Wytrzymałość - jest to granica naprężeń wewnętrznych powyżej której przy obciążeniu statycznym rozpoczyna się niszczenie materiału. Najważniejszym badaniem na określenie wytrzymałości jest badanie wytrzymałości na rozciąganie.

Re - granica plastyczności

Rm - granica wytrzymałości doraźna

σ - naprężenie (Mpa); ε - wydłużenie (%)

E - moduł sprężystości podłużnej

Udarność - wyniki badań statystycznych nie dają informacji na temat zachowania się materiałów w czasie występowania obciążeń dynamicznych, nagłych zmian obciążeń. Aby określić te właściwości stosuje się badania udarowe na: rozciąganie, ściskanie, skręcanie i zginanie. Najczęściej stosowana próba udarowa na zginanie, na próbkach z korbem lub bez korbu. Próba udarności polega na złamaniu znormalizowanej próbki z korbem za pomocą urządzenia zwanego młotem wahadłowym i wyznaczeniu potrzebnej do tego pracy. Dzieląc tę pracę przez przekrój próbki w miejscu korbu otrzymuje się wielkość umowną zwaną udarnością. Próbę udarności wykonuje się w temp. 20±5°C. Udarność będąca miarą odporności materiału na pękanie pod wpływem uderzenia stanowi miarę kruchości materiału. Im bardziej kruchy materiał tym jego mniejsza udarność. Efektem próby mogą być trzy rodzaje złamań: *poślizgowy-próbka została zgięta, a pęknięcie nastąpiło po przekroczeniu gr. plastyczności; *kruchy-próbka pęka nie ulegając odkształceniom plastycznym; *z rozwarstwieniem-może wskazywać na obecność zanieczyszczeń. Czynniki wpływające na udarność: temperatura(przy niskich temp. Zjawisko kruchości na zimno, po wygrzaniu rozwija się kruchość cieplna); konstrukcyjne(promień zaokrąglenia, głębokość korbu, kąt nachylenia ścian, ostre krawędzie i rysy); technologiczne(zależy od procesu stalowniczego, składu chemicznego, zawartości węgla, kierunek wycięcia próbki a kierunek walcowania)

Twardość - jest jedną z charakterystycznych właściwości mechanicznych stali, zaliczaną do właściwości wytrzymałościowych. Metody stosowane do badania twardości cechuje: prostota i łatwość wykonania, niski koszt prowadzonych badań. Metody te pozwalają na ocenę struktury i jednorodności metalu, ocenę stopnia zgniotu i kierunku anizotropii, określenie z dużym przybliżeniem wytrzymałości stali na rozciąganie, oszacowanie zawartości węgla. Twardość jest miarą oporu materiału przeciw odkształceniom trwałym, powstałym w skutek wciskania wgłębnika. Metody badań: statyczne (Brinella, Rockwella, Vickersa); dynamiczna (młotek Poldi)

Metoda Brinella polega na wciskaniu pod obciążeniem P stalowej kulki hartowanej o średnicy D w powierz. badanego materiału. d - śred. odcisku

Obciążenie należy tak dobrać, aby dla danego metalu i średnicy kulki D średnica odcisku mieściła się w granicach 0,25D<d<0,6D. Grubość badanego materiału powinna być kilkakrotnie większa od głębokości odcisku, aby uniknąć wpływu podłoża. Metody Rockwella i Vickersa polegają na wciskaniu w materiał stożków diamentowych o kącie wierzchołkowym: Rockwella 120°; Vickersa 136°. Twardość Vickersa wyraża się wzorem:

Młotek Poldi - metoda dynamiczna, pod wpływem uderzenia kulka stalowa wgłębia ię jednocześnie w materiał badany i w płytkę wzorcową o znanej twardości HB. Wyznaczenie twardości dokonuje się przez porównanie średnic otrzymanych odcisków i obliczamy ze wzoru: HB_w - pł. wzorcowa, HB - pł. badana

