ vài phút nếu kết cấu thép được nung nóng đến khoảng 300 oC. Cũng cần đề cập rằng lão hóa kéo dài xảy ra đồng thời với sự kéo dài, nếu điều này xảy ra ở nhiệt độ. 200 – 400 oC, tức là trong vùng phát sáng màu xanh lam.
Hình. 7 - a) đường giãn nở của thanh chịu tải kép; b) đường giãn nở của thanh bị kéo căng ở trạng thái nguội
Tác dụng tiếp theo và hiện tượng trễ: Trong một vật liệu hoàn toàn đàn hồi, có sự phụ thuộc lẫn nhau rõ ràng giữa trạng thái ứng suất và trạng thái biến dạng, do đó những ứng suất nhất định luôn tương ứng với cùng một biến dạng và ngược lại. Với một định luật đàn hồi cho trước, các biến dạng không phụ thuộc vào thời gian trôi qua kể từ khi tải trọng được tác dụng, cũng như không phụ thuộc vào cách tác dụng tải trọng. Những sai lệch so với ứng xử thuần túy đàn hồi có thể được mô tả theo hai mức độ gần đúng: trong vùng đàn hồi có những sai lệch nhỏ; chúng có thể được bỏ qua trong phép tính gần đúng đầu tiên. Chúng có thể được xác định bằng các phép đo chính xác, đặc biệt khi so sánh ứng suất gần với giới hạn đàn hồi hơn. Cụ thể, độ giãn nở không chỉ là một hàm của điện áp, mà với một chu kỳ tải kín và cùng một điện áp, nó luôn nhỏ hơn một chút khi không tải so với khi tải. Độ lệch so với độ đàn hồi hoàn toàn, tức là. sự khác biệt giữa các độ giãn nở tương ứng ở cùng một ứng suất được gọi là độ trễ đàn hồi. Nếu chu kỳ tải được lặp lại thường xuyên hơn, điều này đạt được ở điện áp không quá cao - một vòng khép kín có độ trễ hoặc giảm chấn. Sl. 8 hiển thị vòng giảm chấn cho các giá trị tải AC khác nhau. Chiều rộng của các vòng tăng mạnh theo chiều cao của điện áp. Diện tích của vòng lặp tỷ lệ thuận với công biến dạng, công bị mất đi ở mỗi chu kỳ và chuyển thành nhiệt. Ngoài ra, biến dạng có thể thay đổi không chỉ theo độ cao của điện áp mà còn theo thời gian, chúng phụ thuộc vào tốc độ và phương pháp mang tải. Phần biến dạng phụ thuộc vào thời gian được gọi là hậu quả. Hiện tượng trễ và hậu quả xảy ra đồng thời. Theo quy định, chúng không có tầm quan trọng thực tế đối với các loại thép xây dựng xuất hiện trong kết cấu thép ở nhiệt độ phòng.
Sl. 8
Lưu ý khi áp dụng: Không được sử dụng các ký hiệu, giả định, sơ đồ và quy trình về tài liệu lịch sử trong văn bản để thay thế cho các tiêu chuẩn hiện hành, đặc tính sản phẩm cụ thể, mô hình tính toán và xác minh của chuyên gia về kết cấu tổng thể.