Konstrukcje metalowe I
Konstrukcje metalowe I
budownictwo, semestr IV
budownictwo, semestr IV
prowadzący: dr in\
. Jerzy Goczek
prowadzący: dr in\
. Jerzy Goczek
Zalety i wady konstrukcji stalowych
Zalety i wady konstrukcji stalowych
Zalety
" du\
a stali wytrzymałość przy rozciąganiu i ściskaniu (mosty wiszące, budynki wysokie)
" niewielkie nasycenie obiektu konstrukcją (wra\
enie lekkości)
" wysoki stopień prefabrykacji, wysoka dokładność wykonania ( przyjazne wykonawcy)
" monta\
niezale\
ny od warunków pogodowych
" łatwość przebudowy i wzmacniania ( przyjazne u\
ytkownikowi)
" rezerwa plastyczna materiału (du\
e ugięcia przy przecią\
eniu)
" zdolność rozpraszania energii fali uderzeniowej (trzęsienia ziemi, wybuchy)
" 90% stali podlega powtórnej przeróbce ( przyjazne środowisku)
" 90% stali podlega powtórnej przeróbce ( przyjazne środowisku)
" konstrukcja o mniejszym cię\
arze wymaga mniejszych fundamentów
Wady
" wytworzenie stali wymaga wiele energii i wią\
e się z emisją gazów cieplarnianych
" ulega korozji, a straty z tym związane sięgają 4% PKB
" w wysokich temperaturach traci wytrzymałość i sztywność
" wra\
liwość na niestateczność smukłych części konstrukcji
" słaba izolacyjność termiczna
Właściwości mechaniczne stali
Właściwości mechaniczne stali
Terminem  stal określa się zgodnie z normą PN-EN 10020:2003
(Definicja i klasyfikacja gatunków stali) materiał zawierający masowo
więcej \
elaza ni\
jakiegokolwiek innego pierwiastka, o zawartości węgla w
zasadzie mniejszej ni\
2% i zawierający inne pierwiastki. Ograniczona
liczba stali chromowych mo\
e zawierać więcej ni\
2% węgla, lecz 2%
jest ogólnie przyjętą wartością odró\
niającą stal od \
eliwa.
W normie sklasyfikowano stale według składu chemicznego na:
W normie sklasyfikowano stale według składu chemicznego na:
stale niestopowe,
- niestopowe jakościowe,
- niestopowe specjalne,
stale odporne na korozję,
- nierdzewne,
- \
aroodporne,
- \
arowytrzymałe,
inne stale stopowe,
- stopowe jakościowe,
- stopowe specjalne.
Właściwości mechaniczne stali
Właściwości mechaniczne stali
Na zachowanie się i nośność elementów konstrukcji stalowych
wpływają głównie właściwości mechaniczne stali:
" granica plastyczności,
" wytrzymałość na rozciąganie,
" wytrzymałość na rozciąganie,
" wydłu\
alność przy zerwaniu,
" udarność,
" twardość,
" przewę\
enie przy zerwaniu.
Właściwości mechaniczne stali
Właściwości mechaniczne stali
Właściwości mechaniczne poznaje się doświadczalnie,
przeprowadzając statyczną próbę rozciągania próbki stali o
odpowiednim kształcie i odpowiednio przygotowanej. Wartości
charakterystyczne wyznacza się z poło\
enia odpowiednich
punktów na wykresie zale\
ności między siłą a wydłu\
eniem.
Są to:
" granica proporcjonalności,
" granica proporcjonalności,
" granica sprę\
ystości,
" granica plastyczności,
" wytrzymałość na rozciąganie,
" siła zrywająca.
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
Próba statyczna rozciągania
wydłu\
enie
a)
siła F
plastyczne
umocnienie
zakres sprę\
ysty
F ult
zerwanie
F prop
lokalne wydłu\
enie
w skali ska\
onej
wydłu\
enie "
b)
siła F
F ult
zerwanie
F prop
lokalne wydłu\
enie
w skali ska\
onej
wydłu\
enie "
Typowe wykresy otrzymane z próby rozciągania w zale\
ności od cech
plastycznych stali: a) z wyraz
ną granicą plastyczności,
b) bez wyraz
nej granicy plastyczności
x
x
a)
naprę\
enie �
� ult
� y
� prop
�=arctg E
E = � / �
0
odkształcenie �
b)
naprę\
enie �
� ult
�=arctg E
t
� y
E = d� / d�
t
� prop
�=arctg E
E = � / �
0
� odkształcenie �
0,2
Zale\
ność naprę\
enia-odkształcenia w przypadku stali:
a) z wyraz
ną granicą plastyczności, b) bez wyraz
nej granicy plastyczności
x
x
�
�
y
E0 E0
1 1
�pl �el �
�pl �el �
gdy � d" �
ńł
y
�łE0 �"�
� =
�ł
gdy � < �
y y
�ł�
ół
Model zachowania się stali liniowo sprę\
ysty - idealnie plastyczny
liczba Poissona
�x = -� �z
0 d"� d" 0,5
� = G ł
G - moduł Kirchoffa
Frequency Histogram
Histogram badań granicy plastyczności
80
70
60
50
40
40
30
20
10
0
115 117 119 121 123 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143 145
Yield Strength (Ksi)
Frequency (number)
Frequency (number)
Frequency perctange histogram
Histogram procentowy
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.08
0.06
0.04
0.02
0
Yiled Strength (Ksi)
Frequency (Percentage%)
Frequency (Percentage%)
115
117
119
121
123
125
127
129
131
133
135
137
139
141
143
145
Frequency density Histogram
Histogram gęstości prawdopodobieństwa
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
115 117 119 121 123 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143 145
Yield Strength (Ksi)
Rozkład normalny
Frequency Density
Rozkłady normalne przy tej samej wartości średniej,
a ró\
nych odchyleniach standardowych
Rozkłady normalne przy ró\
nych wartościach średniej,
a tym samym odchyleniu standardowym
2
1 x-�
�ł �ł
-
�ł �ł
1
2�ł �
łł
f (x) = e
� 2Ą
2
1 x-�
�ł �ł
b
-
�ł �ł
1
2�ł �
łł
p(a < x < b) = dx
+"� 2Ą e
a
Wartości modułu Younga stali niestopowych
norma
PN-90/B-03200 PN-EN 1993-1-1:2006 AISI
E0 (GPa) 205 210 203
Wpływ zawartości węgla na właściwości mechaniczne stali
Wpływ obróbki cieplej na zachowanie się stali
Podstawowe operacje obróbki cieplnej zwykłej stopów \
elaza
Wpływ wysokiej temperatury na zachowanie się stali