Zalety konstrukcji stalowych: -znaczna jednorodność struktury;
-wysoka wytrzymałość przy wszystkich rodzajach wytężeń;
-duża zdolność do odkształceń plastycznych;
-niezmienność właściwości mechanicznych w czasie (brak starzenia)
Cechy techniczno-użytkowe: -wysokie bezpieczeństwo konstrukcji i duża odporność na awarie => odpowiedzialne konstrukcje np. mosty, zbiorniki, wieżowce...;
-łatwość naprawy, wzmocnienia, przebudowy, modernizacje;
-małe gabaryty konstrukcji w stosunku do nośności;
-pełne uprzemysłowienie produkcji elementów składowych (wysoka jakość);
-ograniczenie prac na budowie do montażu;
-montaż trwa krótko i jest możliwy cały rok;
-łatwy transport;
-szybki montaż i demontaż;
-możliwość znacznego odzysku materiału;
-krótki cykl inwestycyjny
Wady konstrukcji stalowych: -brak odporności na korozje (technologie antykorozyjne); -brak odporności na wysokie temperatury (400°C - plastelina) stosuje się osłony ochronne
Zastosowanie konstrukcji metalowych: -hale produkcyjne i magazynowe; -hale stalowe; -hale sportowe, widowiskowe; -dworce (wiaty); -budynki o stalowej konstrukcji; -belki Wirendela (usztywnienie poprzez poprzeczki- bez przegubów); -budynki; -budynki wysokie o szkieletach stalowych (montaż i demontaż „z kół”); -przekrycia trybun stadionów; -MOSTY; -kładki dla pieszych; -wieże i maszty (maszt ma odciągi, wieże stoją same!); -kominy(stalowe tylko do pewnej wysokości); -platformy wiertnicze; -instalacje przemysłowe (silosy to nie budynki); -rurociągi; -zbiorniki (ciecze) i silosy (materiał sypki); -zbiorniki wieżowe na wodę; -radioteleskopy; -nadbudowy(lekkie); -słupy wsporze; -hangary; -kolejki linowe; -rusztowanie; -zasuwy jazów i śluzów.
WYTWARZANIE STALI:
Rudy żelaza: -magnetyt( Fe2O4); -hematyt(Fe2O3); -limonit(2Fe2O3*3H2O); -syderyt(FeCO3).
-> Żelazo(Fe)- podatne na korozje i miękkie; Stal: stop żelaza i węgla +dodatki stopowe: -mangan(Mn); -chrom(Cr); -nikiel(Ni); -molibden(Mo); -Wanad(V); -tytan(T); <!stal to nie staliwo!>
>>PRODUKCJA STALI<< Są dwa etapy przerabiania rudy żelaza:
1) proces metalurgiczny (wytapianie surówki w wielkim piecu);
2)proces stalowniczy (przerabianie surówki na stal); <piec wielkopiecowy musi chodzić cały czas> proces metalurgiczny-> surówka-> proces stalowniczy (świeżenie)-> stal płynna;
Proces stalowniczy: -wypalanie (utlenianie) niepożądanych zanieczyszczeń zawartych w surówce [nadmierne ilośći: C(do 2%), Si i Mn (ograniczamy), P i S (pozbywamy się)]
Proces Martenowski:
->zalety: -możliwość wykorzystania złomu; -niskie wymagania co do jakości surówki; -możliwość wytapiania wszystkich gatunków stali i staliwa;
->wady: czas wytopu 5-8h.
Proces konwektorowy tlenowy: (stosowany obecnie)
->zalety: -około 30 min cały proces; -stal nie jest zanieczyszczana azotem z powietrza (sam tlen); -wszystko można tam wrzucić.
Proces elektryczny: (stale szlachetne) stosuje się elektrody szlachetne i powstaje łuk elektryczny.
