1. Zalety i wady konstrukcji stalowych. Sposoby walki z wadami.

Zalety: duża wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i ścinanie, materiał izotropowy, względnie lekki (tzn. ρ⋅g/f_d = 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

2. 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.

3. Miejsca pobierania próbek z wyrobów walcowanych.

4. 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)

5. 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.

6. Kształty próbek na rozciąganie

l₀ - baza pomiarowa = n⋅d₀, n=5 lub 10 próbki 5- lub 10-krotne.

7. Wykres rozciągania P-l i σ- próbek z pojedynczego metalu (Fe lub Al)

8. 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.

9. Podstawowe siatki sześcienne kryształu

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Wykres równowagi energetycznej Fe-C

14. 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 T_rekr = 0,4T_{topnienia stali}, T_topn=1500° dla stali używanej w budownictwie.

15. Przykład wykresu naprężeń własnych. Warunki równowagi tych naprężeń w przekroju elementu

∫_A σ_wdA = 0 i ∫_A σ_w⋅ydA = 0.

16. 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.

17. Temperatura rekrystalizacji

T_rekr = 0,4T_{topnienia stali}, T_topn=1500° dla stali używanej w budownictwie.

18. Podział stali węglowej na grupy

niskowęglowa (C≤0,25%), średniowęglowa (0,25≤C≤0,6%), wysokowęglowa (0,6≤C≤1,6%)

19. 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

20. 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).

21. 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.

22. Wykres umowny i rzeczywisty rozciągania σ- dla stali miękkiej

Wykres umowny - siłę odnosimy do pola pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

23. Interpretacja odcinka wzmocnienia wykresu rozciągania próbki stalowej

24. Ustalenie wytrzymałości obliczeniowej f_d na podstawie wykresu rozciągania

f_d = f_yk / γ_s, f_yk = R_{e min}, γ_s = 1,15÷1,25.

25. Zależność granicy plastyczności stali od grubości wyrobu. Interpretacja tego zjawiska

Stal niestopowa, np. St3: t≤16mm R_{e min}=235MPa, 16≤t≤40 225, 40≤t≤100 215.

Stal niskostopowa, np. 18G2: t≤16mm R_{e min}=355MPa, 16≤t≤30 345, 30≤t≤50 420.

26. Wpływ karbu na zmianę wykresu rozciągania próbki ze stali miękkiej

27. Sposoby redukcji ostrości karbu w miejscu zmiany przekroju elementu rozciąganego

element się ukosuje w celu usunięcia ostrych karbów (rys.).

28. Zależność granicy plastyczności od temperatury

Wszystkie najważniejsze parametry (E, A) maleją ze wzrostem temperatury. R_eT/R_e - granica plastyczności w temperaturze T, (R_eT/R_e)1 = exp[B(1/(t+273) - 1/273)], (dla St3 B≈140), (R_eT/R_e)2 = 1,022 - 0,197⋅10^-3T - 1,59⋅10^-6T²,

29. 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.

30. 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.

31. Próba zmęczeniowa. Schemat obciążenia. Charakterystyka cyklu zmęczeniowego

32. Kształt i opis krzywej zmęczeniowej stali

33. Hipoteza Palmgrena-Minera

34. 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

35. 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. f_d = f_yk / γ_s, f_yk = R_{e min}, γ_s = 1,15÷1,25.

36. 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 - γ_fi⋅G_ki + _0i⋅γ_fi⋅Q_ki obc. stałe i zmienne, ₀ - współczynnik jednoczesności; kombinacja wyjątkowa - γ_fi⋅G_ki + 0,8γ_fi⋅Q_ki + F_a.

