2. Сортамент стали

В инженерных конструкциях сталь применяют в виде прокат­ных изделий, получаемых с металлургических заводов и имеющих различную форму поперечного сечения.

1. Листовая сталь распространена наиболее широко. Она часто составляет 40...60 % массы всего сооружения.

Некото­рые конструкции (составные балки, листовые оболочки и др.) почти целиком выполняют из листовой стали. Причиной такого широкого применения листа является неограниченная возможность создания любых профилей необходимых размеров, мощнос­ти и конфигурации сечения путем сварки листов.

Листовая сталь классифицируется следующим образом:

- тон­колистовая сталь, прокатываемая холодным и горячим спо­собами;

- толстолистовая горячекатаная сталь;

- сталь широкополосная универсальная, которая благодаря прокату между четырьмя валками имеет ровные края, и сталь полосовая.

Уголковые профили (рис. 2.2, а, б) весьма широко применяют для образования несущих элементов, работающих на осевые силы, в качестве связующих элементов и различных кон­структивных деталей. Более экономичны уголки с меньшими тол­щинами полок.

2. Уголки бывают двух типов:

- равнополочные;

- неравнополочные.

3. Двутавры, используемые в инженерных конструкциях, прокатываются двух типов:

- обыкновенные;

- широкополочные.

Балки двутавровые обыкновенные являются основным балочным профилем, применяются главным образом для элемен­тов, работающих на изгиб, чем и определяется их конфигура­ция (рис. 2.2, г).

Балки двутавровые широкополочные высотой до 1000 мм имеют параллельные грани полок (рис. 2.2, д). Их вы­пускают трех типов:

- нормальные двутавры (Б),

- широкополочные двутавры (Ш)

- колонные двутавры (К).

Из широкополочных двутавров путем разрезки стенки в продольном направлении получают тавровые профили.

Рис. 2.2. Прокатные профили

4. Швеллер (ГОСТ 8240-72*) отличается от двутавра сдвинутой к краю полок стенкой. Он прока­тывается двух типов с уклоном внутренних гра­ней полок (рис. 2.2. в) и с параллельными гра­нями полок.

5. Трубы стальные быва­ют бесшовные горячека­таные и электросварные. Трубы менее подвержены коррозии, чем фасонные профили, благодаря чему их часто применяют в гидротехническом строи­тельстве.

Кроме перечисленных основных профилей в ин­женерных конструкциях применяют сталь квадратную; сталь круглую; гнутые профили (рис. 2.3), а также ряд других профилей.

3 Центрально-растянутые и центрально-сжатые элементы

1. Центрально-растянутые элементы. Работа таких элементов под нагрузкой полностью соответствует диаграмме работы материала при растяжении (см. рис. 2.1).

Основная проверка для центрально-растянутых элементов - проверка прочности, относящаяся к первой группе предельных состояний.

Напряжения в центрально-растянутом элементе

(2.1)

где - усилие в элементе от расчетных нагрузок;

- пло­щадь поперечного сечения проверяемого элемента за вычетом ослаблений (площадь сечения нетто);

- расчетное сопротив­ление;

- коэффициент условий работы.

Расчет по формуле (2.1) предупреждает развитие пластиче­ских деформаций в ослабленном сечении элементов, выполненных из малоуглеродистых cталей и сталей повышенной прочности.

Кроме прочности растянутых элементов, необходимо обеспе­чить их достаточную жесткость, чтобы избежать повреждения элементов при перевозке и монтаже конструкций, а также в про­цессе их эксплуатации уменьшить провисание элементов от соб­ственного веса и предотвратить вибрацию стержней при динами­ческих нагрузках.

Для этой цели проверяют гибкость растянутых элементов, которая не должна превышать максимально допустимых значе­ний :

(2.2)

где - расчетная длина элемента;

- радиус инерции сечения.

4. Центрально-сжатые элементы

Эти элементы рассчитывают по первой группе предельных состояний, при этом для коротких элементов, длина которых превышает наименьший поперечный размер не более чем в 5...6 раз, проверяют прочность по форму­ле (2.1), а для длинных гибких элементов - устойчивость по формуле

(2.3)

где - площадь поперечного сечения брутто;

- коэффициент продольного изгиба.

Учитывая традиционное соотношение размеров элементов в металлических конструкциях, основной является проверка устой­чивости.

По формуле, выведенной Эйлером, потеря устойчивости цент­рально-сжатым элементом, шарнирно закрепленным по концам (основной случай), происходит при критической силе

(2.4)

где - модуль продольной упругости;

- минимальный момент инерции поперечного сечения элемента;

- расчетная длина стержня.

Соответственно критические напряжения

(2.5)

где - минимальный радиус инерции.

В целях упрощения расчетов на практике принято учитывать влияние характера закрепления концов элемента и способа при­ложения нагрузок введением поправочного коэффициента, назы­ваемого коэффициентом приведения длины ,к геометрической (действительной) длине элемента. При помощи коэффициента (табл. 3.4) определяют приведенную или расчетную длину сжа­того элемента:

(2.6)

где - геометрическая длина элемента.

Тем самым при любом закреплении концов и способе прило­жения нагрузок элемент при расчете приводится к основному случаю - центрально-сжатого элемента, имеющего по концам шарнирные закрепления.

Очень больших гибкостей сжатых элементов металлических конструкций допускать не следует, так как чрезмерно гибкие стержни сильно вибрируют под действием динамической нагруз­ки, искривляются от случайных воздействий и провисают под влиянием собственного веса. Последние два фактора особенно нежелательны, так как от них появляются эксцентриситеты, зна­чительно ухудшающие работу сжатых стержней.

Поэтому необходимо, чтобы гибкоеть сжатых стержней не превышала предельной допустимой гибкости для данного эле­мента конструкций:

(2.7)

Таблица 3.1 - Приведенные (расчетные) длины сжатых элементов