Раздел 2.Металлические конструкции.

1.Область применения мет.констр.,их достоинства и недостатки.Защита от коррозии.Металлические конструкции-наука о конструктивной форме,её общих закономерностях,теории расчета,технологии изготовления и способах монтажа.МК применяют для сооружений с большими высотой,пролетами и нагрузками.Достоинства: Преимущества: - высокая несущ.спос-ть при относительно небольших сечениях вследствии большой прочности металла, - высокая надежность благодаря однородности структуры металла и его упругим св/вам метал.консрукции можно рассчитывать наиболее точно, что позволяет обеспечить надежность работы сооружений;- легкость и транспортабельность по сравнению конструкции из ж/бетона и камней, вследствии высокой прочности металла мет.конструкции получаются более легкими;- сплошность м-ла и соединений, что позволяет создавать газо и – водонепроницаемые конструкции;- индустриальность, досягаемая изготовлением констр.на заводах и высокомеханизированным их монтажом ;- легкость усиления конструкций при увеличении на нее нагрузки; легко ремонтируется Недостатки:= коррозийность, что требует спец.мероприятий по их защите= низкая огнестойкость ; при t › 40۫ С – сталь становится пластичной Листовые МК-резервуары,сосуды,трубопроводы больших диаметров.Стержневые МК-каркасы зд.,большепролетные покрытия,краны,мосты,башни,эстакады и др.Коррозия-разруш.мет. в следствии химического и электрохимич.взаимодействия их с окруж.средой.Метода защиты:1.Изготовление спец.антикоррозионных сплавов и подбор металлич.материалов,устойчивых к данной среде.Получаются путем легирования их элементами,повышающими корроз-ю стойкость.2.Электрохимич.защита основана на том,что при контакте 2-х различных металлов в электролите металл с более низким потенциалом разрушается,защищая от разрушения металл с более высоким электродным потенциалом.3.Обработка путем удаления из корроз.среды вещ-в,опасных в корроз.отношении или введением в состав внешней среды спец.вещ-в,являющихся замедлителями коррозии(ингибиторы).4.Защитное покрытие:-металлическое;-неметаллическое.По способу нанесения металлич.покрытия:-электролитическое;-лакирующее;-металлизационное;-диффузионное;-горячее покрытие.К неметаллич.относятся:-лакокрасочное покрытие;-эмали;-гумирование;-окисные защитные плёнки;-покрытие полимерами.

2.Строительные стали.Классификация по маркам.Их свойства и состав.Сталь-сплав железа с углеродом и незначительным кол-м примесей и легирующих добавок.В зависимости от содержания легир.компонентов стали делятся на:-углеродистые-легир.доб.не вводятся;-низколегиров.-суммарное содержание комп.до 2,5%;-среднелегир.-от 2,5-10%;высоколегиров.-от 10%. Углеродистая сталь в зависимости от содержания углеродов делится на:-низкоуглеродистая-0,25% углерода;-среднеуглеродистая –от 0,25 – 0,6%;-высокоуглеродистая-от 0,6 – 2%.Для СК прим.низкоуглеродистая сталь,т.к.она хорошо сваривается(не хрупкая).По способу выплавки:-мартеновские;-конверторные.По прочности:-обычная прочность(С235-С285);-повышенная(С345-С390);высокая прочность(С440-С590).По способу раскисления:-кипящие;-полуспокойные;-спокойные.Свойства:-механические:прочность-сп-ть мат-ла сопротивляться внешним силовым воздействиям без разрушения.упругость-св-во мат-ла восстанавливать свою первонач.форму после снятия внеш.нагрузки.пластичность-св-во мет.сохранять несущ.сп-ть в процессе деформирования.хрупкость-сп-ть мат.разрушаться при малых деформациях.выносливость-св-во мат.сопротивляться разрушению от усталости.усталость-разрушения при действии переменных напряжений в результате постепенного развития трещин;старение-изменение св-в мат-ла с течением времени.относительное удлинение-отклонение прирощения длины образца после разрыва к её исходному значению.ползучесть-св-во мат-ла непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки.твердость-св-во поверхностного слоя металла сопротивляться деформации или разрушению при внедрении в него твердого металла.химические:химический состав характкризуется процентным содержанием в стали различных компонентов.У-углерод;С-кремний;Х-хром;М-молибден;Г-марганец;Д-медь;Н-никель;Ю-аллюминий;А-азот;Ф-вакадий.У-повышает прочность,снижает пластичность.Г-повыш.прочность,увелич.стойкость против коррозии.С-раскисляет сталь(повышает прочность,но снижает пластичность).Х,Н-повыш.прочность без снижения пластичности и улучшает её коррозионную стойкость.Ю-Повышает ударную вязкость,нейтрализует вредное влияние фосфора.Ф,М-увелич.прочность,почти без снижения пластичности.А –способствует старению стали,делает её хрупкой.