W stanach granicznych użytkowania: kombinacja podstawowa składa się z wszystkich obciążeń stałych i jednego najbardziej niekorzystnego obc. zmiennego - G_ki + Q_k; kombinacja obciążeń długotrwałych składa się z obc. stałych i długotrwałych części obciążeń zmiennych - G_ki + _di⋅Q_ki

37. Sprawdzanie SGN materiału w stanie jednoosiowego i wieloosiowego stanu naprężeń

u⁽³⁾=1/2⋅(σ_x_x+σ_y_y+σ_z_z+_xyγ_xy+_yzγ_yz+_zxγ_zx), prawo Hooke'a: _x=(1-^)/E⋅[σ_x-(σ_y+σ_z)], _y=(1-^)/E⋅[σ_y-(σ_x+σ_z)], _z=(1-^)/E⋅[σ_z-(σ_x+σ_y)], γ_xy=2(1+)/E⋅_xy, γ_yz=2(1+)/E⋅_yz, γ_zx=2(1+)/E⋅_zx, u⁽³⁾=u_{objętościowe}+u_postaciowe, u_obj=(1-2)/6E⋅(σ_x+σ_y+σ_z)², u_post=(1+)/6E⋅2σ_red, σ_red=2^-0,5((σ_x-σ_y)²+(σ_y-σ_z)^+6(_xy²+_yz²+_zx²))^0,5, σ_red≤f_d, dwuosiowy: σ_red=(σ_x²+σ_y^-σ_xσ_y+3_xy²)^0,5≤f_d, jednoosiowy: σ_x≤f_d.

38. Sprawdzanie SGN przekroju osiowo rozciąganego elementu konstrukcyjnego

N≤N_Rt=A⋅f_d. W przypadku eltów osłabionych otworami na łączniki lub zamocowanych mimośrodowo: N≤A_⋅f_d, A_-sprowadzone pole przekroju.

Pręty osiowo obciążone i osłabione otworami na łączniki: A_i=A_n⋅0,8R_m/R_e≤A, A_=A_i, A_n-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_=A_1n⋅0,8R_m/R_e≤A₁, A_1n-pole netto części przylgowej.

Przekroje mimośrodowo rozciągane osłabione otworami na łączniki: σ_et=(^-σ)/_ot+σ≤f_d, (^-σ) - naprężenia średnie dla przekr. brutto, σ - naprężenia od zginania dla przekr. brutto, _ot=A_t/A_t - wskaźnik osłabienia, A_t - sprowadzone pole strefy rozciąganej, A_t - pole strefy rozciąganej brutto.

39. Sprawdzanie SGN przekroju osiowo ściskanego elementu konstrukcyjnego

N/(⋅N_Rc)≤1, N_Rc=⋅A⋅f_d, dla klas 1,2,3 =1, w klasie 4 <1: w stanie krytycznym =_p, w stanie nadkrytycznym =_e, _e =A_e/A lub W_ec/W_c, _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⋅(f_d/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/f_d)^0,5.

40. Sprawdzanie SGN przekroju zginanego elementu konstrukcyjnego

M/(_L⋅M_R)≤1, _L-współcz. zwichrzenia, M_R=⋅W⋅f_d, 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=W_pl/W, W_pl=|S_c|+|S_t|, S_c,S_t-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≤35i_y/⋅(215/f_d)^0,5, gdy te warunki nie są spełnione: (^-_L)=1,15(M_R/M_cr)^0,5, (wzór przybliżony dla dwuteowników swob. podpartych widełkowo, obciążonych momentami na podporach: (^-_L)=0,045(l₀⋅h/(b⋅t_f)⋅⋅f_d/215)^0,5), _L=(1+(^-)²ⁿ)^-1/n, n=2,5 dla eltów walcowanych i spawanych automatycznie lub 2 dla pozostałych.

41. Sprawdzanie SGN przekroju ścinanego elementu konstrukcyjnego

V≤V_R=0,58⋅_pv⋅A_v⋅f_d, _pv - współcz. niestateczności przy ścinaniu =1, gdy spełniony jest odp. warunek smukłości lub _pv=1/(^-_p)≤1 dla (^-_p)≤5, (^-_p)=b/t⋅K_v/56⋅(f_d/215)^0,5, A_v-pole przekroju czynnego przy ścinaniu, ≥1 K_v=0,65(2-1/)^0,5≤0,8, <1 K_v=0,65⋅(2-)^0,5.

42. Sprawdzanie SGN przekroju równocześnie zginanego i ścinanego

p. zginanie i ścinanie, potem sprawdza się warunki: M≤M_R,V i V≤V_R.

