Область применения и характеристики металлических конструкций

Лекция 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МК – несущие (силовые) конструкции, из которых создают каркасы зданий и инженерных сооружений. 1.1. Область применения металлических конструкций. 1. Одноэтажные производственные здания. • Однопролетные и многопролетные (в том числе с пролетами разной высоты) • Бескрановые и оборудованные подвесными или мостовыми опорными кранами 2. Высотные здания Многоэтажные здания 20-30 и более этажей (до 150). Используются в условиях плотной застройки больших городов. 3. Большепролетные здания Каркасы зданий с большими пролетами (50-150м …до 270м): крупные сборочные корпуса, ангары спортивные залы и т.п. 4. Мосты, эстакады Мосты – автодорожные, железнодорожные, переходы и др. Пролет строения – 30-60м до 1 км и более (1410м). 5. Башни и мачты • антенные устройства для ТВ, РВ, многоканальной телефонной связи (200500м); • опоры ЛЭП (20-40м до 150м и более при переходе через препятствия); • вытяжные башни для поддержания газоотводящих стволов дымовых и вентиляционных труб (80-150м; до 600м); • башни морских стационарных платформ для добычи нефти и газа. Башни крепятся при помощи свай к морскому дну, достигает глубин 200-300м и более при ширине основания ~70м. решетка башни – трубы Ø2-4м при толщине стенок 60-90 см; • геодезические вышки, промышленные этажерки, надшахтные копры, буровые вышки; Лекция 1 МК ПГС 2 6. Листовые конструкции Тонкостенные пластинки и оболочки различной формы. • резервуары – для хранения нефтепродуктов, воды, сжиженных газов, кислот, спиртов и др. жидкостей. Форма резервуаров: вертикальные и горизонтальные цилиндрические, сферические, с плавающей крышей и др. Объем – до 200 тыс.м3. • газгольдеры – для хранения, смешивания и выравнивания состава газов. Газгольдеры: постоянного объема и переменного объема. Вместимость до 600 тыс.м3. • бункера и силосы – для хранения и перегрузки сыпучих материалов. • Трубопроводы большого диаметра, доменные печи и т.п. 7. Ограждающие конструкции, лестницы и площадки. 8. Другие виды конструкций Конструкции мостовых, башенных, козловых кранов, экскаваторов, радиотелескопов, объектов космической связи и др. 1.2. Достоинства и недостатки МК 1. Достоинства • Высокая и одинаковая прочность при растяжении сжатии и изгибе; высокая прочность при сдвиге (до 60%): табл.1.1 Таблица 1.1. Характеристики конструкционных материалов Материал Кирпич Бетон Дерево Пластмассы Металлы Марка 100 400 Сосна Стеклопласт Ст.3 Низколегированная Канаты Алюминиевый сплав γ0, кг/м3 1300 2200 500 1700 R, кг/см2 -25 -250 -130 +1600 ±2300 Е, кг/см2 0,4∙106 0,1∙106 0,25∙106 2,1∙10 6 7850 2750 E/R 1,6∙103 0,8∙103 0,16∙103 3,4∙10-4 0,91∙103 0,64∙103 0,18∙103 0,39∙103 ±3300 +10000 1,8∙10 2,4∙10-4 0,8∙10-4 ±1800 0,7∙106 1,5∙10-4 6 Примечание. R – расчетное сопротивление: растяжение (+), сжатие (-) Лекция 1 МК ПГС γ0/R, 1/м 52∙10-4 8,8∙10-4 3,8∙10-4 1,1∙10-4 3 • • Однородность структуры. Высокая пластичность. Относительное остаточное удлинение δ: δ=23-27% -Ст.3 – обычной прочности δ=20% - сталь повышенной прочности δ=10-20% - высокопрочная сталь σ σu σy σpr 3 2 1 4 tg α =E 0,2 εpr=0,1 εy=2-3 δ εu ε,% Рис.1.1. Диаграмма работы стали обычной прочности • Относительная легкость. С = γ 0 R - коэффициент легкости (см. табл.1.1). • Индустриальность изготовления и монтажа МК. • Непроницаемость конструкций для газов и жидкостей. • Лучшая приспособленность для тяжелых условий работы (высокие температуры до 200°С, динамические и циклические нагружения, большие нагрузки). • Простота ремонта и реконструкции. 2. Недостатки. • Низкая стойкость к коррозии. • Малая огнестойкость. При температуре 600°С (сталь) и 300°С (алюминиевые сплавы) полностью теряют прочность. • Дефицитность. Лекция 1 МК ПГС 4 1.3. Классификация строительных сталей. 1. По прочности. Обычной прочности σy<29 кН/см2; Повышенной прочности 29≤σy<40 кН/см2; Высокой прочности σy≥40 кН/см2. 2. По химсоставу. Углеродистые стали У≤0,22%. Низколегированные стали, ≤∑5% легирующих добавок Таблица 1.2. Влияние легирующих добавок на свойства сталей Прочность Углерод (У),≤0,22% Кремний (С), ≤1% Марганец(Г), ≤1,5% Медь (Д), ≤0,7% Хром (Х),Никель(Н) Алюминий (Ю) Ванадий (Ф), Молибден (М) Азот (А) в виде нитридов Ю,Ф + + + + + Пластичность Свариваемость - - Коррозионная стойкость + + Раскисление + + + + + + + Вредные примеси: сера, фосфор, газы (кислород, водород). 3. По степени раскисления. Кипящие, спокойные, полуспокойные. Лекция 1 МК ПГС Скорость старения 5 4. Стали обычной прочности - ГОСТ 27772-88: С235, С245, С255, С275, С285 гарантируется обеспечение нормативных значений предела текучести и временного сопротивления - ГОСТ 380-88: Вст3кп2, Вст3пс6, Вст3сп5, Вст3Гпс5 (Г – повышенное содержание марганца 0,8-1,1%) Указывается группа поставки, способ раскисления и категория Группа поставки. Гарантия : А –по механическим свойствам; Б –по химическому составу; В по механическим свойствам и химическому составу. Степень раскисления КП – кипящая; СП – спокойная; ПС – полуспокойная. Категория указывает вид испытаний на ударную вязкость (хладостойкость): 1, 2 – испытания на ударную вязкость не проводятся; 3 – проводятся при t°= + 20°C; 4 – при t°= - 20°C; 5 – при t°= - 20°C и после механического старения; 6 - после механического старения. 5. Стали повышенной и высокой прочности - ГОСТ 27772-88: С345, С345К (К – вариант химсостава), С345Т (Т – термическое улучшение), С375, С375К, С375Т 09 Г 2 С - ГОСТ 380-88: 09Г2С; Содержание У в Содержание элемента 14Г2АФ; 0,01% в %; (>1%) 10ХСНД Лекция 1 МК ПГС 6 6. Основные свойства строительных сталей. σ 3 1 –обычной прочности; 2 – повышенной прочности 3 - высокопрочная σu σ02 2 σu σy σpr 1 0,2 εpr=0,1 ε,% εu εy=2-3 Рис.1.2. диаграммы напряжений строительной стали 7. Расчетные модели диаграммы работы стали. а) σ б) σy σ=σy σy σ=E∙ε σ=E∙ε ε ε в) σu σy σ=σy σ=E1∙ε г) σ=E1∙ε σy σ=E∙ε σ=E∙ε ε ε Рис.1.3.: а – идеально упругая; б – идеально упруго-пластическая (Прандтля); в - трехстадийная линейная; г – упругая с упрочнением Лекция 1 МК ПГС 7 8. Виды разрушений стали. Вязкое (пластичное) – малоуглеродистые стали, У 0,1-0,3% Хрупкое – высокопрочные стали и повышенной прочности. Факторы, способствующие хрупкому разрушении.: • Химсостав (излишний углерод, вредные примеси) • Качество стали, однородность • Ударные нагрузки, при которых не развиваются пластические деформации • Конструктивно-технологические концентраторы напряжений – отверстия, микротрещины, изменения сечений • Изменения структуры сталей, вызванные сваркой • Низкие температуры • Старение (изменение свойств стали со временем). 9. Выбор марки стали (СНиП II-232-81*). 4 группы конструкций: I. Сварные, работающие в особо тяжелых условиях или под действием динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. II и III – Сварные, работающие под действием статических нагрузок, в т.ч. перечисленные в I гр., не имеющие сварных соединений. IY. Вспомогательные конструкции и конструкции III гр., не имеющие сварных соединений. Лекция 1 МК ПГС