Zalety i wady konstrukcji stalowych. Sposoby walki z wadami.
Zalety: duża wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i ścinanie, materiał izotropowy, względnie lekki (tzn. ρ⋅g/fd = 0,365e-3⋅1/m jest mniejsze niż w innych materiałach)
Wady: mała odporność na korozję atmosferyczną (powłoki malarskie i metaliczne - ocynkowanie), mała ognioodporność (okładziny ogniochronne - beton >5cm, wełna mineralna), reologia - zmiana właściwości fizycznych, chemicznych i technologicznych
Cechy wspólne metali. Uproszczony model wiązań atomowych.
regularna struktura krystaliczna, duża plastyczność, dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, połysk. Wiązanie metaliczne: na powłoce walencyjnej znajduje się 1 lub 2 elektrony.
Miejsca pobierania próbek z wyrobów walcowanych.
Grupy wyrobów walcowanych
6 grup: 1-Pręty (dowożone w odcinkach prostych) np. płaskownik, pręty płaskie lub żebrowane. 2-Walcówka (dostarczane w kręgach). 3-Kształtowniki kątowniki, ceowniki, dwuteowniki, zetowniki, szyny kolejowe, dźwigowe, kształtowniki okien. 4-Bednarka. 5-Rury bez szwów (d<=508 mm). 6-Blachy - cienkie (g=0,2÷2,8mm walcowane na zimno - 400°C), średnie (g=3,0÷4,5mm), grube (g=5,0÷140mm). Blachy walcuje się dwukierunkowo izotropowe, blachy uniwersalne - walcowane 1-kierunkowo, szerokość arkuszy do 700mm duża anizotropowość. Blachy żeberkowe zwiększona wytrzymałość. Wszystkie blachy: w kierunku grubości najmniejsza wytrzymałość i ciągliwość. (środek ścinania s - pkt, przez który musi przejść wypadkowa sił poprzecznych, żeby wystąpiło tylko zginanie pręta)
Opis produkcji wyrobów walcowanych
Kształtowniki na gorąco walcowane wykonuje się z ogrzanych do odpowiedniej temperatury kęsów. Następnie przechodzi to wszystko przez walcarkę, która składa się z kilku klatek, w których są 2 pary walców o osiach V iH. Walce proste i bruzdowe. Musi być 15÷30 przejść.
Kształty próbek na rozciąganie
l0 - baza pomiarowa = n⋅d0, n=5 lub 10 próbki 5- lub 10-krotne.
Wykres rozciągania P-l i σ- próbek z pojedynczego metalu (Fe lub Al)
Proces krzepnięcia stopu
Komórka elementarna- najmniejszy element, który łączy ze sobą atomy danego pierwiastka. Tworzą się ziarna (metal o budowie polikrystalicznej - dążenie do uzyskania największych ziaren krystal.). Z każdego ośrodka siatka narasta w innym kierunku. w przestrzeniach międzyziarnowych zbierają się zanieczyszczenia innymi pierwiastkami duża wytrzymałość, mała ciągliwość, wewnątrz ziaren jest odwrotnie. Im mniejsza średnica ziaren, tym większa ciągliwość. Dodatek glinu b. zwiększa ciągliwość.
Podstawowe siatki sześcienne kryształu
Różnice pomiędzy związkiem chemicznym, mieszaniną i roztworem
Mieszanina - pierwiastki stopowe nie oddziałują ze sobą, związek chemiczny - pierw. stopowe łączą się w cząsteczki proporcje składników stałe, roztwór - procentowy udział składników mieści się w pewnym przedziale.
Wykres równowagi energetycznej roztworu dwuskładnikowego o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym
Eutektyka - stop o oznaczonych proporcjach, który przechodzi ze stanu stałego w ciekły w określonej temperaturze.
Warunki powstawania stopu przesyconego. Starzenie naturalne
Stop, który został szybko ochłodzony, przy przejściu przez temperaturę T1 pierwiastka B nie zdąży się dokonać dyfuzja, nadmiar osadza się na granicach ziaren (tzw. starzenie stopu, bo pierwiastek stopowy wydziela się ze struktury stopu). Proces starzenia trwa do kilku lat. Przez podgrzanie można go skrócić do 1÷2 godzin.
Wykres równowagi energetycznej Fe-C
Proces obróbki cieplnej stali. Wyżarzanie i hartowanie
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.
Przykład wykresu naprężeń własnych. Warunki równowagi tych naprężeń w przekroju elementu
∫A σwdA = 0 i ∫A σw⋅ydA = 0.
Cel badania twardości stali. Metody badań
Twardość jest jedną z charakterystycznych właściwości mechanicznych (wytrzymałościowych) metali. Przez pomiar twardości możliwe jest określenie wytrzymałości stali na rozciąganie i oszacowanie zawartości węgla w stalach węglowych. Metoda Brinella: HB=P/A, P-siła wciskająca ciało badawcze, A powierzchnia c. badawczego. D=10, 5, 2.5mm. HB=2P/(D(D-(D2-d2))0,5) [N/mm2]. Metoda Rockwella - wciskanie stożka Chmielewskiego, HR. Metoda Vickersa - polega na wciskaniu piramidki diamentowej o kącie między ścianami =136°, HV=P/A.
Temperatura rekrystalizacji
Trekr = 0,4Ttopnienia stali, Ttopn=1500° dla stali używanej w budownictwie.
Podział stali węglowej na grupy
niskowęglowa (C≤0,25%), średniowęglowa (0,25≤C≤0,6%), wysokowęglowa (0,6≤C≤1,6%)
Oznaczenia stali węglowej ogólnego przeznaczenia zwykłej i wyższej jakości
St 0…7 - oznaczenie właściwości wytrzym. Im większa wartość, tym większa wytrzymałość i zawartość węgla. W konstrukcjach dominuje St 3. Odmiany: St 3S 0,22%C, 1,10% Mn, St 3V 0,2%C, 1,20% Mn, St 3W 0,17%C, 1,30%Mn. Wraz z przejściem od S do W maleje zawartość węgla i składników psujących jakość stali: siarki i fosforu. X - stal nieuspokojona (w zimie przy obciążeniach dynamicznych - pęka), Y - półuspokojona.
Stal niskowęglowa konstrukcyjna wyższej jakości posiada: niższą zawartość C (mniej wytrzymała), dużą jednorodność, czystość, nie ma dużego rozrzutu. Symbole stali wyższej jakości: St 08 (X, Y) 0,08%C, St 10 0,10%C, St 15 0,15%C
Oznaczenia stali niskostopowej
Stale stopowe w ogóle: symbole: np. 18G2 - 18 0,18%C, G - pierwiastek stopowy poza węglem, 2 - procentowa zawartość pierwiastka stopowego. G-hutniczy symbol manganu (Mn), H-chromu (Cr), N-niklu (Ni), M-molibdenu (Mo), B-boru (Bo). A-stal posiada lepsze własności plastyczne, jest b. ciągliwa, uzyskuje się ją przez rozdrobnienie ziarna. V-wanad (pierwiastek mikrostopowy) występuje w ilości 0,1%, polepsza właściwości mechaniczne.
Stal niskostopowa: *trudno rdzewiejąca: 10H (0,1%C, pierw. stopowy - chrom), 10HA, 10HAV, 10HNAP (P-fosfor). *stale o specjalnym przeznaczeniu (do produkcji rur): R35, R45, R (R nie ma gwarantowanych własności mechanicznych).