Gdy V>0,3V_R M_R,V=M_R⋅[1 - I_(v)/I⋅(V/V_R)²], I_(v)-pole częsci czynnej przy ścinaniu .

Gdy przekrój dwuteowy klasy 1,2 i V>0,6V_R M_R,V=MR⋅[1,1 - 0,3(V/V_R)²]

43. Sprawdzanie SGN elementu konstrukcyjnego albo rozciąganego osiowo, albo ścinanego, albo ściskanego osiowo

Nośność w złożonym stanie naprężenia: (N_w/N_Rw+M_w/M_Rw+P/P_Rc)²-3_p⋅(N_w/N_Rw+M_w/M_Rw)⋅P/P_Rc+(V/V_R)²≤1

44. Sprawdzanie SGN elementu konstrukcyjnego zginanego

p. zginanie.

45. 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: f_max<f_gr, 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.

46. 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 R_m [MPa] (po odrzuceniu miejsc po przecinku). Druga liczba to 1/10 wartości wyrażonej w procentach stosunku R_e do R_m, czyli 1/10⋅R_e/R_m⋅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.

47. 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≤2a_{3 max}-a₃.

Nośność łączników:

*Ścięcie trzpienia: S_Rv=0,45R_m⋅A_v⋅m, m- liczba płaszczyzn ścianania, A_v = A gdy ścinana część niegwintowana, 0,8A_s gdy śruba klasy 10.9, A_s dla pozostałych klas.

*Uplastycznienie wskutek docisku trzpienia do ścianki otworu: S_Rb=⋅f_d⋅d⋅t, przy czym =a1/d≤2,5 lub =a/d-3/4≤2,5, f_d- materiału części łączonych, t- sumaryczna grubość części podlegających dociskowi w tym samym kierunku, d- średnica śruby.

*Poślizg styku sprężonego: S_Rs=_s⋅⋅(S_Rt-S_t)⋅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, S_t- 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≤F_Rj=n⋅⋅S_R, S_R- miarodajna nośność obliczeniowa łącznika (zależna od rodzaju stanu granicznego: S_Rv, S_Rb, S_Rs), - 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: S_i=((S_i,M+S_i,F⋅cos_i)²+(S_i,F⋅sin_i)²)^0,5≤ S_R, S_i,F=F/n - siła składowa od obciążenia F, S_i,M=M₀⋅r_i/((r_i)²) - siła składowa od obciążenia momentem M₀, prostopadła do ramienia obrotu, r_i- odległości łączników od środka obrotu, _i-kąt między wektorami sił składowych S_F i S_M.

*Dodatkowo należy sprawdzić nośność elementów ze względu na osłabienie otworami na łączniki.

48. Sposoby wykonywania gwintu śruby. Średnica przejściowa na śrubę

49. 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: S_Rt = min {0,65R_m⋅A_s; 0,85R_e⋅A_s}, A_s-pole przekroju czynnego rdzenia śruby;

*Rozwarcie styku sprężonego: S_Rr = 0,85S_Rt - przy obc. stat., S_Rr,dyn=0,6S_Rt;

Stany graniczne:

Kategoria D: zerwanie śrub, E - zerwanie śrub i rozwarcie styku, F - rozwarcie styku.

Obliczenia połączeń doczołowych:

*Grubość blachy czołowej: połączenia niesprężane proste - t_min=1,2(c⋅S_Rt/(b_s⋅f_d))^0,5, c- odl. między krawędzią spoiny a brzegiem otworu na śrubę, b_s- zserokość współdziałania blachy przypadająca na jedną śrubę ≤2(c+d), f_d- stali blachy doczołowej. Połączenia sprężane obciążone statycznie ze śrubami klasy 10.9 usytuowanymi w odległości c≤d: t_min=d, dla śrub innych klas: t_min=d⋅(R_m/1000)^(1/3). Połączenia sprężane obciążone obc. dynamicznymi: t≥max{1,94(c⋅S_Rt/(b_s⋅f_d))^0,5; 1,25⋅d⋅(R_m/1000)^(1/3)}

*Wpływ efektu dźwigni: =2,67-t/t_min, t_min=1,2(c⋅S_Rt/(b_s⋅f_d))^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≤N_Rj=1/⋅n⋅S_R

*Nośność połączeń złożonych: N≤N_Rj=S_R⋅_i, _i na podst. rysunku w normie.

