EGZAMIN:

1. Różnice między spawaniem metodą MIG i MAG.

MIG-spawanie w osłonie gazów obojętnych (argon, hel)

MAG-spawanie w osłonie CO2

2. Przykłady – co wpływa na klasę przekroju kształtowników stalowych

- warunki podporowe ściany

- rozkład naprężeń na ściance

- smukłość ścianki

- gatunek stali

3. Gdzie jest strefa czynna przy ścinaniu – zamalować. (był narysowany dwuteownik na którego działała siła skupiona z góry na środku)

4. Zabezpieczenie belki IPE200 przed zwichrzeniem. Narysować przykład.

- połączenie z płytą stropową (także obetonowanie)

- połączenie ze sztywną tarczą poszycia dachu z blach trapezowych

- stężenie części ściskanych elementami w odpowiednich odstępach

1. Zjawisko miejscowej utraty stateczności

1) Obiekty o konstrukcji stalowej projektowane są zwykle w postaci połączonych ze sobą elementów konstrukcyjnych – prętów, tj. belek, słupów, prętów kratowych.

2) Z uwagi na dużą wytrzymałość materiału – stali (zwykle fy>200MPa) elementy projektowane są o bardzo smukłych przekrojach poprzecznych.

3) W zależności od schematów statycznych w prętach ściskanych, zginanych oraz mimośrodowo ściskanych i rozciąganych występują normalne naprężenia ściskające.

4) Występowanie naprężeń ściskających oraz duża smukłość ścianek tworzących przekrój pręta predysponuje do wystąpienia zjawiska miejscowej (lokalnej) utraty stateczności.

5) Miejscowa utrata stateczności może występować także w przypadku bardzo smukłych ścianek (zwykle środników) ścinanych .

2. Wpływ miejscowej utraty stateczności

1) Zjawisko miejscowej utraty stateczności zmniejsza nośność przekrojów.

2) Przekroje podatne na lokalną utratę stateczności nie osiągają pełnej nośności plastycznej.

3) Przekroje o bardzo smukłych ściankach nie osiągają pełnej nośności sprężystej.

4) W przypadku przekrojów o bardzo smukłych ściankach konieczne jest zastąpienie przekroju wyjściowego przekrojem zastępczym o mniejszych szerokościach ścianek.

5) Redukcja nośności przekroju podatnego na miejscową utratę stateczności wpływa bezpośrednio na zmniejszenie nośności całego elementu.

6) W przypadku wprowadzenia przekroju zastępczego konieczne jest uwzględnienie dodatkowego momentu zginającego wynikającego z przesunięcia środka ciężkości przekroju względem punktu oryginalnego.

3. Klasyfikacje przekrojów

Klasa przekroju poprzecznego – opisuje stopień odporności elementu na zjawiska miejscowej utraty stateczności w stanach sprężystym i plastycznym.

Klasa 1 – przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego i wykazują przy tym zdolność obrotową niezbędną do plastycznej redystrybucji momentów.

Klasa 2 – przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego, lecz w skutek niestateczności miejscowej (w stanie plastycznym) wykazują ograniczoną zdolność obrotową.

Klasa 3 – Przekroje, które wykazują nośność nie mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej, lecz w skutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężysto-plastycznym) nie osiągają nośności przegubu plastycznego.

Klasa 4 – Przekroje, które w skutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężystym) wykazują nośność mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej.

a)W przypadku przekrojów klasy 4 skutki niestateczności miejscowej i związana z nimi redukcję nośności można uwzględniać metodą szerokości współpracującej

b) Klasyfikacja przekroju jest uzależniona od stosunku szerokości do grubości jego części poddanych ściskaniu

c) Za części ściskane uważa się wszystkie części przekroju, które są całkowicie lub częściowo ściskane w wyniku działających obciążeń

d) Różne części ściskane przekroju (takie jak środnik lub pas) mogą być różnych klas

e) Przekrój jest klasyfikowany wedle najwyższej (najmniej korzystnej) klasy jego części ściskanych

f) Alternatywnie klasę przekroju można określić zarówno ze względu na pas, jak i ze względu na środnik

g) Graniczne proporcje części ściskanych dla klas 1,2 i 3 podane są w tablicy znajdującej się w normie. Części, które nie spełniają warunków dla klasy 3, traktuje się jak części klasy 4.