POZA PIECOWA OBRÓBKA STALI- metalurgia poza piecowa: -ciągłe odlewanie stali (COS); -odlewanie klasyczne (wlewki).
Obróbka poza piecowa: -odtlenianie stali!: a) stal nieuspokojona (stygnie od zewnątrz)- odtleniona tylko magnezem ma dużo fosforu, siarki i węgla; b)stal półuspokojona (śmieci zbierają się niedaleko otworu wlewki)- odtlenianie dodatkowo krzemem i aluminium; c) stal uspokojona( dość duże straty materiału)- najlepszej jakości;
-usunięcie innych gazów (wodór i azot);
-ograniczenie zawartości siarki w stali;
-końcowa regulacja składu chemicznego;
-ujednorodnienia składu chemicznego i temperatury w całej objętości kąpieli;
-usunięcie wtrąceń niemetalicznych (np. cegły szamotowe- okruchy z obudowy).
Odlewanie stali klasyczne: -od góry; -od dołu. ->W płynnej stali w wyniku procesu świeżenia znajdują się rozpuszczone gazy (O, N, H) i przypadkowe wtrącenia niemetaliczne z procesu metalurgicznego.
STRUKTURA STALI:
Żelazo typu: -α: kryształ przestrzennie centrowany (RPC) a=0,28nm (parametr siatki krystalograficznej) T=max 912°C; -γ: nie ma atomów w środku, kryształ ściennie zorientowany (RSC) T= 912-1394°C, a=0,36nm; [1538- temp. Topnienia stali]
Cechy metali: -regularna struktura krystaliczna; -duża plastyczność (zmiana geometrii bez uszkodzenia struktury); -dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne; -swoisty połysk.
Budowa krystaliczna: (wpływa na cechy mechaniczne: -wytrzymałość; -plastyczność; -odporność na kruche pękanie).
-> Od czego zależy rodzaj budowy krystalicznej: -skład chemiczny; -proces technologiczny w czasie wytwarzania stali; -obróbka mechaniczna, cieplna i krystalochemiczna.
->Budowa krystaliczna Fe : atomy żelaza tworzą kryształy o regularnej budowie, która zależy od temperatury! Zjawisko krystalizowanie w różnych sieciach nazywa się ALOTROPIĄ.
-> Przemiana alotropowa- zjawisko przebudowy kryształów pod wpływem temperatury (żelazo typu α i γ są to alotropowe odmiany żelaza -polimorficzne).
-> Wpływ węgla na budowę krystaliczną stali: stal węglowa- stop- roztwór żelaza z węglem. Węgiel wywiera olbrzymi wpływ na budowę krystaliczną stali (powoduje twarość i kruchość).
Stal budowlana: C<=0,25% (mało); stal konstrukcyjna (maszyny, pojzdy): C<=0,8%; stalnarzędziowa: 0,8%<=C<=1,6%; żeliwo: C>=2,6%
->Węgiel w stopach z żelazem: -w postaci wolnej (grafit-> zła forma); -w postaci związków Fe3C (-węglik żelaza, -karbidek żelaza); Fe3C-CEMENTYT (max 6,69C).
-> Dwie odmiany fazy stałej:
1) Ferryt- rostwór międzywęzłowy węgla w żelazie α (a=0,28664nm);
2) Austenit- rostwór międzywęzłowy węgla w żelazie γ (a=0,36467nm).
->Krzepnięcie stali-względem jednego punktu, wokół którego następuje krystalizacja (w 3 kierunkach), później na tych ramionach pojawiają się kolejne punkty-> dendryty...powstają kolejne ziarna i uwidaczniają się granice między ziarnami.