*Nośność ze wzgl. na zerwanie śrub: M_Rj=S_Rt⋅_i=p^p+k-1m_i⋅_ti⋅y_i, p=1 gdy jest zewnętrzny szereg śrub lub p=2, m_i- ilość śrub w i-tym szeregu.

*Nośność ze wzgl. na rozwarcie styku: a) połączenie z żebrem usztywniającym: M_Rj=S_Rr⋅_i=p^p+k-1m_i⋅_ri⋅y_i²/y_max; b) połączenie bez żebra: M_Rj=S_Rr⋅(m₁⋅_r1⋅y₁+_i=2^km_i⋅_ri⋅y_i²/y₂)

50. Rozmieszczenie śrub w kształtownikach walcowanych

Wszystkie potrzebne wielkości (w, e_max, d₁, d₂) są w tablicach inżynierskich.

51. Nośność śruby w połączeniu kategorii A - p. pyt. 47

52. Wytrzymałościowe i wykonawcze cechowanie śrub

Klasy śrub oznacza się symbolem złożonym z dwóch liczb oddzielonych kropką. pierwsza liczba oznacza 1/100 wymaganej R_m [MPa] (po odrzuceniu miejsc po przecinku). Druga liczba to 1/10 wartości wyrażonej w procentach stosunku R_e do R_m, czyli 1/10⋅R_e/R_m⋅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

53. Budowa śruby. Rodzaje podkładek

p. rys. do 46 i 53

54. Nośność śruby w połączeniu kategorii C - p. pyt 47.

55. Sprawdzanie nośności śruby w styku montażowym środnika belki

Najpierw oblicza się S_R p. pyt. 47, potem położenie środka ciężkości grupy łączników: x₀=S_y/A, odległości nitów względem środka ciężkości: x_i, y_i, r_i, r_i², e_v- odl. między środkami ciężkości grup łączników po obu stronach połączenia, M₀=V⋅e_v, 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: S_Fx=F_x/n, S_Fy=F_y/n, S_Mx=-M₀⋅y₁/(x_i²+y_i²), S_My=M₀⋅x₁/(x_i²+y_i²), S₁=((S_Fx+S_Mx)²+(S_Fy+S_My)²)^0,5≤S_R.

56. Rozdział siły obciążającej złącze zakładkowe wzdłuż zakładu - p. pyt 47

57. Dobór grubości blachy czołowej w styku doczołowym - p. pyt 49

58. Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym prostym kategorii D i F - p. pyt. 49

59. Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym złożonym kategorii D i F - p. pyt 49

60. Normowy warunek nośności w połączeniu doczołowym kategorii D i F obciążonym momentem - p. pyt 49

61. 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.

62. 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

63. 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.

64. 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 a_i≥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.

65. 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=a_nom, 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=1,3a_nom - dla spoin jednowarstwowych, a=1,2a_nom≤a_nom+2mm - dla spoin wielowarstwowych. Jeżeli nie stosuje się specjalnych zabiegów technologicznych, to powinny być spełnione warunki: min{0,2t₂,≤10mm; 2,5mm}≤a_nom≤min{0,7t₁; 16mm}, t₁, t₂ - grubość cieńszej i grubszej części w połączeniu. W przypadku spoin obwodowych rur można przyjmować a_nom=t₁. Długość obl. spoin przyjmuje się równą sumarycznej długości l_i, przy czym w przypadku spoin nieciągłych można uwzględniać w obl. tylko te odcinki, dla których 10a≤l_i≤100a i l_i≥40mm.

66. 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.

67. Podział złączy spawanych

Pachwinowa pozioma podolna, pachwinowa, pionowa, czołowa pozioma naścienna, podpawana pozioma naścienna, czołowa pozioma podolna, pachwinowa pozioma pułapowa, czołowa pozioma pułapowa.

