1. Podział konstrukcji metalowych: * konstrukcje prętowe ( szkielety hal różnego przeznaczenia, szkielety budynków wielopiętrowych, kopuły, wierze radiowo telewizyjne, trzony masztów; * konstrukcje powłokowe (zbiorniki na płyny, zasobniki na materiały sypkie, zamknięcia wodne, rurociągi); * k ciągnowe (mosty wiszące i podwieszone, kolejki linowe, dachy o dużych rozpiętościach)
2. Zalety i wady konstr. stalowych: ZALETY: duża jednorodność i izotropowość właściwości fizycznych i mechanicznych stali; jednakowa duża wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie; wysoki stopień prefabrykacji, możliwość rozbiórki konstrukcji i ponowne jej zmontowanie w innym miejscu, łatwość wzmacniania konstrukcji,
prawie całkowity odzysk stali, niezawodność pracy. WADY: wrażliwość na korozję, słaba odporność na wysokie temp. i mała ognioodporność, relatywnie duża cena konstrukcji, większa pracochłonność wykonania konstrukcji.
3. Przeciwdziałanie wadą: - p. korozji: *powłoki ochronne na powierzchni elementów stalowych, *stosowanie stali trudno rdzewiejącej i kwasoodpornej, *stosowanie dodatków stopowych; - p. wysokim temp.: *obudowa konstrukcji, *stosowanie odpowiednich warstw termoizolacyjnych;
4. Korozja konstrukcji stalowych: korozja jest procesem stopniowego niszczenia stali w czasie w skutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania otaczającego środowiska. Ze stali powstają odpowiednio tlenki żelaza lub uwodnione wodorotlenki. Z korozją chemiczną mamy do czynienia albo w wysokiej temp. stali albo przy zetknięciu stali z zaprawą wapienną, gipsową i żużlem piecowym. Natomiast z k. elektrochemiczną mamy do czynienia podczas działania powietrza atmosferycznego, którego agresywność jest mocno potęgowana obecnością dwutlenku siarki i wilgotnością względną.
Rodzaje korozji: chemiczna, elektrochemiczna, międzykrystaliczna, naprężeniowa i kontaktowa.
5. Ochrona przed pożarem: TEMPERATURA KRYTYCZNA - jest to temp. przy której osiągnięty jest SGN tzn. element traci swoją nośność.
- zabezpieczenia czynne np. tryskacze, kurtyny wodne, kurtyny mechaniczne; - zabezpieczenia bierne: gaśnice, zbiorniki wodne, hydranty itp. oraz okleiny i powłoki konstrukcyjne utrudniające dostęp ognia; - ochrona profilowa: pokrycie zaczynem cementowym, stosowanie powłok malarskich pęczniejących.
6. Definicja stali: jest stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami otrzymywany w procesach stalowniczych i obrabiany plastycznie. Max zawartość węgla w stali wynosi 2% (w stalach budowlanych 0,2-0,7%)
7. Proces metalurgiczny: polega na wytopieniu żelaza z rud w wielkim piecu. Jest to redukcja związków żelaza znajdujących się w rudzie do postaci wolnej, w wysokiej temp., a następnie nawęglanie części masy wolnego żelaza.
Surówka - jest produktem procesu met., masą złożoną z metalicznego żelaza Fe, węgla w postaci związku Fe3C i pierwiastków stopowych (mangam, krzem, siarka, fosfor).
Ruda żelaza - skupienie minerałów pozwalające na otrzymywanie w skałi przemysłowej zawartych w niej pierwiastków. Żelazo w rudzie występuje w postaci tlenków lub węglanów. Postacie rud żelaza: magnetyt, hemotyt, limonit, syderyt)
Reakcje zachodzące w piecu: *spalanie koksu C+O2 = CO2+Q; * powstanie tlenku węgla CO2+C=2CO; * redukcja tlenku żelaza poprzez tlenek węgla do postaci metalicznego żelaza i dwutlenku węgla 3Fe2O3+CO= 2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO= 3FeO+CO2; FeO+CO= Fe+CO2; * połączenie dwutlenku węgla, w atmosferze spalanego koksu z węglem FeO+C= FeCO; * nawęglanie żelaza 3Fe+2CO= Fe2C+CO2
8. Proces stalowniczy: jest to zmniejszenie w surówce zawartość węgla i innych pierwiastków do ilości potrzebnej. Operacje technologiczne świeżenia w konwertorze tlenowym: *załadunek złomu stalowego, *wlanie roztopionej surówki, *przedmuchiwanie tlenem, *sukcesywne dozowanie topnika i rudy żelaza, *spuszczanie stali, *spuszczanie żużlu.