h) Z wyjątkiem sytuacji opisanej w normie przekroje klasy 4 można traktować jako przekroje klasy 3, jeśli odpowiednie warunki dla klasy wg. tablicy normowej są spełnione dla parametru ε pomnożonego przez $\sqrt{\frac{\frac{f_{y}}{\gamma_{\text{Mo}}}}{\sigma_{com,Ed}}}$ gdzie σ_com, Ed to największe obliczeniowe naprężenie ściskające w rozpatrywanej części, wynikające z analizy pierwszego rzędu lub, w razie konieczności, analizy drugiego rzędu.

4. Stateczność elementów pełnościennych opisuje zagadnienia:

- Nośności na wyboczenie

- Nośności na zwichrzenie

- Nośności elementów zginanych i ściskanych z uwzględnieniem stateczności

5. Stateczność miejsca przy ścinaniu

1) 1933-1-1 nakazuje jedynie sprawdzenie warunku nie przekroczenia granicznej smukłości nieużebrowanych środników ścinanych

2) W przypadku środników nieużebrowanych dodatkowo sprawdza się warunek stateczności:

$\frac{h_{w}}{t_{w}} > 72\frac{\varepsilon}{\eta}$ gdzie η można przyjmować =1,0

6. Elementy rozciągane w obiektach budowlanych

1) W elementach budowlanych o konstrukcji stalowej elementy rozciągane oraz mimośrodowo rozciągane stosowane są często.

2) Typowe elementy rozciągane w konstrukcji obiektów:

- pręty dźwigarów kratowych – pasy, krzyżulce, słupki rozciągane

- pręty rozciągane w kratowych stężeniach prętowych

- bardzo często stosowane stężenia z prętów wiotkich typu X

- ściągi w konstrukcjach ramowych i łukowych

- wieszaki służące do podwieszenia elementów poziomych do słupów (pylonów) oraz łuków

- odciągi słupów i pylonów

- kable i struny sprężające w konstrukcjach sprężanych

7. Ogólne zasady projektowania elementów

1) Na podstawie odpowiednich obliczeń statyczno-wytrzymałościowych należy wykazać, że w każdym przekroju spełnione są odpowiednie warunki nośności w SGN

2) Można uznać, że nośność jest zachowana w każdym przekroju na podstawie sprawdzenia nośności w krytycznych przekrojach reprezentowanych elementów konstrukcyjnych

3) Przekroje krytyczne to miejsca występowania ekstremalnych sił wewnętrznych w elemencie oraz miejsca osłabione np. otworami

4) Na podstawie geometrii, przypadków i kombinacji obciążeń oraz analizy pracy konstrukcji lub jej fragmentu projektant wskazuje miejsca/przekroje krytyczne

5) Weryfikację nośności elementów konstrukcyjnych przeprowadza się w oparciu o normy techniczne

8. Przekrój brutto

Przekrój brutto – cechy przekroju brutto wyznaczone na podstawie wymiarów nominalnych tj. wg norm i katalogów wyrobów. Nie uwzględnia się otworów na łączniki, ani ewentualnych nakładek stykowych. Większe otwory powinny być uwzględnione.

9. Przekrój netto

Przekrój netto – przekrój netto uzyskuje się poprzeć odpowiednie potrącenie z przekroju brutto wszelkich otworów. Przy obliczaniu cech przekroju netto ubytek związany z każdym otworem przyjmuje się równy przekrojowi otworu w płaszczyźnie jego osi. Odpowiednio zwiększony ubytek uwzględnia się w przypadku otworów na łączniki z łbem wpuszczanym.