-> Średnica ziarna krystalicznego decyduje o: - Wytrzymałości; -Plastyczności ! Im mniejsze ziarna, tym mniejsze przestrzenie między ziarnami. [Średnica ziaren maleje <=> wytrzymałość i plastyczność rośnie] /zależy nam na tym, aby krystalizacja przebiegała w jak najwiekszej ilości miejsc. W tym celu dodaje się specjalne pierwiastki powodujące dużą liczbę ośrodków krystalizacji, oraz zatrzymuje się rośnięcie objętościowe ziaren (specjalne dodatki) - powstają powłoki na ziarnach. Powolne studzenie powoduje formę warstwową- płytki cementytu i ferrytu na zmianę. Szybkie studzenie = drobna budowa stali.
FORMOWANIE STALI NA GOĄCO:
Obróbka plastyczna <=> STAL; odlewanie <=> STALIWO!!
-> odlewy staliwne: -odlewanie w formach pisakowych;
-odlewanie metodą traconego wosku (tylko obróbka wiórowa: -cięcie; -toczenie; -szlifowanie).
-> obróbka plastyczna- klasyfikacja:
1) przy wykorzystaniu siły: -walcowanie; -przeciąganie; -tłoczenie. -> przy wykorzystaniu uderzenia: -kucie.
2) ze względu na temperaturę: ->na gorąco: -walcowanie; -kucie; -przeciąganie; -tłoczenie. -> na zimno: -przeciąganie drutów, rur i prętów; -walcowanie cienkich blach; -gięcie blach.
OBRÓBKA PLASTYCZNA POWODUJE WŁÓKNISTĄ BUDOWĘ MATERII <=> wzrost wytrzymałości i plastyczności.
->walcowanie na gorąco: materiał przechodzi przez dwa wałki i zmniejsza swoją grubość kosztem zwiększenia długości tak, że pole danego wycinka A przed walcowaniem jest równe polu wycinka B po walcowaniu (wycinek zmienia swój kształt). Podgrzewamy do 1200-1300°C ->walcujemy -> obniżamy temp. do 800-1000°C, co nadaje stali budowę włóknistą i rozdrobnienie ziaren.
-> Naprężenia walcownicze- nierównomierne stygnięcie: najpierw stygną zewnętrzne obszary elementu. Stal gdy stygnie kurczy się. Stal w środku elementu stygnie póżniej i też chce się skurczyć, ale nie może bo część zewnetrzna jet już zastygnięta. Powoduje to naprężenia (np. gdy dwuteownik przetniemy w polowie środnika to dwa elementy jakie powstaną będą łukowate).
-> wyroby walcowane na gorąco: - blachy [szerokośc pow. 1m](-grube >=3mm; -cienkie 0,6-2,8mm); -blachy uniwersalne (co 0,7m); -kształtowniki.
-> Wpływ walcowanie na gorącona właściwości stali:
-strefy segregacji w kształtownikach (dla stali niuporządkowanej w narożnikach);
-zgrzewanie pęcherzy gazowych i pęknięć międzykrystalicznych (dobre zjawisko);
-odkształcenia kryształów (kształt włókien i płytek).
ANIZOTROPIA właściwości mechanicznych stali- różne właściwości w różnych kierunkach (najlepsze właściwości są w kierunku walcowania, a najgorsze na grubości!- powstają rozwarstwienia) /proporcje długość : szerokość : grubość = 1: 0,9 : 0,6/.
-> Rodzaje walcowań:
-tradycyjne: końcowa temp. walcowania i szybkość stygnięcia wpływa na jakość wyrobu. Jeżeli temp. jest zbyt wysoka <=> przegrzanie stali =>rekrystalizacja => wzrost wielkości ziaren => zmniejszenie wydłużenia i udarności (stal krucha). Jeżeli temp. jest zbyt niska =>zgniot i wady w strukturze materiału. Jeżeli za szybko stygnie => materiał twardy i kruchy.
-walcowanie w kontrolowanej temp.: (TMCR- thermomechanical controlled rolling :) );
-proces QST (quenching and self-tempergin :) ) -stale najwyższej jakośći hartowane i samoodpuszczalne. Profil wchodzi do temp. 850 °C nastepnie poprzez odpowiednie dysze chłodzące, które w sposób równomierny wytracają ciepło do temp. 600°C , następnie następuje samoodpuszczanie. Zabieg ten powoduje lepszą, drobniejszą strukturę.
