- •Номенклатура и область применения металлических конструкций
- •Основные особенности металлических конструкций
- •Условия эксплуатации.
- •Вопрос 2. Материалы металлических конструкций. Структура сталей. Классификация сталей. Механические свойства стали.
- •Группы стали
- •Механические свойства стали
- •Вопрос 3. Нормирование сталей.
- •Вопрос 4. Группы сталей по прочности. Выбор сталей для строительных конструкций. Сортамент для стальных конструкций.
- •Виды производства стали, применяемой в металлических конструкциях
- •Сортамент для стальных конструкций
- •Вопрос 5. Влияние различных факторов на свойства стали.
- •Вопрос 6. Виды дефектов кристаллической решетки и механизм разрушения стали. Работа стали при неравномерном распределении напряжений. Работа стали при неравномерном распределении напряжения.
- •Вопрос 7. Алюминиевые сплавы, и их состав, свойства и особенности работы
- •Группы предельных состояний
- •Расчет конструкций по предельным состояниям и сопоставление его с расчетом по допускаемым напряжениям
- •Вопрос 9. Нагрузки, действующие на сооружение. Виды нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки.
- •Вопрос 10. Предельное сопротивление материала. Нормативные и расчетные напряжения. Коэффициенты надежности.
- •Вопрос 11. Виды напряжений и их учет при расчете элементов конструкций. Основные, дополнительные, местные, начальные напряжения. Виды напряжений и их учет при расчете элементов конструкций
- •Вопрос 12. Работа и расчет на прочность центрально растянутых и центрально сжатых элементов. Работа стали на растяжение
- •Работа стали на сжатие
- •Вопрос 13. Работа стали в сложном напряженном состоянии. Учет сложного напряженного состояния при расчете стальных конструкций. Работа стали при сложном напряженном состоянии
- •Вопрос 14. Упруго-пластическая работа стали при изгибе. Шарнир пластичности. Основы расчета изгибаемых элементов. Упруго пластическая работа стали при изгибе. Шарнир пластичности
- •Вопрос 15. Работа стержней при кручении.
- •Вопрос 16. Устойчивость элементов металлических конструкций. Потеря устойчивости центрально-сжатых стержней. Устойчивость элементов металлических конструкций
- •Потеря устойчивости центрально сжатых стержней
- •Вопрос 17. Потеря устойчивости внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней. Потеря устойчивости внецентренно сжатых стержней
- •Вопрос 18. Потеря устойчивости изгибаемых элементов
- •Вопрос 19. Потеря местной устойчивости элементов металлических конструкций
- •Вопрос 20. Работа стали при повторных нагрузках. Усталостная и вибрационная прочность.
- •Вопрос 21. Расчет элементов стальных конструкций на прочность с учетом хрупкого разрушения (проверка на хладостойкость).
- •Вопрос 22. Сварка. Классификация сварки. Структура сварного шва. Сварные трещины. Термический класс сварки.
- •Вопрос 23. Типы сварных соединений и швов.
- •Вопрос 24. Расчет стыковых и угловых сварных швов. Расчет стыковых сварных швов.
- •Расчет угловых сварных швов
- •Фланговые угловые швы
- •Лобовые угловые швы
- •Вопрос 25. Конструктивные требования к сварным соединениям.
- •Вопрос 26. Основные дефекты сварных швов и виды контроля качества.
- •Вопрос 27. Виды болтов, применяемых в металлических конструкциях. Болтовые соединения. Заклепочные соединения. Болтовые соединения
- •Болты грубой, нормальной точности
- •Болты повышенной точности
- •Высокопрочные болты
- •Анкерные болты
- •Заклепочные соединения
- •Вопрос 28. Расчет болтовых соединений без контролируемого натяжения болтов.
- •Расчет болтов и заклепок на срез.
- •Расчет болтового и заклепочного соединения на смятие.
- •Расчет болтов и заклепок на растяжение
- •Расчет высокопрочных болтов.
- •Вопро 29. Расчет фрикционных соединений на высокопрочных болтах.
- •Вопрос 30. Конструирование болтовых соединений.
- •Вопрос 31. Балки и балочные конструкции. Типы балок и балочных клеток. Балки и балочные конструкции
- •Балочные клетки
- •Вопрос 32. Стальной настил балочных клеток. Основы расчета и конструирования. Расчет прокатных балок. Плоский стальной настил балочных клеток
- •Расчет прокатной балки
- •Вопрос 33. Расчет разрезных составных балок. Компоновка сечения балки. Изменение сечения балки по длине. Проверка прочности балки. Расчет разрезных составных балок
- •Предварительный подбор сечения балки.
- •Компоновка сечения балки
- •Проверка прочности балки
- •Изменение сечения по длине балки
- •Вопрос 34. Проверка общей устойчивости балки. Проверка местной устойчивости поясов и стенки балки от действия нормальных и касательных напряжений. Проверка общей устойчивости балки
- •Проверка местной устойчивости сжатого пояса балки
- •Проверка местной устойчивости стенки балки
- •Вопрос 35. Расчет поясных швов составных балок. Расчет опорного ребра. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах. Расчет поясных швов.
- •Расчет опорного ребра
- •Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах
- •Вопрос 36. Центрально-сжатые сплошные колонны. Типы сечений. Расчет и конструирование стержня сплошной колонны. Сплошные колонны Типы сечений стержня
- •Расчет стержня колонны
- •Вопрос 37. Центрально-сжатые сквозные колонны. Типы сечений. Типы решеток. Влияние решеток на устойчивость стержня сквозной колонны. Сквозные колонны Типы сечений и соединений ветвей сквозных колонн.
- •Стержень сквозной колонны с планками в двух плоскостях.
- •Стержень сквозной колонны с раскосами в двух плоскостях.
- •Вопрос 38. Расчет и конструирование стержня центрально-сжатой сквозной колонны. Стержень сквозной колонны с планками в двух плоскостях.
- •Стержень сквозной колонны с раскосами в двух плоскостях.
- •Вопрос 39. Расчет безраскосной решетки (планок)
- •Вопрос 40. Конструирование и расчет базы центрально-сжатой сплошной и сквозной колонн. Расчет базы центрально-сжатой колонны
- •Вопрос 41. Оголовки колонн и сопряжения балок с колоннами. Конструирование и расчет оголовка центрально-сжатой сплошной и сквозной колонн. Конструирование и расчет оголовка колонны
- •Вопрос 42. Фермы. Классификация ферм. Компоновка ферм. Элементы ферм. Типы сечений стержней легких и тяжелых ферм.
- •Классификация ферм
- •Компоновка ферм
- •Вопрос 43. Расчет ферм. Определение нагрузок. Определение усилий в стержнях фермы. Расчетные длины стержней ферм. Обеспечение общей устойчивости ферм в системе покрытия. Выбор типа сечения стержней.
- •Расчет ферм
- •Определение усилий в стержнях фермы.
- •Расчетные длины стержней ферм
- •Обеспечение обшей устойчивости ферм в системе покрытия
- •Выбор типа сечения
- •Вопрос 44. Подбор сечения сжатых и растянутых стержней ферм. Подбор сечения стержней ферм по предельной гибкости. Общие требования конструирования легких ферм. Расчет узлов ферм.
- •Подбор сечения сжатых стержней
- •Подбор сечения растянутых стержней
- •Подбор сечения стержней по предельной гибкости
- •Конструирование и расчет узлов ферм
Вопрос 15. Работа стержней при кручении.
Сопротивляемость кручению отдельных элементов металлических конструкций очень мала, поэтому следует избегать конструктивных решений, допускающих кручение.
Несимметричная относительно вертикальной оси балка (например, с сечением в виде швеллера), к которой приложена нагрузка, направленная перпендикулярно продольной оси с эксцентриситетом влево или вправо от стенки будет скручиваться соответственно влево или вправо. Существует положение плоскости действия нагрузки, при котором будет только изгиб балки (без кручения). Эта плоскость действия силы пересекает горизонтальную ось симметрии в точке, называемой центром изгиба. Напряжения и деформации при работе элементов на кручения зависят от формы его поперечного сечения. При этом после деформации кручения поперечные сечения не остаются плоскими, депланируют (коробятся). Существуют два вида кручения свободное и стесненное. Свободным кручением называется такой вид кручения, при котором все сечения стержня депланируют одинаково.
Стесненным, или изгибным, кручением называется такой случай кручения, при котором происходит переменная по длине стержня депланация сечений.
В трубчатом прямоугольном сечении, составленном из пластинок, касательные напряжения, также как и в круглой трубе, распределяются по контуру сечения равномерно по толщине, имея центр в середине контура, а не в центре каждой пластинки. Такое сечение с замкнутым контуром обладает большой сопротивляемостью кручению. Но стоит только этот замкнутый контур разрезать, как сопротивляемость его кручению станет равна сопротивляемости развернутой пластинки. Двутавровые, швеллерные и т.п. профили могут рассматриваться как такие открытые профили. Постановка поперечных диафрагм и особенно поперечных планок, замыкающих в отдельных местах открытый профиль, во много раз увеличивает жесткость элементов при кручении.
Вопрос 16. Устойчивость элементов металлических конструкций. Потеря устойчивости центрально-сжатых стержней. Устойчивость элементов металлических конструкций
Исчерпание несущей способности элемента конструкции может произойти не только в результате разрушения материала, но в результате потери им устойчивости. Потеря устойчивости свойственна относительно тонким и гибким элементам при наличии в них сжимающих напряжений. Потеря устойчивости характеризуется тем, что при увеличении нагрузки после достижения в элементе определенной величины напряжений происходит резкое нарастание искривления элемента, отклонения его от первоначальной формы равновесия, сопровождающееся падением несущей способности. Те силовые воздействия или напряжения, при которых происходит отключение от первоначальной устойчивой формы равновесия, называются критическими: ,,.
Падение несущей способности элементов при потере устойчивости происходит весьма быстро, без заметных предварительных деформаций, что затрудняет принятие мер по усилению. Неправильный учет критических усилий в металлических конструкциях – одна из наиболее распространенных причин их повреждений и аварий.
Потеря устойчивости центрально сжатых стержней
,
где Е – модуль упругости материала стержня;
J – минимальный момент инерции сечения стержня;
– расчетная длина стержня.
Критические напряжения в стержне:
,
где – площадь брутто поперечного сечения стержня;
– радиус инерции стержня;
–- гибкость стержня.
Критические напряжения зависят только от гибкости стержня . При выводе формулы Эйлера предполагалось что модуль упругости материала Е имеет постоянное значение. Поэтому для строительных сталей формула справедлива только в пределах пропорциональности. Минимальная гибкость для стального стержня, выше которой формула Эйлера будет справедлива:
.
Абсолютно прямолинейный стержень является идеализированной расчетной схемой. Все реальные стержни в натуре имеют неизбежные отклонения от прямолинейности (случайные эксцентриситеты ). Поэтому с самого начала загружения центрально сжатого стержня в нем возникает изгибающий момент, что ухудшает условия устойчивости стержня и снижает его критические напряжения. Величина случайных эксцентриситетов определяется статистическим изучением реальных стержней. Устойчивость центрально сжатого стержня будет обеспечена, если напряжение в нем будут меньше критических:
.
Чтобы не определять для каждого стержня критические напряжения, а иметь дело с расчетным сопротивлением стали Ry, критические напряжения выражают через расчетное сопротивление стали, умноженное на коэффициент продольного изгиба (меньший единицы):
.
тогда .
Или, переписав это выражение в принятой форме сравнения напряжений в стержне с расчетным сопротивлением стали, получим расчетную формулу проверки устойчивости стержня при центральном сжатии, принятую в нормах:
.
Коэффициент продольного изгиба принимается по таблицам СНиП в зависимости от класса стали и гибкости элемента, определяемой по формуле:
,
где – коэффициент приведения расчетной длины, учитывающий условия закрепления концов стержня;
– радиус инерции сечения стержня;
- расчетная длина стержня;
– геометрическая длина стержня.
Значения коэффициентов для сталей разных классов и некоторых алюминиевых сплавов приведены в нормах проектирования.