Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов

ЛЕКЦИЯ 11


Железные КОНСТРУКЦИИ


МЕХАНИЧЕСКИЕ Характеристики МЕТАЛЛОВ

Механические характеристики стали определяют такие характеристики, как крепкость, упругость и пластичность, также склонность к хрупкому разрушению, которое косвенно оценивается ударной вязкостью. Крепкость стали определяется сопротивляемостью материала наружным силовым воздействиям Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов. Упругость характеризуется свойством материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия наружных нагрузок. Пластичность — свойство материала не ворачиваться в свое первоначальное состояние после снятия наружных нагрузок, т. е. получать остаточные деформации. Хрупкость Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов характеризуется разрушением материала при малых деформациях. К главным чертам металлов, по которым судят об их механических свойствах, относятся: предел пропорциональности σпу, предел упругости σер;модуль упругости F; предел текучести σу; предел прочности Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов σи; относительное удлинение δ после разрыва; хрупкость, выносливость. 1-ые семь характеристик определяются на основании тесты на растяжение стандартных образцов (рис. 22.1,а), по результатам которого строят диаграмму зависимости меж напряжениями и относительными деформациями (рис. 22.1,б).

Пределом Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов пропорциональности именуют наибольшее напряжение, при котором остается справедливым закон Гука σ=Еε, где Е=tg α — модуль упругости. Необходимо знать, что модуль упругости дюралевых сплавов приблизительно в 3 раза меньше, чем у сталей. Предел Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов упругости — наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций, т. е. при снятии нагрузки вполне восстанавливаются начальные размеры эталона. Предел текучести — напряжение, при котором начинают развиваться пластические деформации, а на диаграмме Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (рис. 22.1,б) возникает площадка текучести. Если при напряжениях, превосходящих предел текучести, снять нагрузку, то в образчике появятся остаточные деформации ε0, которые будут меньше полных деформаций ε (при полном загружении) на величину упругих деформаций εу Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (восстанавливающихся после разгружения). Если через некое время вновь загрузить эталон, его работа поменяется, предел упругости вырастет σlp = σ0 (рис. 22.1,б), а деформации при разрушении уменьшатся на величину подготовительной вытяжки εр —εо, т. е. будет получен Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов другой материал с завышенными упругими качествами и наименьшей пластичностью. Увеличение упругих параметров материалов в итоге подготовительного пластического деформирования носит заглавие наклепа либо нагартовки и обширно употребляется в технике при Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов упрочнении арматурных сталей и дюралевых сплавов.

На диаграммах растяжения низколегированных сталей и дюралевых сплавов отсутствует ярко выраженная площадка текучести, потому в этих случаях за предел текучести принимают напряжения, при которых эталон получает остаточную Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов деформацию в 0,2 %.

Пределом прочности σи, либо временным сопротивлением, именуют напряжение (равное отношению большей силы к начальной площади поперечного сечения эталона), при котором эталон, пройдя стадию самоупрочнения, начинает разрушаться (рис. 22.1,6). Относительное удлинение при разрыве охарактеризовывает Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов пластичность металла и определяется по выражению

σ % = 100(lk-lo)/lo

где lo и lk — соответственно длина эталона до после разрыва.




Рис. 22.1. Испытание на растяжение

а – схема испытаний стандартных образцов; б – диаграмма зависимости меж напряжениями и Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов относительными деформациями; 1– зона образования «шейки»;

2– диаграмма растяжения стали обыкновенной прочности (Ст. 3);

3– то же низколегированной; 4– то же прочной


Кроме относительного удлинения для оценки пластичности металла и склонности к трещинообразованию прибегают к пробе Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов на загиб в прохладном состоянии на 180° вокруг специальной оправки. Проба считается удачной, если у эталона не образовались трещинкы, подрывы либо расслоения.

Хрупкость — способность материала разрушаться при очень малых деформациях. Показатель хрупкости—ударная вязкость, которую определяют Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов испытанием стандартных образцов с выточкой на маятниковом копре, измеряя величину работы, затраченную на разрушение эталона, отнесенную к площади его поперечного сечения. С снижением температуры ударная вязкость снижается, потому если конструкция будет Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов эксплуатироваться при низких температурах, тесты проводят при отрицательных температурах (до –70 °С). Хрупкое разрушение существенно опаснее пластического, так как при пластических деформациях разрушение наступает равномерно, оно приметно на глаз и есть время усилить конструкцию Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов. При хрупком разрушении материал разрушается в один момент без видимых деформаций. Следует подразумевать, что с снижением температуры хрупкость сталей увеличивается, а у дюралевых сплавов миниатюризируется, что предназначает более прибыльное их внедрение в Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов критериях эксплуатации при низких температурах.