FORMOWANIE STALI NA ZIMNO:
Gięcie: -giętarka (gnie elementy o skończonych wymiarach); -prasa krawędziowa; -ciągarka rolkowa (taśmę się zgrzewa- 1 wymiar bardzo długi- długość) /najpierw gniemy blachę np. w koło, a nastepnie zgrzewamy krawędziami/
Obróbka plastyczna na zimno: kształtowanie materiału w temp. niższej od temp. krystalizacji, a wyższej od temp. kruchego pęknięcia: granica plastycznośći rośnie => EFEKT WZMOCNIENIA.
Wyroby: blachy trpezowe (nisko- i wysokoprofilowe),kasetony (elewacje), szalunki tracone, zetowniki, ceowniki i inne kształtowniki cienkościenne, które są gięte razem z powłoką antykorozyjną. Powłoka ta nie pęka na krawędziach zgięcia /gwarancja 30 lat/. Stosuje się tzw. Bruzdy co chroni elementy przed lokalną utratą stateczności.
ASORTYMENT:
1)wyroby gięte na gorąco (było);
2)wyroby gięte na zimno (było);
3)wyroby spawane;
4)kraty pomostowe i schodowe.
Ad 3) wyroby spawane: blachownice /huta „Pokój”/ nazwy:
-IKS (gatunek stali: S235 i S355);
-IKSH (belki hybrydowe- 2 gatunki stali: środnik- S235, pasy- S335 );
-HKS (b=h, słupy osiowo ściskane /S235, S355/);
-IPBS (słupy mimośrodowo ściskane /S235, S355/).
-> blachownice z falistymi środnikami /teowniki/ (tylko w polsce, tylko pasy działają na ściskanie);
->belki ażurowe: uzyskuje się je poprzez odpowiednie rozcięcie środnika w dwuteowniku, przesunięcie na długości i pospawanie (podwyższa profil) lub wycinanie np. kółek /przez te otwory przechodzą np. rury instalacyjne/.
Ad 4) kraty pomostowe: -stopnie; -balkony
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I MECHANICZNE STALI:
Cechy fizyczne są dla stali stałe, niezależne od struktury, składu chemicznego, sposobu obróbki i wytwarzania: - współczynnik sprężystości podłużnej Younga: E [Gpa]; -wsp. Sprężystośći poprzecznej: G [Gpa]; -wsp. Poissona: υ [-]; -gętość masy: γ [kg/m^3]; -wsp. Rozszerzalności cieplnej: ζ [1/°C].
->Cechy mechaniczne:
1)Wytrzymałość- zdolność do przenoszenia STATYCZNYCH obciążeń zwenetrznych- mierzy się ją na podstawie rozciągania próbek specjalnie do tego przygotowanych.
(wykres Rm - ε)
Re -granica plastyczności, przy której pojawia się moduł styczny Et, ε- względny przyrost długości przyrostu do długości początkowej.
-> w stalach węglowych (miękkich) następuje skok (płynięcie); -> w stalach twardych o wysokiej wytrzymałości- brak granicy sprężystości, ale przyjmujemy ją o wartości: Re=0,2%
(wykresy)
na podstawie badania określamy: Re (Re 0,2) -gr. Plastyczności, Rm -gr wytrzymałości na rozciąganie, -moduł sprężystości podłużnej: E=tgα.
->Odkształcenia sprężyste- takie, które zanikają po odebraniu obciązenia, ciało wraca do swojej pierwotnej postaci;
->Odkształcenia plastyczne- trwałe, pozostające w materiale po usunięciu obciążenia.
2) Udarność- zdolność do przenoszenia obciążeń przekazywanych przez uerzenia (obciążenia dynamiczne).
