Металлические конструкции и сплавы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Учет влияния прогиба внецентренно сжатых элементов. Учет влияния косвенного армирования.

Внецентренно сжатые элементы (колонны, стены, элементы ферм) - это элементы, в которых расчетные продольные сжимающие силы приложены с начальным эксцентриситетом по отношению к вертикальной оси элемента или на которые одновременно действуют осевая продольная сила и изгибающий момент ;

Учет влияния прогиба элемента

Если внецентренно сжатый элемент обладает гибкостью и для прямоугольных сечений , то под действием продольной силы элемент изгибается, при этом начальный эксцентриситет увеличивается до величины и снижается за счет продольного изгиба его несущая способность, т.к. изгибающий момент увеличивается до значения

.

Следовательно, коэффициент учитывает влияние на несущую способность элемента продольного изгиба.

Коэффициент определяется по формуле

,

где - внешняя продольная сила,

- условная критическая сила по Эйлеру, определяется по эмпирической формуле для любых видов сечений.

Если будет иметь место потеря устойчивости формы (предельное состояние первой группы); в этом случае следует увеличить на модуль габариты сечения элемента.

Принимается 1…2,5; не рекомендуется принимать, т.к. в этом случае резко снижается несущая способность элемента вследствие чрезмерного прогиба. сплав прогиб армирование металлический

Если по расчету получено , следует увеличить габариты сечения или изменить статическую схему, т.е. условия закрепления, что изменит следовательно, изменится и уменьшится величина .

Учет влияния косвенного армирования

Эффект косвенного армирования (эффект «обоймы») проявляется при малой гибкости сжатых элементов: при армировании сетками и - при спиральном и кольцевом армировании. Эффект косвенного армирования учитывается введением в уравнение прочности площадь бетона , ограниченная контуром спиралей, колец или сеток и приведенного сопротивления бетона сжатию , последнее собственно и есть учет эффекта «обоймы».

2. Область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки стальных и алюминиевых конструкций

Основные области применения стальных конструкций:

- каркасы одноэтажных промышленных зданий;

- каркасы высотных гражданских и многоэтажных производственных зданий;

- покрытия большепролетных зданий (гаражи, ангары, рынки, спорт. сооружения, ТЦ);

- специальные сооружения (мачты и башни радиосвязи и телевидения, эстакады, бункеры)

Достоинства стальных конструкций заключаются в следующем:

- надежность работы, высокая однородность механич. свойств стали и ее способность воспринимать статич. и динамич. нагрузки;

- высокая прочность, воспр. большие нагрузки при небольших сечениях элементов;

- относительная легкость, высокий коэффициент конструктивного качества;

- высокая сборность, что обеспечивается соединением элементов с помощью болтов;

- разборность, легкая заменяемость элементов и их усиление;

- индустриальность- изготовления на заводах без значительных затрат ручного труда;

- газо- и водонепроницаемость, обусловленные большой плотностью стали.

Недостатки стальных конструкций:

- подверженность коррозии под воздействием влаги, газов и солей (появление ржавчины), требующая специальных методов защиты и ограничивающая область применения;

- малая огнестойкость; при температуре выше 500°С сталь теряет несущую способность,

- сравнительно высокая стоимость.

Алюминиевые конструкции могут применяться практически во всех областях строительства наряду со стальными за исключением тяжело нагруженных каркасов промышленных зданий. Но высокая стоимость алюминиевых сплавов и некоторые их особенности (низкая огнестойкость) делают применение алюминиевых конструкций эффективным там, где проявляются их отличительные положительные свойства: эстетичность, легкость, большая надежность при низких температурах, отсутствие искрообразования при ударе и др.

Сюда входят:

- каркасы и покрытия общественных и промышленных зданий;

- листовые конструкции резервуаров, силосов - для хранения зерна, жидкостей;

- кровельные и стеновые панели промышленных и общественных зданий;

- архитектурно-строительные детали фасадов и интерьеров, каркасы витражей, оконные переплеты.

Основные достоинства алюминиевых конструкций: легкость, самый высоким коэффициент конструкт. качества из всех традиционных строй. мат; алюминиевые конструкции легче подобных стальных в 2-2,5 раза; высокая стойкость против коррозии; повышенная надежность работы при низких температурах и сейсмостойкость; отсутствие искрообразования при ударе; получение разнообразных форм поперечного сечения элементов конструкций

Недостатки алюминиевых конструкций: малая огнестойкость; повышенная температурная деформативность; высокая стоимость материала.

3. Строительные стали и алюминиевые сплавы как конструктивные материалы, их классификация, физико-механические свойства

Основные материалы для металлических строительных конструкций: стали обыкновенного качества (прокатная сталь, стальное литье) и алюминиевые сплавы. Для несущих конструкций применяется преимущественно прокатная сталь.

Требования к строительным сталям и алюминиевым сплавам:- высокая прочность;- упругость;- пластичность;- свариваемость;- долговечность в условиях агрессивных и негативных сред, высоких и низких температур и др. воздействий.

Сталь - сплав железа с углеродом (содержание которого 1,2%) и незначительным количеством примесей (которые попадают из руды и образуются в процессе выплавки) и легирующих добавок (которые вводятся для улучшения свойств стали).

Стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Сталь получают на основе чугуна - первичный продукт доменной переработки природных железных руд.

Алюминиевые сплавы: 90…95% чистого алюминия и спецдобавки, повышающие прочность и замедляющие его окисляемость. Алюминий - самый распространенный на земле металл (8,1% земной коры), но получение конструктивного алюминия дорого. Основа - бокситы с содержанием 40…60% глинозема. Способ получения алюминия - электролиз глинозема.

Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется на:

- малоуглеродистую - 0,09-0,22% углерода (применяется в строительстве);

- среднеуглеродистую - 0,23-0,5% углерода (применяется в машиностроении);

- высокоуглеродистую (инструментальную) - 0,51-1,2% углерода.

В строительных конструкциях, в основном, применяют малоуглеродистую сталь, которая обладает большой пластичностью и хорошей свариваемостью.

Легированные стали тоже делятся на три группы в зависимости от суммарного содержания легирующих добавок: низколегированные (до 2,5 %); среднелегированные (2,6-10%); высоколегированные (более 10%).

В стальных конструкциях применяют низколегированную сталь.

Механические свойства металлов. К основным характеристикам металлов относятся следующие:

Пределом пропорциональности называют наибольшее напряжение, при котором остается справедливым закон Гука: , где - модуль упругости. Модуль упругости сталей примерно в три раза больше, чем алюминиевых сплавов.

Предел упругости - наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций, т.е. при снятии нагрузки образец полностью восстанавливает первоначальный размер.

Предел текучести - напряжение, при котором начинают развиваться пластические деформации, а на диаграмме появляется площадка текучести.

Пределом прочности , или временным сопротивлением, называют напряжение, при котором образец, пройдя стадию самоупрочнения, начинает разрушаться.

Относительное удлинение при разрыве характеризует пластичность металла- свойство стали получать остаточные деформации после снятия нагрузки.

Хрупкость - способность материала (металла) разрушаться при очень малых деформациях (склонность к хрупкому разрушению - способность разрушаться при малых деформациях в пределах упругой работы).

В зависимости от механических свойств стали условно делят на три группы:

- обычной прочности (малоуглеродистые стали);

- повышенной прочности (низколегированные, среднелегированные стали);

- высокой прочности (низколегированные, среднелегированные стали плюс термическое упрочнение стали).

Размещено на Allbest.ru