68. Ustalenie wytrzymałości obliczeniowej materiału spoiny

Oznaczenie elektrody: ER3.46, gdzie 46R_m/10

69. Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą osiowo lub ścinaną

Wzór ogólny: ((σ/_⊥)²+(/_||)²)^0,5≤f_d, σ, - naprężenia w przekroju obliczeniowym połączenia w stanie sprężystym (tu  nie występuje) warunek: σ/ _⊥≤f_d, _⊥, _|| - 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.

70. Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą mimośrodowo

σ/_⊥≤f_d, _⊥=1-0,15,  - stosunek naprężeń średnich do maksymalnych. (napr. średnie: σ_F=F/A_s, od zginania: σ_M=F⋅e/W_s, maksymalne: σ=σ_F+σ_M), _||=0,6, =V/A_sv.

71. Normowy warunek nośności na spoinę czołową rozciąganą mimośrodowo i równocześnie ścinaną

((σ/_⊥)²+(/_||)²)^0,5≤f_d, _⊥=1-0,15,  - stosunek naprężeń średnich do maksymalnych (p. poprz. pyt.),

72. Normowy warunek nośności na spoinę pachwinową podłużną lub poprzeczną w połączeniu zakładkowym obciążonym osiowo

_F=F/(a⋅l)≤_||⋅f_d, R_e≤255MPa _||=0,8, 255<R_e≤355 _||=0,7, 355<R_e≤460 _||=0,6.

73. Normowy warunek nośności na spoinę pachwinową podłużną lub poprzeczną w połączeniu zakładkowym obciążonym siłą normalną i ścinającą

⋅(σ_⊥²+3_⊥²)^0,5≤f_d, p. rys., R_e≤255MPa =0,7, 255<R_e≤355 =0,85, 355<R_e≤460 =1, σ=F/A_s, σ_⊥==σ/(2)^0,5.

74. Obliczanie spoin pachwinowych łączących doczołowo wspornik dwuteowy ze słupem dwuteowym

p. rys., σ₁=M/I_s⋅y₁, ⋅(σ_⊥²+3_⊥²)^0,5≤f_d, σ₂=M/I_s⋅y₂, σ_2⊥=_2⊥=σ₂/(2)^0,5, ≤f_d, _2||=P/A_2s≤_||⋅f_d, ⋅(σ_⊥²+3(_||²+_⊥²))^0,5≤f_d.

75. Obliczanie spoin pachwinowych w kształcie litery C, obciążonych siłą przechodzącą mimośrodowo względem ich środka ciężkości

p. rys., _P=P/A_s≤_||⋅f_d, _M=M⋅r/I₀, I₀=I_x+I_y, _W=((_M+_P⋅cos)²+(_P⋅sin)²)^0,5≤_⊥⋅f_d.

76. 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.

77. 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.

78. 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.

79. Pozycje spawania

Podolna, naboczna, sufitowa, (pułapowa), pozioma, naścienna.

80. 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.

81. 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.

82. Kryteria odporności stali na pękanie zimne i gorące

Pękanie zimne: miarą odporności jest równoważnik węgla: C_e=C+Mn/6+(V+Cr)/5+Cu/13+P/2+0,0024t [mm], t - grubość blach spawanych. Jeżeli C_e≤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(C_e⋅(1+0,005t)-0,25)^0,5°C.

Pękanie gorące: H_cs=1000⋅C⋅(S+P+Si/25)/(3⋅Mn+V+Cr). H_cs<4 stal odporna na pękanie gorące.

83. Powstawanie naprężeń spawalniczych - p. rys.

q_l- moc źródła ciepła, q_l=⋅UJ/v [J/cm], =0,4⋅W/cm⋅°C, c_ρ=4,3J/cm³⋅°C, a=/c_ρ, T_max(y,t)=q_l/(g(4c_ρt)^0,5)⋅exp(-y²/4at), t_0i=y_i²/2a

84. Powstawanie deformacji spawalniczych - p. rys.

85. 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.

