Области применения металлических конструкций. Преимущества и недостатки металла как конструкционного материала.

Металл стал использоваться как самостоятельный материал во второй половине 18 века. Из него делали конструкции мостов и перекрытий. В основном это были изделия из чугуна. Затем появились двутавровые балки прямого и криволинейного очертания, и сочетание таких балок и колонн позволило создать тип каркасного здания.

Дальнейшее развитие МК связано с применением сварки и к концу 40-х годов клепаные конструкции применялись только в мостостроении. С годами проблема экономии стали возросла, поэтому увеличилась величина выпуска сквозных конструкций: ригелей. Рам, колонн. В целях экономии с металлическим каркасом строились только уникальные и значительные здания и сооружения. Сегодня в строительстве используются новые высокопрочные металлы, алюминиевые сплавы, конструкции из которых выполняются с применением предварительного напряжения. Используются также висячие пространственные и комбинированные конструкции.

Стальные конструкции используются для:

1. Однопролетные производственные здания. Такие здания оборудуются мостовыми кранами, конвейерами и подвесными кранами.

2. Многоэтажные производственные здания. В них применяют конструкции из стали и легких алюминиевых сплавов.

3. Высотные здания (более 20 эт.). Используются в гражданском строительстве, и в них четко разделяются конструкции на несущие и ограждающие.

Несущие – стальной каркас, Ограждающие – легкие стеновые панели с обшивкой

из стали и алюминиевых сплавов.

4. Большепролетные здания (50м, 150 м и более) Спортивные сооружения, выставочные павильоны, ангары для самолетов, цеха.

5. Мосты, эстакады.

6. Высотные сооружения (телебашни, антенны, опоры ЛЭП, геодезические вышки).

7. Листовые конструкции (резервуары).

8. Различные башенные, козловые, мостовые краны, шлюзы для гидротехнических сооружений, элеваторы.

Достоинства МК

1) Высокая несущая способность – это способность воспринимать значительные усилия при относительно небольших сечениях.

2) Надежность. Благодаря однородности структуры металла и его упругим свойствам МК можно рассчитать очень точно, что позволяет обеспечить надежность работы проектируемого сооружения.

3) Легкость и транспортабельность. За относительную легкость принимают отношение плотности материала к его прочности.

4) Непроницаемость.

5) Индустриальность.

6) Ремонтопригодность.

7) Сохраняемость металлического фонда (можно переработать).

Недостатки МК

1) Коррозия – разрушение металла, вследствие химического, электрохимического воздействия. Защита: окрашивание, применение легированных сплавов.

2) Относительно малая огнестойкость: сталь 6000С, алюминий 3000С.

Требования, применяемые к МК

1. Пригодность к эксплуатации – восприятие нагрузок с последующей передачей их на фундамент.

2. Долговечность – сроки физического и морального износа.

3. Экономичность – определяется затратами на металл и другие материалы для изготовления конструкций, производительность труда, транспортировкой и монтажом.

 

 

13, Расчет металлических элементов на центральное растяжение, центральное сжатие, изгиб.

Работу стали при напряженном состоянии можно проследить по испытанию образца на растяжение. В первой стадии до предела пропорциональности связь между напряжениями и деформациями подчиняется закону Гука - это стадия упругой работы. Деформации исчезают после снятия нагрузки.При дальнейшем увеличении нагрузки пропорциональность между напряжениями и дефор­мациями нарушается (участок упругопластической работы между ар и cry). В упругой -стадии модуль деформации Е имеет постоянное значение. В упругопластической ста­дии модуль деформации переменный. Последующее увеличение на­пряжений приводит к де­формации растут при постоянной нагрузке. На диаграмме появляется площадка текучести.

Развитие деформаций происходит в результате упругого дефор­мирования и пластических необратимых сдвигов. При снятии на­грузки упругая часть деформации исчезает (линия разгрузки идет параллельно упругой части линии нагрузки), а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям. Рост деформаций возможен только при увеличении нагрузки (стадия самоупрочнения). В этой стадии материал работает как упругопластйческий.

 

Предельные состояния и расчет растянутых элементов

Предельные состояния первой группы центрально растянутых эле­ментов проверяются расчетом по прочности и непригодности к эксплуа­тации.