3.Изложить цели и методику расчета центрально растянутых элементов стальных констр.Назвать примеры ЦР констр.Центрально растянутые элементы рассчитывают на прочность.ζ=N/A≤R_y(γ_c/γ_n). К ним относятся:-тяги,подвески,стенки резервуаров,стенки трубопроводов,нижние пояса ферм,отдельные раскосы ферм.ЦР эл-ты проверяем на гибкость.Порядок расчета.1.По табл.определяем расч.сопр.R_y(от марки стали).2.Принимаем толщину фасонки t.3.Вычисляем требуемую площадь поперечного сечения.4.По сортаменту принимаем 2 уголка и выписываем геометрические хар-ки(А,i_x,i_y).5.Проверяем прочность элемента и делаем вывод.6.Проверяем гибкость.λ_x=L^x_eff/i_x; λ_y=L^y_eff/i_y≤(λ) 250-растянутые;120-сжатые.Если условие не вып.,то подбираем большую площадь.

4.Изложить цели и методику расчета центрально сжатых эл-в.Назвать примеры ЦС элементов констр.Центрально сжатые элементы рассчитываются на устойчивость. ζ= N/A ≤R_y(γ_c/γ_n).К ним относятся:стойки,колонны,верхние пояса ферм,раскосы.Порядок расчёта:1.Изображаем расч.схему колонны.Определяем расч.длину колонны L_eff.2.Определяемрасч.сопр.стали R_y.3.Из условия устойчивости выражаем А_тр.4.Определяем гибкость.5.Находим .6.По сортаменту подбираем сечение и выписываем геометрические хар-ки.7.Проверяем на устойчивость и делаем вывод.8.Конструирование.

5.Изгибаемые элементы.Методика расчета по 1-й и 2-й группам предельных состояний.Проверка на прочность(1 группа пред.сост.)а)рассмотрим формулу по норм напряж. ζ= ≤R_y(γ_c/γ_n).Mmax-расчетный момент кНм;С₁-коэффициент,учитывающий пластические деформации;W_nmin-момент сопротивления сечения элемента см³.R_y-расч.сопр.стали.б)рассматриваем формулу по касательным напряжениям. = ≤R_s(γ_c/γ_n);Q-расч.попер.сила,кН;S_x-статический момент относительно оси х;I_x-момент инерции сечения относительно оси х;t-толщина элемента;R_s-расчетное сопр.сдвигу;Расчет на устойчивость.Если балки раскреплены настилом,то расчет на общую устойчивость можно не проводить. ζ= ≤R_y(γ_c/γ_n),М-расчетный момент; _в-коэффициент понижения напряжений;W_c-момент сопротивления сжатого пояса.Расчет по деформациям(2 группа пред.сост.) = * ≤ , - относительный прогиб;gⁿ-погонная нагрузка;L-пролет;Е-модуль упругости; момент инерции.Порядок расчета:1определяем погонную нагрузку;2.изображаем расчетную схему;3.определяем расчетное усилие;4.определяем требуемый момент сопротивления сечения.5.Выписываем геометрические хар-ки;6.проверяем прочность балки(по норм.и накл.сеч.);7.вывод;8.Проверка на жесткость(расчет на деформации).

6.Виды соединений металлических констр.Расчет стыковых сварных соединений.Сварка-основной тип соединений (90%).Виды сварных соединений:-в стык;-внахлестку;-комбинированное соединение;Более надежными и прочными являются стыковые швы.Они рассчитываются на срез и смятие.Расчет стыковых сварных соединений:а) на растяжение: ζ= ≤R_wyγ_c(1/γ_n); l_w=l*2t,где N-усилие;t-толщина;l_w-расчетная длина;R_wy-расчетное сопротивление сварного стыкового шва.б)на действие силы и момента. ζ= + ≤R_wyγ_c(1/γ_n).