>>> Badanie udarności- druga podstawowa próba pozwalająca ustalić odmianę plastycznościstali. Odmianę tę ustala się na podstawiepróby i pracą zużytej na złamanie próbki zginanej. /w materiale ciągłym nie ma zaburzeń, a w materiale nieciągłym występują lokalne zaburzenia przepływu naprężeń/ Młot udarnościowy: Ep=G*h
(wykres: I-t )
Badamy w różnych temp., ponieważ udarność zależy od temperatury. Im temp. niższa tym gorzej (mniejsza wytrzymałość) /0°C -temp. łamania/
-> Od czego zależą udarnośći (odpornośći na uderzenia): -struktury materiału (drobnoziarnista, równomierna struktura najlepsza); -strukturę polepsza walcowanie i obróbka termiczna; -stale nieuspokojone, zanieczyszczone siarką i o zwiększonej strukturze ziaren krsytalicznych są mniej udarne.
3) Twardość - odporność stali na odkształcenia trwałe podczas działania skupionego nacisku na powierzchnię materiału.
4) Ciągliwość- właściwośc pozwalająca na gięcie, walcowanie, prostowanie, formowanie na zimno bez zniszczenia bądź uszkodzeń materiału.
5) Kujność- właściwość pozwalająca na dowolne formowanie stali w temp. „białego żaru”
6) Spawalność (nie wszystkie stale dają się spawać) -zależy od skłąduu chemicznego, a szczególnie od zawartości węgla: Ce=C+Mu/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 ; Ce-równoważnik węgla. (Ce<=0,25% -stal spawalna(węglowa); Ce<=0,45%)
GATUNKI STALI:
1)Niestopowe(węglowe)- głównym składnikiem obok żelaza jest węgiel (C<0,25%-w budownictwie)
2) Stopowe- oprócz żelaza i węgla zawierają inne składniki (Mn, Si, N, Cr, Cu, W, V, Al.), których celem jest uzyskanie odpowiednich właściwości mechanicznych(wytrzymałości, zwiększenie plastyczności, rozciągalności, odporności na korozje).
W budownictwie używa się stali niskostopowych(suma składników stopowych <1,5%).
a) Spawalne
Dla stali węglowych |
Wytrz. na rozciąganie |
Odmiana Jakościowa |
St |
0 (złe) |
S |
St St St |
3 (300MPa) 3 3 |
S(uspokojona) S(nieuspokojona) S(półuspokojona) |
St St St |
3 3 4 |
V W V |
b) Stale niskostopowe:
1) 18- średnia procentowa zawartość węgla, w setnych % (0,18%)
2) Główny składnik stopowy- Mangan
3) 2-oznacza zawartość manganu 1,5%-2% (jeżeli zawartość<1,5% to mamy np. 18G lub 18GA)
4) A-stal wyższej jakości niż bez A
5) np. AV; V- inne składniki stopowe(wanad).
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
18 |
G |
2 |
|
|
18 |
G |
2 |
A |
|
18 |
G |
2 |
A |
V |
Stale mostowe: St 3M; Stale rurowe: R, R35, R45; L-staliwo L400, L450 (400,450- min. Wytrzymałość na rozciąganie w MPa).
NOWE OZNACZENIA: EN 100027-1 D- płaskie wyroby stalowe do formowania na zimno; S- budowlane; L- rurociągi; E- konstrukcje maszynowe; B- zbrojenie betonu; G- staliwo; Q- stal ulepszona cieplnie; litera M na końcy- stal walcowana termomechanicznie; L na końcu- stal walcowana w niskich temperaturach; W- stal o zwiększonej odporności na korozje powietrza.
WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STALI
Obróbka cieplna pozwala zmienić strukturę i właściwości stopów metali. Wytrzymałość i twardość stopów można zwiększyć od 3 do 5 razy podczas tej obróbki!