Opis procesu hutniczego stali
Ruda- minerały, z których otrzymuje się żelazo (magnetyt, hematyt, limonit, syderyt). Wsad- ruda, koks, topniki. W wyniku procesu wielkopiecowego z wsadu powstaje surówka (2,5÷4,5%C i ≤7% innych domieszek - nie można jej kuć, ani walcować - słabe własności plastyczne). Stal otrzymuje się w procesie świeżenia (utleniania) surówki w konwertorach lub piecach elektrycznych; polega na usunięciu nadmiaru węgla i domieszek krzemu, siarki, fosforu, manganu za pomocą środków silnie utleniających. W końcowym okresie wytapiania i po wylaniu do kadzi przeprowadza się proces odtleniania (uspokajania) - płynna stal zawiera pozostałości tlenku żelaza FeO, który musi być usunięty. Osiąga się to przez dodanie odtleniaczy (mangan, krzem, glin, krzemionka). Powstają tlenki nierozpuszczalne, które wypływają na powierzchnię i łączą się z żużlem (z wypalonego węgla). Krzepnięcie odbywa się we wlewnicach - powstają pęcherze (można zawalcować), jama usadowa i żużel - 2 ostatnie odciąć i złomować.
Wykres umowny i rzeczywisty rozciągania σ- dla stali miękkiej
Wykres umowny - siłę odnosimy do pola pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.
Interpretacja odcinka wzmocnienia wykresu rozciągania próbki stalowej
Ustalenie wytrzymałości obliczeniowej fd na podstawie wykresu rozciągania
fd = fyk / γs, fyk = Re min, γs = 1,15÷1,25.
Zależność granicy plastyczności stali od grubości wyrobu. Interpretacja tego zjawiska
Stal niestopowa, np. St3: t≤16mm Re min=235MPa, 16≤t≤40 225, 40≤t≤100 215.
Stal niskostopowa, np. 18G2: t≤16mm Re min=355MPa, 16≤t≤30 345, 30≤t≤50 420.
Wpływ karbu na zmianę wykresu rozciągania próbki ze stali miękkiej
Sposoby redukcji ostrości karbu w miejscu zmiany przekroju elementu rozciąganego
element się ukosuje w celu usunięcia ostrych karbów (rys.).
Zależność granicy plastyczności od temperatury
Wszystkie najważniejsze parametry (E, A) maleją ze wzrostem temperatury. ReT/Re - granica plastyczności w temperaturze T, (ReT/Re)1 = exp[B(1/(t+273) - 1/273)], (dla St3 B≈140), (ReT/Re)2 = 1,022 - 0,197⋅10-3T - 1,59⋅10-6T2,
Cel przeprowadzania badań udarności. Kształty próbek
Udarność odporność na pękanie pod wpływem uderzenia odporność na działanie obciążeń dynamicznych. Kształty próbek: Mesnager, ISO-Charpy U, ISO-Charpy V, szerokości b=10, 7.5 lub 5mm.
Krzywa seryjna udarności. Ustalenie odmiany plastyczności
Krzywa udarności przesuwa się w prawo pod wpływem nieuspokojenia stali, np. St3SX, gdy stal doznała zgniotu na zimno, np. ceowniki gięte na zimno. Odmiana plastyczności: A, B, C, D, E. Praca łamania Kv=27J, jeśli uzyskamy tę pracę w temp. 20°C B, 0° C, -20° D, -40° E. Najgorsza jest A - wtedy, gdy nic o stali nie wiemy. Jeden gatunek stali może mieć kilka odmian plastyczności. Gdy stal jest krucha, potrzeba małej pracy łamania, im niższa temperatura, tym mniejszej.
Próba zmęczeniowa. Schemat obciążenia. Charakterystyka cyklu zmęczeniowego
Kształt i opis krzywej zmęczeniowej stali
Hipoteza Palmgrena-Minera
Przekrój krytyczny konstrukcji. Liczba tych przekrojów w zależności od hiperstatyczności ustroju
Przekrój krytyczny - miejsce, w którym jest największe prawdopodobieństwo zniszczenia elementu kiedy obciążenie będzie rosło proporcjonalnie do jednego z parametrów. Liczba przekrojów krytycznych = stopień stat. niewyznaczalności + 1
Nośność elementu konstrukcyjnego. Różnica między normowym i fizycznym stanem granicznym
Element pracuje dopóki we włóknach skrajnych nie pojawi się naprężenie większe od dopuszczalnego. Po osiągnięciu granicy plastyczności następuje zniszczenie fizyczne wskutek odkształceń większych od dopuszczalnych. Norma nakazuje stosować współczynniki bezpieczeństwa. fd = fyk / γs, fyk = Re min, γs = 1,15÷1,25.
Normowe kombinacje obciążeń w poszczególnych stanach granicznych
Kombinacje obc. ustala się w zależności od rozpatr. stanu granicznego wg PN-76/B-03001, w wyniku analizy możliwych wariantów jednoczesnego działania różnych obciążeń. Obciążenia powinny być tak dobrane, aby dawały najbardziej niekorzystny efekt w rozpatrywanym stanie granicznym.
W stanach granicznych nośności: kombinacja podstawowa składa się z obciążeń stałych oraz zmiennych uszeregowanych wg ich znaczenia - γfi⋅Gki + 0i⋅γfi⋅Qki obc. stałe i zmienne, 0 - współczynnik jednoczesności; kombinacja wyjątkowa - γfi⋅Gki + 0,8γfi⋅Qki + Fa.
W stanach granicznych użytkowania: kombinacja podstawowa składa się z wszystkich obciążeń stałych i jednego najbardziej niekorzystnego obc. zmiennego - Gki + Qk; kombinacja obciążeń długotrwałych składa się z obc. stałych i długotrwałych części obciążeń zmiennych - Gki + di⋅Qki
Sprawdzanie SGN materiału w stanie jednoosiowego i wieloosiowego stanu naprężeń
u(3)=1/2⋅(σxx+σyy+σzz+xyγxy+yzγyz+zxγzx), prawo Hooke'a: x=(1-)/E⋅[σx-(σy+σz)], y=(1-)/E⋅[σy-(σx+σz)], z=(1-)/E⋅[σz-(σx+σy)], γxy=2(1+)/E⋅xy, γyz=2(1+)/E⋅yz, γzx=2(1+)/E⋅zx, u(3)=uobjętościowe+upostaciowe, uobj=(1-2)/6E⋅(σx+σy+σz)2, upost=(1+)/6E⋅2σred, σred=2-0,5((σx-σy)2+(σy-σz)+6(xy2+yz2+zx2))0,5, σred≤fd, dwuosiowy: σred=(σx2+σy-σxσy+3xy2)0,5≤fd, jednoosiowy: σx≤fd.
Sprawdzanie SGN przekroju osiowo rozciąganego elementu konstrukcyjnego
N≤NRt=A⋅fd. W przypadku eltów osłabionych otworami na łączniki lub zamocowanych mimośrodowo: N≤A⋅fd, A-sprowadzone pole przekroju.
Pręty osiowo obciążone i osłabione otworami na łączniki: Ai=An⋅0,8Rm/Re≤A, A=Ai, An-pole netto mniejszego przekroju poprzecznego płaskiego lub łamanego ścianki.
Pręty pojedyncze zamocowane mimośrodowo: można pominąć wpływ mimośrodu, wtedy A=A1+3A1/(3A1+A2)⋅A2, A1-pole części przylgowej (brutto dla spawanych, netto dla trzpieniowych), A2-pole częsci odstającej.
Pręty pojedyncze zamocowane mimośrodowo na jeden łącznik: A=A1n⋅0,8Rm/Re≤A1, A1n-pole netto części przylgowej.
Przekroje mimośrodowo rozciągane osłabione otworami na łączniki: σet=(-σ)/ot+σ≤fd, (-σ) - naprężenia średnie dla przekr. brutto, σ - naprężenia od zginania dla przekr. brutto, ot=At/At - wskaźnik osłabienia, At - sprowadzone pole strefy rozciąganej, At - pole strefy rozciąganej brutto.
Sprawdzanie SGN przekroju osiowo ściskanego elementu konstrukcyjnego
N/(⋅NRc)≤1, NRc=⋅A⋅fd, dla klas 1,2,3 =1, w klasie 4 <1: w stanie krytycznym =p, w stanie nadkrytycznym =e, e =Ae/A lub Wec/Wc, p=0,8(-p)-0,8 dla 0,75≤(-p)≤1, p=0,8(-p)-1,6 dla 1≤(-p)≤3, (-p)=b/t⋅K/56⋅(fd/215)0,5, =(1+(-)2n)-1/n, n - uogólniony parametr imperfekcji = 1,2÷2,5, (-)=(/p)⋅()0,5, =⋅l0/i, -współczynnik dł. wyboczeniowej, l0-długość pręta w osiach podpór, p=84(215/fd)0,5.
Sprawdzanie SGN przekroju zginanego elementu konstrukcyjnego
M/(L⋅MR)≤1, L-współcz. zwichrzenia, MR=⋅W⋅fd, dla klas 1,2 =p, dla klasy 3 =1, dla klasy 4 -tak jak w ściskaniu, p=0,5(1+pl) - obliczeniowy współczynnik rezerwy plastycznej (dla IPN i IPE px=1,07, dla HEA i HEB px=1,05),pl=Wpl/W, Wpl=|Sc|+|St|, Sc,St-momenty stat. ściskanej i rozciąganej częsci przekr. wzgl. osi obojętnej w stanie pełnego uplastyczn. L przyjmuje się =1 dla eltów zginanych względem osi najmniejszej bezwładności przekroju i dla elementów konstrukcyjnie zabezpieczonych przed zwichrzeniem, tj. eltów, których pas ściskany jest stężony sztywną tarczą, dwuteowników walcowanych, gdy l1≤35iy/⋅(215/fd)0,5, gdy te warunki nie są spełnione: (-L)=1,15(MR/Mcr)0,5, (wzór przybliżony dla dwuteowników swob. podpartych widełkowo, obciążonych momentami na podporach: (-L)=0,045(l0⋅h/(b⋅tf)⋅⋅fd/215)0,5), L=(1+(-)2n)-1/n, n=2,5 dla eltów walcowanych i spawanych automatycznie lub 2 dla pozostałych.
Sprawdzanie SGN przekroju ścinanego elementu konstrukcyjnego
V≤VR=0,58⋅pv⋅Av⋅fd, pv - współcz. niestateczności przy ścinaniu =1, gdy spełniony jest odp. warunek smukłości lub pv=1/(-p)≤1 dla (-p)≤5, (-p)=b/t⋅Kv/56⋅(fd/215)0,5, Av-pole przekroju czynnego przy ścinaniu, ≥1 Kv=0,65(2-1/)0,5≤0,8, <1 Kv=0,65⋅(2-)0,5.
Sprawdzanie SGN przekroju równocześnie zginanego i ścinanego
p. zginanie i ścinanie, potem sprawdza się warunki: M≤MR,V i V≤VR.
Gdy V>0,3VR MR,V=MR⋅[1 - I(v)/I⋅(V/VR)2], I(v)-pole częsci czynnej przy ścinaniu .
Gdy przekrój dwuteowy klasy 1,2 i V>0,6VR MR,V=MR⋅[1,1 - 0,3(V/VR)2]
Sprawdzanie SGN elementu konstrukcyjnego albo rozciąganego osiowo, albo ścinanego, albo ściskanego osiowo
Nośność w złożonym stanie naprężenia: (Nw/NRw+Mw/MRw+P/PRc)2-3p⋅(Nw/NRw+Mw/MRw)⋅P/PRc+(V/VR)2≤1
Sprawdzanie SGN elementu konstrukcyjnego zginanego
p. zginanie.
Sprawdzanie warunków SGU
Przy sprawdzaniu SGU przyjmuje się wartości charakterystyczne obciążeń, nie uwzględnia się współczynników dynamicznych, osłabienia przekrojów otworami na łączniki, obciążenia stałego w przypadku konstrukcji z podniesieniem wykonawczym, wzrostu przemieszczeń spowodowanego efektami II rzędu. Ugięcie belki: fmax<fgr, przemieszczenia poziome konstrukcji: siły osiowe po przemieszczeniu się ramy dają momenty wywracające powstają dodatkowe siły wewnętrzne wskutek mimośrodu; Sprawdzenie częstotliwości drgań własnych: w obiektach użyteczności publicznej w belkach stropowych o l>12m n=1/T≥5Hz. Różnica częstotliwości drgań wzbudzonych i własnych konstr. narażonych na oddziaływania typu harmonicznego powinna wynosić ≥25% częstości drgań własnych.
Podział połączeń trzpieniowych pod względem konstrukcyjnym
*Nity - skład.się z łba i trzonu. Nitowanie polega na tym, że nit surowy ogrzany do ok. 900° wprowadza się w otwory łączonych części i zakuwa.
*Śruby zwykłe i pasowane oraz sworznie - Klasy śrub oznacza się symbolem złożonym z dwóch liczb oddzielonych kropką. pierwsza liczba oznacza 1/100 wymaganej Rm [MPa] (po odrzuceniu miejsc po przecinku). Druga liczba to 1/10 wartości wyrażonej w procentach stosunku Re do Rm, czyli 1/10⋅Re/Rm⋅100. stosuje się: zwykłe śruby o łbach i nakrętkach sześciokątnych w klasach 3 dokładności (III - zgrubna, II - średniodokładna, I - dokładna), pasowane - dopasowanie na zasadzie stałego otworu, otwory wierci się mniejsze od nominalnej średnicy trzpienia (pracochłonne i kosztowne), wkręty do stali, śruby rzymskie, śruby fundamentowe (fajkowe, płytkowe, młotkowe, rozporowe).
*Śruby sprężające - pracują przede wszystkim dzięki tarciu występującymi między łączonymi elementami, powstającego wskutek docisku przez sprężenie śrubami niewielkie koncentracje naprężeń wokół otworów, w konstr. obc. dynamicznie nie trzeba ich wymieniać, łatwość zakładania - nie ma wymagań co do dokładności otworów.
*Kołki, gwoździe i łączniki lekkiej obudowy.
Wytrzymałościowa cecha charakterystyczna połączenia zakładkowego. Konstrukcja tego połączenia
W połączeniach zakładkowych przyjmuje się rozdział obciążenia osiowego na poszczególne łączniki proporcjonalnie do ich nośności. Przy obciążeniu momentem gnącym w płaszczyźnie połączenia przyjmuje się siły działające na poszczególne łączniki prostopadle do ramion obrotu i proporcjonalnie do odległości łączników od środka obrotu znajdującego się w środku ciężkości grupy łączników po jednej stronie styku.
Odległość od czoła blachy w kierunku obciążenia: 1,5d≤a1≤min{12t; 150mm; (4t+40mm)}, Odległość od krawędzi bocznej: 1,5d≤a2≤ min{12t; 150mm; (4t+40mm)}, rozstaw szeregów: 2,5d≤a3≤min(14t; 200mm), Rozstaw łączników w szeregu: 2,5d≤a≤2a3 max-a3.
Nośność łączników:
*Ścięcie trzpienia: SRv=0,45Rm⋅Av⋅m, m- liczba płaszczyzn ścianania, Av = A gdy ścinana część niegwintowana, 0,8As gdy śruba klasy 10.9, As dla pozostałych klas.
*Uplastycznienie wskutek docisku trzpienia do ścianki otworu: SRb=⋅fd⋅d⋅t, przy czym =a1/d≤2,5 lub =a/d-3/4≤2,5, fd- materiału części łączonych, t- sumaryczna grubość części podlegających dociskowi w tym samym kierunku, d- średnica śruby.
*Poślizg styku sprężonego: SRs=s⋅⋅(SRt-St)⋅m, m- liczba płaszczyzn tarcia, s=0,7 przy otworach owalnych długich równoległych do kierunku obc., 0,85 przy otworach okrągłych powiększonych lub owalnych krótkich, 1 przy otworach okrągłych pasowanych lub krótkich, - współczynnik tarcia, St- ewentualna siła rozciągająca śrubę w połączeniu.
Stany graniczne:
Kategoria A: ścięcie lub docisk łączników, B - ścięcie lub docisk łączników i poślizg styku, C - poślizg styku.
Obliczenia połączeń zakładkowych:
*Obciążenie osiowe siłą F połączenia złożonego z n łączników: F≤FRj=n⋅⋅SR, SR- miarodajna nośność obliczeniowa łącznika (zależna od rodzaju stanu granicznego: SRv, SRb, SRs), - współczynnik redukcyjny zależny od odległości l między skrajnymi łącznikami w kierunku obciążenia: l≤15d =1, else =1-(l-15d)/200d≥0,75
*Obciążenie siłą F i momentem M0: Si=((Si,M+Si,F⋅cosi)2+(Si,F⋅sini)2)0,5≤ SR, Si,F=F/n - siła składowa od obciążenia F, Si,M=M0⋅ri/((ri)2) - siła składowa od obciążenia momentem M0, prostopadła do ramienia obrotu, ri- odległości łączników od środka obrotu, i-kąt między wektorami sił składowych SF i SM.
*Dodatkowo należy sprawdzić nośność elementów ze względu na osłabienie otworami na łączniki.
Sposoby wykonywania gwintu śruby. Średnica przejściowa na śrubę
Wytrzymałościowa cecha charakterystyczna połączenia doczołowego. Konstrukcja tego połączenia
W połączeniach doczołowych położenie osi obrotu wyznacza oś pasa ściskanego lub oś ukośnej blachy usztywniającej. Warunki równowagi i siły w poszczególnych śrubach ustala się na podst. zmodyfikowanych rozkładów obc. z uwzgl. współczynników rozdziału obciążenia i. Ponadto przyjmuje się, że udział w przenoszeniu sił od momentu mają co najwyżej 3 szeregi śrub rozmieszczone w bezpośrednim sąsiedztwie pasa rozciąganego.
Odległość swobodnej krawędzi blachy w kierunku prost. do płaszczyzny obciążenia: 1,5d≤a2≤6t, odległość między śrubami: 2,5d≤a≤15t.
Nośność łączników:
*Zerwanie trzpienia: SRt = min {0,65Rm⋅As; 0,85Re⋅As}, As-pole przekroju czynnego rdzenia śruby;
*Rozwarcie styku sprężonego: SRr = 0,85SRt - przy obc. stat., SRr,dyn=0,6SRt;
Stany graniczne:
Kategoria D: zerwanie śrub, E - zerwanie śrub i rozwarcie styku, F - rozwarcie styku.
Obliczenia połączeń doczołowych:
*Grubość blachy czołowej: połączenia niesprężane proste - tmin=1,2(c⋅SRt/(bs⋅fd))0,5, c- odl. między krawędzią spoiny a brzegiem otworu na śrubę, bs- zserokość współdziałania blachy przypadająca na jedną śrubę ≤2(c+d), fd- stali blachy doczołowej. Połączenia sprężane obciążone statycznie ze śrubami klasy 10.9 usytuowanymi w odległości c≤d: tmin=d, dla śrub innych klas: tmin=d⋅(Rm/1000)(1/3). Połączenia sprężane obciążone obc. dynamicznymi: t≥max{1,94(c⋅SRt/(bs⋅fd))0,5; 1,25⋅d⋅(Rm/1000)(1/3)}
*Wpływ efektu dźwigni: =2,67-t/tmin, tmin=1,2(c⋅SRt/(bs⋅fd))0,5, w połączeniach prostych uwzględnia się gdy brak żeber usztywniających blachę doczołową, w połączeniach złożonych uwzględnia się tylko gdy brak żeber i dla zewn. szeregu śrub i>1/, w zginanych złożonych - gdy brak żeber i występuje tylko zewnętrzny szereg śrub.
*Nośność połączeń prostych: N≤NRj=1/⋅n⋅SR
*Nośność połączeń złożonych: N≤NRj=SR⋅i, i na podst. rysunku w normie.
*Nośność ze wzgl. na zerwanie śrub: MRj=SRt⋅i=pp+k-1mi⋅ti⋅yi, p=1 gdy jest zewnętrzny szereg śrub lub p=2, mi- ilość śrub w i-tym szeregu.
*Nośność ze wzgl. na rozwarcie styku: a) połączenie z żebrem usztywniającym: MRj=SRr⋅i=pp+k-1mi⋅ri⋅yi2/ymax; b) połączenie bez żebra: MRj=SRr⋅(m1⋅r1⋅y1+i=2kmi⋅ri⋅yi2/y2)
Rozmieszczenie śrub w kształtownikach walcowanych
Wszystkie potrzebne wielkości (w, emax, d1, d2) są w tablicach inżynierskich.
Nośność śruby w połączeniu kategorii A - p. pyt. 47
Wytrzymałościowe i wykonawcze cechowanie śrub
Klasy śrub oznacza się symbolem złożonym z dwóch liczb oddzielonych kropką. pierwsza liczba oznacza 1/100 wymaganej Rm [MPa] (po odrzuceniu miejsc po przecinku). Druga liczba to 1/10 wartości wyrażonej w procentach stosunku Re do Rm, czyli 1/10⋅Re/Rm⋅100. stosuje się: zwykłe śruby o łbach i nakrętkach sześciokątnych w klasach 3 dokładności (III - zgrubna, II - średniodokładna, I - dokładna), pasowane - dopasowanie na zasadzie stałego otworu, otwory wierci się mniejsze od nominalnej średnicy trzpienia
Budowa śruby. Rodzaje podkładek
p. rys. do 46 i 53
Nośność śruby w połączeniu kategorii C - p. pyt 47.
Sprawdzanie nośności śruby w styku montażowym środnika belki
Najpierw oblicza się SR p. pyt. 47, potem położenie środka ciężkości grupy łączników: x0=Sy/A, odległości nitów względem środka ciężkości: xi, yi, ri, ri2, ev- odl. między środkami ciężkości grup łączników po obu stronach połączenia, M0=V⋅ev, wybieramy łącznik najbardziej obciążony (ten, który jest najdalej od środka obrotu, i w którym sumują się składowe siły), obliczenie siły składowej dla łącznika najbardziej obciążonego: SFx=Fx/n, SFy=Fy/n, SMx=-M0⋅y1/(xi2+yi2), SMy=M0⋅x1/(xi2+yi2), S1=((SFx+SMx)2+(SFy+SMy)2)0,5≤SR.
Rozdział siły obciążającej złącze zakładkowe wzdłuż zakładu - p. pyt 47
Dobór grubości blachy czołowej w styku doczołowym - p. pyt 49
Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym prostym kategorii D i F - p. pyt. 49
Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym złożonym kategorii D i F - p. pyt 49
Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym kategorii D i F obciążonym momentem - p. pyt 49
Podział spoin. Typy spoin czołowych jedno- i dwustronnych
Podział spoin ze względu na:
*pracę spoin (nośne- służą do przenoszenia sił, wymiary należy obl. na podst. warunków wytrz., sczepne - związane z technologią łączenia elementów, nie oblicza się)
*sposób wykonania (ciągłe, przerywane)
*pod względem konstrukcyjnym (doczołowe - układane najczęściej w przygotowanych rowkach, pachwinowe - układane w naturalnych rowkach utworzonych między eltami łączonymi, otworowe i bruzdowe - szczególny przypadek spoin pachwinowych, grzbietowe - do łączenia cienkich elementów, najczęściej bez ukosowania). Typy czołowych rys.
Łączenie doczołowe elementów o różnych grubościach
p. rys., należy zapewnić ciągłą zmianę przekroju stosując pochylenie nie większe niż: 1:1 przy obciążeniach statycznych, 1:4 przy obciążeniach dynamicznych. Jeżeli przesunięcie krawędzi czołowych nie jest większe niż grubość cieńszej blachy i nie przekracza 10mm, to wymagane pochylenie można uzyskać przez odpowiednie ukształtowanie spoiny
Kratery spoiny czołowej. Sposób likwidacji kraterów
Podczas spawania w miejscu jarzenia się łuku pozostaje na jeziorku metalu zagłębienie zwane kraterem spawalniczym. Z powodu dużej szybkości krzepnięcia (w chwili zerwania łuku w celu wymiany elektrody lub zakończenia spoiny) krater ten pozostaje, będąc miejscem skupienia zanieczyszczeń metalu. Układając dalszy odcinek spoiny należy krater dokładnie przetopić. Spoinę bez kraterów spawalniczych można też uzyskać przez wyprowadzenie końców spoiny na płytki wybiegowe.
Wymiary obliczeniowe spoiny czołowej
Grubość obliczeniową a przyjmuje się równą grubości cieńszej z łączonych części, a w przyoadku niepełnych spoin czołowych - głębokości rowka do spawania zmniejszonej o 2mm. Jeśli w połączeniu teowym ze spoinami czołowo-pachwinowymi spełnione są warunki: c≤3 mm, c≤0,2t oraz ai≥t, to tak ukształtowane połączenie można traktować jak połączenie na spoinę czołową o grubości a=t. W przeciwnym razie obowiązują zasady jak dla spoin pachwinowych. Długość obliczeniową l spoin czołowych przyjmuje się równą długości spoiny bez kraterów.
Kształty spoin pachwinowych. Wymiary obliczeniowe
Grubość obl. a przyjmuje się równą wyprowadzonej z grani spoiny wysokości trójkąta wpisanego w przekrój spoiny. Do obliczeń należy przyjmować nominalną grubość spoiny a=anom, przyjmowaną w całkowitych milimetrach; wyjątkowo stosuje się spoiny o grubości 2,5 i 3,5mm. W przypadku spoin wykonywanych automatycznie łukiem krytym lub metodami równorzędnymi, można przyjmować a=1,3anom - dla spoin jednowarstwowych, a=1,2anom≤anom+2mm - dla spoin wielowarstwowych. Jeżeli nie stosuje się specjalnych zabiegów technologicznych, to powinny być spełnione warunki: min{0,2t2,≤10mm; 2,5mm}≤anom≤min{0,7t1; 16mm}, t1, t2 - grubość cieńszej i grubszej części w połączeniu. W przypadku spoin obwodowych rur można przyjmować anom=t1. Długość obl. spoin przyjmuje się równą sumarycznej długości li, przy czym w przypadku spoin nieciągłych można uwzględniać w obl. tylko te odcinki, dla których 10a≤li≤100a i li≥40mm.
Miejsca niedozwolone dla spoin pachwinowych
Spoin pachwinowych nie należy stosować: w strefach nagłej zmiany przekroju belki lub równoczesnego występowania znacznych naprężeń normalnych i stycznych (np. nad podporami belek ciągłych, w narożach ram), w przypadku obciążeń dynamicznych, w przypadku działania agresywnego środowiska.
Podział złączy spawanych
Pachwinowa pozioma podolna, pachwinowa, pionowa, czołowa pozioma naścienna, podpawana pozioma naścienna, czołowa pozioma podolna, pachwinowa pozioma pułapowa, czołowa pozioma pułapowa.
Ustalenie wytrzymałości obliczeniowej materiału spoiny
Oznaczenie elektrody: ER3.46, gdzie 46Rm/10
Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą osiowo lub ścinaną
Wzór ogólny: ((σ/⊥)2+(/||)2)0,5≤fd, σ, - naprężenia w przekroju obliczeniowym połączenia w stanie sprężystym (tu nie występuje) warunek: σ/ ⊥≤fd, ⊥, || - odpowiednie współczynniki wytrzymałości spoiny, które należy zmniejszyć: o 10% jeśli spoina montażowa, o 20% jeśli spoina pułapowa, o 30% jeśli montażowa i pułapowa, tu: ⊥= 0,85 dla rozciągania i ⊥=1 dla ściskania.
Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą mimośrodowo
σ/⊥≤fd, ⊥=1-0,15, - stosunek naprężeń średnich do maksymalnych. (napr. średnie: σF=F/As, od zginania: σM=F⋅e/Ws, maksymalne: σ=σF+σM), ||=0,6, =V/Asv.
Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą mimośrodowo i równocześnie ścinaną
((σ/⊥)2+(/||)2)0,5≤fd, ⊥=1-0,15, - stosunek naprężeń średnich do maksymalnych (p. poprz. pyt.),
Normowy warunek nośności na spoinę pachwinową podłużną lub poprzeczną w połączeniu zakładkowym obciążonym osiowo
F=F/(a⋅l)≤||⋅fd, Re≤255MPa ||=0,8, 255<Re≤355 ||=0,7, 355<Re≤460 ||=0,6.
Normowy warunek nośności na spoinę pachwinową podłużną lub poprzeczną w połączeniu zakładkowym obciążonym siłą normalną i ścinającą
⋅(σ⊥2+3⊥2)0,5≤fd, p. rys., Re≤255MPa =0,7, 255<Re≤355 =0,85, 355<Re≤460 =1, σ=F/As, σ⊥==σ/(2)0,5.
Obliczanie spoin pachwinowych łączących doczołowo wspornik dwuteowy ze słupem dwuteowym
p. rys., σ1=M/Is⋅y1, ⋅(σ⊥2+3⊥2)0,5≤fd, σ2=M/Is⋅y2, σ2⊥=2⊥=σ2/(2)0,5, ≤fd, 2||=P/A2s≤||⋅fd, ⋅(σ⊥2+3(||2+⊥2))0,5≤fd.
Obliczanie spoin pachwinowych w kształcie litery C, obciążonych siłą przechodzącą mimośrodowo względem ich środka ciężkości
p. rys., P=P/As≤||⋅fd, M=M⋅r/I0, I0=Ix+Iy, W=((M+P⋅cos)2+(P⋅sin)2)0,5≤⊥⋅fd.
Spawanie metodą Sławianowa
Jest to spawanie elektryczne łukowe - elektrodą topliwą otuloną. Elektroda otulona to pręt metalowy, na który nałożono masę otulinową. Jej zadaniem jest osłanianie ciekłego metalu przed zetknięciem z powietrzem i oczyszczenie metalu ze szkodliwych domieszek. Pod wpływem ciepła łuku (ok. 6000°C) elektroda topi się wraz z otuliną wytwarzając żużel na powierzchni jeziorka ciekłego metalu. Ciekły metal wykazuje skłonności do łączenia się z gazami atmosferycznymi: tlenem, azotem i wodorem tworząc związki, które ujemnie wpływają na jego własności. Składniki otuliny mają własności: jonizujące przestrzeń łukową i stabilizujące łuk, gazotwórcze, żużlotwórcze, odtleniające i odazotujące stopiwo, regulujące skład chemiczny stopiwa, upłynniające żużel, wiążące masę otulinową.
Izolacja łuku elektrycznego od atmosfery przy spawaniu ręcznym, półautomatycznym i automatycznym
Spawanie ręczne: ochronę stanowi atmosfera gazów wytworzonych z topiącej się otuliny elektrody (p. poprz. pyt.). Spawanie półautomatyczne: w ochronie gazu ochronnego - elektroda goła, ale cieńsza (ok. 2mm) jest to drut giętki nawinięty na bęben. Gaz ochronny: CO2 - SAGMA (shielded active gas metal welding), Ar lub He - SIGMA (shielded inert gas metal welding). Spawanie łukiem krytym: Zamiast otuliny stosuje się topnik w proszku, pod którego warstwą jarzy się łuk między elektrodą topliwą a przedmiotem spawania. Łuk jarzy się niewidocznie pod osłoną topnika zsypywanego z zasobnika. Elektroda w postaci drutu jest podawana samoczynnie z bębna przez podajnik ze ślizgowymi szczękami prądowymi. Na spoinie krzepnie żużel. Nadmiar topnika pozostały na spoinie jest zasysany z powrotem do leja zasypowego. B. duża wydajność: 1m/min, czyli 5÷40 × szybciej niż ręcznie.
Układanie spoiny o dużej grubości
Spoina o dużej grubości: czołowa o gr.>6mm, pachwinowa o gr.>8mm. Spoinę wykonuje się ściegami, jest to spoina wielowarstwowa. Każda warstwa może być wykonana jednym ściegiem zakosowym lub kilkoma prostymi. Ściegiem nazywa się warstwę stopiwa ułożoną jednym przejściem elektrody. Prowadząc ścieg ruchem postępowym prostoliniowym , otrzyma się wąski ścieg nazywany prostym. Jeśli ruch jest wahadłowy, otrzymuje się ścieg zakosowy. Ze względu na to, że warstwa pierwsza jest najmniej jednorodna i wykazuje liczne segregacje, grań spoiny wycina się i układa nową warstwę. Spoinę taką nazywa się podpawaną.
Pozycje spawania
Podolna, naboczna, sufitowa, (pułapowa), pozioma, naścienna.
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.
Klasy spawanych konstrukcji stalowych i kategorie wytwórni tych konstrukcji
W zależności od ilości wad konstrukcje zalicza się do klas: 1 (najlepsza), 2, 3. Ponieważ zniszczenie elementu stalowego konstrukcji budowlanej jest zawsze związane z zagrożeniem życia ludzkiego, spawane elementy stalowe budowli zalicza się do klasy 1. Wytwórnia elementów stalowych powinna mieć uprawnienia do wykonywania połączeń spawanych klasy 1, a więc należeć do zakładów kategorii I. Są jeszcze kategorie II i III odpowiadające klasom 2 i 3.
Kryteria odporności stali na pękanie zimne i gorące
Pękanie zimne: miarą odporności jest równoważnik węgla: Ce=C+Mn/6+(V+Cr)/5+Cu/13+P/2+0,0024t [mm], t - grubość blach spawanych. Jeżeli Ce≤0,4 i C≤0,2, to stal dobrze spawalna; jeśli nie, to stal spawalna warunkowo, np. trzeba wstępnie podgrzać elty do temperatury T0=350(Ce⋅(1+0,005t)-0,25)0,5°C.
Pękanie gorące: Hcs=1000⋅C⋅(S+P+Si/25)/(3⋅Mn+V+Cr). Hcs<4 stal odporna na pękanie gorące.
Powstawanie naprężeń spawalniczych - p. rys.
ql- moc źródła ciepła, ql=⋅UJ/v [J/cm], =0,4⋅W/cm⋅°C, cρ=4,3J/cm3⋅°C, a=/cρ, Tmax(y,t)=ql/(g(4cρt)0,5)⋅exp(-y2/4at), t0i=yi2/2a
Powstawanie deformacji spawalniczych - p. rys.
Charakterystyczne przekroje belek metalowych. Warunki powstania nieswobodnego skręcania
p. rys., Skręcanie nieswobodne występuje, gdy obciążenie nie przechodzi przez środek ścinania i zamocowanie uniemożliwia deplanację przekroju.
Sprawdzanie nośności belki zginanej i równocześnie nieswobodnie skręcanej. Uproszczony sposób potraktowania nieswobodnego skręcania
e=1/A⋅(Af2⋅h+Aw⋅h/2), ys=e-I2y/Iy⋅h, I2y=tf2⋅bf23/12, I1y=tf1⋅bf13/12, Iwy=bw⋅tw3/12, Iy=I1y+I2y+Iwy, Ms=M+Md, B1max=ms⋅(ch(k⋅l/2)-1)/(k2⋅ch(k⋅l/2)), B2max=Ms⋅sh(k⋅b)⋅sh(k⋅a)/(k⋅sh(k⋅l)), k=G⋅Id/(E⋅I), Id=1/3⋅bi⋅ti3, I=∫A 2dA, Nośność przekroju: M/MR+B/BR≤1, MR=W⋅fd.
Minimalna wysokość belki
Ze względu na sztywność: np. belka swobodnie podparta obciążona równomiernie q: Mmax=q⋅l0/8, fmax=5/384⋅q⋅l04/EI =5/48⋅(q⋅l02/8)⋅l02/EI =5/48⋅Mmax⋅l02/EI, σmax=Mmax/Wx =2⋅Mmax/(I⋅h) I=W⋅h/2 fmax=5/48⋅Mmax/(W⋅h/2)⋅l02/E =5/48⋅σmax/E⋅2⋅l02/h hmin/l0=5/24⋅σmax/E⋅l0/fmax, smax=fd/γf', γf'=(γf,g⋅g+γf,p⋅p)/(g+p), l0/fmax z normy, E=205GPa. Inaczej: np. dla belki obustronnie utwierdzonej fmax=1/384⋅q⋅l04/EI.
Optymalna wysokość blachownicy
Ze względu na ekonomikę: A=Aw+2Af, I≈tw⋅h3/12+2Af⋅(h/2)2, W=I/(h/2) =tw⋅h2/6+Af⋅h =A⋅h/2-tw⋅h2/3, w=h/tw, Aw=tw⋅h, A=2W/h+2/3⋅h2/w, dA/dh=-2W/h2+4/3⋅h/w=0, hopt=(3/2⋅w⋅W)(1/3)≥hmin, dla belek złożonych dochodzi jeszcze warunek minimalnej masy własnej: h=max(hmin, hopt), =Aw/A, W=A⋅h/2-tw⋅h2/3=A⋅h⋅(1/2-/3), h=w⋅tw, h2=w⋅tw⋅h =w⋅Aw=w⋅⋅A, W=A⋅(w⋅⋅A)0,5⋅(1/2-/3) =(w⋅⋅A3)0,5⋅(1/2-/3), maksymalna nośność, gdy dW/d=0 =1/2, tw≈7+3⋅h/1000, hopt=(3/2⋅W/tw)0,5, σmax=Mmax/(W⋅L) W≥Mmax/fd.
Konstrukcja blachownicy w miejscu zmiany przekroju poprzecznego - p. rys.
Ustalanie klasy przekroju poprzecznego belki - p. rys. 39 i plik stateczn na kalkulatorze.
=(215/fd)0,5, pas: b'f/tf ≤9, ≤10, ≤14, >14; środnik: ≤33/, ≤39/, ≤42/K2, >42/K2, K2=0,4+0,6, gdy 0≤≤1 i >1, K2=0,4/(1-), gdy <0 i >1, =a/bw, a- rozstaw żeber lub innych eltów usztywniających (jeśli ich nie ma, to a≈2/3⋅bw).
Nośność na zginanie przekroju belki
p. rys., pyt. 40, 41 i 42; dodatkowo: w przekroju 1: σ1=M1/W≤fd, σ1cr=p⋅Re; w przekroju 2: 0=V/Av≤fdv≈0,58fd, Av=bw⋅tw dla blachownic, 0cr=pv⋅Re.
Obliczanie współczynnika rezerwy plastycznej p i współczynnika niestateczności miejscowej p
p=0,5(1+pl) - obliczeniowy współczynnik rezerwy plastycznej (dla IPN i IPE px=1,07, dla HEA i HEB px=1,05), pl=Wpl/W, Wpl=|Sc|+|St|, Sc,St-momenty stat. ściskanej i rozciąganej częsci przekr. wzgl. osi obojętnej w stanie pełnego uplastyczn. Inaczej: pl=Mpl/Mspr, Mspr=Pspr⋅espr i Mpl=Ppl⋅epl p. rys.
p=0,8(-p)-0,8 dla 0,75≤(-p)≤1, p=0,8(-p)-1,6 dla 1≤(-p)≤3, (-p)=b/t⋅K/56⋅(fd/215)0,5, K- wpółczynnik podparcia i obciążenia ścianki.
Nośność przekroju belki na ścinanie
p. pyt. 41 i 39 (ściskanie żeber) i 96 (moment krytyczny)
Interakcyjna nośność przekroju belki na zginanie i ścinanie
p. pyt. 41
Normowe warunki nośności belki
p. 39, 40, 41, 42
Moment krytyczny belki zginanej momentem równomiernym na całej jej długości i innym rozkładem
Obciążenie krytyczne to takie, przy którym belka traci stateczność, czyli następuje zwichrzenie giętno-skrętne (trzy składowe przemieszczenia: u, v, ). Dla belki swobodnie podpartej obciążonej na podporach momentami Mcr: Mcr0=/(y⋅L)⋅ (E⋅Iy⋅G⋅Id)0,5⋅ (1+2⋅E⋅I/(G⋅Id⋅⋅L))0,5, y - współczynnik długości wyboczeniowej przy wyboczeniu giętnym, - współczynnik długości wyboczeniowej przy wyboczeniu skrętnym =1 dla podparcia widełkowego, =0,5, gdy belka przyspawana do sztywnej płyty, Id=1/3⋅bi⋅ti3, I=Iy⋅h2/4 dla bisymetrycznego dwuteownika. Dla wykresów nieprostokątnych: Mcr=1/m⋅Mcr0: *obc. równomierne - m=0,88, *jedna siła w środku rozpiętości - m=0,74, *dwie siły w odstępie L/2 - m=0,96,*moment na jednej podporze - m=0,57, *rozkład dowolny (podpora lewa - M1, podpora prawa - M5, pomiędzy nimi M2, M3, M4 w równych odstępach) - m=(3M2+4M3+3M4+2Mmax)/(12Mmax).
Sposoby zabezpieczenia belki przed zwichrzeniem
L przyjmuje się =1 dla eltów zginanych względem osi najmniejszej bezwładności przekroju i dla elementów konstrukcyjnie zabezpieczonych przed zwichrzeniem, tj. eltów, których pas ściskany jest stężony sztywną tarczą, dwuteowników walcowanych, gdy l1≤35iy/⋅(215/fd)0,5, przykłady - p. rys.
Nośność środnika podciągu walcowanego pod ułożoną na nim belką
p. rys., c1=tw1+2(r1+tf1), c0=c1+5(r+tf), yc=h/2-(r+tf), σc=Mmax/Ix⋅yc, P≤PR,w=c0⋅tw⋅fd⋅c, jeśli warunek nie spełniony, to trzeba zastosować żebro.
Nośność środnika podciągu blachownicowego pod ułożoną na nim belką
p. rys., c1=tw1+2(r1+tf1), c0=c1+2(r+tf), P≤PR,c=kc⋅tw2⋅fd⋅c, kc=(15+25c0/tw)⋅(tf/tw⋅215/fd)0,5≤c0/tw, jeśli warunek nie spełniony, to trzeba zastosować żebro.
Zadanie żebra poprzecznego w blachownicy i dobór jego geometrii
Żebro zapewnia niezmienność konturu przekroju poprzecznego w miejscach występowania dużych wartości siły tnącej (np. na podporze), zapobiega uplastycznieniu środnika w miejscach przyłożenia sił skupionych, zapewnia stateczność środnika - zapobiega jego wyboczeniu poprzez wymuszenie linii węzłowych podczas wybaczania (jeśli spełniony warunek: l1≤35iy/⋅(215/fd)0,5).
Wymiarowanie:
*Żebro dwustronne: bs≥bw/30+40, ts≥2bs⋅(fd/E)0,5, Is=2[ts⋅bs3/12+ts⋅bs⋅((bs+tw)/2)2]≥k⋅bw⋅tw3, k=1,5(bw/a)2≥0,75
*Żebro jednostronne (gdy nie jest stosowane do połączeń z belkami stropowymi): bs≥bw/24+50, ts≥2bs⋅(fd/E)0,5, Is=ts⋅bs3/12+ts⋅bs⋅((bs+tw)/2)2≥k⋅bw⋅tw3, k=1,5(bw/a)2≥0,75
*Sprawdzenie nośności na ściskanie żebra podporowego: R/(⋅NRc)≤1, NRc=As0⋅fd, As0=2bs⋅ts+30tw2 - pole badanego przekroju (bo przyjmuje się długość współpracującą środnika po 15tw w obie strony), Is0=Is+30tw⋅(tw)3/12, is0=(Is0/As0)0,5, =0,8bw/is0, p=84(215/fd)0,5, =[1+(/p)2,4](-1/1,2).
Wymiarowanie płytki stalowej pod stopką belki opartej na murze
p. rys., R0/(a⋅b)≤Rm wytrz. obl. muru, R0/(tw⋅c0)≤fd, c0=a+r+tf a≥R0/(fd⋅tw)-r-tf, ,σ=Mmax/W≤fd Mmax=σm0⋅0,5⋅(b-bf)/2, W=a⋅t2/6 t≥0,5(b-bf)⋅(3⋅σm0/fd)0,5, fmax≤(b-bf)/1000, fmax=qmk⋅0,5(b-bf)4/(8EI), I=a⋅t3/12, qmk=σmk⋅a, σmk=σm0/γf t≥0,154⋅0,5(b-bf)⋅(σmk)1/3
Połączenie przegubowe belki walcowanej ze słupem wielopiętrowym
Trzeba sprawdzić docisk do stolika: t⋅b⋅fdb≥R, fdb=1,25fd, Frezować górę stolika i jak na rys.
Połączenie przegubowe belki walcowanej z podciągiem walcowanym
1-szy wariant tylko, gdy drugi koniec spoczywa na murze; 2-gi wariant również, gdy belka pomiędzy dwoma podciągami.
Połączenie przegubowe belki walcowanej z blachownicą
Nie stosować połączeń sprężanych typu C, bo nie będzie możliwości obrotu; W konstrukcjach obc. dynamicznie nie spawać żeber do dolnej stopki blachownicy; może wystąpić ścięcie trzpieni lub uplastycznienie ścianki otworu.
Połączenie sztywne belki walcowanej z blachownicą
Kolejność układania spoin w styku montażowym blachownicy
wg. rys., zachowanie tej kolejności minimalizuje wpływ naprężeń własnych.
Główne części słupa. Podział słupów ze względu na przekrój poprzeczny
Części słupa:
*Trzon - podstawowy element nośny, w słupie osiowo ściskanym jest przeważnie prętem pryzmatycznym. Przekrój poprzeczny może być pełnościenny (pojedynczy element walcowany lub z kilku elementów walcowanych) lub wielogałęziowy rozdzielny.
*Głowica - służy za podporę dla wyżej położonych części konstrukcji i przekazuje nacisk z tych części na trzon.
*Podstawa - rozkłada siłę osiową panującą w trzonie na fundament i kotwie słup w fundamencie.
Podział słupów: pełnościenne i wielogałęziowe rozdzielne.
Wpływ imperfekcji (wstępnego wygięcia i naprężeń własnych) na sztywność osiową
Imperfekcje: Naprężenia własne, wygięcie wstępne, mimośród siły ściskającej. Wpływ naprężeń własnych: niech Aw=Af i c=1/8bf, wtedy charakterystyki przekroju zredukowanego: A”=0,833A, Ix”=0,785Ix, Iy”=0,422Iy. Wpływ wygięcia wstępnego: skrócenie pręta idealnego: l=N⋅l/EA, niech f0=l/500, wtedy l”=l+2f0/4l, itd..
Krzywe σE, σcr i σc jako funkcje smukłości względnej
Siła krytyczna eulerowska: NE=2EI/(l)2=E/(l)2⋅A⋅i2=2E/2⋅A (bo =l/i), σE=NE/A=2E/2=E⋅fd E=2E/(2fd),, σcr=σE/γ=2E/(γ⋅2)=cr⋅fd cr=2E/(γ⋅2⋅fd), γ=4/3, σc=⋅fd, =(1+(-)2n)-1/n, n - uogólniony parametr imperfekcji, (-)=/p smukłość względna.
Ustalanie smukłości porównawczej pręta ściskanego
p=/1,15⋅(E/fd)0,5=84(215/fd)0,5.
Nośność trzonu słupa pełnościennego
N/(NRc)≤1, NRc=⋅A⋅fd, =1 dla klas 1,2,3, =p dla klasy 4, p=0,8(-p)-0,8 dla 0,75≤(-p)≤1, p=0,8(-p)-1,6 dla 1≤(-p)≤3, (-p)=b/t⋅K/56⋅(fd/215)0,5, ścianka typu środnik: K=1, ścianka typu półka: K=3, =(1+(-)2n)-1/n, =min{x, y}, n - uogólniony parametr imperfekcji = 1,2÷2,5, (-)=(/p)⋅()0,5, =⋅l0/i, -współczynnik dł. wyboczeniowej, l0-długość pręta w osiach podpór, p=84(215/fd)0,5.
Nośność trzonu słupa wielogałęziowego
aN/(NRc)≤1, x=x⋅l0/ix, m=(y2+m/2⋅v2)0,5, v - smukłość postaciowa, m - liczba gałęzi słupa, dla słupa z przewiązkami: v=l1/i1, l1 - osiowy rozstaw przewiązek, i1, promień bezwł. przewiązki względem osi 1-1, w słupie skratowanym: v=5,3⋅(A/(n⋅A))0,5, A - pole przekroju wszystkich gałęzi, n - liczba płaszczyzn skratowania w kierunku wyboczenia, A=AD⋅tg≤AD - pole krzyżulców w jednej płaszczyźnie, w jednym przedziale skratowania. Jeżeli x>m projektujemy jak słup pełnościenny wybaczający się względem osi x, jeżeli x<m słup będzie się wybaczał względem osi y, wtedy =min{1, p}, 1(1=l1/i1) - wsp. wyboczeniowy dla jednej gałęzi słupa wybaczającej się pomiędzy węzłami wiązań.
Siła krytyczna trzonu słupa wrażliwego na działanie siły poprzecznej
Zależność parametru (/GA) od typu wiązania gałęzi
Sposoby łączenia przewiązki z gałęzią słupa i wymiarowanie mocowania przewiązki
Konstrukcja przepony pośredniej w słupie z przewiązkami i skratowanym
Konstrukcja głowicy słupa pełnościennego dwuteowego
Konstrukcja głowicy słupa dwugałęziowego
Konstrukcja i obliczanie przegubowej podstawy słupa z łożyskiem stycznym
Konstrukcja i obliczanie podstawy słupa dwuteowego tylko z płytą poziomą
Konstrukcja i obliczanie podstawy słupa z płytą poziomą i żebrami pionowymi
Zmniejszanie grubości płyty poziomej podstawy słupa
Otwory na śruby kotwiczne słupa w zależności od sposobu ich zabetonowania
Zależność siły poprzecznej w słupie od imperfekcji geometrycznych
Podział dźwigarów kratowych w zależności od typu ustroju statycznego i od obrysu
Zasady konstruowania kratownic
Wyznaczanie sił w pasach i wykratowaniu na podstawie sił przekrojowych
Ustalanie znaków sił w prętach kratownicy
Obliczanie zastępczego momentu bezwładności dźwigara kratowego
Sposoby zwiększania sztywności giętnej dźwigara z jego płaszczyzny
Długości wyboczeniowe pasa ściskanego dźwigara kratowego
Zasady rozmieszczania tężników połaciowych poprzecznych i tężników pionowych w przekryciu
Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z podwójnych kątowników
Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z połówek dwuteowników
Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z rur kołowych