86. Sprawdzanie nośności belki zginanej i równocześnie nieswobodnie skręcanej. Uproszczony sposób potraktowania nieswobodnego skręcania

e=1/A⋅(A_f2⋅h+A_w⋅h/2), y_s=e-I_2y/I_y⋅h, I_2y=t_f2⋅b_f2³/12, I_1y=t_f1⋅b_f1³/12, I_wy=b_w⋅t_w³/12, I_y=I_1y+I_2y+I_wy, M_s=M_+M_d, B_1max=m_s⋅(ch(k⋅l/2)-1)/(k²⋅ch(k⋅l/2)), B_2max=M_s⋅sh(k⋅b)⋅sh(k⋅a)/(k⋅sh(k⋅l)), k=G⋅I_d/(E⋅I), I_d=1/3⋅b_i⋅t_i³, I_=∫_A ²dA, Nośność przekroju: M/M_R+B/B_R≤1, M_R=W⋅f_d.

87. Minimalna wysokość belki

Ze względu na sztywność: np. belka swobodnie podparta obciążona równomiernie q: M_max=q⋅l₀/8, f_max=5/384⋅q⋅l₀⁴/EI =5/48⋅(q⋅l₀²/8)⋅l₀²/EI =5/48⋅M_max⋅l₀²/EI, σ_max=M_max/W_x =2⋅M_max/(I⋅h) I=W⋅h/2 f_max=5/48⋅M_max/(W⋅h/2)⋅l₀²/E =5/48⋅σ_max/E⋅2⋅l₀²/h h_min/l₀=5/24⋅σ_max/E⋅l₀/f_max, s_max=f_d/γ_f', γ_f'=(γ_f,g⋅g+γ_f,p⋅p)/(g+p), l₀/f_max z normy, E=205GPa. Inaczej: np. dla belki obustronnie utwierdzonej fmax=1/384⋅q⋅l₀⁴/EI.

88. Optymalna wysokość blachownicy

Ze względu na ekonomikę: A=A_w+2A_f, I≈t_w⋅h³/12+2A_f⋅(h/2)², W=I/(h/2) =t_w⋅h²/6+A_f⋅h =A⋅h/2-t_w⋅h²/3, _w=h/t_w, A_w=t_w⋅h, A=2W/h+2/3⋅h²/_w, dA/dh=-2W/h²+4/3⋅h/_w=0, h_opt=(3/2⋅_w⋅W)^(1/3)≥h_min, dla belek złożonych dochodzi jeszcze warunek minimalnej masy własnej: h=max(h_min, h_opt), =A_w/A, W=A⋅h/2-t_w⋅h²/3=A⋅h⋅(1/2-/3), h=_w⋅t_w, h²=_w⋅t_w⋅h =_w⋅A_w=_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, t_w≈7+3⋅h/1000, h_opt=(3/2⋅W/t_w)^0,5, σ_max=M_max/(W⋅_L) W≥M_max/f_d.

89. Konstrukcja blachownicy w miejscu zmiany przekroju poprzecznego - p. rys.

90. Ustalanie klasy przekroju poprzecznego belki - p. rys. 39 i plik stateczn na kalkulatorze.

=(215/f_d)0,5, pas: b'_f/t_f ≤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/b_w, a- rozstaw żeber lub innych eltów usztywniających (jeśli ich nie ma, to a≈2/3⋅b_w).

91. Nośność na zginanie przekroju belki

p. rys., pyt. 40, 41 i 42; dodatkowo: w przekroju 1: σ₁=M₁/W≤f_d, σ_1cr=_p⋅R_e; w przekroju 2: ₀=V/A_v≤f_dv≈0,58f_d, A_v=b_w⋅t_w dla blachownic, _0cr=_pv⋅R_e.

92. 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=W_pl/W, W_pl=|S_c|+|S_t|, S_c,S_t-momenty stat. ściskanej i rozciąganej częsci przekr. wzgl. osi obojętnej w stanie pełnego uplastyczn. Inaczej: _pl=M_pl/M_spr, M_spr=P_spr⋅e_spr i M_pl=P_pl⋅e_pl 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⋅(f_d/215)^0,5, K- wpółczynnik podparcia i obciążenia ścianki.