Tmax- temperatura zabiegu (stop wygrzewa się w tej temperaturze)
V=(dT)/(dt) ; V- chwilowa prędkość
WYŻARZANIE:
1) Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie)- polega na:
nagrzaniu do temp. 30-50ºC powyżej linii GSE.
Wygrzewanie od 0,5-2h (w zależności od grubości)
Studzenie w powietrzu(wolne)
Efekty: struktura jednolita, drobnoziarnista, nie ma naprężeń własnych, lepsza plastyczność i spawalność stali.
2) Wyżarzanie rekrystalizujące- dotyczy wyrobów, w których podczas obróbki plastycznej na zimno nastąpiło zgniecenie ziarn. Ziarna te są twarde i zmniejsza się plastyczność materiały. Temp. 490-600ºC. Wygrzewanie od 0,5-2h i powolne schładzanie. Celem jest usunięcie skutków zgniotu, ziarna odzyskują swój kształt i orientacje ale będą drobniejsze(wzrost plastyczności materiału).
3)Wyżarzanie ujednorodniające (homogenizacja)- temp. 1100-1150ºC i długi czas wyżarzania (12-15h). Powolne studzenie do temp. 200-250ºC. Celem jest uzyskaniejednorodnej struktury i jednolitego składu chemicznego. Elementy, które były ujednorodniane dopiero później się normalizuje albo walcuje na gorąco.
HARTOWANIE:jest to nagrzewanie o 30-50ºC powyżej linii A3. Wygrzewanie, aż w całej objętości żelazo α zmieni się w żelazo γ (wymiary ziaren i struktura). Szybkie oziębienie do temp. otoczenia. Struktura martenzytowa. EFEKT: materiał twardy i kruchy, powstaja naprężenia własne(hartownicze). Po hartowaniu należy stosować zabieg odpuszczenia:
ODPUSZCZENIE: - Niskie (150-250ºC)- likwiduje się naprężenia hartownicze, ale materiał jest nadal twardy i kruchy.; -Średnie(250-500ºC)-wzrasta udarność, materiał przestaje być kruchy.; -Wysokie(pow. 500ºC)- bardzo dobra udarność.
QST- szybkie chłodzenie wodą ale tylko zewn. powierzchni chłodzonego elementu. Przerywa się je zanim niska temp. dojdzie do środka.
Zaczyna się proces odpuszczenia(ciepło ze środka przechodzi na zewnątrz). Zewn powierzchnia jest odpuszczona przez ciepło, które jest wewnątrz elementu.
WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STALI:
POZYTYWNE:
WĘGIEL(C)-wzrost węgla powoduje wzrost twardości , granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie oraz spadek właściwości plastycznych tj.: udarność(kruchość); wydłużenie.
MANGAN(Mn)- bardzo dobry składnik stopowy, zwieksza wytrzymałość, wiąże krzem i tlen
ALUMINIUM(Al)- wzrost udarności i odporności na kruche pękanie, zmniejsza tendencje do starzenia się materiału. CHROM(Cr)- wzrost twardości, wzrost wytrzymałości na rozciąganie i odporności na ścieralność i korozje (np. szyny kolejowe); NIKIEL(Ni)- zwiększa twardość i wytrzymałość, wzrost ciągliwości i udarności w niskiej temperaturze; NIOB(Nb)- polepsza spawalność; WANAD (V)- tworzy stałe wegliki, które tworzą ośrodki krystaliczne, co nadaje drobnoziarnistą strukturę. MIEDŹ(Cu)-zwieksza odporność na korozje; MOLIBDEN- poprawia hartowność, wytrzymałość, granice plastyczności, sprężystości, brak pękania kruchego.
SZKODLIWE:
SIARKA(Si)- kruchośc materiału; FOSFOR(P)- pogorszenie plastyczności i udarności; AZOT(N)- zmniejsza ciągliwość; TLEN(O2)- spadek udarności.
