Строительные стали и алюминиевые сплавы. Прочностные и деформационные характеристики. Сортамент сталей. Расчёт элементов стальных конструкций на осевые усилия. Конструкции колонн.

Сталь – сплав железа с углеродом, процентное содержание которого благодаря особой обработке (легированию) уменьшено до количества, не превышающего 1, 2%.

Механические свойства – сопротивление статическим воздействиям, сопротивление динамическим воздействиям и крупному разрушению, показатель пластичности, сопротивление расслоению, сопротивление многократному нагружению (усталостное), свариваемость, коррозийная стойкость.

По механическим свойствам делится на 3 основные группы.

1. Сталь обычной прочности (малоуглеродистые и малолегированные)

предел временного сопротивления

R_y – нормативное сопротивление

γ _m – коэффициент надёжности по сопротивлению

1, 023…1, 05).

Нормативное сопротивление > расчётных (чтобы создать запас).

σ = - коэффициент надёжности по нагрузке

R_ng=σ _т - для высокопрочности от 0, 2 по диаграмме.

2. Стали повышенной прочности:
σ _т = 290÷ 400 МПА (предел текучести).

σ _т = 440÷ 520 МПА (предел временного сопротивления).

3. Высокопрочные стали:

σ _т = 450÷ 750МПа; Е = 2, 06 х 10⁶кгс/см² (модуль упругости, в упругой стадии работ)

σ ₈ = 600÷ 850 МПа; Е = (t_gα) = 2, 06 х 10⁴ кH / см²

4. Атмосферные стали.

Состав стали: F₂ – феррит (чисто железо).

ε = *** σ _г = 250 МПа; ε = 50%;

F₃О – карбид железа (цементит) σ ₈ = 800÷ 1000 МПа

Если сталь дополнительно обрабатывается, то добавляются добавки.

При нагревании стали до 700 ⁰С идёт превращение зёрен цементита в перлит.

Алюминиевые сплавы. 3 группы.

I. По прочности:

1) малой прочности и высокой коррозионной стойкости

σ ₈ = 280÷ 380 МПа, σ _т = 160÷ 280 МПА, ε =10÷ 15%,

2) средней прочности и высокой коррозионной стойкости

σ ₈ = 350÷ 520 МПа, σ _т = 280÷ 380 МПА, ε =10÷ 15%,

3) высокой прочности

σ ₈ = 500÷ 550 МПа, σ _т = 400÷ 450 МПА, ε = до 6%

II. По химическому составу:

§ алюмомагниевая АМг → Al+Mg (6÷ 7%)

§ алюмомарганцевая АМц → Al+Mg (6÷ 7%) + Si

§ ав (АВ) → Al+Mg (0, 7%) + Si (1%)

§ дюраль (Д) → Al+Cu + Mg (1%)

§ высокопрочный алюминий (В) → Al+Zn + Mg

III. По состоянию поставки:

М – мягкий, отожжённый сплав

Т – закалённый и естественно состаренный

Т₁ – закалённый и искусственно состаренный

Н – нагартованный

П – полунагартованный

ГП – горячекатаный

Т₅ – полностью закалённый и искусственно состаренный

Сортамент сталей 2 группы:

- Листовая широкополосная сталь 6 мм…(через 1 мм) 12 мм и 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40.

- Профильная:

- уголки (равнополочные и неравнополочные

- двутавры (обычные, балочные I№50Б1, колонные I№45К1, широкополочные I№75Ш1)

- швеллера

- замкнутые трубы прямоугольные, квадратные, горячекатаные.

Из двутавров путём роспуска по стенке получают тавры.

СНиП II-23-81^х. Все классы сталей разделены на 4 основные группы по назначению.

7. Конструкции несущие, подверженные динамическим нагрузкам С 255 и выше.

8. Конструкции и покрытия, подверженные статическим нагрузкам С 245 и выше.

9. Элементы работающие на сжатие (стойки, колонны) С 235.

10. Вспомогательные конструкции (лестничные марши, элементы связи) с С 235.

Классы стали по R_ny: C 235, 245, 275, 375…590.

Расчёт на осевое усилие:

§ Расчёт центрально-растянутых стержней. . Расчёт элементов, эксплуатация которых возможна и после достижения предела текучести R_u/γ _u> R_y и выполнена по следующей формуле N/А_n ≤ R_uγ _е/γ _u > 1, 3.

§ Расчет центрально-сжатых элементов. Проверка прочности происходит как и центральнорастянутых элементов N_сч= , где М – коэффициент приведения.

, где - гибкость стержня;

- коэффициент продольного изгиба

;

55. Принципы расчёта изгибаемых стальных элементов. Конструкции балочных клеток. Расчёт стальных соединительных конструкций.

Наиболее распространёнными элементами, работающими на изгиб, являются металлические балки, загруженные равномерно распределительной, сосредоточенной или комбинированной нагрузкой, приложенной перпендикулярно оси балки.

- коэффициент учитывает ограниченное развитие пластичных деформаций. При поперечном изгибе возникают изгибающие моменты и поперечные силы. Расчётное сечение в зоне действия максимально изгибающего момента может находиться в пределах упругой работы материала (а) или при пластической стадии (в).

М – изгибающий момент; W – момент сопротивления;

J – момент инерции сечения; γ _c – коэффициент условия работы;

R_y – расчётное сопротивление стали по пределу текучести;

R_s – расчётное сопротивление стали срезу (сдвигу);

σ - нормальные напряжения; τ – касательные напряжения.

; ;

τ ≤ 0, 9 R₃

τ =

S – статический момент сдвигаемой части сечения

t – толщина стенки балки

Сечения балок: прокатные, прессованные, сварные, клёпаные и болтовые.

Тип балочных клеток: упрощённый, нормальный, усложнённый

Расчёт соединений стальных конструкций.

Сварные соединения.

1. Стыковые соединения.

;

t - длина сварного шва

(на сжатие, на изгиб)

- на растяжение.

Если расчётное сопротивление сварки < расчётного сопротивления основного металла и в стыкуемом элементе действующие напряжения превышают R^св, то для увеличения длины шва его делают косым.

2. Соединение с угловыми швами.

γ _w – коэффициент условия работы с.ш.

– катет с.ш.

- коэффициент зависимости от вида сварки, Ø пров., катета шва.

=0, 55

min; и - коэффициент надёжности. = 1, 0 при (- 41⁰С)

***

Болтовые и заклёпочные соединения

; - прочность на смятие, - число расчетных срезов болта

;

-//- на растяжение;

st - *** суммарной толщины элементов, сминаемых в одном направлении

;

Соединение на высокопрочных болтах.

μ = 0, 25; μ = 0, 52 μ – коэффициент трения

; - коэффициент работы; - коэффициент надёжности

; - расчётное сопротивление болта