Dokładność pomiaru twardości za pomocą młotka Poldi jest zależna od różnicy twardości pł. wzorcowej i badanego materiału. Zaletą tej metody jest możliwość przeprowadzenia badania w terenie na konstrukcji. Korozja stali - jest to proces niszczenia stali lub metali w skutek chemicznego lub fizykochemicznego oddziaływania środowiska zewnętrznego (powstawanie tlenków lub wodorotlenków). Wyróżniamy korozję: naturalną, międzykrystaliczną (wewnątrz materiału), korozję naprężeniową. Zabezpieczenie przed korozją: dobór właściwego składu chemicznego dla konstrukcji, stosowanie stali trudno rdzewiejących (niskostopowych), odpowiedni sposób konstruowania tak aby był możliwy dostęp do wszystkich części wklęsłych kształtowników, stosowanie odpowiednich i prawidłowo położonych powłok ochronnych: metalowe (ocynk zanurzeniowy lub galwanizowanie, aluminium w wysokiej temp., chromowanie); powłoki malarskie( dokładne oczyszczenie i odtłuszczenie, nałożenie podkładu, powłoka zewnętrzna)

Spawalność - jest to zdolność tworzenia połączeń spawanych w pewnych z góry określonych właściwościach. Jeżeli właściwości te osiągamy w sposób łatwy bez żadnych dodatkowych zabiegów wówczas materiał określamy jako łatwospawalny, w przeciwnym razie określamy jako trudnospawalny. Jeżeli stosowanie dodatkowych zabiegów nie przynosi rezultatów mówimy że materiał jest niespawalny. Podział stali ze względu na spawalność: * łatwospawalne - w temp. otoczenia 5°C i grubośći ścianek powyżej 40 mm, bez stosowania zabiegów dodatkowych uzyskuje się połączenie bez zanieczyszczeń, porów, bez pęknięć w strefie wpływu ciepła. * średniospawalne - połączenia bez wad do materiału o gr. elementów łączonych pow. 20 mm, wymaga zastosowania środków ostrożności (wolniejsze spawanie, podgrzewanie)

* trudnospawalne - niezależnie od grubości elementów należy stosować dodatkowe zabiegi przed i po spawaniu (wolniejsze spawanie, grupsza elektroda, podgrzanie przed spawaniem, obróbka cieplna po spawaniu). * niespawalne - pomimo zastosowanych środków ostrożności i zabiegów dodatkowych nie daje się uzyskać połączeń o potrzebnych właściwościach.

Na proces spawania wpływ mają różne grupy czynników a do głównych zaliczamy: *metalurgiczne - skład chemiczny stali, struktura metalu, ilość zanieczyszczeń

*technologiczne - rodzaj spawania, szybkość spawania, grubość i rodzaj elektrod, moc i źródło ciepła( spawanie elektryczne i gazowe)

*konstrukcyjne - sztywność konstrukcji, grubość elementów, rozmieszczenie i grubość spoin

Połączenie spawane potocznie zwane spoiną składa sięz przetopionego w procesie spawania materiału rodzimego, elementów łączonych oraz materiału dodatkowego zwanego spoiwem.

Zła spawalność objawia się pęknięciami spoin, materiału rodzimego ( podczas spawania lub stygnięcia), zła jakością spoiwa (zanieczyszczenia, pęcherze). Przyczyną może być niezachowanie właściwej technologii spawania.

Ciągliwość - jest przeciwieństwem kruchości; sprawdzamy przez wydłużalność; badanie przez zginanie i pomiar kąta spękań w miejscu zagięcia, właś. stwierdzana na zimno;

Kujność - pozwala dowolnie kształtować stal w temp. białego żaru.

Metalurgia - podstawowym surowcem są rudy żelaza które stanowią około 4,5 % składu wszystkich pierwiastków skorupy ziemskiej, są to związki chemiczne z domieszką różnych pierwiastków z których żelazo odzyskujemy w procesach wysokoenergochłonnych. Podstawowe rudy żelaza to: magnetyt Fe₃O₄, zawiera ok. 45-75 % żelaza; hematyt Fe₂O₃, ok. 30-60 % żelaza; limonit 2Fe₂O₃3H₂O ok. 25-40 % żelaza; sygleryt FeCO₃, ok. 30-40 % żelaza. Rudy zawierające do 30 % żelaza nazywamy ubogimi, 30 - 50 % średnio ubogie, pow 50 % bogate. Proces przygotowania rudy do przeróbki: rozkruszenie, sortowanie (usunięcie części mineralnych), prażenie (odparowanie wody), mielenie i prasowanie.