BEZPIECZEŃSTWO KONSTRUKCJI STALOWYCH:- musi przenosić obciążenia w czasie budowy i później podczas eksploatacji(zachowanie nośności); - odpowiednie zachowanie się konstrukcji, aby nie było odchyleń, nadmiernych ugięć itp.; - wydarzenia nietypowe(wybuch, pożar)- tak aby ludzie zdążyli się ewakuować; - trwałość obiektu- przez jaki czas ma być obiekt używany.
PRZYCZYNY AWARII: - człowiek; -materiał z wadami wewnętrznymi; -materiał niewłaściwie zastosowany; -błędy projektowe; -błędy wytwarzania i montażu; -błędy eksploatacyjne(korozja, wzniecenie pożaru).
PODSTAWOWE WARUNKI BEZPIECZEŃSTWA: 1)mechaniczny=> nośność> obciążenie(N>P); 2) geometryczny=> ε< εlim; (N/P)>1 - deterministyczny warunek.
DETERMINISTYCZNA ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI: OBIEKTU, KONSTRUKCJI, ELEMENTU polega na analizie jednego, konkretnego obiektu, konstrukcji lub elementu.
Obciążenia, cechy mechaniczne, cechy geometryczne (wymiary)- charakteryzują się pewną zmiennością więc miara bezpośrednia tez jest zmienna, można powiedzieć, że ma charakter losowy.
PROBABILISTYCZNA ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI KONSTRUKCJI: polega na analizowaniu pewnych zbiorów
Zmienna xi- liczba studentów; x- wartośc średnia; Sx- miara rozproszenia (w rozkład normalny opisany odchyleniom standardowym)- krzywa Gaussa. Wykres jednostronny w przypadku wytrzymałości stali, wiarygodna wartość.
KWANTYL: przyjęta wartość gwarantująca bezpieczeństwo. A0=A-tSa; t- liczba odchyleń standardowych, Sa- odchylenie standardowe zmiennej a. Oznacza prawdopodobieństwo nieprzekroczenia pewnej wartości na określonym poziomie bezpieczeństwa. Np. Pr (A>=A0)= 99% dla t=2,3; Pr(A<A0)=1%- ryzyko.
OBCIĄŻENIA: stałe:- określone normą;- zmienne w nich sa geometria i gęstość; zmienne: klimatyczne(wiatr, śnieg, lód); użytkowe(ludzie); technologiczne(maszyny).
NOŚNOŚĆ: N>P (obciążenia). - pojęcie losowe zależne od: -losowych parametrów wytrzymałości materiałów; losowa geometria przekroju przekroju poprzecznego elementów składowych; - imperfekcje geometryczne konstrukcji;
NIEZAWODNIK KONSTRUKCJI- prawdopodobieństwo, że losowa nośnośc będziie wieksza od losowego obciążenia : P=Pr(N(w)>P(w))
AWARYJNOŚĆ KONSTRUKCJI- zjawisko odwrotne: P=Pr(N(w)<P(w))
METODA STANÓW GRANICZNYCH: metoda probabilistyczna oceniania bezpieczeństwa konstrukcji stalowych (część parametrów jako zmienne losowe, a część jako stałe).
Parametry losowe: -obciążenie; -cechy wytrzymałości materiałów; -kształty geometryczne;
Parametry determistyczne(stałe): -modele statyczne; -modele obliczeniowe.
CZĘŚCIOWE WSPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZENSTWA (n): (Nk/Pk)>= γp*γn; (Nk/γ)>=Pk*γn; γn- zmniejsza nośność; γp-zwiększa obciążenie. Nk i Pk- wartości charakterystyczne. N= Nk/ γn ;P= Pk/ γp; N i P- wartści obliczeniowe.