93. Nośność przekroju belki na ścinanie

p. pyt. 41 i 39 (ściskanie żeber) i 96 (moment krytyczny)

94. Interakcyjna nośność przekroju belki na zginanie i ścinanie

p. pyt. 41

95. Normowe warunki nośności belki

p. 39, 40, 41, 42

96. 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 M_cr: M_cr⁰=/(_y⋅L)⋅ (E⋅I_y⋅G⋅I_d)^0,5⋅ (1+²⋅E⋅I_/(G⋅I_d⋅_⋅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, I_d=1/3⋅b_i⋅t_i³, I_=I_y⋅h²/4 dla bisymetrycznego dwuteownika. Dla wykresów nieprostokątnych: M_cr=1/m⋅M_cr⁰: *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+2M_max)/(12M_max).

97. 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≤35i_y/⋅(215/f_d)^0,5, przykłady - p. rys.

98. Nośność środnika podciągu walcowanego pod ułożoną na nim belką

p. rys., c₁=t_w1+2(r₁+t_f1), c₀=c₁+5(r+t_f), y_c=h/2-(r+t_f), σ_c=M_max/I_x⋅y_c, P≤P_R,w=c₀⋅t_w⋅f_d⋅_c, jeśli warunek nie spełniony, to trzeba zastosować żebro.

99. Nośność środnika podciągu blachownicowego pod ułożoną na nim belką

p. rys., c₁=t_w1+2(r₁+t_f1), c₀=c₁+2(r+t_f), P≤P_R,c=k_c⋅t_w²⋅f_d⋅_c, k_c=(15+25c₀/t_w)⋅(t_f/t_w⋅215/f_d)^0,5≤c₀/t_w, jeśli warunek nie spełniony, to trzeba zastosować żebro.

100. 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≤35i_y/⋅(215/f_d)^0,5).

Wymiarowanie:

*Żebro dwustronne: b_s≥b_w/30+40, t_s≥2b_s⋅(f_d/E)^0,5, I_s=2[t_s⋅b_s³/12+t_s⋅b_s⋅((b_s+t_w)/2)²]≥k⋅b_w⋅t_w³, k=1,5(b_w/a)²≥0,75

*Żebro jednostronne (gdy nie jest stosowane do połączeń z belkami stropowymi): b_s≥b_w/24+50, t_s≥2b_s⋅(f_d/E)^0,5, I_s=t_s⋅b_s³/12+t_s⋅b_s⋅((b_s+t_w)/2)²≥k⋅b_w⋅t_w³, k=1,5(b_w/a)²≥0,75

*Sprawdzenie nośności na ściskanie żebra podporowego: R/(⋅N_Rc)≤1, N_Rc=A_s⁰⋅f_d, A_s⁰=2b_s⋅t_s+30t_w² - pole badanego przekroju (bo przyjmuje się długość współpracującą środnika po 15t_w w obie strony), I_s⁰=I_s+30t_w⋅(t_w)³/12, i_s⁰=(I_s⁰/A_s⁰)^0,5, =0,8b_w/i_s⁰, _p=84(215/f_d)^0,5, =[1+(/_p)^2,4]^(-1/1,2).

101. Wymiarowanie płytki stalowej pod stopką belki opartej na murze

p. rys., R⁰/(a⋅b)≤R_m wytrz. obl. muru, R⁰/(t_w⋅c₀)≤f_d, c₀=a+r+t_f a≥R⁰/(f_d⋅t_w)-r-t_f, ,σ=M_max/W≤f_d M_max=σ_m⁰⋅0,5⋅(b-b_f)/2, W=a⋅t²/6 t≥0,5(b-b_f)⋅(3⋅σ_m⁰/f_d)^0,5, f_max≤(b-b_f)/1000, f_max=q_m^k⋅0,5(b-b_f)⁴/(8EI), I=a⋅t³/12, q_m^k=σ_m^k⋅a, σ_m^k=σ_m⁰/γ_f t≥0,154⋅0,5(b-b_f)⋅(σ_m^k)^1/3

102. Połączenie przegubowe belki walcowanej ze słupem wielopiętrowym

Trzeba sprawdzić docisk do stolika: t⋅b⋅f_db≥R, f_db=1,25f_d, Frezować górę stolika i jak na rys.