10. Otwory w układzie przestawionym – linie krytyczne 1 i 2

11. Nośność na rozciąganie

Warunek nośności przekroju przy obciążeniu silą podłużną N_Ed ma postać:

$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{t,Rd}} \leq 1,0$

N_Ed – obliczeniowa siłą podłużna

N_t, Rd – obliczeniowa nośność przy rozciąganiu

Z wyjątkiem przypadków, gdy obliczeniowa nośność przy rozciąganiu N_t, Rd jest zdefiniowana następująco:

a) w przypadku przekrojów brutto – jako obliczeniowa nośność plastyczna:

$$N_{pl,Rd} = \frac{A*f_{y}}{\gamma_{M0}}$$

b) w przypadku przekrojów netto z otworami na łączniki – jako obliczeniowa nośność graniczna:

$$N_{u,Rd} = \frac{0,9*A_{\text{netto}}*f_{u}}{\gamma_{M2}}$$

c) w przypadku połączeń kategorii C:

$$N_{net,Rd} = \frac{A_{\text{netto}}*f_{y}}{\gamma_{M0}}$$

12. Współczynniki redukcyjne

Współczynniki redukcyjne β zależne są od rozstawu p₁

13. Rozerwanie blokowe

Rozerwanie blokowe następuje przez jednocześnie ścięcie przekroju netto wzdłuż kierunku obciążenia i rozerwanie przekroju netto w poprzez kierunku obciążenia.

14.Belki

Elementy prętowe (L>5*h) o cienkościennym przekroju otwartym lub zamkniętym poddane działaniu obciążeń poprzecznych, pracujące głownie na zginanie i ścinanie (w pewnych przypadkach przenoszą również siły osiowe)

Zadanie belek – elementy głównie poziome przenoszące obciążenia z przegród poziomych (Stropów, okładzin, poszyć dachowych)

15. Miara efektywności przekroju zginanego

16. Dwuteowniki walcowane (gorącowalcowane i spawane z blach)

I, Ip, IPE, IPEA, IPEAA, HEA, HEAA, HEB

17. Ceowniki walcowane

C, Cp, CE, UPN, UPE

18. Kształtowniki zimnogięte:

19. Belki sprężone i zespolone

Stalowe belki dwuteowe sprężone cięgnami, itp.

Zespolone belki to głównie dwuteowniki stalowe połączone z płytą żelbetową

20. Układy belek w stropach

- Układ równoległy – belki (główne) oparte na ścianach lub słupach

- Układ poprzeczny – belki drugorzędne (stropowe) oparte na podciągach usytuowanych w układzie poprzecznym

- Układ podłużny – belki drugorzędne (stropowe) oparte na podciągach usytuowanych w układzie podłużnym

- Układ złożony – belki drugorzędne (stropowe) w układzie poprzecznym, belki stropowe główne podłużne oparte na podciągach usytuowanych w układzie

21. Zalecane wysokości konstrukcyjne belek

22. Rozpiętość obliczeniowa belek stalowych

23. Schematy statyczne belek

- Belki jednoprzęsłowe swobodnie podparte

- Belki wspornikowe

- Belki swobodnie podparte z przewieszeniem

- Belki gerberowskie

- Belki ciągłe drugi i wieloprzęsłowe

- Belki w układach ramowych – rygle ram

24. Nośność z uwagi na zginanie

25. Wskaźnik oporu plastycznego

Wskaźnik oporu plastycznego W_pl odpowiada stanowi pełnego uplastycznienia przekroju przy zginaniu. Położenie osi obojętnej w takim stanie ustala się z warunku N=0 przy σ = f_y w strefie ściskanej i σ = −f_y w strefie rozciąganej co prowadzi do warunku równości pól ściskanej (A_c) i rozciąganej A_t strefy przekroju. $A_{c} = A_{t} = \frac{A}{2}$

26. Nośność przekroju na ścinanie

27. Nośność przekroju zginanego z uwzględnieniem ścinania

Wpływ ścinania na nośność przy zginaniu można pomijać, jeżeli nośność przekroju nie ulega redukcji wskutek wyboczenia przy ścinaniu, a siła poprzeczna nie przekracza 50% nośności plastycznej przekroju przy ścinaniu.

W przeciwnym razie przyjmuje się zredukowaną nośność obliczeniową przekroju, ustaloną przy założeniu, że w polu czynnik przy ścinaniu występuje zredukowana granica plastyczności.

28. Moment krytyczny

Moment krytyczny można wyznaczyć korzystając z procedury zamieszczonej w normie.

29. Podparcie widełkowe belek na podporach

Stosowanie wzorów do wyznaczania Mcr jest możliwe przy zapewnieniu widełkowego podparcia elementów (belek) na podporach.