KONSTRUKCJE STALOWE W DWÓCH STANACH:
Stan graniczny konstrukcji- jest to taki stan, po osiągnięci którego cała konstrukcja lub jej element zagraża bezpieczeństwu lub przestaje spełniać warunki użytkowe.
SGN- od obc. Obliczeniowych. Niemozliwe jest dalsze uzytkowanie konstrukcji z powodu wyczerpania nośności w skutek:
- osiągnięcia nośności krytycznej w przekrojach najbardzoej wytężonych; -utrata stateczności ogólnej lub lokalnej(np. ścianka oporowa- ogólna, puszka- lokalna); -pęknięcia zmęczeniowe.
SGU-od obc. Charakterystycznych. Nośność konstrukcji może nie być wyczerpana, ale odkształcenia są tak duze, że uniemożliwiają dalszą eksploatacje konstrukcji: -zapobieganie nadmiernym drganiom i hałasom; -pęknięcie obudowy wyposażenia(szczelność);
WYTRZYMAŁOŚĆ OBLICZNEIOWA- fd- wytrzymałość projektowa.
Stal |
Remin |
Rm |
A5 |
Fd |
S235 |
235 |
375 |
26% |
215MPa |
Remin- gr. Plastyczności; Rm-gr. Wytrzymałości; A5- granica wydłużalności, próbka 5-cio kątna
Badania próbki wykonywane są:
-bardzo dokładnie, a rzeczywiste konstrukcje maja wymiary odbiegające do wymiarów nominalnych; -badanie stali przeprowadza się w hucie na kilka wyrywkowych elementach. Remin- normowe minimum hutnicze. Remin>235MPa.
ŚRUBY BUDOWLANE-
Np. M20=d=20 średnica rdzenia. M: (5, 8, 10, 12) 16, 20, 22*, 24, 27*, 30, 33*, 36, 42, 52, 56. *-trzeba sprawdzić czy są w ofertach.
Klasy śruby- (wytrzymałość stali, z której jest wykonana)
3.6 4.6 5.8
5.8
6.8
8.8 10.9 12.9 (Perwsza cyfra z gr. Wytrzymałości na rozciąganie, druga (Re)/(Rm)%).
Stal nisko i średnio węglowa: 3.6; 4.6; 5.6; 6.6- obróbka plastyczna na gorąco; .8- dodatkowa obróbka plastyczna na zimno: 8.8; 10.9; 12.9 - śruby wysokiej wytrzymałości
Śruby budowlane nie mogą być gwintowane na całej długości.
Normy: 4014:2004- śruby z łbem sześciokątnym, klasa dokładności A i B; 4016:2004- Klasa dokładności C; 4017:2004- śruby z gwintem na całej długości z łbem sześciokątnym.
Klasy dokładności: kl C- śruby zgrubne, surowe, zwykłe(najgorsze, mało odpowiedzialne w elementach); kl. B- stosowane na co dzień, klasa średniodokładna; kl.A- śruby klasy dokładnej (0,2-0,3mm).
Klasa A i B- dodatkowa obróbka wiórowa, trochę inne wymiary niż klasy C.
Otwory przejściowe: dla śrub klasy B i C: - wiercenia; -przebijania(szybsza i tańsza) powszechna, ale ograniczenia: dla elementów obciązonych statycznie: t=<25mm, t=<(d+3)mm, Rm=<390MPa;
t=<12,5mm, Rm=390-690Mpa. Otwory przejściowe to otwory, przez które przekłada sie śruby.
Średnica otworu przejściowego: d- średnica śruby. d0=d+Δ; Δ=0,2-0,3mm- klasy A wszystkie średnice. Δ=1mm M8, M10, M12; Δ=2mm M16, M20, M24; Δ=3mm M30, M36, M42. Otwory powiększone(łatwiejszy montaż): d0=d+2Δ. Otwory owalne: a) krótkie: d+4Δ x d+Δ; b) długie: (d+Δ)* 2,5(d+Δ) x d+Δ