9. Krzepnięcie i odlewanie stali: Proces ciepłego odlewania stali. Zalety: duża wydajność i mechanizacja prac, *możliwość odlewania kilkudziesiecu wyrobów bez zatrzymywania urządzenia, *dobra makrostruktura wlewka, *duży uzysk kęsów stali; Wady: *nadal duży koszt urządzenia, *ograniczenie wymiarów poprzecznych wlewka.
10. Gatunki stali stosowane w budownictwie: a) stal węglowa (zawartość C do1,5%) dzielimy ją na 3 grupy: *niskowęglowa C<0,25%, St0, St3, St4; *średniowęglowa C0,25-0,6% St5; *wyskokowęglowa C=0,61-1,1%. b) stale stopowe (Fe+C+ inny pierwiastek, dzielimy na 3 grupy w zależności od masowej zawartości składników stopowych z węglem: *niskostopowa <2,5%; *średniostopowa 2,5+6%; *wysokostopowa >6%; c) stal odporne na korozje (np. stale wysokochromowe, chromowo-niklowe) OH18N9; d) stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości, ulepszone cieplnie.
11. Asortyment wyrobów: wyroby walcowane - proces walcowania dzielimy: -produkcja półwyrobów; -produkcja wyrobów (ostygłe półwyroby nagrzewa się ponownie do odpowiednie temp. i kieruje na walcowniczą linię technologiczną. Wyroby walcowane dzielimy na 6 grup: *pręty, *walcówka, *kształtowniki, *rury bez szwów, *blachy, *taśmy i bednarka
12. Stopy metali: Stopem nazywa się substancje otrzymaną przez stopienie dwóch lub więcej pierwiastków. Stop zawierający w przeważającej części metaliczne i mające właściwości nazywamy stopem mechanicznym.
13. Obróbka cieplna stali: Hartowanie - ogrzewa się o 30÷50° powyżej linii A3 przez pewien czas, struktura przebudowuje się w γ w całej objętości materiału; potem szybko oziębia się element (zanurzenie w wodzie). W ten sposób uzyskujemy przesycenie węglem, który umieszcza się w strukturze i ją zaburza. V wzrasta o ok. 2%. W wyniku tego procesu powstaje martenzyt - twardy i wytrzymały, ale kruchy.
Odpuszczanie - ogrzewa się materiał poniżej temperatury T1, a następnie wychładza (b. powoli). Ten proces zwiększa twardość i wytrzymałość, ale również plastyczność (w porównaniu do hartowanej). Hartowanie + odpuszczanie stal ulepszona cieplnie.
Wyżarzanie odprężające (do b. odpowiedzialnych konstrukcji spawanych) pomaga pozbyć się naprężeń własnych (ich największe wartości są po spawaniu). Nagrzać do temp. 600° - następuje wtedy relaksacja naprężeń. Naprężenia wykonują pracę i znikają.
Wyżarzanie rekrystalizujące: w wyniku zgniotu materiału uzyskuje się dużą wytrzymałość w kierunku poziomym i minimalną w kierunku prostopadłym. Materiał zgnieciony należy poddać wyżarzaniu rekryst. przez podgrzanie do temperatury Trekr = 0,4Ttopnienia stali, Ttopn=1500° dla stali używanej w budownictwie.
14. Badanie wytrzymałości metalu: polega na rozciąganiu próbki na ogół aż do rozerwania i określenia jednej lub więcej właściwości mechanicznych. Z wykresu rozciągania stali określa się następujące wielkości: górna granica plastyczności, dolna granica plastyczności, naprężenie graniczne przy przyroście nieproporcjonalnym, wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości podłużnej E, wydłużenie całkowite w chwili zerwania.
Udarność jest miarą odporności materiału na pękanie pod wpływem uderzenia, stanowi również miarę kruchości materiału, tzn. że im bardziej kruchy jest dany materiał, tym mniejsza jest jego udarność.
