korobeinikov-04 / Лекция 1МК
.doc
Лекция 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Металлические конструкции (МК) – несущие (силовые) конструкции, из которых создают каркасы зданий и инженерных сооружений.
-
Область применения металлических конструкций
1. Одноэтажные производственные здания
-
Однопролетные и многопролетные (в том числе с пролётами разной высоты);
-
Бескрановые и оборудованные подвесными или мостовыми опорными кранами.
-
Высотные здания
Многоэтажные здания 20-30 и более этажей (до 150).
-
Большепролётные здания
Каркасы зданий с большими пролётами (50-150м …до 270м): крупные сборочные корпуса, ангары, спортивные залы и т.п.
-
Мосты, эстакады
Мосты – автодорожные, железнодорожные, переходы и др. Пролёт строения – 30-60м до 1 км.
-
Башни и мачты
-
антенные устройства для телевидения и радиовещания, многоканальной (сотовой) телефонной связи (200-500м);
-
опоры ЛЭП (20-40м - 150м и более при переходе через препятствия);
-
вытяжные башни для поддержания газоотводящих стволов дымовых и вентиляционных труб (80-150м - 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.;
-
геодезические вышки, промышленные этажерки, надшахтные копры, буровые вышки.
-
Листовые конструкции
Тонкостенные пластинки и оболочки различной формы.
-
резервуары – для хранения нефтепродуктов, воды, сжиженных газов, кислот, спиртов и др. жидкостей. Объем – до 200 тыс.м3;
-
газгольдеры – для хранения, смешивания и выравнивания состава газов. Вместимость до 600 тыс.м3;
-
бункеры и силосы – для хранения и перегрузки сыпучих материалов;
-
Трубы и трубопроводы большого диаметра, доменные печи и т.п.
-
Ограждающие конструкции, лестницы и площадки
-
Другие виды конструкций
Конструкции мостовых, башенных, козловых кранов, экскаваторов, радиотелескопов, объектов космической связи и др.
-
Достоинства и недостатки МК
-
Достоинства
-
Высокая и одинаковая прочность при растяжении сжатии и изгибе; высокая прочность при сдвиге (до 60%): табл.1.1;
Характеристики конструкционных материалов Таблица 1.1
Материал |
Марка |
γ0, кг/м3 |
R, кг/см2 |
Е, кг/см2 |
γ0/R, 1/м |
E/R |
Кирпич Бетон Дерево Пластмассы
|
100 400 Сосна Стеклопласт
|
1300 2200 500 1700
|
-25 -250 -130 +1600
|
- 0,4∙106 0,1∙106 0,25∙106
|
52∙10-4 8,8∙10-4 3,8∙10-4 1,1∙10-4
|
- 1,6∙103 0,8∙103 0,16∙103
|
Металлы |
Ст.3 |
7850 |
±2300 |
2,1∙106 |
3,4∙10-4 |
0,91∙103 |
Низколегированная |
±3300 |
2,4∙10-4 |
0,64∙103 |
|||
Канаты |
+10000 |
1,8∙106 |
0,8∙10-4 |
0,18∙103 |
||
Алюминиевый сплав |
2750 |
±1800 |
0,7∙106
|
1,5∙10-4 |
0,39∙103 |
Примечание. R – расчётное сопротивление растяжению (+), сжатию (-)
-
Однородность структуры;
-
Высокая пластичность;
-
Относительная лёгкость - коэффициент лёгкости (см. табл.1.1);
-
Индустриальность изготовления и монтажа МК;
-
Непроницаемость конструкций для газов и жидкостей;
-
Лучшая приспособленность для тяжёлых условий работы (высокие температуры до 200°С, динамические и циклические нагружения, большие нагрузки);
-
Простота ремонта и реконструкции.
Рис. 1.1. Диаграмма работы стали обычной прочности
-
Недостатки
-
Низкая стойкость к коррозии;
-
Малая огнестойкость. При температуре 600°С (сталь) и 300°С (алюминиевые сплавы) полностью теряют прочность;
-
Дефицитность.
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.
Влияние легирующих добавок на свойства сталей Таблица 1.2
Легирующиедобавки |
Прочность |
Пластичность |
Свариваемость |
Коррозионная стойкость |
Скорость старения |
Раскисление |
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 |
+ |
|
|
|
|
|
Вредные примеси: сера, фосфор, газы (кислород, водород).
3. По степени раскисления
Кипящие, спокойные, полуспокойные.
4. Стали обычной прочности
- ГОСТ 27772-88:
Классы стали: С235, С245, С255, С275, С285.
Гарантируется обеспечение нормативных значений предела текучести и временного сопротивления.
- ГОСТ 380-88:
Марки стали: Вст3кп2, Вст3пс6, Вст3сп5, Вст3Гпс5 (Г – повышенное содержание марганца 0,8-1,1%).
Указывается группа поставки, способ раскисления и категория.
Группы поставки сталей гарантируют:
Гр.А – механические свойства; гр.Б – химический состав;
гр. В - механические свойства и химический состав.
Степень раскисления:
КП – кипящая; СП – спокойная; ПС – полуспокойная.
5. Стали повышенной и высокой прочности
- ГОСТ 27772-88:
Классы стали: С345, С345К (К – вариант химсостава), С345Т (Т – термическое улучшение), С375,С375К, С375Т
- ГОСТ 380-88:
Марки сталей: 09Г2С;
14Г2АФ;10ХСНД.
6. Основные свойства строительных сталей
Рис. 1.2. Диаграммы напряжений строительной стали
7. Виды разрушений стали
Вязкое (пластичное) – малоуглеродистые стали, У 0,1-0,3%;
Хрупкое – высокопрочные стали и повышенной прочности.
Факторы, способствующие хрупкому разрушению:
-
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).
8. Выбор марки стали (СНиП II-23-81*)
4 группы конструкций:
I. Сварные, работающие в особо тяжёлых 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.
9. Алюминиевые сплавы
Чистый Al: σ02=20 ÷ 30 МПа; σu=60 ÷ 70 МПа; εu=40÷50%.
Легирующие добавки: Mg; Mn; Cu; Si; Zn.
Сравнительные характеристики стали и алюминиевых сплавов Таблица 1.3
Материал |
γ0, кН/м3 |
σy (σ02), МПа |
ε, % |
Е, МПа |
Сталь Ст3 |
78,5 |
±230 |
14-26 |
2,1·105 |
Алюминиев. сплавы |
27,5 |
±180 |
10-15 |
0,7·105 |
Недостатки алюминиевых сплавов: низкий модуль упругости; высокая стоимость (в конструкциях – в 1,5 ÷ 2,5 раза выше стальных).
Применяются в ограждающих конструкциях, в большепролётных конструкциях.
Лекция 1 МК ПГС