30. Elementy konstrukcyjne zabezpieczone przed zwichrzeniem.

Konstrukcyjne zabezpieczenie przed zwichrzeniem uzyskuje się poprzez uniemożliwienie przemieszczenia półki ściskanej przekroju w kierunku prostopadłym do środnika i odpowiednie zabezpieczenie przed obrotem przekroju względem osi podłużne pręta

31. Przykłady zabezpieczenia przed zwichrzeniem

- połączenie z płytą stropową (także obetonowanie)

- połączenie ze sztywną tarczą poszycia dachu z blach trapezowych

- stężenie części ściskanych elementami w odpowiednich odstępach

32. Graniczne wartości ugięć w SGU

33. Typowe przypadki dwukierunkowej pracy belek:

- elementy obciążone w dwóch prostopadłych płaszczyznach np. rygle ścienne

- elementy usytuowane skośnie (obrócone) względem płaszczyzny obciążenia np. płatwie dachowe

- elementy pracujące w złożonych układach konstrukcyjnych

- słupy dwukierunkowo zginane pracujące w układach przestrzennych

34. Schematy statyczne belek dwukierunkowo zginanych

- belki jednoprzęsłowe swobodnie podparte

- belki wspornikowe

- belki swobodnie podparte z przewieszeniem

- belki gerberowskie

- belki ciągłe dwu i wieloprzęsłowe

- belki w złożonych schematach statycznych –ramy płaskie i ramy przestrzenne

35. Miara efektywności przekroju zginanego

promień rdzenia ro=W/A

36. Blachownice

element stalowy wykonany poprzez odpowiednie połączenie (najczęściej zespawanie) nominalne płaskich blach w celu utworzenia przekroju cienkościennego otwartego lub zamkniętego, stosuje się je w przypadku silnie obciążonych belek, najczęściej o znacznych rozpiętościach. Przykłady: (Belki podsuwnicowe, dźwigary dachowe o znacznych rozpiętościach, rygle i słupy ram portalowych w halach, główne belki mostowe, silnie obciążone slupy, podciągi
Blachownice standardowe (znormalizowane – wyglądają jak zwykłe przekroje dwuteowe) – IPBS (słupy mimośrodowo ściskane), HKS(słupy osiowo ściskane), IKS i IKSH (belki zginane).
Blachownice o przekrojach zbieżnych jednostronnie i dwustronnie

37. Dźwigary homogeniczne

blachownice, których środniki i pasy wykonano z tego samego gatunku stali

38. Dźwigary hybrydowe

blachownice, których pasy wykonane są ze stali o wyższej wytrzymałości niż wytrzymałość materiału środnika (np. IKSH)

39. Rozpiętość obliczeniowa blachownic

z uwagi na znaczne wartości przenoszonych obciążeń blachownice opiera się zwykle na wykonstruowanych łożyskach (żebra podporowe i płytki centurjące) L0=Lteoretyczna (Lteoretyczna – odległość między łożyskami lub żebrami podporyowymi)

40. Najczęściej stosowane przekroje żeber:

płaskowniki i kształtowniki (teowniki, kątowniki, ceowniki)

41. Rola użebrowania:

wzmocnienie elementu z uwagi na stateczność miejscową
Żebra podłużne – zmniejszenie smukłości środnika, wzmocnienie elementu
Żebra poprzeczne – zmniejszenie wymiarów paneli środnika w kierunku podłużnym, usztywnienia środnika w miejscu działania sił skupionych (wprowadzenie sił skupionych na środnik) oraz przekazywanie reakcji podporowej z belki, umożliwienie pracy smukłego środnika, w stanie nadkrytycznym, umożliwienie połączenia belek drugorzędnych z podciągiem