Proces wielkopiecowy: zasyp przez gardziel (koks+rudy+topniki), doprowadzenie od dołu ciepłego powietrza, odprowadzenie gazu wielkopiecowego do nagrzewnicy gdzie oddaje ciepło powietrzu doprowadzonemu do pieca, procesy redukcji rudy, dodanie topników aby złączyły trudno topliwe składniki, przelanie surówki do kadzi, mieszalników gdzie następuje ujednolicenie struktury. Skład chemiczny surówki: 93 % żelaza, 2,5 - 4,5 % węgla, 0,3 - 4 % krzemu, 0,2 - 2% manganu, 0,1 - 2 % fosforu, 0,03 - 0,08 % siarki.

Proces stalowniczy - (świeżenie stali) - służy do likwidacji odpowiednich składników a niektórych do zwiększenia, odbywa się to przez utlenianie. Proces przechodzenia ze staliwa do stali nazywamy obróbką plastyczną w efekcie którego stal uzyskuje włóknistą budowę. Obróbka cieplna jest to zabieg lub połączenie zabiegów cieplnych w wyniku których zmienia się struktura stopu a tym samym ich właściwości fizyczne i chemiczne. Rodzaje obróbki: wyżarzanie, odpuszczanie, hartowanie, przesycanie i starzenie stali.; obróbka cieplno-chemiczna: nawęglanie, azotowanie. Obróbka plastyczna: obróbka pla. Na zimno i na gorąco, walcowanie, kucie, tłoczenie, wyciskanie, ciągnienie.

Podział stali: wg stopnia czystości (zwykłej jakości, wyższej jakości); wg przeznaczenia (określonego przeznaczenia, ogólnego przeznaczenia); wg składu chemicznego ( węglowe i stopowe). Stale Węglowe dzielą się na : niskowęglowe C < 0,25 %; średnio węglowe < 0,6 %; wysokowęglowe > 0,6 %. Stale stopowe dzielą się na niskostopowe i wysokostopowe.

Blachownica - są to specjalne przekroje konstrukcyjne o wymiarach większych niż kształtowniki wykonywane na liniach technologicznych hut - o rozpiętościach większych niż 6-8 m. Dawniej pracochłonne wersje nitowane lub śrubowe o dużych odkształceniach obecnie w wersji spawanej - blachy o grubych wymiarach. Można kształtować zmianę przekroju blachownicy ( zmniejszenie materiałochłonności, max efektywność) poprzez zmniejszanie grubości pasów górnych i dolnych lub poprzez zmniejszenie szerokości pasów górnych i dolnych. Zmiany dostosowywane są do zmian sił wewnętrznych (momentów zginających)

Wymiarowanie: *ciężar własny blachownicy q =(0,7+0,2⋅l)⋅β (kN/m); β -współ. ^nitowanie/ _spawanie

*stan graniczny nośności - wytrzymałości: zwichrzenie ogólne , zwichrzenie lokalne

*stan graniczny użytkowania- sztywności

f _max< f_graniczne; przy l> 12 m częstotliwość drgań własnych n>5 Hz

*wysokość środnika blachownic

war. smukłości λ = h/t_w =110÷150

*szerokość blachy środnika t_w = 6÷12mm,gdy jest ochrona przed war. atmosferycznymi to 6-7mm

*szerokość blach podstawy b_f ≅ h/4 ÷ h/3 *grubość blach pasów t_f → 28-36 mm

*sprawdzenie klasy przekroju blachownicy

Jeżeli przekrój w IV klasie(naprężenia nie mogą być większe niż powodujące falowanie ścianki) należy wprowadzić żebra poprzeczne. 1x wys. środnika < żebra rozstaw < 2x wys. środnika

Wymiarowanie konstrukcji - stalowych jest to taki etap projektowania na którym dobieramy przekroje elementów na podstawie ekstremalnych sił wewnętrznych występujących w tych przekrojach w efekcie obciążenia konstrukcji. Obciążenia, siły ekstremalne o różnym charakterze: stałe (od ciężaru konstrukcji), zmienne(od każdego dodatkowego przewidzianego obciąż. konstr.)

Zmienne dzielą się na długotrwałe (maszyny, urządzenia, wyposażenie) i krótkotrwałe(śnieg, wiatr, suwnica, mogą występować lub nie, mogą mieć zmienny kierunek, natężenie w czasie). Liczymy obciążenia stałe, potem wszystkie obciążenia zmienne, robimy zestawienie wszystkich sił ekstremalnych i dokonujemy sprawdzenia (wg wybranej metody). *metoda naprężeń dopuszczalnych, k = R_emin/η

*metoda stanów granicznych: - stan graniczny nośności: do obliczeń bierzemy siły obliczeniowe, obciążenia obliczeniowe wymnażamy lub dzielimy przez odpowiednie współczynniki mniejsze lub większe od 1. - stan graniczny użytkowania: do obliczeń bierzemy obciążenia charakterystyczne

*Sprawdzenie stanu granicznego nośności: f _max < f_graniczne,

Rozciąganie osiowe: N < N_Rt ; N- obliczeniowa siła osiowo rozciągająca, N_Rt - obliczeniowa nośność przekroju

Ściskanie osiowe: N_R = V_R= 0,58 ⋅ ϕ_pv ⋅ A_V ⋅ f_d ; N < ϕ ⋅ N_RC ϕ - wsp. wyboczeniowy

Moment zginający: M_x < ϕ_L ⋅ M_rx; M_rx= α_p ⋅ W_x ⋅ f_d; M_x -moment max, M_rx - obl. nośność przekroju

*Sprawdzenie stanu użytkowania - sztywności: sprawdzenie warunku użytkowania, sprawdzenie ugięcia w stosunku do ugięcia granicznego i drgań własnych, ugięcie liczone od obciążeń charakterystycznych, f_max < f_gr, n zależy od elementu 150:250:350

Podkładka - wymiarowanie podkładki - belek, dźwigarów

a < 15 + ^h/₃ cm, c = 0,006 ⋅ L - wydłużenie pożarowe

należy z odpowiedniej normy sprawdzić nośność muru, nośność zależy od klasy cegły i zaprawy

R₁ < m_d ⋅ R_m ⋅ F_d ; R_m = R_mk/γ_m ; γ_m=1,5 R_m -wytrz. obl. muru; F_d - pole docisku

Jeżeli warunek jest spełniony nie wymagana jest podkładka pod belkę. Jeżeli natomiast warunek nie jest spełniony musimy zwiększyć szerokość podparcia przez dodatnie podkładki z blachy.

Przewiązki słupa - wymiarujemy na zastępczą siłę Q;

liczba przewiązek musi być parzysta, odległości skraju przewiązki

i belki min 40 mm; Q = 0,012 ⋅ A ⋅ f_d ; siła ścinająca jedną przewiązkę

T = Q ⋅ L₁/ n ⋅ c; n -liczba płaszczyzn wiązań; skrajne przewiązki 1,5c > 150 mm

Sprawdzanie Połączenia - liczymy wg wzoru Żmowskiego

a - szerokość ; I_x - moment bezwładności

*Nity - H = T ⋅ e < S_R ; S_R - nośność łącznika na ścinanie S_Rb - nośność łącznika na docisk

- nity dwucięte poziome - nity jednocięte pionowe

odpada półka górna o dpada nakładka

i kątownik pasa pas górny

zalecenia konstrukcyjne: rozstaw 2,5 d < e < 200 mm, 14 t

Spoiny czołowe

a - grubość spoiny

Spoiny pachwinowe

Spoiny pachwinowe przerywane

Połączenia śrubowe

---