103. 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.

104. 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.

105. Połączenie sztywne belki walcowanej z blachownicą

106. Kolejność układania spoin w styku montażowym blachownicy

wg. rys., zachowanie tej kolejności minimalizuje wpływ naprężeń własnych.

107. 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.

108. Wpływ imperfekcji (wstępnego wygięcia i naprężeń własnych) na sztywność osiową

Imperfekcje: Naprężenia własne, wygięcie wstępne, mimośród siły ściskającej. Wpływ naprężeń własnych: niech A_w=A_f i c=1/8b_f, wtedy charakterystyki przekroju zredukowanego: A”=0,833A, I_x”=0,785I_x, I_y”=0,422I_y. Wpływ wygięcia wstępnego: skrócenie pręta idealnego: l=N⋅l/EA, niech f₀=l/500, wtedy l”=l+²f₀/4l, itd..

109. Krzywe σ_E, σ_cr i σ_c jako funkcje smukłości względnej

Siła krytyczna eulerowska: N_E=²EI/(l)²=E/(l)²⋅A⋅i²=²E/²⋅A (bo =l/i), σ_E=N_E/A=²E/²=_E⋅f_d _E=²E/(²f_d),, σ_cr=σ_E/γ=²E/(γ⋅²)=_cr⋅f_d _cr=²E/(γ⋅²⋅f_d), γ=4/3, σ_c=⋅f_d, =(1+(^-)²ⁿ)^-1/n, n - uogólniony parametr imperfekcji, (^-)=/_p smukłość względna.

110. Ustalanie smukłości porównawczej pręta ściskanego

_p=/1,15⋅(E/f_d)^0,5=84(215/f_d)^0,5.

111. Nośność trzonu słupa pełnościennego

N/(N_Rc)≤1, N_Rc=⋅A⋅f_d, =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⋅(f_d/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/f_d)^0,5.

112. Nośność trzonu słupa wielogałęziowego

aN/(N_Rc)≤1, _x=_x⋅l₀/i_x, lm=(_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=A_D⋅tg≤A_D - 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.

113. Siła krytyczna trzonu słupa wrażliwego na działanie siły poprzecznej

114. Zależność parametru (/GA) od typu wiązania gałęzi

115. Sposoby łączenia przewiązki z gałęzią słupa i wymiarowanie mocowania przewiązki

116. Konstrukcja przepony pośredniej w słupie z przewiązkami i skratowanym

117. Konstrukcja głowicy słupa pełnościennego dwuteowego

118. Konstrukcja głowicy słupa dwugałęziowego

119. Konstrukcja i obliczanie przegubowej podstawy słupa z łożyskiem stycznym

120. Konstrukcja i obliczanie podstawy słupa dwuteowego tylko z płytą poziomą

121. Konstrukcja i obliczanie podstawy słupa z płytą poziomą i żebrami pionowymi

122. Zmniejszanie grubości płyty poziomej podstawy słupa

123. Otwory na śruby kotwiczne słupa w zależności od sposobu ich zabetonowania

124. Zależność siły poprzecznej w słupie od imperfekcji geometrycznych

125. Podział dźwigarów kratowych w zależności od typu ustroju statycznego i od obrysu

126. Zasady konstruowania kratownic

127. Wyznaczanie sił w pasach i wykratowaniu na podstawie sił przekrojowych

128. Ustalanie znaków sił w prętach kratownicy

129. Obliczanie zastępczego momentu bezwładności dźwigara kratowego

130. Sposoby zwiększania sztywności giętnej dźwigara z jego płaszczyzny

131. Długości wyboczeniowe pasa ściskanego dźwigara kratowego

132. Zasady rozmieszczania tężników połaciowych poprzecznych i tężników pionowych w przekryciu

133. Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z podwójnych kątowników

134. Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z połówek dwuteowników

135. Konstrukcja spawanego węzła kratownicy w przypadku, gdy zbiegające się pręty są z rur kołowych

---