42. Belki ażurowe

Belki ażurowe – belki o podwyższonym środniku wykonane z dwuteowników lub ceowników gorąco walcowanych. Wytwarza się je poprzez odpowiednie rozcięcie kształtownika po linii prostej, łamanej lub krzywej, a następnie zestawia się je ze wzajemnym przesunięciem i spawa tworząc nowy, wyższy przekrój belki. Wysokość środnika można dodatkowo zwiększyć poprzez wstawki z blach, szczególnie w przypadku rozcięcia wzdłuż linii prostej lub łamanej.
Zalety belek ażurowych - możliwość wykorzystania kształtowników g/w , -zmniejszenie zużycia stali w stosunku do kształtowników g/w o tej samej nośności (o ok. 20-50%), - wzrost nośności (Wy) i sztywności Iy belki, -możliwość prowadzenia instalacji poprzez otwory w środnikach, - możliwość zautomatyzowania procesu produkcji. Miejsce stosowania: płatwie i dźwigary dachowe, belki w budynkach wielokondygnacyjnych, rygle i słupy ram w halach przemysłowych, belki podsuwnicowe
Założenia procedury wymiarowania: belka ażurowa – układ ramowy o schemacie belki bezprzekątniowej. Przeguby w środku pasów nad i pod otworami w osi obojętnej. Osie teoretyczne układu przechodzą przez środek ciężkości pasów. Momenty pary sił podłużnych w pasach = moment zginający jak dla belki pełnościennej. Siła poprzeczna w przekroju rozkłada się na pasy propocjonalnie do ich sztywności. Dodatkowe momenty zginające, wywołane siłami poprzecznymi, sąrówne zero w środku rozpiętości pasów, a ich maksimum występuje na krawędzi słupa lub przewiązki. Słupki i przewiązki są obciążone siłą rozwarstwiającą oraz dodatkowym momentem zginającym, spowodowanym różnicą sił poprzecznych w dwóch sąsiednich przedziałach belki ażurowej. W SGU wzrost ugięcia o ok20%.

43. Belki ze środkiem falistym

Belki ze środkiem falistym – belki wprowadzone w latach 60-tych. Występowały trudności w łączeniu środnika z pasami. Aktualnie produkcja w pełni automatyczna. Środniki wszystkich typów mają stałą długość fali. Schemat obliczeniowy: Zbliżony do kratownic z równoległymi pasami. Środnik nie przenosi naprężeń normalnych od zginania. Środnik przenosi jedynie siły poprzeczne, a pasy parę sił od zginania. Nośność pasów wyznacza się analogiczne jak w przypadku pasów kratownic. Środnik wymiaruje się zastępując formę falistą formą trapezową.

44. Słupy. Zadania, obliczenia.

1.0 Słupy osiowo ściskane – elementy prętowe (L>5xh) o cienkościennym przekroju otwartym lub zamkniętym poddane działaniu sił podłużnych, w których można pominąć zginanie (nie występuje ściskanie mimośrodowe).
1.1 Zadania słupów – elementy najczęściej pionowe (niekiedy pochylone) przenoszące obciążenie główne w postaci sił normalnych (ściskanie) i momentów zginających (zależnie od schematu statycznego) z wyższych kondygnacji na kondygnacje niższe lub na fundamenty.
1.2 W obliczeniach statycznych słupów należy uwzględniać wpływ: - niestateczności miejscowej (utrata stateczności ścianek przekroju), - niestateczności ogólnej (wyboczenie pręta jako całego elementu)
2.0 Jednogałęziowe elementy osiowo ściskane
2.1 Elementy jednogałęziowe – elementy o przekroju pełnościennym, złożonym ze ścianek połączonych w jednakowy sposób na całej długości pręta.
2.2 Elementy wielogałęziowe – elementy o przekrojach złożonych z dwóch lub większej liczby gałęzi połączonych ze sobą jedynie w powtarzalnych odstępach za pomocą dodatkowych elementów – blach lub prętów skartowania
2.3 Elementy jednogałęziowe – mogą być wykonane o stałym przekroju poprzecznym (przekroje pryzmatyczne) lub o przekroju zbieżnym na długości elementu.
2.4 Elementy osiowo ściskane – elementy pryzmatyczne o osi prostej w których występuje jedynie siła ściskająca podłużna, a ewentualne mimośrody działania tej siły mogą być pominięte.
2.5 Zastosowania elementów osiowo ściskanych: -wybrane słupy wewnętrzne w obiektach kubaturowych, - słupy wewnętrzne w obiektach kubaturowych, - gałęzie ściskane w słupach kratowych