Прочность проверяется путем сравнения напряжений от расчетных нагрузок, с расч. сопротивлением, установленным по временному сопротивлению, умноженным на коэффициент условий ра­боты у и деленным на коэффициент надежности у^в:

где N — продольная сила от расчетных нагрузок; Л_Нт — площадь нетто растянутого элемента; Я-в—расчетное сопротивление; Yu — коэффициент надежности равным 1, 3; у — коэффициент условий работы растянутого элемента.

Пригодность к эксплуатации центрально растянутых элементов устанавливается путем ограничения развития деформаций только упру­гой областью. При наступлении текучести в растянутом элементе при свободном деформировании удлинение проходит сразу всю площадку текучести. Поэтому расчетом производится вторая провер­ка — упругая работа растянутого элемента путем сравнения продоль­ных напряжений, вычисленных от расчетных нагрузок, с расчетным сопротивлением R, установленным по пределу текучести и умножен­ным на коэффициент условий работы у:

Предельные состояния и расчет изгибаемых элементов

Для изгибаемых элементов рас­четом проверяются следующие предельные состояния: первой группы— вязкое или усталостное разрушение, потеря устойчивости, а также те­кучесть материала; второй группы — достижение предельных переме­щений.

Расчет изгибаемых элементов в пределах упругости. Предельное со­стояние в этом случае определяется максимальными норм. или кас. напряжениями значений предела те­кучести. Прочность изгибаемых элементов, работающих в пределах упругих деформаций, при изгибе в одной из главных плоскостей прове­ряется по формулам:

 

 

где М и Q — изгибающий момент и поперечная сила по расчетным на­грузкам; W_HT, min — момент сопротивления ослабленного сечения, определенный по уп­ругой стадии работы элемента; S — статический момент сдвигающейся части сечения относительно нейтральной оси; R— расчетное сопротивление изгибу, опреде­ленное по пределу текучести; Rср - расчетное сопротивление срезу; v — коэф. условий работы.

Изгибаемые элементы могут выйти из работы от потери устойчивости. При этом изги­б. элемент при расположении нагрузки в плос­кости главной оси инерции сначала изгиб. в своей плоскости, затем при достижении нагрузкой крит. значения начинает закруч. и выходить из плоскости изгиба.

Приводя действующую нагрузку к одной эквивалентной сосредото­ченной силе Р, приложеннной к середине пролета, для балок симметрич­ного сечения, у которых центр изгиба совпадает с центром тяжести, можно определить критическое значение нагрузки. Критическое значение силы Р_кр находят из условий равенства приращения работы внешних сил на случайных отклонениях балки из плоскости изгиба и приращения работы получающихся при этом внутренних напряжений:

 

где Ely — жесткость балки в плоскости, перпендик. плоскости действия нагрузки; GU—жесткость при стесненном кручении; G — модуль сдвига; /_ю — секториальный момент инерции; /_к — момент инерции при чистом кручении; с — коэффициент, зависящий от расположения нагрузки по верхнему или нижнему поясу балки и от закреплений на опорах; /о — свободная длина сжатого пояса (между закреплениями);

Предельные состояния сжатых жестких стержней определяются раз­витием пластических деформаций при достижении напряжениями пре­дела текучести, а гибких стержней — потерей устойчивости. Расчет на прочность центрально сжатых эле­ментов так же, как и растянутых.

Общая характеристика каркасов ПЗ. Область стальных каркасов. Требования предъявляемые к металлическим конструкциям.

Каркас – комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий нагрузки на фундамент от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки, транспортные нагрузки и температурные воздействия.

Каркас характеризуется:

-- по количеству пролетов

-- одинаковый ли шаг колонн

-- с фонарными надстройками или без

-- с кранами или без

-- наличие связей

По виду внутрецехового трансп произв здания делятся на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами. Выбор крана характеризуется массой груза и траекторией его перемещения, т. к. в производств зданиитехнология является определяющим фактором, то конструктивная схема каркаса и его форма определяются расположением оборудования.

Общие требования для ПЗ:

1 Удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования

2 Доступность осмотра и нормальной эксплуотации кранового оборудования

3 Необходимые условия аэрации и освещения

4 Долговечность конструкций

5 Относительная безопасность при взрывах и пожарах

Требования, применяемые к МК

1 Пригодность к эксплуатации – восприятие нагрузок с последующей передачей их на фундамент.

2 Долговечность – сроки физического и морального износа.

3 Экономичность – определяется затратами на металл и другие материалы для изготовления конструкций, производительность труда, транспортировкой и монтажом.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: