Металлические конструкции

Все мк делят по назначению на 4 группы:1.особо-ответсвенные т.е. сварные констр. подвергающиеся динамич. нагрузкам. 2.сварные констр. работающие на изгиб.3.сварные констр. работающие на сжатие.4. вспомогательные  констр. зданий и сооружений.

 

10 Предельные состояния при расчете  МК

Предельным  считается состояние, при котором  конструкция перестает удовлетворять  эксплуатационным требованиям или  требованиям, предъявляемым в процессе возведения зданий и сооружений.

Различают две  группы предельных состояний: первая –  непригодность к эксплуатации по причине потери несущей способности; вторая – непригодность к нормальной эксплуатации в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями.

В правильно  запроектированном сооружении не должно возникнуть ни одно из указанных предельных состояний.

При расчете  сооружений по предельным состояниям принимаются несколько групп  коэффициентов, устанавливаемые СНиП.

Первая группа – коэффициенты γ_f≥1 по нагрузке, учитывающие возможное отклонение значений нагрузок от их нормативных значений.

Расчетные значения нагрузок определяются из:

P=γ_f ∙P^н, q= γ_f ∙q^н, где P^н, q^н - нормативные значения нагрузок принимаются из СНиП.

Коэффициент надежности по нагрузке при расчете  по второму предельному состоянию  принимается равным единице (γ_f=1).

Вторая группа – коэффициенты γ_m>1 по материалу, учитывающие возможные отклонения от нормативного сопротивления материала R_н, которые устанавливаются СНиПом с учетом условий контроля и статической изменчивости механических свойств материала (обычно принимается: R_н=σ_т – для упругопластичных материалов или R_н=σ_в – для хрупких).

Величина, полученная в результате деления нормативного сопротивления на коэффициент по материалу, называется расчетным сопротивлением: R=R_н /γ_m

Значения  расчетного сопротивления устанавливается  СНиПом.

Третья группа – коэффициенты условий работы γ_d<1, отражающие влияние температуры, агрессивности среды, длительности и многократной повторяемости, приближенности расчетных схем и т.п.

Четвертая группа – коэффициенты по назначению γ_n≤1, учитывающие степень ответственности и капитальности тех или иных конструкций.

Условие выполнения предельных состояний первой группы (по несущей способности):

N≤S, где N - усилие, действующее в рассматриваемом  элементе конструкции; 

S - предельное усилие, которое может воспринимать рассчитываемый элемент.

S=A_нтR_нγ_dγ_n/γ_m=A_нтRγ_dγ_n

где А_нт - геометрическая характеристика сечений.

Условие выполнения предельных состояний второй группы (по жесткости):

Δ ≤ [f], где  Δ - максимальная деформация, возникающая  в конструкции; [f] - предельная деформация, которая может быть допущена в  рассматриваемой конструкции.

Расчет конструкций  по второй группе предельных состояний  ведется на действие нормативных  нагрузок без учета коэффициентов  перегрузки – γ_f.

 

11 Расчетная схема конструкций.  Нагрузки и воздействия

Расчетная схема колонны определяется способом закрепления ее в фундаменте, а также способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Соединение  колонны с фундаментом может  быть жестким или шарнирным. Если фундамент достаточно массивен, а  база колонны имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать  защемленной в фундаменте. При  расчете легких колонн соединение с  фундаментом с учетом запаса прочности  чаще всего принимают шарнирным.

При одноярусных  колоннах балки или другие поддерживаемые конструкции могут опираться  на колонну сверху. Помимо четкости центральной передачи такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна  рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Тогда при  жестком закреплении колонны  в фундаменте расчетная длина  колонны принимается равной 0,7l, а  при шарнирном - l (l - геометрическая длина колонны от фундамента до низа балок).

Более жестким  является присоединение балочной конструкции  к колонне сбоку.

При достаточно мощной балочной конструкции и жестком  прикреплении балок, к колоннам последние  можно считать защемленными вверху. Тогда расчетная длина l₀ в плоскости главных балок может приниматься равной 0,7l при шарнирном закреплении колонн в фундаменте и 0,5l при жестком. Однако в последнем случае расчетную длину балок чаще принимают равной 0,7l, так как при изгибе балки не дают полного защемления.

При двутавровых  колоннах с малой высотой сечения  и большой шириной полок главные  балки удобнее прикреплять не к стенке, а к полкам (поясам) колонны. В этом случае при расположении временной  нагрузки с одной стороны колонны  последняя работает на внецентренное  сжатие. При этом момент условно  принимается равным: M=N’e, где N’- опорное давление от односторонней временной нагрузки, е – эксцентриситет приложения силы N’.

Нагрузки  и воздействия.

При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие  при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

Основными характеристиками нагрузок, установленными в настоящих  нормах, являются их нормативные значения.

Расчетное значение нагрузки следует определять как  произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке g_t, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию.

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК

1.От продолжительности  действия: постоянные и временные  (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.

- постоянные (вес несущих и ограждающих  строительных конструкций, вес  и давление грунтов)

- длительные (вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытия от  складируемых материалов)

- кратковременные  (вес людей, ремонтных материалов  в зонах обслуживания и ремонта  оборудования, нагрузки от подвижного  подъемно-транспортного оборудования, снеговые нагрузки, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки)

- особые (сейсмические  воздействия, взрывные воздействия)

 

12 Влияние на работу стали различных  факторов

Старение. Старению способствуют – механические воздействия, температурные колебания. При температуре 150-200ºС старение резко возрастает.

Наклеп. Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации называется наклепом. При наклепе искажается атомная решетка и увеличивается плотность дислокаций. Пластичность стали снижается, повышается опасность хрупкого разрушения, что неблагоприятно сказывается на работе строительных конструкций.

Наклеп возникает  в процессе изготовления конструкций  при холодной гибки элементов, пробивке отверстий, резке ножницами.

Влияние температуры. При температуре 250-300˚С прочность стали повышается, но снижается пластичность. Сталь становится более хрупкой. Нагрев свыше 400˚С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, при t = 600-650ºС наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.

При отрицательных  температурах прочность стали возрастает, временное сопротивление и предел текучести сближаются, ударная вязкость падает и сталь становится хрупкой.

Склонность  стали к хрупкому разрушению при  низких температурах зависит от величины зерна, наличия вредных примесей (фосфор, сера, азот, водород), толщины  проката.

Наиболее  склонны к хрупкому разрушению кипящие  стали.

 

13 Работа стали при повторных  нагрузках

При работе материала  в упругой стадии повторное загружение не отражается на работе материала, поскольку  упругие деформации обратимы.

Рис. Диаграммы  деформирования стали при повторных  нагружениях: а-без перерыва, б-с  перерывом (после отдыха), в-многократное однозначное, г-многократное разнозначное.

При работе материала  в упругопластической стадии повторная  нагрузка ведет к увеличению пластических деформаций в результате необратимых  искажений структуры металла  предыдущим нагружением и увеличением  числа дислокаций. При достаточно большом перерыве (отдыхе) упругие  свойства материала восстанавливаются  и достигают пределов предыдущего  цикла. Это повышение упругих  свойств называется наклепом. При  повторных нагружениях в пределах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается  в результате необратимых остаточных деформаций, полученных при первых нагружениях, т. е. металл становится как  бы более жестким.

При многократном непрерывном нагружении возникает  явление усталости металла, выражающееся в понижении его прочности, приближающейся к некоторой величине σ_вб, ниже которой разрушения стали не происходит. Эта величина называется пределом усталостной прочности (выносливости). При каждом нагружении деформации в поврежденном месте нарастают.

 

14 Применение сортамента в конструкциях

Сортамент-перечень профилей одного определенного вида с указанием их формы, размеров, массы  ед. длины, геом. характеристик.

Классификация профилей по способу  изготовления:

1.Метод горячей прокатки: профильный  прокат, листовой прокат.

2.Метод непрерывного холодного  профилирования из листовых рулонных  заготовок: открытые, гнутые, замкнутые. 

Все профили изготавливаютиз углеродистой и низколегированной стали.

Общие правила использования:

1.при проектировании строительных  к-ий следует компоновать каждый  элемент вцелом, а также всю  к-ию из минимально необходимого  количества типоразмеров различных  профилей.

2.применение в одном отправочном  элементе уголки, тавра, полосы  одного калибра, но различной  толщины должны иметь разность  толщин одноимённых элементов  ≥2.

3.не рекомендуется применять  в одном отправочном элементе  одинаковые профильные размеры  из стали разных марок. 

4.применение в одном объекте  профильных листов одинаковой  высоты, но различной толщины  не рекомендуется.

Фермы, балки, колодцы и другие элементы МК изготовляются из профилей различной  формы – листов, уголков, двутавров, швеллеров и др.

Весь прокат подразделяется на листовой и фасонный (уголки, двутавры, швеллеры).

Листовая сталь: толстолистовая; тонколистовая; универсальная; полосовая; рулонная; кровельная; рифленая (для настилов).

Двутавры и швеллеры наиболее целесообразны  для изгибаемых элементов, но часто  применяются и для сжатых (колонны).

Двутавры: обыкновенные; с параллельными  гранями полок (широкополочные); облегченные (под небольшие нагрузки).

Швеллеры применяются в мощных стержневых конструкциях (мостах, большепролетных  фермах и т. п.), а также в колоннах, связях и кровельных прогонах.

Швеллеры: обыкновенные; облегченные.

Широкополочные двутавры могут  служить целым строительным элементом (колонной, балкой), не требуя почти  никакой обработки, поэтому снижается  трудоемкость изготовления.

Уголки: равнополочные и неравнополочные. Уголки удобны для конструирования  сечений любой конфигурации, поэтому  применяются очень широко.

Применяются тонкостенные профили в балках площадок, фахверках, в легких перекрытиях и покрытиях.

Стальные  трубы, применяемые в строительстве, бывают круглые — горячекатаные и электросварные , прямоугольного и квадратного сечения — электросварные

 

15 Устойчивость центрально-сжатого  стержня

Расчёт  на устойчивость входит в первую группу предельных состояний. Явление потери устойчивости хар-ся тем, что при  увеличении нагрузки при достижении в элементе определённой величины напряжений происходит резкое нарастание искривления  элемента, отклонение его от первоначального  направления, или искривление отдельных  частей элемента. Формы потери устойчивости:

1.общая;  в сжатых стержнях, в изгибаемых  элементах. 

2.местная;  в стенках и полках изгибаемых  элементов. 

Рассмотрим  устойчивость центрально-сжатого стержня.

,

 

В расчётах влияние гибкости учитывается  коэффициентом φ:

φ _табл=f(А,R_y), А=ℓ_ef/i , ℓ_ef=μℓ.

  Значения  μ.         

 

16 Устойчивость внецентренно-сжатого  стержня

1. В плоскости действия изгибающего  момента: