Материалы металлических конструкций

В зависимости от вида конструкций и их сочетаний различают системы стержневые и сплошные. К стержневым системам, состоящим из балок, ферм и колонн, относятся: каркасы зданий и сооружений, мосты, покрытия зданий в виде ферм, арок или куполов; ангары, мачты и башни, нефтяные вышки, стойки ЛЭП, эстакады, краны и другие конструкции. К сплошным системам относятся различные виды листовых конструкций: газгольдеры, резервуары, трубопроводы, специальные конструкции металлургических и нефтехимических заводов и т.д.

Основным материалом металлических конструкций является сталь.Она должна обладать необходимой проч­ностью, быть достаточно пластичной, хорошо свариваться и сопротивляться динамическим воздействиям без пере­хода в хрупкое состояние. При необходимости значительно снизить массу конструкций и повысить их коррозион­ную стойкость используют алюминиевые сплавы.

Свойства стали обусловлены ее химическим составом и технологией изготовления. Углерод повышает прочность стали, но ухудшает пластичность и свариваемость, поэ­тому для строительных конструкций применяют малоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,22%.

Повышение прочности стали без существенного сни­жения ее пластичности достигается введением легирую­щих добавок – марганца, кремния, меди, никеля, хрома и др. Такие стали называют низколегированными.

Увеличение прочности стали достигается термическим упрочнением.

По технологии изготовления в зависимости от объема газов, выделяющихся в процессе кристаллизации, малоуглеродистая сталь может быть кипящей (кп), полуспокойной (пс) и спокой­ной (сп).

Сталь называют кипящей, если ее сразу же (без вы­держки) разливают в изложницы; при этом часть газов остается в затвердевшем металле в виде газовых пузырь­ков, которые снижают его качество.

Спокойные(и в несколько меньшей степени полуспо­койные) стали перед разливкой определенное время вы­держивают, в результате чего устраняется возможность образования газовых пузырьков, а, следовательно, повы­шается надежность работы стали в конструкциях, осо­бенно при динамических нагрузках и в условиях низких температур.

Низколегированные стали выплавляют только спо­койными.

Ударная вязкостьстали характеризует ее хрупкость и оценивается работой, которую надо совершить для разрушения специального образца с надрезом при его испытании на удар. Чем больше ударная вязкость стали, тем меньше хрупкость.

Билет 5. 1)классификация нагрузок.сочетания.степень ответственности зданий и сооружений.нормативные и расчетные сопротивления материалов.

Сочетание нагрузок

На конструкцию, как правило, действуют несколько нагрузок, поэтому при расчете нужно учитывать наиболее вероятные их сочетания. Сочетания нагрузок делятся на два вида: основные и особые. Основные сочетания состоят из постоянных и временных нагрузок, а особые - из постоянных, временных и одной особой. В основном сочетании, если учитываются все постоянные и только одна временная нагрузка, то ее вводят в расчет без снижения. При действии двух и более временных нагрузок значения длительных нагрузок умножают на коэффициент сочетаний , а кратковременных - на . В особом сочетании нагрузок все временные длительные нагрузки умножаются на коэффициент сочетаний , а кратковременные на .

Таким образом, коэффициенты сочетаний учитывают вероятность одновременного действия максимальных значений длительных и кратковременных нагрузок.

Нормативные и расчетные характеристики материалов

Основными характеристиками прочности материалов являются нормативные сопротивления, которые представляют собой устанавливаемые нормами предельные значения напряжений, которые может воспринимать данный материал. Помимо нормативных сопротивлений устанавливаются и другие нормативные характеристики материалов: плотность, модуль упругости, усадка бетона и др. Нормативные характеристики устанавливаются на основе статистической обработки результатов испытаний стандартных образцов. Обеспеченность нормативных значений принимается не менее 0,95. Это значит, что число случайных отклонений с пониженными значениями механических свойств при испытаниях не превышает 5%.

Возможность случайного отклонения характеристики в неблагоприятную сторону от нормативного значения учитывают с помощью коэффициента надежности по материалу или по грунту . Расчетное сопротивление (характеристику) материала получают делением нормативного сопротивления (характеристики) на соответствующий коэффициент надежности:

 

или

 

Для металлов нормативные сопротивления устанавливаются по минимальным значениям предела текучести (yield point - предел текучести) или временного сопротивления (ultimate - предельный). Соответствующие расчетные сопротивления равны:

Для грунтов основными прочностными и деформационными характеристиками являются: угол внутреннего трения , удельное сцепление , модуль деформации . Коэффициенты надежности по грунту устанавливаются в зависимости от изменчивости этих характеристик, которая оценивается с помощью доверительной вероятности их расчетных значений. При расчете по первой группе предельных состояний доверительная вероятность принимается равной , а при расчете по второй группе - .

Строительные стали

Сталью называют сплав, состоящий из железа и углерода. Под качеством материала подразумевают сочетание свойств, зависящих от технологии производства, формирующих его химический состав, однородность строения, механические свойства и технологичность. Термин строительная распространяется на конструкционную малоуглеродистую, низколегированную или нелегированную стали, которые применяются для сооружения металлических конструкций путем сварки, клепки и посредством других соединений.

При строительстве объектов, требующих особой прочности, могут применяться и так называемые легированные стали, в их состав добавляют химические элементы, повышающие физические свойства материала.

Основные требования, предъявляемые к строительной стали – это нормативные параметры прочности, хороший показатель свариваемости, значительная пластичность. Огромное влияние на свойство материала оказывает содержание углерода. Его увеличенная концентрация в составе сплава сказывается на хрупкости и ухудшении свариваемости. Но наряду с этим повышаются такие свойства, как: предел текучести и временное сопротивление.

Немаловажное значение имеет наличие в соединении вредных природных примесей (фосфора, серы и прочих), серьёзно влияющих на качество конечного продукта.

Классификация строительных сталей

Система классификации стали, которая нашла применение в строительной отрасли, подразумевает распределение материала по нескольким параметрам. Первый из них механическая прочность. Разделение по данному показателю определяет три типа стали:

•   материал с обычной прочностью;

•   повышенной;

•   высокой.

ГОСТ по классу прочности сталей строительных предполагает такие характеристики, как временное сопротивление на разрыв и минимальную величину предела текучести.

Вторым признаком, по которому группируют стали – это химический состав.

•   Малоуглеродистые отличаются пластичностью, хорошей свариваемостью. Образуют класс С и нашли широкое применение в строительной сфере.

•   Низколегированные конструкционные. Эта группа обладает высоким пределом текучести, поэтому выполненные из такого материала конструкции характеризуются меньшим весом. Данный вариант металла имеет повышенную коррозийную стойкость и отличную свариваемость. В строительных низколегированных марках стали содержание легирующих элементов не превышает 2,5%. Этот вид сплава применяется чаще всего в конструкциях сооружений, принимающих на себя значительные нагрузки и расположенных в среде, способствующей образованию коррозий, например, в гидротехническом строительстве.

•   Легированные, содержащие в своем составе от 2,5% до 10% специальных добавочных элементов, повышающих физико-химические свойства материала.

Маркировка строительных сталей

Для маркировки материала принята буквенно-цифровая система обозначений. Строительные марки помечают литерой С, цифры свидетельствуют о минимальном пределе текучести сплава. Присутствие других символов дают дополнительные сведения, к примеру, наличие буквы К удостоверяет повышенную антикоррозийную стойкость, а Т указывает, что материал термоупрочен (С390К, С355Т). Наличие буквы Д говорит о повышенном содержании меди. Марки строительной стали С390К, С355Т предназначены для конструкций со сварными и другими соединениями.

Сегодня в строительстве часто применяют конструкционную низкоуглеродистую сталь марок 10, 15, 20. Данные цифры указывают на усредненое содержание углерода в сплаве, исчисляемого в сотых долях процента.

Маркировка малоуглеродистых сталей включает её марку. Находящаяся впереди литера В означает гарантии механических параметров и химических свойств. Буквенные символы в конце: кп, пс или сп уточняют кипящая это сталь, полуспокойная или спокойная.

Последний цифровой индекс – категория материала по требованиям ударной вязкости. Таким образом, маркировка ВСтЗкп2 поясняет, что сталь относится к кипящей, её марка соответствует сплаву СтЗ, отвечая всем требованиям, выдвигаемым к механическим свойствам и химическому составу, а ударная вязкость соотносится с показателем 2.

Билет 6. 1)Сущность железобетона. Сущность железобетона состоит в том, что он представляет рациональное сочетание этих двух материалов - бетона и стали, которые работают совместно вплоть до разрушения.

Ниже приведено стандартное определение железобетона, в котором кратко отражается его сущность.

Железобетон - это комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, деформирующихся совместно вплоть до разрушения конструкции.

В приведенном определении выделены ключевые слова, отражающие сущность материала. Для выявления роли каждого из выделенных понятий рассмотрим более подробно суть каждого из них

Бетон - это искусственный камень, который, как и любой каменный материал, имеет достаточно высокое сопротивление сжатию, а сопротивление растяжению у него в 10¸20 раз меньше.

Стальная арматура имеет достаточно высокое сопротивление как при сжатии, так и при растяжении.

Объединение этих двух материалов в одном позволяет рационально использовать достоинства каждого из них.

Алюминиевые сплавы

Алюми́ниевые спла́вы — сплавы, основной массовой частью которых является алюминий. Легирование — процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан. В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых сплавов относится к деформируемым, которые предназначены для последующей ковки и штамповки.

Билет 7. 1)Основные физико-механические свойства бетона. Классификация бетона. Структура бетона. Усадка бетона. Прочность бетона. Классы и марки бетона.

Бетон для ЖБК должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. В состав цементного камня входит: кристаллический сросток, гель, поры и капилляры, вода, воздух, частицы цемента.

Бетоны подразделяют по ряду признаков:

- структуре:

1. Плотной - у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим; 2. крупнопористые мало- и беспесчаные; 3. поризованные - с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; 4. ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;

- плотности:

1. Особо тяжелые - более 2500 кг/м3;2. Тяжелые - 2200 - 2500 кг/м3;3. Мелкозернистые - 1800 - 2200 кг/м3;4. Легкие - 500 - 2000 кг/м3;

- виду заполнителей:

1. на плотных заполнителях (щебень и песок). Естественные (перлит, пемза, ракушечник) или искусственные (керамзит, шлак). В зависимости от вида пористых заполнителей - керамзитобетон, шлакобетон;

2. пористых;

3. специальных;

- зерновому составу:

1. крупнозернистые (с крупными и мелкими заполнителями);

2. мелкозернистые средней плотности свыше 1800 кг/м3 (с мелкими заполнителями);

- условиям твердения

1. естественного твердения;2. подвергнутый тепловлажностной обработке при атмосферном давлении;3. подвергнутый автоклавной обработке при высоком давлении.

Усадка бетона

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона (рисунок 2.2, а)) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона).

Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:

1. количества и вида цемента – чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку; бетоны на расширяющемся и безусадочном цементе усадки не дают;

2. количества воды – с увеличением В/Ц возрастает усадка;

3. крупности заполнителей – при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, тем усадка меньше;

4. условия твердения – при влажных усадка меньше.

Усадка наиболее интенсивно происходит в начальный период твердения, в дальнейшем она постепенно затухает.

Усадка бетона:

Арматура, обладающая большим модулем упругости, из-за сцепления с бетоном вовлекается в его совместную работу и тем препятствует усадочным деформациям бетона.

Прочность бетона – (способность сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь) зависит от многих факторов:

- структуры- марки и вида цемента- водоцементного отношения- вида и прочности заполнителей- условий твердения- вида напряженного состояния- формы и размера образцов- длительности загружения.

Прочность бетона нарастает с течением времени. Наиболее интенсивный ее рост происходит в начальный период твердения (28 суток).

Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях (сжатии, растяжении, изгибе, срезе):

- Кубиковая прочность R – временное сопротивление сжатию бетонных кубов. За стандартные лабораторные образцы принимают кубы 15х15х15 см. Испытывают их при температуре 20 ºС через 28 дней твердения в нормальных условиях

Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения, развивающихся на контактных поверхностях. Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным деформациям куба и создают эффект обоймы. После разрушения куб приобретает форму усеченных пирамид, т.к. удерживающее влияние сил трения уменьшается к центру. Если при осевом сжатии устранить влияние сил трения (смазка), трещины разрыва становятся вертикальными, а временное сопротивление уменьшается примерно вдвое. Согласно стандарту, кубы испытывают без смазки контактных поверхностей.

Чем меньше размер куба, тем больше его прочность. Кубиковая прочность служит только для контроля качества бетона, т.к. реальные конструкции по форме отличаются от кубов.

- Призменная прочность Rb – временное сопротивление сжатию бетонных призм с отношением высоты призмы h к стороне a, равном 4. Опыты показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношения h/a. Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении h/a=4 значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 0,75R. В реальных расчетах принимается призменная прочность бетона.

- Прочность на растяжение Rbt зависит от прочности цементного камня и сцепления его с заполнителем. При осевом растяжении прочность бетона в 10…20 раз меньше прочности на сжатие.

Значение Rbt определяют испытаниями: на разрыв – образцов в виде восьмерки, на раскалывание – образцов в виде цилиндра, на изгиб – бетонных балок (рисунок 2.4 а, б) или по эмпирическим формулам.

- Прочность бетона на срез и скалывание. В чистом виде срез представляет собой разделение элемента на две части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. В ЖБК чистый срез встречается редко, обычно он сопровождается действием продольных сил. Сопротивление бетона скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин (рисунок 2.4 г). Временное сопротивление скалыванию при изгибе в 1,5-2 раза больше Rbt.

Деформативность бетона - свойство изменять размер и форму под влиянием различных воздействий. Различают деформации двух основных видов:

- Объемные - развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, набухания, изменения температуры и влажности;

 - Силовые - развивающиеся вдоль направления действия сил (сжатие, растяжение, сдвиг). В зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: не

- при однократном загружении кратковременной нагрузкой;

- при однократном длительном действии нагрузки;

- при многократно повторяющемся действии нагрузки.

Ползучесть – это свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести могут в 3…4 раза превышать упругие деформации. Величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона, влажности среды и предыстории деформирования. Она уменьшается по мере старения бетона. Деформации ползучести бетона тем больше, чем выше уровень напряжений. Когда связи в бетоне (арматура или крупный заполнитель) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругой εеl, деформации ползучести εpl и усадки εsl.

Разделяют:

- на линейную (σb≤0,5Rb , при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная)

- нелинейную (σb>0,5Rb), которая начинается при напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин. R=0,5Rb

Релаксация – процесс снижения напряжения при постоянной начальной деформации. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу ЖБК под нагрузкой.

Классы и марки бетона - среднестатистические значения основных контрольных характеристик бетона, задаваемых при проектировании.

Классы:

- В – по прочности на сжатие (Кубиковая прочность). Указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику;

- Вt – по прочности на осевое растяжение. Назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве.

- Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартами через 28 суток хранения при температуре 20±2 ºС.

- Классы бетона на сжатие:

1. для тяжелых бетонов на цементном вяжущем: В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В30…В60;

2. для напрягающих бетонов: В20…В60;

3. для легких бетонов при марке по средней плотности: D600…D900 – B1…B7

Марками оценивают основные физические свойства бетона. Различают следующие марки бетона:

- F – по морозостойкости - назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии замораживанию и оттаиванию (F50-F500);

- W – по водонепроницаемости - назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости. Предельное давление воды при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый образец толщ. 150 мм (W2-12 кгс/см2);

- D – по плотности - назначают для конструкций, к которым предъявляются требования теплоизоляции (D 500-2000 кг/м3);

- S—по самонапряжению - характеризует величину предварительного напряжения в бетоне, а уровне центра тяжести арматуры. Назначают для конструкций, изготовляемых на напрягаемом цементе (жб трубы, покрытия дорог, аэродромов).

Сортамент. Общие сведения

Под сортаментом металлопроката понимают перечень изделий с указанием вида материала для их производства, единиц длины и веса, особенностей доставки и др. Сортамент - это отдельный документ, где собрана вся важная информация об изделиях проката. Он представляется в виде таблицы или справочника на сайте. Предназначение сортамента очевидное - это помощь клиенту в расчетах нужного объема или количества изделий. Таблица позволяет посчитать необходимость в материале в метрах или тоннах, в зависимости от потребности.Как правило, сортамент проката используется заказчиками для определения точного веса или длины покупаемых товаров. Но производители изделий также пользуются информацией о характеристиках, размере и весе металлопроката. Она является своеобразным ориентиром для них, так как соответствие общепринятым требованиям при выпуске проката дает возможность сберечь честную конкуренцию на данном рынке.

Сортамент может включать такие виды проката:

1. Листовой.

2. Сортовой.

3. Фасонный.

Среди изделий листового проката, которые указываются в сортаменте, чаще всего бывает металлическая лента, полоски, листы, профнастил. Данные изделия популярны в строении автомобилей, станков, приборов и строительных работах. Они получаются холодной или горячей прокаткой. Документ содержит информацию о весе и размерах продукции.

Сортамент сортового проката включает следующую продукцию: металлический круг, шестигранник, арматура и другие фигурные изделия. Основное предназначение - это создание прочных металлоконструкций, армирование сооружений из бетона.

Сортамент фасонного проката представлен швеллером, двутавром, угловым профилем. Данные изделия имеют повышенную прочность и стойкость, выдерживают высокие нагрузки и влияние неблагоприятных факторов. Применяются как несущие элементы конструкций в строительных работах. В фасонном сортаменте могут быть специальные изделия, имеющие сложный рельеф, которые необходимы при возведении и оснащении важных объектов.

Отдельной строкой в сортаменте стоит трубный прокат, изделия которого бывают разного сечения, сварными или бесшовными. На основании размеров и параметров труб, указанных в сортаменте, можно легко посчитать необходимый вес труб.

Таким образом, сортамент позволяет любому заказчику точно определиться с объемом приобретаемых изделий металлопроката. В нем подается подробная информация об изделиях, которая находится в открытом доступе. Также, этот документ свидетельствует об ассортименте продукции производителя.

Билет 8. 1)Деформативность бетона

В бетоне различают деформации двух основных видов: силовые, проявляющиеся под действием приложенных внешних нагрузок и развивающиеся в направлении их действия, и несиловые, связанные с изменением температуры и влажности окружающей среды и носящие объемный характер. В зависимости от характера приложения и продолжительности действия нагрузок силовые деформации бетона разделяют на деформации, возникающие при однократном нагружении кратковременной статической нагрузкой, а также при продолжительном и повторном действии нагрузки.

Деформативность бетона под кратковременной нагрузкой при наличии его сцепления с арматурой характеризует распределение полного усилия в железобетонном элементе по мере роста нагрузки. Степень вовлечения арматуры в совместную работу с бетоном различна на разных уровнях нагружения и ограничивается некоторым предельным значением деформаций бетона, которые могут быть достигнуты к моменту потери бетоном несущей способности или нарушения сцепления с арматурой, Нормативные документы (СНиП; СН 365-67) рекомендуют учитывать предельную деформативность бетона при расчете элементов железобетонных конструкций на трещино-стойкость, а в некоторых случаях также на прочность. При этом предельная деформативность принимается в среднем равной: при сжатии е^с = 200-10~5, а при растяжении 8*р= 15-10-5. Указанные величины следует рассматривать, однако, как сугубо ориентировочные. Опыты показывают, что фактические значения предельных деформаций бетона колеблются в довольно широких пределах в зависимости от состава бетонной смеси, качества составляющих, скорости загружения, а также от вида напряженного состояния (осевое или внецентренное сжатие, изгиб, растяжение и т. д.).

Работа стали под нагрузкой

а) Виды и механизм разрушения стали

В зависимости от степени развития пластических деформации разрушение может быть:

хрупкое – происходит путем отрыва, без заметных деформаций, внезапно. При этом разрушаются межатомные связи. Прочность кристалла составляет 3300кН/см²;

пластическое – менее опасное, сопровождается значительными деформациями и является результатом сдвига одной части кристалла относительно другой, а напряжения для сдвига составляют ≈1300кН/см² , что намного больше s_т металлов (не >100 кН/см²).

Таким образом, один и тот же материал может разрушиться и хрупко и пластично в зависимости от вида нагруженного состояния, наличия концентраторов напряжений, t^o и т.п. Расхождение между теоретической и реальной прочностью объясняется дефектами кристаллической решетки, которые бывают (рисунок 2.5):

- точечные – отсутствие атома в узле решетки – наличие инородного атома в узле или вне узла;

- линейные – краевые и винтовые дислокации (оказывают наибольшее влияние);

- поверхностные – границы зерен, двойниковые прослойки и т.п.

- объемные – поры и инородные включения.

 а – краевая дислокация; б – винтовая дислокация Рисунок 2.5 - Виды дислокаций

С увеличением числа дислокаций прочность кристалла (зерна) падает, но при большей плотности – прочность снова возрастает.

Таким образом, для повышения прочности материалов можно идти двумя путями: 1-ый – уменьшение числа дефектов кристаллической решетки, т.е. приближение к идеальной, 2-ой – направленное изменение решетки и повышение плотности дислокаций (легирование, предварительная пластическая деформация и т.п.).

При поликристаллическом строении границы зерен и перлит создают дополнительные препятствия движению дислокаций и способствуют увеличению сопротивления пластическим деформациям и повышению прочности стали.

Свойства монокристалла различны по разным направлениям, но при большом количестве хаотично ориентированных кристаллов сталь ведет себя как изотропный материал.

б) Работа стали при одноосном растяжении

Стадия 1 – упругая работа, связь между s и ε линейна и подчиняется закону Гука (2.1). s_max = s_p; Е=2,06·10⁵ Мпа – cоnst.

Стадия 2 – упруго-пластическая работа, появляются отдельные сдвиги в зернах феррита, линейная связь между s и ε нарушается, Е - переменный.

Стадия 3 – текучесть, ε растут при N = сonst , происходит интенсивное движение дислокаций и увеличение их плотности, развитие линий сдвига в зернах феррита. Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых сталей 1.5÷2.5%. Здесь ε = ε_ост + ε_упр и s_max = s_т.

Стадия 4 – развитие деформаций сдерживается, линии сдвига искривляются, движение дислокаций затрудняется и рост ε возможен только при увеличении нагрузок (самоупрочнение), материал работает как упругопластический.

При s близких к s_u, продольные и поперечные деформации локализуются и в слабом месте образуется шейка с последующим разрывом.

Здесь, важным показателем (кроме s_т = s_у; s_u и ε) является отношение- характеризует резерв прочности, т.к. рабочие s в элементах МК не >s_у. Это отношение справедливо для сталей обычной и повышенной прочности.

Для высокопрочных сталей = 0.8÷0.9.

Отношение = 0.8÷0.85 характеризует сопротивление малым пластическим деформациям и оказывает большое влияние на устойчивость сжатых элементов.

 

 

Рисунок 2.6 - Диаграмма растяжения стали и образования шейки

Диаграммы "s - ε" для различных сталей существенно различаются по параметрам. Если построить эти зависимости в относительных координатах s/s₀₂ и ε/ε₀₂(где s₀₂ - условный s_т, установленный по ε_ост= 0.2%), то различия будут очень малыми (в начале площадки текучести), что позволяет использовать при расчетах унифицированную диаграмму (рисунок 2.7), и более того, для упрочнения расчетных предпосылок при работе конструкций в стадии 2 диаграмму "s - ε" без большой погрешности (в сторону некоторого запаса) можно заменить идеализированной диаграммой упруго пластического тела (рисунок 2.8).

Рисунок 2.7 - Унификация диаграмм работы сталей		Рисунок 2.8 - Идеализированная диаграмма работы стали

При сжатии коротких образцов сталь ведет себя аналогично растянутым, s_u невозможно, т. к. сталь расплющивается.

в) Работа стали при сложном напряженном состоянии

Характеризуется наличием двух или трех главных нормальных напряжений, s₁, s₂ и s₃, действующих одновременно.

Если, при одноосном напряженном состоянии (s ¹ 0; s₂ и s₃ = 0), пластические деформации развиваются при s_т, то при сложном - переходе в пластическое состояние, зависит от знака и соотношения значений действующих "s". При однозначном поле "s" развитие пластических деформаций запаздывает, s_тповышается, а протяженность площадки текучести уменьшается и повышается опасность хрупкого разрушения.

При 3-х осном растяжении и s₁ = s₂ = s₃ металл разрушается хрупко, а при сжатии разрушить металл не удается (рисунок 2.9).

При разнозначных s наблюдается обратная картина (пластичность начинается раньше, чем достигается s_т, сталь становится как бы более пластичной) (рисунок 2.10).

В СНиПе расчетные формулы получены на основании энергетической теории прочности.

Рисунок 2.9 - Схема нагружения при сложном напряжённом состоянии		1 – однозначное поле напряжений; 2 – разнозначное поле напряжений; 3 – одноосное растяжение Рисунок 2.10 - Диаграммы работы стали при сложном напряжённом состоянии

г) Работа стали при неравномерном распределении напряжений.

Концентрация напряжений.

В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, трещин и т.п.) линии главных "s" искривляются и, обтекая границы, сгущаются, что характеризует повышение "s" в этих местах, а искривления свидетельствуют о появлении двух главных напряжений s₁ и s (плоское напряженное состояние), а при большой толщине элемента возникает и s₃ - объемное напряженное состояние (рисунок 2.11).

Неравномерность распределения "s" характеризуется коэффициентом концентрации

; . (2.3)

А_НТ – площадь ослабленного сечения, которая зависит от радиуса кривизны (остроты) надреза:

у круглых К = 1.5 ÷ 3.0;

у острых К = 6 ÷ 9

при r = 0 K = 1.

Чем выше концентрация s, тем меньше пластические деформации. При статических нагрузках и нормальной t^o влияние на прочность концентраторов невелико и их можно не учитывать.

Эти явления опасны при эксплуатации конструкций при низких температурах, динамических нагрузках.

Рисунок 2.11 – Концентрация напряжени

д) Работа стали при повторных нагрузках

При повторном загружении металла в упругопластической стадии возникает наклёп, область упругой работы увеличивается, а пластичность падает.

Многократное повторное нагружение приводит к разрушению при s < s_u и даже меньше s_т. Это явление называется усталостью металла, а разрушение – усталостным.

Способность металла сопротивляться усталостному разрушению называется выносливостью, а s_вб - вибрационной прочностью. Разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций и их концентрации.

s_вб зависит от числа циклов загружения «n», вида загружения и коэффициента асимметрии .

1 – для стали; 2 – для алюминиевых сплавов Рисунок 2.12 - Зависимость вибрационной прочности sвб от числа циклов n

При большом числе циклов кривая s_вб асимптотически приближается к некоторому пределу, называемому пределом выносливости (усталости), который устанавливается при n = 2·10⁶ циклов.

Алюминиевые сплавы s_уст не имеют, а их s_вб при увеличении числа циклов постоянно снижается.

Для низкоуглеродистой стали при ρ = 0; s_уст = s_т, а при ρ = -1; s_уст = 0.6·s_т.

Для низколегированных сталей (С345 - С390) s_уст » s_т при ρ = 0.25, а при

ρ = -1; s_уст = 0.5·s_т.

У сталей С=440 и 540 s_уст не отличается от сталей повышенной прочности, поэтому применение их в этих случаях не всегда оправдано.

Большое влияние на работу МК оказывает концентрация s, что учитывается эффективным коэффициентом концентрации β= >1.0; (это s_уст без концентраторов и для образца с концентратором s). Так, при круглом отверстии s_уст снижается в 1.4 раза, а при остром – в 3.5 раза. Особенно чувствительны в этом отношении стали повышенной и высокой прочности.

 

Билет 9. 1)Арматура для ж/б конструкций. Назначение. Виды

Арматурой называют гибкие или жесткие стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями. Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно использование и других материалов, например, стеклопластиковой арматуры, состоящей из тонких стекловолокон, объединенных в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол. Такие стержни обладают высокой прочностью, химической стойкостью. Однако они значительно дороже стали и применяются лишь в конструкциях, к которым предъявляются требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и немагнитности.

По назначению арматуру для железобетонных конструкций подразделяют на рабочую и монтажную (конструктивную). Рабочую арматуру ставят по расчету на действующие усилия для восприятия растягивающих напряжений и усиления сжатых зон конструкции. В зависимости от воспринимаемых усилий ее подразделяют на продольную и поперечную ( 2.11). Монтажную (конструктивную) арматуру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям. Она обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями, воспринимает неучитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры и т. д.

В сборных конструкциях для подъема и транспортирования элемента устанавливают монтажные (строповочные) петли, трубки и др. Для сопряжения и стыкования сборных конструкций применяют стальные закладные детали. Всю арматуру (рабочую, монтажную, строповочные петли и закладные детали) объединяют в арматурные изделия — сварные или вязаные сетки и каркасы.

Арматуру для железобетонных конструкций классифицируют по следующим признакам.

–По способу изготовления различают: арматуру горячекатаную стержневую диаметром 6....40 мм, полученную способом проката, и проволочную диаметром 3...8 мм, изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии.

–По профилю поверхности различают арматурные стали гладкие и периодического профиля ( 2.12). Последние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоящее время являются основной арматурой. Вместе с тем выступы являются концентраторами напряжений и снижают сопротивляемость арматуры периодического профиля циклическим воздействиям.

–По способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, т. е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.

–Горячекатаную и холоднотянутую арматуру называют гибкой. Помимо нее в конструкциях в ряде случаев применяют жесткую (несущую) арматуру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т. п.

---

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 912; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!