«Металл конструкциялары» пәні бойынша емтихан сұрақтары

1.Металл конструкциялары түрлері, дамуы,қолданылу салалары. Металл конструкцияларына қойылатын талаптар

2. Металл конструкцияларын есептеудiң негiздерi. Күштер мен әсерлер.Сенімділік коэффициенттері. Нормативные сопротивления - характеристики со­противления материалов силовым воздействиям R^н_т и R^н_в.

Устанавливают на основе стати­стики мех.свойств.

Нормативное сопротивление = браковочная характеристика с обеспеченностью 0,95.

Для углеродистой и повышенной прочности это = предел текучести. Когда нет площадки текучести, или несущая способность определяется прочностью, за нормативное сопротивление принимают значение временного сопротивления.

Два вида нор­мативных сопротивлений — по пределу текучести R^н_т = σ_т и временно­му сопротивлению R^н_в = σ_в (обеспеченность 0,95—0,995).

Значения σ_т и σ_в являются браковочными и при приемке проката контролируются.

Расчетные сопротивления материала R и R_в =

Коэффициент надежности по материалам γ_m.

Снижение несущей способности (долгая работа и др.) учитывает он.

Снижение свойств = на основе статистики испытаний стали, а работа стали в конструкциях на основе исследований.

γ_m = на основании анализа испытаний стали и ее ра­боты в конструкции.

R среза = 0,58 R.

При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивле­ния, установленного по временному сопротивлению, вводится допол­нительный коэффициент надежности у_в = 1,3.

Расчетные сопротивления материала R и R_в =

Коэффициент надежности по материалам γ_m.

Снижение несущей способности (долгая работа и др.) учитывает он.

Снижение свойств = на основе статистики испытаний стали, а работа стали в конструкциях на основе исследований.

γ_m = на основании анализа испытаний стали и ее ра­боты в конструкции.

R среза = 0,58 R.

При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивле­ния, установленного по временному сопротивлению, вводится допол­нительный коэффициент надежности у_в = 1,3.

3.Күштер бірігуі.Мөлшерлік және есептік кедергілер Құрылыс конструкциялары күштердiң түрлiше бiрiгiп әсер етуiне есептеледi. Құрылыс конструкцияларын есептеуде күштердiң ең қолайсыз бiрiгуi алынады. Күштердiң бiрiгуi екi түрге бөлiнедi: негiзгi бiрiгу, ерекше бiрiгу.

Тұрақты күш пен ұзақ мерзімді уақытша күштiң және ең бiр маңызды қысқа мерзімді күштiң бiрiгуiн негiзгi бiрiгу деп атайды.

Ерекше бiрiгу – тұрақты күш, ұзақ мерзімді және мүмкiн болатын қысқа мерзімді уақытша күштер мен бiр ерекше күштен тұрады.

Егер негiзгi бiрiгуде бiр қысқа мерзімді күш алынса, онда бiрiгу коэффициентi бiрге тең болады. Егер екi немесе үш қысқа мерзімді ететiн күштер алынса, бiрiгу коэффициентi -ға тең, төрт не одан да көп қысқа мерзімді күштер алынса, бiрiгу коэффициентi -ге тең.

Ерекше бiрiгуде бiрiгу коэффициентi -ге тең.

Бiрiгу коэффициентi бiр уақытта бiрнеше қысқа мерзімді күштiң әсер етуi мүмкiн еместiгiн ескередi.

Құрылыс конструкцияларын есептеуде құрылыс конструкциясы материалы берiктiгiнiң қасиетi оның мөлшерлiк кедергiсiмен – анықталады, ал оның мәнi үлгiлердi сынау арқылы алынады. есептiк кедергi қолданылады, ол

формуласымен анықталады, мұндағы – конструкция сенiмдiлiгiн арттыру мақсатында қолданылатын, конструкцияның материалы бойынша сенiмдiлiк коэффициентi.

4. Металл конструкциялары үшін қолданылатын материалдар. Олардың құрамы. Құрылыстық металл конструкциялары үшін прокатты болат, куйылған болат жэне алюминий корытпалары колданылады. Құрамында аздаған косымша заттар мен үстемелер бар темір мен көміртектің қоспасьн болат деп атайды. Болатты көміртекті жэне қоспалар қосылган деп екіге бөледі. Көміртекті болат құрамындағы көміртек мөлшеріне карай үшке бөлінеді: аз көміргекті (0,09 ... 0,23%С); орташа көміртекті (0,24 ...0,5%С); көп көміртекті (0,51... 1,2%С). Толтырғыштар косылған болат үшке бөлінеді: аз толтырғышты (қоспа мөлшері 2,5%-ке дейін), орташа толтырғышты (2,6% .... 10%) және көп толтырғышты (10% -тен көп). Болаттың химиялық құрамы ондагы әр түрлі толтырғыштар мен қоспалардың проценттік мөлшерімен сипатталады. Көміртегі (Ү) болаттың беріктігін жоғарылатады, бірак оның созылмалылығын, дәнекерленуі мен тотығуға төзімділігін азайтады. Кремний (С) - болатты кышқылсыздандырады, беріктігін арттырады, дәнекерленуі мен тотығуға төзімділігін азайтады, соққы тұтқырлығын азайтады. Марганец (Г) - болаттың беріктігін және тұтқырлығын жоғарылатады. Мыс (Д) - болат беріктігін жоғарылатады, тотығуға қарсылығын күшейтеді, бірақ оның қартаюына әсер етеді. Алюминий (Ю) - болатты жақсы кышқылсыздандырады және фосфордың зияндылығын жояды. Болат құрамына никель (Н), хром (Х), ванадий (Ф), вольфрам (В) сияқты элементтердің қосылуы оның механикалық касиеттерін жоғарылатады.

5.Металл конструкцияларына қойылатын талаптар Негізгі қойылатын талаптар:

1. Салмағы. Салмағы жөнiнен жетiстiгi бар құрылыс конструкциясы деп, бiрдей жағдайларда салмағы аз болатын конструкцияны айтады.

2. Отқа төзiмдiлiк.

3. Тұтыну шығыны. Металл конструкцияларын коррозиядан қорғау үшiн бояу-сыр, ағаш конструкцияларын шiруден сақтау үшiн оларға сiңiретiн әртүрлi заттар керек

4.Беріктілігі. Металдан жасалған конструкциялар өте берік конструкциялар ьолып есептеледі.

5. Қолданылу салалары. Металл конструкциялары үлкен аралық жабын, биiк мұнаралар мен дiңгектер, қара металлургия зауыттарының қаңқалары мен жабындары, ангарлар, павильондар және қоймалар үшiн қолданылады.

Металл конструкцияларының жетiстiктерi:

*жеңілділігі. кішкентай қималарында үлкен жүктемелерді көтере алады.

*беріктілігі

*сенімділігі – конструкция кез келген нүктесінде бірдей жұмыс атқарады.

*газ және су өткізбеушілігі

* индустриалдылығы

Кемшілігі – коррозияға ұшырауы және басқа құрылыс конструкцияларына қарағанда салыстырмалы түрде отқа төзімділігінің төмендігі.

Металл конструкцияларының жетiстiктерi мен кемшiлiктерi

6. Металлдарды топтарға бөлу.Металдардың механикалық қасиеттері.Металдар сортаменті. Металдардың механикалық қасиеттері. Болаттың механикалық қасиеттерін оның беріктік, серпімділік, созымдылық, морт сынуға ептілігі, басқаша айтқанда соққы тұтқырлығы сияқты көрсеткіштері анықтайды.Болат беріктігі оның материялының сыртқы күштерге қарсылығын көрсетеді. Болат серпімділігі деп - сыртқы әсер ету күштерін алып тастағанда оның бастапқы формасын кабылдауын айтады. Созымдылығы деп - сыртқы күштерді алып тастағанда, оның бастапқы өлшемдерін қабылдамай, деформациялар пайда болуын айтады. Морт сыну дегеніміз - азғана деформация кезінде қирауын айтады. Металлдардың негізгі сипаттамаларына пропорционалдық шегі , серпімділік шегі ,

серпімділік модулі Е, ағу шегі σ_у, беріктік шегі ,үзілуден кейінгі салыстырмалы ұзару , морт сынғыштық, шыдамдылық шегі кіреді.

Алғашқы жеті көрсеткіш стандарт үлгілерді созылуға сынау негізінде анықталады, оның нәтижесінде кернеу мен салыстырмалы деформациялар арасындағы байланыс диаграммасы тұрғьгзылады. ГІропорциональдық шегі деп, Гук заңы орындалатын ең үлкен кернеуді айтады:

= Е (13.1)

мұндағы Е = tgα - серпімділік модулі.

Серпімділік шегі деп, оған дейін материалда қалдық деформациялар қалмайтын ең үлкен кернеуді айтады, яғни жүктемені түсіргенде үлгі өзінің алғашқы өлшемдерін қабылдайды. Ағу шегі деп, үлгіде пластикалық деформациялар пайда болатын кернеуді айтады, оның белгісі -диаграммада ағу алаңшасы пайда болады. Егер ағу шегінен жоғары кедергіде күшті алып тастасақ, онда үлгіде калдық деформациялар пайда болады (27-сурет).

Біраз уақыттан кейін үлгіні қайтадан жүктесек, серпімділік шегі өседі, = , ал деформациялар алдын-ала созу мөлшеріне азаяды - соңында серпімділік қасиеттері

жоғары материал алынады. Алдын-ала созудың арқасында материалдардың серпімділік қасиеттерінің өсуі тойтару деп аталады.

Сыну кезіндегі салыстырмалы созылу металдың созымдыльғын сипаттайды да,

δ= (13.2)

формуласымен анықталады, мұндаты - үлгінің бастапқы және үзілгеннен кейінгі

ұзындықтары.

Морт сыну көрсеткіші - соққы тұтқырлығы.

Металлдың морт сынуға бейімділігі және кернеудің концентрациясына сезімталдығы соққы тұтқырлығы арқылы сыналады, ол маятникті копердің кесілген үлгіні қиратуға жұмсалған жұмыс мөлшерімен анықталады. Температура төмендегенде соққы тұтқырлығы да төмендейді. Соққы тұтқырлығы төмендейтін температураны суыққа сынғыш табалдырық ретінде қабылдайды.

Көп қайталанатын күштер әсер еткен жағдайда (динамикалық күштерді қосқанда) конструкция статикалық күштер әсер еткен жағдайдағы кернеуге қарағанда өте аз кернеулер қирауы мүмкін. Мұндай әртүрлі кернеулер әсер еткен жағдайдағы қирау материалдың шаршауы деп аталады. Ондай қирауға қарсыласу шыдамдылық деп аталады, ол шыдамдылық шегімен анықталады. Шыдамдылық шегі деп 2 млн. цикл кайталанатын куштер әсер еткенде пайда болатын ең үлкен кернеуді айтады.

Металл конструкцияларының жетістіктері мен кемшіліктері. Металл құрылғылар конструктивтік схемасына байланысты стерженьдік системалар және табақ конструкциялар больш бөлінеді.

Металл конструкцияларының жетістіктері: а) жеңілдігі; б) тасымалға қолайлылығы; в) монтаждау жылдамдығының жоғарылығы; г) дайындау ынғайлыльғы.

Кемшіліктері: а) тоттануға ұшырауы; б) отқа карсылығының аздығы; в) металлдың жетіспеушілігі.

Агрессиялық орта әсер етуінен металлдың электрохимиялық немесе химиялық бұнзылуы тоттану (коррозия) деп атайды. Тоттанудың мынадай түрлері болады: атмосфералық, контактілік, биототтанулық, химиялық тотнану және т.б.

Металл кұрылғыларды тоттанудан қорғау үшін әртүрлі жасанды материалдар - бояулы-лакті материалдар мен металды қорғайтын жабын қабаттары қолданылады.

Металдар сортаменті. Фермалар, арқалықтар, ұстындар конструкцияларының элементтері әртүрлі пішінді кескінділерден - беттерден, бұрыштамалардан, коставрлардан, швеллерлерден (фасондық прокат) ж.б. жатады. Сортамент деп, металлургия зауытта шығаратын кескіндер каталогын атайды. Сортаментке әдетте жүзден аса кескін өлшемдері кіреді, бірақ кұрылыс тәжірибесінде олардың кейбіреуін ғана қолданады. Бүкіл прокат беттік және фасондық деп бөлінеді. Беттік болат (2а-сурет) құрылыста өте жиі қолданылады. Үлкен топты - беттік конструкциялар резервуарлар, бункерлер,газгольдерлер құрайды. Беттік болат калың, жұқа, әмбебап, жолақты, жабынды және т.б. бөлінеді. Қалың бетті болатын қалындыгы 5...160 мм,ені 600 ... З600мм, ұзындығы 12м-ге дейін болады. Фасондық прокат бұрыштама, швеллер, коставр түрінде (2 б,в,г,д-сурет). Кейбір жағдайларда жан-жағы 100 мм-ге дейінгі квадрат, диаметрі 2500мм-ге дейінгі дөңгелек (2 е,ж-сурет). Майысқан кескіндердің (2 и-м-сурет) прокаттына қарағанда қалыңдығы аз. Жаншылған кескіндерді (2 н-с-сурет) қыздырылып дайындалған үлгіні кескін пішінді ойық арнайы матрицамен басып жаншу арқылы алады. Соңғы уақыттарда ферма белдеулері үшін ең тиімді кең сөрелі таврларды шығару іске асырылуда (2 т-сурет).

7.Иілгіш элементтер есебі. Жалпы және жергiлiктi орнықтылық. . Работа и расчет изгибаемых э-тов в упругой стадии работы материала. Для изгибаемых элементов в большинстве случаев их работы рас­четом проверяются следующие предельные состояния: первой группы— вязкое или усталостное разрушение, потеря устойчивости, а также те­кучесть материала; второй группы — достижение предельных переме­щений. Расчет изгибаемых элементов в пределах упругости. Предельное со­стояние в этом случае определяется достижением максимальными нормальными или касательными напряжениями значений предела те­кучести. Прочность изгибаемых элементов, работающих в пределах упругих деформаций, при изгибе в одной из главных плоскостей прове­ряется по формулам:M/W_нт,min≤Rγ; Qs/It≤R_срγ,

где М и Q — изгибающий момент и поперечная сила, определенные по расчетным на­грузкам; W_нт,min — момент сопротивления ослабленного сечения, определенный по уп­ругой стадии работы элемента; S — статический момент (брутто) сдвигающейся части сечения относительно нейтральной оси; R — расчетное сопротивление изгибу, опреде­ленное по пределу текучести ; R_ср — расчетное сопротивление срезу ;у — коэффициент условий работы.

Прочность элементов при изгибе их в двух главных плоскостях про­веряется по формуле

(М_x/I_x,нт)y±(М_y/I_y,нт)x≤Rγ;

где х и у — координаты рассматриваемой точки сечения относительно главных осей. При совместном действии нормальных и касательных напряжений согласно принятому условию перехода материала из упругого состоя­ния в пластическое, текучесть прояв­ляется тогда, когда пределу текучести равняется приведенное напря­жение σ_пр= , а не только одно нормальное σ.

Рис 3.11. Эпюры приведенных напряжений.

; .

Если каса­тельные напряжения невелики (рис. 3.11 а),текучесть материала начинается с крайних фибр сечения. При больших значениях поперечной силы (рис. 3.11 б),течение материала у нейтральной оси может насту­пить раньше, чем в крайних фибрах (при = _т = σ_т/ ), что может привести к более раннему исчерпанию несущей способности изгибае­мого элемента.

Обеспечение местной устойчивости балок

Стальные балки, особенно составные, выполняются из нескольких относительно тонких пластинок, соединенных в единое целое уже при прокате с помощью сварки или болтов. При загружении отдельные зоны сечения могут оказаться сжатыми и выпучиться из плоскости пластинки. Это явление называется потерей местной устойчивости.

Потерявшие местную устойчивость зоны перестают воспринимать приходящуюся на них долю нагрузки и перераспределяют ее на сохранившие местную устойчивость участки сечения. Кроме того, потеря местной устойчивости носит случайный характер, делает сечение несимметричным, может вызывать косой изгиб вместо плоского и закручивание.  Перегрузка и ухудшение условий работы сечения быстро приводят к потере общей устойчивости и разрушению конструкций.

Сжатие в поясе балки создается нормальными напряжениями  в стенке – нормальными  касательными  местными (от сосредоточенной нагрузки) напряжениями  Обозначим соответствующие критические напряжения, способные, действуя отдельно, вызвать потерю местной устойчивости .  Условия сохранения местной устойчивости будут иметь вид

, , .

Потеря местной устойчивости не опасна, если критические напряжения будут выше соответствующих расчетных сопротивлений:

, , ,

 

так как вначале будут достигнуты расчетные сопротивления и исчерпана прочность.

Местные критические напряжения все зависят от гибкости пластинки (размер/толщина) в степени –2. Повышение местных критических напряжений требует увеличения толщины пластинок. Это и есть первый способ обеспечения местной устойчивости элементов балок.

Вторым способом повышения местной устойчивости является введение в конструкцию балок элементов, направленных перпендикулярно к самой большой пластине балки – стенке. Эти элементы, связанные со стенкой и называемые ребрами жесткости, делят стенку на отдельные отсеки, стесняют ее поперечные деформации, улучшают условия закрепления и местную устойчивость. Система ребер жесткости балки приведена на рис. 9.1.

 

 

Рис. 9.1. Ребра жесткости составных стальных балок: 1 – горизонтальные;

2 – дополнительные; 3 – основные поперечные; 4 – опорные

 

Горизонтальные ребра жесткости обеспечивают местную устойчивость сжатой зоны стенки; дополнительные – ставятся под местные нагрузки; основные поперечные, – кроме того, обеспечивают местную устойчивость стенки от действия касательных напряжений. Опорные ребра жесткости передают опорную реакцию на всю высоту балки. В местах постановки дополнительных, основных поперечных и опорных ребер жесткости местные напряжения от сосредоточенных нагрузок  не учитываются.

8.Орталықтан созылған элементтер есебi Егер созушы сыртқы күштiң қадалу нүктесi мен бағыты элементтiң көлденең қимасының ауырлық орталығы арқылы өтетiн өспен сәйкес келсе, ондай элементтер орталықтан созылған деп аталады.

Орталықтан созылуда элементтiң көлденең қимасында бiркелкi таралған қалыпты (нормаль) кернеулер пайда болады.

Берiктiк есебi

формуласымен жүргiзiледi.

Аққыштық шегiнен жоғарғы шекте жұмыс iстейтiн конструкциялар үшiн есеп төмендегідей жүргiзiледi:

_; ;

мұндағы – элементтiң ауданы (нетто).

Элементтер өз салмақтары әсерiнен де иiлiп, салбырайды, ал динамикалық әсерлерден үлкен амплитудалы (қарқынды) тербелiстердi қабылдайды. Ондай жағдайлар тасымалдау және монтаж кезiнде қиыншылықтар тудырады. Кейде элементтердің бүлінуіне әкеліп соғады. Сондықтан созылған элементтердің жеткілікті қаттылығы қамтамасыз етілуі керек.

Элемент иiлгiштiгiн анықтау

формуласы түрiнде жазылады, мұндағы – элементтiң тиiмдi ұзындығы, ол элементтiң бекiтiлу шарттарына байланысты; – қиманың инерция радиусы:

,

мұндағы – тиiстi басты өске байланысты ең аз инерция моментi; – шектiк иiлгiштiк.

Шектiк иiлгiштiк конструкция элементтерiнiң түрлерiне байланысты; ол статикалық күштерде динамикалық күштерде - -ге тең.

9.Орталықтан сығылған элементтер есебi

О рталықтан сығылған элементтердiң берiктiк есебiн

(13.3) формуласы бойынша жүргiзедi. Орталықтан сығылған элементтер орнықтылығын

(3.10)

формуласымен анықтайды, мұндағы – бойлық иілу коэффициенті, немесе , ал , мұнда – стержень иiлгiштiгi; – серпiмдiлiк модулi, – көлденең қиманың ауданы. Иiлгiштiк өте маңызды сипаттама, себебі - мәнi оған тікелей байланысты: .

Конструкция серпiмдiлiк сатысында жұмыс істесе, иiлгiштiкті өрнегімен, ал созымдылық сатысы жағдайында жұмыс істесе, шартты иiлгiштiкті (қысқа, қатты стерженьдер үшiн) өрнегімен анықтайды. Жобалау тәжірибесінде бойлық иілу коэффициентін анықтауда есептеуді жеңілдету үшін арнайы кестелер құрылған (ҚНжЕ) [3].

Орталықтан сығылған элементтерді жобалауда келесі факторларды ескерген жөн: элемент орнықтылықтығы – қаттылығы аз жазықтықта жойылады, сол себепті алдымен екі жазықтықтағы иілгіштікті есептеу керек. Содан соң, олардың мәні азына байланысты коэффициентін анықтау керек.

10.Орталықтан тыс созылған және сығылған элементтер есебi Орталықтан тыс созылған және сығылған элементтерде күш көлденеңқиманың орталықтан (центрден) тыс жерiне қадалады. Мұндай жағдайдағы элементке созушы күш пен иiлу моментi әсер етедi. Орталықтан тыс созылған және сығылған қысқа қатты элементтердiң шектiк күйлері олардың көтергiштiк қабiлетiнің жойылуы берiктiгiнiң кемуiне,ал иiлгiш ұзын элементтер үшiн орнықтылығын жоюына байланысты.

Өстiк күш пен иiлу моментi әсер ететiн аққыштық шегi 580 МПа-ға дейiн жететiн болат элементтердiң есебi,

. (3.11)

түрiнде жүргiзiледi.

(13.13) формуласындағы – элементтiң көлденең қимасының түрiне, сөресі мен қабырғасының қатынасына байланысты алынатын коэффициенттер; – бойлық күш және және өстерi бойынша иілу моменттерi; – элемент көлденең қимасының ауданы және өстерi бойынша ең аз кедергi моменттерi.

Орталықтан тыс сығылған элементтердiң орнықтылық есебi моменттiң әсер ету жазықтығында және одан тыс жазықтықта да жүргiзiледi(моменттiң әсер ету жазықтығында элемент сол жазықтық бойынша орнықтылықты жояды, ал одан тыс жазықтықта элементте бұрылып-иiлу сияқты орнықтылықты жою байқалады).

Моменттiң әсер ету жазықтығында орнықтылық есебi

, (3.12)

формуласымен жүргiзiледi, мұндағы – орталықтан тыс сығылған элементтерде кернеудiң азаюын, – шартты иiлгiштiк пен – келтiрiлген салыстырмалы эксцентриситетi әсерiн ескеретiн кестелiк коэффициент.

(3.13)

мұндағы ; ; ; – эксцентриситет, – салыстырмалы эксцентриситет; – сығылған бөлiктiң кедергi моментi.

ҚМжЕ бойынша егер болса, орнықтылық есебiн жүргiзбеуге болады.

Орталықтан тыс сығылған элементтердiң момент әсер етпейтiн жазықтықтағы орнықтылық есебі, оның еңүлкен қаттылықты жазықтығының орналасуына байланысты.

Егер элементтің ең қатты жазықтық моменттiң әсер ету жазықтығымен сәйкес келетiн болса , онда орнықтылығын сол жазықтыққа перпендикуляр жазықтықта жоғалтады. Есеп

(3.14)

формуласымен жүргiзiледi, мұндағы – момент әсерiнен пластикалық деформациядан қиманың әлсiреуiн ескеретiн коэффициент; – орталық сығылудағы бойлық иiлу коэффициентi.

Егер моменттiң әсер ету жазықтығы элементтің қаттылығы аз жазықтықпен сәйкес келетiн болса, болғанда, есеп

, (3.15)

формуласымен жүргiзiледi, мұндағы – орталық сығылудағы бойлық иiлу коэффициентi.