Выносливость. Из практики понятно, что при действии неоднократно циклических нагрузок, включая и динамические, разрушение конструкции может наступать при напряжениях, которые существенно меньше предельных в случае Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов статического (однократного) приложения наружной нагрузки. Такое разрушение при действии переменных напряжений именуют вялостью материала. Способность сопротивляться разрушению от вялости именуют выносливостью, которая определяется пределом выносливости. Пределом выносливости именуют наибольшее напряжение, которое выдерживает материал Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов при 2 млн. циклов циклической нагрузки. Разрушение при потере выносливости всегда носит хрупкий нрав, хотя материал может быть пластичным и иметь неплохую ударную вязкость. Это связано с образованием микротрещин, которые наращивают Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов хрупкость.


^ СОРТАМЕНТ МЕТАЛЛА

Элементы железных конструкций ферм, балок, колонн образуются из профилей различной формы — листов, уголков, двутавров, швеллеров (фасонный прокат) и т. д. Сортаментом именуют сборники профилей, которые делаются и поставляются металлургическими заводами. В сортамент обычно Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов заходит более сотки профилеразмеров, но в практике строительства используют только некие из их, т. е. употребляется сокращенный сортамент более употребительных профилей. Так, железные профили получают при помощи прокатки, гнутьем из Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов листов в прохладном состоянии и сваркой (обычно замкнутые–круглые либо прямоугольные трубы). Весь прокат делят на листовой и фасонный.

^ Листовая сталь (рис. 22.2, а) в большинстве случаев употребляется в строительстве. Ее масса в Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов колоннах, опорах, фермах составляет 40…60 % общей массы конструкции, Большая группа (резервуары, бункеры и т, д.) так и именуется — листовые конструкции. Листовая сталь бывает толстолистовой, тонколистовой, универсальной, рулонной, полосовой, кровельной, листовой рифленой (для Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов настилов), просечно-вытяжной (с огромным количеством отверстий, не допускающих скопления пыли) и т. д. Толстолистовая сталь имеет толщину 5...160 мм, ширину 600…3600 мм и длину до 12 м (в строительстве обычно используют листы шириной до Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов 40 мм, шириной до 2400 мм и длиной до 6м).



Рис. 22.2. Профили сортамента

а–е — прокатные; и–м — гнутые; н–т — упрессованные


Фасонный прокат поставляется в виде уголков (рис. 22.2,б,в), швеллеров (рис. 22.2,г), двутавров (рис.22.2,д). В Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов неких случаях употребляют особые прокатные профили, круглые с поперечником до 250 мм и квадратные со стороной до 100 мм (рис. 22.2,е, ж). Гнутые профили (рис. 22.2, и – м) имеют наименьшую толщину по сопоставлению с прокатными Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, что позволяет в сжатых элементах конструкций получать экономию металла до 10 %. Упрессованные профили (рис. 22.2, н – с) получают в итоге продавливания нагретой заготовки через специальную матрицу с отверстием по форме профиля. Двутавры (рис. 22.2, д, н Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов) и швеллеры (рис. 22.2, г, и, о) используются в главном для изгибаемых и сжимаемых частей (балок и колонн). Швеллеры и «зэты» (рис. 22.2, л) отлично работают на косой извив. В ближайшее время металлургическими заводами Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов стали выпускаться широкополочные двутавры (рис. 22.2, з). Их применение более перспективно, потому что они могут употребляться без подготовительной обработки в качестве балок и колонн, что понижает в 2—З раза трудозатратность производства. Очень нередко Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов используются уголки (рис. 22.2, б, в, м, н), так как они комфортны при конструировании сечений хоть какой конфигурации.

Применение трубчатых профилей (рис. 22.2, к, р) дает значимый экономический эффект в сжимаемых Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов конструкциях, потому что они имеют приблизительно равную упругость в разных плоскостях. Профили из дюралевых сплавов в большинстве случаев получают: прокаткой, прессованием и гнутьем. Для предотвращения утраты местной стойкости полок дюралевых профилей на их Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов концах создаются особые утолщения, именуемые бульбами. Это разъясняется тем, что утрата стойкости дюралевых профилей наступает существенно ранее, чем у железных из-за наименьшего модуля упругости. С этой же целью края гнутых Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов профилей отбортовываются. В ближайшее время осваивается создание широкополочных тавров (рис. 22.2, т), которые очень эффективны при использовании в поясах ферм.


^ Достоинства В Недочеты Железных КОНСТРУКЦИИ

Железные конструкции обширно используются в современном строительстве. По конструктивной Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов схеме их делят на две группы: стержневые системы – колонны, балки и фермы каркасов промышленных и штатских построек, мосты, башни и мачты и т. д., листовые конструкций (типа оболочек) — газгольдеры, резервуары, трубопроводы, бункеры и т Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов. д. К преимуществам железных конструкций относятся: а) легкость (конструкции из металла приблизительно в 4 раза легче железобетонных и каменных конструкций); б) отменная транспортабельность; в) высочайшая скорость монтажа благодаря простоте сварных и болтовых Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов соединений; г) индустриальность производства на высокомеханизированных заводах без значимых издержек ручного труда. Недочетами железных конструкций следует считать: а) способность подвергаться коррозии, защита от которой просит вербования значимых средств, вследствие чего эксплуатация железных конструкций Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов дороже; б) малая огнестойкость; в) дефицитность металла.

В связи с тем, что в определенных отраслях народного хозяйства дюралевые сплавы и стали нельзя поменять другими материалами, внедрение железных конструкций в строительстве Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов ограничено аннотацией ТП101-81 «Технические правила по экономичному расходованию главных строй материалов», хотя в принципе хоть какое сооружение может быть выполнено из металла. В ближайшее время в практике строительства получили распространение легкие железные конструкции Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов из трубчатых и действенных профилей проката. Их изготавливают на специализированных заводах. Такие конструкции легче обыденных на 25—50 %, а сроки их возведений существенно меньше благодаря сборке из укрупненных блоков. Легкие железные конструкции стали использовать Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов при строительстве производственных и сельскохозяйственных построек без крановой нагрузки с просветами 18 м.

Применение дюралевых сплавов экономически оправданно в конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции: листовые покрытия огромных пролетов, плиты покрытий и панели стенок Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов. Целенаправлено использовать дюралевые сплавы для большепролетных покрытий типа арок и куполов, где в особенности принципиально уменьшение своей массы, в сейсмически небезопасных районах (большая сейсмостойкость вследствие малой своей массы), в отдаленных недоступных районах Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (уменьшение транспортных расходов из-за понижения веса) и в северных и восточных районах (способность сохранять пластичность при низких температурах). Огромное распространение дюралевые сплавы получили при изготовлении оконных переплетов, витрин, витражей и изделий для Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов внутренней и наружной отделки построек, потому что метод прессования, используемый для производства дюралевых профилей, проще и дешевле прокатки железных профилей.


ЛЕКЦИЯ 13


Расчет частей железных конструкций.


^ Главные положения расчета железных конструкций

Строй стали Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов и дюралевые сплавы представляют собой однородные материалы, подчиняющиеся закону Гука, и их расчет производят по формулам сопротивления материалов (с некими уточнениями, учитывающими пластические деформации сталей).

Структура расчетных формул. Расчет по первой группе предельных Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов состояний производится для всех железных конструкций, подвергающихся силовым либо брутальным воздействиям наружной среды. В базу расчета положено условие непревышения больших напряжений расчетного сопротивления материала, которое гарантирует предотвращение утраты несущей возможности Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов от разрушения материала, утраты стойкости либо вялости. Кроме выполнения данного условия нужно стремиться к тому, чтоб напряжения в сечении были близки к установленным расчетным сопротивлениям. Это позволяет избежать перерасхода материалов и Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов получать экономную конструкцию.

При расчете прочности расчетная формула имеет последующий вид:

(23.1)

где N — продольная сила при растяжении; М — изгибающий момент при извиве. Геометрическая черта, зависящая от рассредотачивания напряжений по сечению элемента (А – площадь Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов при равномерном рассредотачивании; W – гибкий либо упругопластический момент сопротивления при извиве); R – расчетное сопротивление металла; γс – коэффициент критерий работы, а γn – коэффициент надежности по предназначению сооружения.

Расчет по 2-ой группе предельных состояний должен обеспечить Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов недопущение лишнего развития деформации (прогибов, углов поворота) и колебаний конструкций. В большинстве случаев расчет железных конструкций сводится к проверке прогиба. В данном случае расчетная формула воспринимает последующий вид:

(23.2)

где f/l Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов — относительный прогиб конструкции, определяемый и итоге расчета; fu/l — максимально допустимый относительный извив, определяемый нормами; l—просвет изгибаемой конструкции.

^ Нормативные и расчетные сопротивления. Для металлов нормативные сопротивления инсталлируются по наименьшим Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов значениям предела текучести Rуп=σу и временного сопротивления Run=σu в согласовании с муниципальными эталонами и техническими критериями. При изготовлении сталей и дюралевых сплавов пределы текучести и прочности держут под контролем выборочно, потому случайные Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов отличия этих черт учитывают при помощи коэффициентов надежности по материалу, который устанавливается на базе статистической обработки результатов испытаний и равен: γm =1,025...1,15 (для дюралевых сплавов γm =1,1). Расчетные сопротивления инсталлируются равными нормативным сопротивлениям, деленным Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов на коэффициенты надежности по материалу. Различают их по лимиту текучести Ry=Ryn/ γm и временному сопротивлению Ru=Run/ γm. Последнюю характеристику используют для конструкций, эксплуатация которых вероятна и после заслуги предела текучести Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (к примеру, при расчетах на выносливость), но при всем этом дополнительно вводят коэффициент надежности по предназначению γu= 1,3 (для дюралевых сплавов γu=1.6). Нормативные и расчетные сопротивления принимаются персонально зависимо от марки стали Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, вида и толщины проката.

^ Общая и местная устойчивость. Для большинства железных конструкций очень принципиальный фактор — устойчивость, так как в сжатых элементах вероятна утрата несущей возможности не за счет разрушения материала, а за счет Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов утраты стойкости при нагрузках, существенно наименьших, чем требуются на разрушение металла. Практика показала, что значимая часть аварий железных конструкций произошла из-за утраты стойкости как целых конструкций, так и отдельных Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов их частей. Различают два главных типа утраты стойкости — общую и местную. Общая утрата стойкости — это такое явление, когда при нагрузке, превосходящей некое критичное значение, происходит утрата начальной формы конструкции, при всем этом Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов она изгибается либо закручивается (рис. 23.1, а, б). Местная утрата стойкости —такое явление, когда весь элемент в целом сохраняет первоначальную форму, а отдельные сжатые элементы (пластинки) теряют форму, искривляясь в составе конструкции (рис. 23.1, в, г Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов). Местная утрата стойкости, обычно, предшествует общей потере стойкости. Выход из работы стены либо полки сжатого элемента вследствие местной утраты стойкости резко ослабляет сечение всей конструкции.

Хоть какой элемент железной конструкции состоит из Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов отдельных пластинок разных типов. К примеру, полку двутавра образуют свесы, которые представляют собой пластинку с одним свободным краем, а стена — это длинноватая пластинка, края которой защемлены в полках, потому формулы, выражающие условия местной Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов стойкости, имеют последующую структуру:

(23.3)

Величина коэффициента k находится в зависимости от марки стали, гибкости элемента (типа поперечного сечения), вида пластинки (полка либо стена), типа конструкции и действующей нагрузки.



Рис. 23.1. Утрата Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов стойкости

а, б – общей колонной и опорой; в, г – местной, полками и стенами колонны и балки; д – к определению расчетной длины сжатого элемента


^ ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Центрально-растянутыми элементами числятся такие, в каких точка приложения Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов и направление растягивающей силы совпадают с линией, проходящей через центр масс поперечного сечения стержня (осью элемента). При центральном растяжении в поперечном сечении стержня появляются обычные напряжения, которые умеренно распределяются по его площади Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов.

Расчет производится по последующей формуле:

(23.6)

Для конструкций, работа которых вероятна после заслуги металлом предела текучести, расчет следует вести по формуле

(23.7)

В зависимостях (23.6) и (23.7) An– площадь поперечного сечения. В элементах, ослабленных отверстиями (для заклепок Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов либо болтов), разрыв будет, естественно, происходить по ослабленному сечению, потому в расчет следует вводить площадь поперечного сечения нетто, т. е. за вычетом площади ослабления Аn=А–А0 Цель расчета на центральное растяжение Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов — подбор меньшей требуемой площади поперечного сечения элемента, для которой должны производиться условия (23.6) либо (23.7). Решая эти уравнения, находят

(23.8)

Потом по таблицам сортамента подбирают требуемый профиль, площадь которого принимают равной dn либо наиблежайшему большему ее значению Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов. Расчет завершается определением гибкости растянутого элемента

(23.9)

где lef — действенная длина элемента, зависящая от критерий закрепления и других причин; i — радиус инерции сечения:

(23.10)

тут Imin — малый момент инерции относительно соответственной главной оси.

Рассчитанная по формуле Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (23.9) упругость не должна превосходить максимально допустимой. Это разъясняется тем, что очень гибкие элементы под действием собственного веса могут провисать, а при динамических воздействиях испытывать колебания с большой амплитудой. 1-ое может вызвать Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов трудности при их перевозке и монтаже. При статических нагрузках предельная упругость зависимо от типа частей конструкций не должна превосходить 300, 400, при динамических нагрузках— 150...350.


^ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Расчет прочности центрально-сжатых частей производится Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов по формуле (23.6). Для большинства центрально-сжатых частей железных конструкций разрушение происходит за счет утраты общей стойкости (выпучивания), наступающий существенно ранее утраты прочности. Устойчивость центрально-сжатого элемента рассчитывают по последующей формуле:

(23.11)

где φ=π2Е Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов/λ2Ry – коэффициент продольного извива, учитывающий уменьшение расчетного сопротивления для предотвращения выпучивания стержня при упругой работе металла; Е – приведенный модуль продольного извива, учитывающий упругопластические характеристики материала; λ – упругость стержня; А – площадь поперечного сечения.

Упругость стержня — очень Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов принципиальная расчетная черта, потому что от нее зависит значение коэффициента продольного извива φ=f(λ). Как следует, в конечном счете конкретно упругость охарактеризовывает способность стержня сопротивляться потере общей стойкости (выпучиванию) при сжатии. При работе конструкции Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов в упругой стадии, когда напряжении не превосходят предела пропорциональности, упругость находят из выражения

(23.12)

где lef — действенная длина элемента, зависящая от критерий закрепления; i — меньший радиус инерции.

При работе конструкций, в каких может Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов быть возникновение пластических деформаций (недлинные и сравнимо жесткие стержни), определяют условную упругость

(23.13)

В практике проектирования для определения коэффициента продольного извива составлены особые таблицы, которые значительно упрощают расчет, позволяя отыскивать значение φ без Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов подготовительного анализа упругой либо пластической стадии работы элемента конструкции. Коэффициенты φ для сжатых частей из сталей с разным расчетным сопротивлением зависимо от гибкости приведены в таблице. При проектировании центрально-сжатых частей железных конструкций следует учесть Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов последующие причины: утрата стойкости элемента происходит в плоскости меньшей жесткости, как следует, нужно за ранее вычислить упругость в 2-ух плоскостях λx и λy и найти коэффициент φ для меньшей из их Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов; для 1-го и такого же сжатого элемента расчетные длины (условия закрепления) могут быть различны в различных плоскостях.


^ ИЗГИБАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Изгибаемые элементы рассчитывают по первой группе предельных состояний, когда инспектируют их крепкость и устойчивость, и по Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов 2-ой группе предельных состояний, когда инспектируют их твердость (прогиб). Расчеты на крепкость и устойчивость ведут по расчетным нагрузкам, а расчет на прогиб — по нормативным. Извиву в главном подвергаются балки и элементы Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов плит железных покрытий и перекрытий.

Из курса сопротивления материалов понятно, что в изгибаемых элементах конструкций появляются последующие напряжения: обычные σ—действующие по вертикальным площадкам (рис. 23.4, б, е), касательные τ — действующие по двум взаимно перпендикулярным площадкам и Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов имеющие однообразное значение (рис. 23.4, в, д), главные — действующие по наклонным площадкам около точки А (рис. 23.4 е) и местные сжимающие напряжения — действующие в зонах приложения сосредоточенных сил (рис. 23.4, ж).

При расчетах Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов несущей возможности балок должны производиться расчеты прочности, общей и местной стойкости. Расчет прочности по обычным напряжениям делают по формуле

(23.19)

где – момент сопротивления элемента с учетом ослаблений относительно оси, перпендикулярной плоскости деяния изгибающего Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов момента.

Расчет прочности балки на сдвиг на уровне нейтральной оси вфполняется по условию

(23.20)

где Q – значение поперечной силы в рассматриваемом сечении; I – момент инерции сечения относительно нейтральной оси; S – статический момент относительно нейтральной Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов оси отсеченной части сечения, расположенной выше точки, в какой определяется напряжение; t – ширина сечения в точке, где рассчитываются напряжения.



Рис. 23.4. Работа балки при извиве

а – конструктивная схема; б–д – эпюры напряжений; е – напряжения Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, действующие по наклонным площадкам; ж – схема рассредотачивания местных сжимающих напряжений; 1– ребра жесткости.

Расчет прочности с учетом пластических деформаций по обычным напряжениям делают по формуле

(23.21)

где с1 — коэффициент, учитывающий пластические деформации и зависящий от уровня Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов действующих касательных напряжений, формы и размеров сечения (определяется в согласовании с требованиями норм).

Как ранее говорилось выше, утрата стойкости изгибаемых частей может произойти существенно ранее, чем утрата прочности. Конструкция может разрушиться Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов в силу утраты общей стойкости, из-за утраты местной стойкости сжатой полки и, в конце концов, вследствие утраты местной стойкости стены. Утрата общей стойкости выражается в нарушении плоской формы извива с искривлением Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов и закручиванием.

Общую устойчивость балок инспектируют по формуле

(23.24)

где — коэффициент уменьшения напряжений; — момент сопротивления сжатого пояса балки.

При определении в качестве расчетной длины балки принимается расстояние меж точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений (узлами Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов связей либо точками крепления жесткого настила), которые препятствуют выпучиванию.


ЛЕКЦИЯ 14


Виды соединений железных конструкций


Почти всегда железные конструкции изготавливают в промышленных критериях из отдельных эле­ментов — листов и профилей, которые соединяются меж Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов­ду собой разными видами соединении. Выбор того либо другого типа соединения находится в зависимости от типа конструкции, вида действующей нагрузки, нрава напряженного состояния, критерий работы, технологии производства и т. д. Более всераспространенный тип соединения Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов метал­лических конструкций — сварка. В нашей стране около 90 % железных конструкций производятся сварными. Сварные конструкции из дюралевых сплавов не полу­чили огромного распространения из-за трудности техно­логического процесса сварки и из-за Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов высочайшей теплопро­водности алюминия (требуются особая среда из инертного газа и особые электроды). Термически упрочненные дюралевые сплавы при нагревании, вы­званном сваркой, разупрочняются.

Заклепочные соединения железных конструкций сей­час фактически не Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов используются, они получили распро­странение исключительно в конструкциях из дюралевых спла­вов. Соединения на болтах грубой и обычной точно­сти (поперечник отверстий на 2...3 мм больше поперечника болта) из-за большой податливости используются Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов толь­ко на монтаже. Болты завышенной точности (поперечник отверстия только на 0,5 мм больше болта) используют изредка. Из-за трудности производства и постановки бол­тов их приходится забивать в отверстия молотком. В по Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов­следнее время все большее распространение получают соединения на прочных болтах. В этих соедине­ниях главные усилия передаются за счет трения меж отдельными элементами в итоге сотворения значи­тельного натяжения болтов при помощи тарировочного Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов пневматического гайковерта, позволяющего контроли­ровать силу натяжения. Чем выше сила натяжения бол­та, тем больше сила трения меж соприкасающимися поверхностями частей, а как следует, и несущая способность соединения. Болты изготавливают из прочных Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов сплавов и дополнительно подвергают терми­ческой обработке.

Изучают возможность внедрения клееболтовых со­единений, в каких стягиваемые поверхности покрыва­ются синтетическими клеями и соединяются высоко­прочными болтами. В стадии разработки находятся и паяные Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов соединения, где употребляются расплавляемые медно-цинковые и свинцово-оловянные припои. При всем этом основной металл не плавится, его структура не меняет­ся, что позволяет сделать довольно крепкие соедине­ния,


^ СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

В практике Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов строительства в большинстве случаев применяется ручная, автоматическая и автоматическая элект­родуговая сварка. Суть таковой сварки заключается в разработке меж электродом и свариваемой деталью электронной дуги, которая средством их местного нагрева до водянистого Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов состояния соединяет свариваемые детали. Глубина проникания наплавленного металла в основной именуется проваром. Большая произво­дительность труда и лучшее качество сварных сое­динений достигаются при автоматической сварке. При автоматической сварке производительность Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов и каче­ство ниже, при ручной—качество сварки зависит почти во всем от квалификации сварщика, а производитель­ность труда еще ниже. Для предотвращения проникно­вения из воздуха в расплавленный металл вредных при­месей Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов (кислорода и азота), также замедления остыва­ния шва и стабилизации горения дуги автоматическую и автоматическую сварку ведут под слоем флюса (сы­пучего материала), а ручную — при помощи толстообмазанных электродов. При плавлении флюс Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов и обмазка об­разуют шлак и газы, защищающие шов.

Электроды для ручной сварки имеют буквенно-циф­ровое обозначение. К примеру, Э50А значит, что временное сопротивление наплавленного металла 490 МПа (50 кг Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов/мм2), буковка А охарактеризовывает повышен­ное качество шва вследствие наименьшего содержания се­ры и фосфора. Для соединения дюралевых сплавов разработаны особые электроды и флюсы, а сама сварка делается в среде инертного газа (аргона Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов), чтоб предупредить окисление расплавленного метал­ла и сделать лучше горение дуги.

^ Достоинства и недочеты. К преимуществам свар­ных соединений относятся: наименьшая масса, отсутствие ослаблений в соединениях (нет отверстий для заклепок и болтов Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов), более обыкновенные конструктивные формы, возмож­ность заслуги полной плотности в соединениях, эко­номия металла (вследствие полного использования по­перечных сечений, отсутствия разных соединитель­ных косынок, планок, накладок, также сравнимо маленьких издержек металла на сварные Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов швы), наименьшая трудозатратность и возможность сотворения более рациональ­ных поперечных сечений частей. Главный недоста­ток сварных соединений в том, что, являясь по существу концентраторами напряжений, они могут испытывать хрупкое Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов разрушение при воздействиях низких темпера­тур и динамических нагрузок.

^ Типы сварных швов. Зависимо от обоюдного рас­положения соединяемых частей сварные швы разде­ляют на: а) стыковые (прямые и косые), когда торцы деталей располагают в Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов одной плоскости (встык) и сва­ривают (рис. 24.1,а, б); б) угловые (валиковые), пред­ставляющие собой валик, заполняющий угол, образо­ванный соединяемыми деталями (рис. 24.1,в). Угловые швы бывают лобовыми, если они Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов ориентированы перпенди­кулярно действующему усилию, и фланговыми, если на­правлены параллельно усилию. В неких случаях используют проплавные швы и электрозаклепки. Проплавные швы употребляют в главном в широких эле­ментах. Проплавной шов делают, перемещая свароч­ный Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов автомат по верхнему листу с проваркой последнего насквозь и сплавлением его с нижним листом. Электро­заклепки представляют собой проплавной шов, но круг­лой формы (рис. 24.1,г).

По месту производства швы делят на Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов заводские и монтажные: 1-ые делают на заводе-изготовителе, 2-ые — на строительной площадке. По собственному назна­чению швы могут быть рабочими (подлежащими расче­ту на крепкость) и связывающими (назначаемыми конст­руктивно). Обычно Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов рабочие швы делают непрерывны­ми, в неких случаях связующие швы разрешается делать прерывающимися. Обозначения сварных швов на чертежах показаны на рис. 24.2, а. По положению, зани­маемому швом в пространстве при выполнении сварки Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, различают швы нижние, горизонтальные, вертикаль­ные, потолочные (рис. 24.1, г)). Для обеспечения полно­го провара в целях улучшения свойства шва при толщи­нах соединяемых частей более 8—10 мм кромки сты­куемых частей нужно Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов скашивать. Разделки кро­мок делают V-, Х -, К - и U-образными (рис. 24.2,6).

Расчетные сопротивления сварных швов приведены в табл. 24.1.




Значение коэффициентов надежности по материалу следует принимать при значениях 490 МПа; ywm = 1,35 при значениях 590 МПа. Значение Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов находится в зависимости от метода сварки и типа приме­няемых сварных материалов. При сварке сталей различ­ной прочности расчетное сопротивление следует прини­мать для наименее крепкой стали.

^ Расчет стыковых швов. Стыковые Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов швы — самый на­дежный вид соединения железных конструкций, потому что вызывают меньшую концентрацию напряжений. Потому стыковые швы рассчитывают исходя из догадки, что напряжения по длине шва распределяют­ся умеренно. При центральном сжатии Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов либо растяже­нии расчет ведут по последующей формуле:



^ Расчет угловых швов. Угловые швы также рассчиты­вают, предполагая, что напряжения по длине шва рас­пределены умеренно. При действии осевых сил угло­вые швы рассчитывают Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов на условный срез, который может произойти по металлу шва либо по металлу границы сплав­ления (поверхности 0—1 в первом случае и 0—2 во вто­ром на рис. 24.3, о). Разрушение по границе сплавления Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов может быть только в случае, если металл шва прочнее ос­новного металла. Расчет по срезу металла шва произво­дят, полагая, что шов представляет собой равнобедрен­ный треугольник, и более слабенькое место шва находит­ся Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов на биссектрисе угла. Условие прочности имеет вид

, (24.3)



Типы сварных соединений. При помощи стыковых и угло­вых швов конструируют четыре главных типа сварных соединений: стыковое внахлестку, тавровое и угловое. Стыковое соединение может быть без Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов накладок (встык) (рис. 24.4,а), с накладками (рис. 24.4,6) и через прокладку (рис. 24.4,б). Более экономно и накрепко соединение встык. Соединения через прокладку и с на­кладками наименее надежны, потому что при их разработке Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов об­разуются концентраторы напряжении. При соединении внахлестку (рис. 24.4, г) элементы накладываются один на другой и соединяются угловыми швами. Тавровое и угловое соединения (рис. 24.4,д., е) работают приблизительно идиентично.





^ БОЛТОВЫЕ И Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Болтовые соединения ординарны в установке, надежны, не требуют сложного оборудования и всераспространены в главном в монтажных соединениях железных кон­струкций. Различают болты грубой, обычной, повы­шенной точности и прочные. Болты Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов грубой и нор­мальной точности изготавливают из углеродистых сталей и используют для конструкций из сталей с пределом те­кучести до 380 МПа. Отверстия для постановки этих болтов продавливаются либо просверливаются и имеют поперечник Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов на 2...Змм больше, чем поперечник болта, что об­легчает сборку конструкций, но делает соединение по­датливым. Зазор меж отверстием и болтом повышен­ной точности составляет 0,3...0,5 мм, и болты в этих со­единениях посиживают плотно Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, снижая податливость стыка. Прочные болты изготавливают в главном из легированных сталей с следующей тепловой обработ­кой. Это болты обычной точности. Их затягивают гайковертами с тарировочными устройствами, позволя­ющими держать под контролем усилие Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов натяжения. Поверхности соединяемых частей за ранее обрабатывают.

^ Расчет заклепок и болтов. Болты грубой, нормаль­ной и завышенной точности рассчитывают на срез, смя­тие и растяжение, заклепки для конструкций из алюми­ниевых сплавов Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов — лишь на срез и смятие. При расче­те на срез считается, что разрушение происходит по плоскости сдвига (рис. 24.5, а), и усилие, воспринимае­мое одним болтом пли заклепкой, определяют по следу­ющей формуле Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов:

(24.11)

Число болтов в соединении определяют по следую­щей формуле:

, (24.14)

Размещение болтов. Правила размещения всех видов болтов и заклепок схожи. Болты и заклепки разме­шают рядами, чтоб было комфортно вести работу. Полосы Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов, проходящие по центрам болтов, именуют рисками. Рас­стояние меж болтами повдоль действующего усилия на­зывается шагом, поперек усилия — дорожкой (рис. 24.5,6). Применяется рядовое (рис. 24.5, б) и шахмат­ное (рис. 24.5, г) размещение болтов.

Условные обозначения болтов Лекция 11 металлические конструкции механические свойства металлов см. на рис. 24.5, д.






lekciya-10-sravnitelnaya-harakteristika-psihologii-nekotorih-narodov-dalnego-zarubezhya.html
lekciya-10-sushnost-validnosti-konspekt-lekcij-tekst-predostavlen-litagentom.html
lekciya-10-tema-sestrinskaya-pomosh-pri-rake-legkogo-plevrite.html