Twardość- jest miarą oporu materiału przeciw odkształceniom trwałym powstającym w skutek wciskania wgłębnika (met. bad. twardości: Brinella, Rockwella, Vickers,. młotek Poldi)
Moduł Younge'a E - stała materiałowa zwana współczynnikiem sprężystości wzdłużnej materiału.
Współczynnik Poissona ν - stała materiałowa zwana współczynnikiem przewężenia poprzecznego.
Moduł Kirchhoffa G - stała materiałowa zwana współczynnikiem sprężystości poprzecznej materiału.
14a. Skład chemiczny stali wpływa zdecydowanie na udarność. Wzrost zawartości węgla zmniejsza udarność i przesuwa położenie progów kruchości ku wyższym temperaturom. Identycznie wpływają tlen, azot, siarka i fosfor;
W stalach nie stopowych węgiel zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i jej twardość, a pogarsza właściwości plastyczne (wydłużenie i przewężenie)
15. Wymiarowanie konstrukcji - obliczeniowy etap projektowania którego celem jest dobranie takich przekrojów poprzecznych elementów składowych konstrukcji, w tym w ich miejscach krytycznych aby były spełnione normowe warunki bezpieczeństwa we wszystkich 3 fazach istnienia konstrukcji, a mianowicie: *w fazie transportu, *montażu, i *eksploatacji
16. Sprawdzenie SGN - w SGN, dla kombinacji obciążeń obliczeniowych, przeprowadza się sprawdzenia nośności w 3 poziomach. Jest to sprawdzenie: a) wytrzymałości materiału w najbardziej wytężonym punkcie przekroju poprzecznego; b) nośności przekroju poprzecznego elementu; c) nośności elementu konstrukcyjnego
17. Sprawdzenie SGU - sprawdza się dla kombinacji obciążeń charakterystycznych następujące wielkości: *ugięcie pionowe elementów (np. belek) fmax/l<= 1/m; *przemieszczenia poziome elementów i ustrojów (np. ram) uk<=lk/500; * częstotliwość drgań własnych elementów.
18. Klasyfikacja przekrojów w elem. konstrukcji: Klasa przekroju tj. stopień odporności elem. na miejscową utratę stateczności. klasa I - przekroje mogą osiągnąć nośność uogólnionego przegubu plastycznego, a w stanie pełnego uplastycznienia przy zginaniu wykazują zdolność do obrotu; klasa II - przekroje mogą osiągnąć nośność uogólnionego przegubu plastycznego, lecz w skutek miejscowej niestateczności plastycznej wykazują ograniczoną zdolność do obrotu; klasa III - przekroje charakteryzują się tym, że ich nośność jest uwarunkowana początkiem uplastycznienia strefy ściskanej; klasa IV - przekroje tracą nośność przy największych naprężeniach ściskających mniejszych niż granica plastyczności.
19. Połączenia trzpieniowe: ZALETY: mogą być wykonane w każdych warunkach atmosferycznych; często mogą być wykonane przez pracowników nie mających wysokich kwalifikacji; mogą łączyć elementy z różnych gatunków stali;
Połączenia trzpieniowe można podzielić na 2 rodzaje: *połączenia rozbieralne (dadzą się rozdzielić bez konieczności zniszczenia łączników); *poł. nierozbieralne
20. Klasy wytrzymałościowe śrub: charakterystykę wytrzymałościową śruby można odczytać z jej klasy wytrzymałościowej. Klasa ta składa się z dwóch liczb, z których pierwsza oznacza setną część wytrzymałości na rozciąganie Rm, natomiast druga liczba dziesiętna wyraża stosunek granicy plastyczności stli Re do jej wytrzymałości Rm. (klasy: 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 8.8 10.9 12.9)
21. Połączenia spawane: Spawalność - to kompleksowa charakterystyka technologiczna metalu rodzimego i dodatkowego. Podstawowa definicja spawalności brzmi:
Uważa się , ze materiał jest spawalny w zadanym stopniu za pomocą określonej metody i dla danego rodzaju konstrukcji, jeśli nadaje się - przy użyciu środków ostrożności , odpowiadających temu stopniowi - do wykonania połączeń miedzy dwoma metalami. Połączenia te maja zapewnić ciągłość metaliczna , a wiec utworzyć złącza spawane, które przez swoje cechy lokalne i następstwa ogólne ich obecności, spełniają zadane wymagania będące podstawa ich oceny.
W związku z tym dzielimy metale na cztery grupy: - łatwo spawalne -średnio spawalne -trudno spawalne -niespawalne.
22. Rodzaje spoin: *spoiny czołowe (gdy brzeg przynajmniej jednego dwuch z łączonych elementów jest przetopiony na całej długości); *spoiny pachwinowe (są układane w naturalnym rowku jaki tworzą dwa łączone elementy) mogą być: płaskie, wklęsłe, wypukłe.
23. Podział złączy spawanych: doczołowe, teowe, krzyżowe, zakładkowe, nakładkowe
24. Wady spoin: Wady wewnętrzne: pęcherze gazowe (A), żużle (po każdym ściegu trzeba oczyścić spoinę z żużla) (B), przyklejenie (C), niewłaściwy przetop (D), pęknięcie (E). Wykrywa się je metodami defektoskopowymi: ultradźwięki, prześwietlenie promieniami X lub γ.
Wady zewnętrzne (F): wklęśnięcie lica spoiny, nadmierny nadlew lica spoiny, podcięcie materiału, wypływ lica.
25. Ujemne skutki spawania: a) zmiany strukturalne wokół spoiny powodujące niejednorodność strukturalną złącza; b) naprężenie spawalnicze, c) deformacje spawalnicze.
26. Rodzaje stali: 1.stal niestopowa konstrukcyjna (St0S; St3SX, St3SY - blachy, kształtowniki, pręty rury); 2.stal niskostopowa (18G2, 18G2A - wyroby j.w. oraz walcowane na zimno); 3.stal trudnordzewiejąca (10HA, 10H, 10HAV), 4.stal do produkcji rur (R, R35, R45 - wyry walcowane lub ciącnione; 12X rury zgrzewane) 5.staliwo (L400, L450, L500 - odlewy staliwne grupy drugiej).
27. Uplastycznienie przekroju w sensie obliczeniowym rozumie się powstanie w strefie ściskanej i rozciąganej równomiernie rozłożonych naprężeń o wartości fd. W projektowaniu konstrukcji stalowych nie dopuszcza się pełnego uplastycznienia przekroju, gdyż płynięcie materiału spowodowałoby trwały złom w belce. Stany: sprężysty, plastyczny, częściowe uplastycznienie, uplastycznienie przekrojów podporowych, powstanie przegubów plastycznych, płynięcie materiałów w przegubach.
28. Kategorie połączeń śrubowych: a) połączenia zakładkowe - trzpieniowe (proste - gdy obciążenie każdego łącznika jest jednakowe, złożone - zróżnicowane obciążenia na łącznikach). Cechą charakterystyczną połączeń zakładkowych jest to, że obciążenie połączenia jest zawsze prostopadłe do osi trzpieni łączników. b) połączenia doczołowe - przeznaczone głównie do przenoszenia momentu z jednego elem. łączonego na drugi, mogą także przenosić siłę poprzeczną i osiową. Cechą charakterystyczną jest to, że obciążenie złącza momentem i siłą osiową wywołuje w śrubach siły rozciągające.
29. Układ żelazo - węgiel: Stal jest stopem w postaci roztworu, żelaza z węglem. W stali węgiel występuje w postaci strukturalnej cementytu. Feretyt - jest roztworem międzywęzłowym węgla w żelazie α. Pod względem właściwości mechanicznych feretyt jest bardzo miękki i plastyczny. Arsenit jest roztworem międzywęzłowym węgla w żelazie γ. W temp. pokojowych arsenit występuje tylko w stalach stopowych. Cementyt, który wykrystalizował z arsenitu nazywa się cementytem wtórnym. Cementyt, który wykrystalizował się z cieczy nazywa się cementytem pierwotnym. Perlit mieszanka feretytu i cementytu wtórnego. rozróżnia się 3 grupy stali: eutektoidalne - 0,77%C; ferytyczno - perlityczne C<0,77%; perlityczno - cementytowe C>0,77%.