7.Методика расчета сварных соединений с угловыми швами.Описать характер напряженного состояния углового шва.Требования к угловым сварным швам.В шве действуют касательные напряжения,поэтому шов разрушается по биссектрисе угла.Расчет шва производится на срез по двум сечениям.сечение 1- разрушается по металлу шва. ≤R_wy*γ_wf*γ_c* (кН/см²),где β_f-коэффициент,зависящий от сварки(ручная 0,7);K_f-катет шва;L_w-расчетная длина;R_wf-расчетное сопротивление сварки зависит от электрода;сечение 2-разрушение происходит по металлу границы сплавления. ≤R_wz*γ_wz*γ_c* (кН/см²),где β_z-коэффициент,зависящий от вида сварки,R_wz-расч.сопрот.по металлу границы сплавления(СНиП).Конструктивные требования:-наименьшая расчетная длина углового шва из-за больших концентраций напряжений в начале и конце шва должна быть не менее 40(60)см.-катет шва Кfдолжен быть не более 1,2t- толщина более тонкого из свариваемых элементов.-наименьшие катеты угловых швов рекомендуется назначать в соответствии с указаниями табл.38.-катет,присвариваемый к более тонкому элементу,устраивается наибольшей высоты,допускаемой толщины тонкого элемента;- катет,примыкающий к более толстому элементу,-минимальной высоты,определяемой толщиной толстого элемента.-размеры сварных швов должны быть минимальными в целях снижения расхода наплавленного металла,экономии трудовых,материальных и энергетических ресурсов.

8.Общие сведения о стальных балках.Типы стальных балок и балочных площадок.Конструирование ст.балок,их стыков,узлов сопряжения.Балка – конструктивный элемент,работающий на изгиб,у которого размеры поперечного сечения значительно меньше длины элемента.Применяют:-в междуэтажных перекрытиях;-рабочих площадках;-во встроенных этажерках;-мостах;-эстакадах;-в виде подкрановых балок и т.д.Типы:по статической схеме:-однопролетные;-многопролетные;-консольные.По способу соединения:-сварные;-клепочные.По типу поперечного сечеия:-прокатные;-составные.Типы сопряжений балок:-этажное- наиболее удобное для монтажа:балки одного направления укладываются сверху на балки другого направления,поэтому его следует применять во всех случаях,когда это позволяет строительня высота;-в одном уровне- верхние полки главных и второстепенных балок размещаются в одном уровне;-пониженное-верх поперечных балок ниже верха главных балок.Шарнирные и жесткие узлы.Жесткие узлы отличаются от шарнирных тем,что в них для восприятия опорного момента ставят спец.горизонтальные накладки.Часто вместо накладки ставят столик и считают,что попрный момент воспринимается горизонтальным сварным швом между столиком и второстепенной балкой.При проектировании узлов необходимо :-рассчитать все сварные швы,болты;-на опорах поставить ребра жесткости;-предусмотреть плотную подгонку к опорным поверхностям торцов ребер жесткости и торцов всех других элементов,раб-х на смятие;-рассчитать торцы на смятие;-рассчит опорный момент.Генеральными размерами балки считаются высота (h)и расчетный пролет(L_eff).Расчетный пролет-расстояние м/д центрами опор балки.Констр.длина-расстояние м/д торцами балки.Балочные площадки – система перекрёстных балок,применяемых при устройстве покрытий и перекрытий.Упрощенная балочная система:нагрузка от настила передается на балки настила,азатем на стены.Рименяется при малых пролетах.Нормальный тип балочной площадки:нагрзка передается на балки настила,а главные балки на балки настила или на колонны.В усложненном типе:вводятся дополнительные вспомогательные балки,которые располагаются м/д главными и балками настила.Вспомогательные балки и балки настила обычно принимаются прокатными.Шаг балок настила принимается от 0,5 до1,2м. Если настил ж/б – то шаг балок принимается от1,2 до 3,5.

9.Определение стальной фермы.Классификация.Цель и методика расчета.Ферма-стержневая система,концы стержней которой соеденены в узлах и составляют геометрически неизменяемую стержневую систему.Нагрузка к ферме прикладывается в узлах и стержни ферм испытывают осевые усилия растягивания или сжатия.Бывают:-стропильные и подстропильные.Стропильные служат для поддержания конструкции кровли.Подстропильные служат для опирания промежуточных стропильных ферм.Область применения:-в покрытии промышленных и гражд.зд.;-в ангарах;-вокзалах;-башни;-мачты;-большепролетные мосты;-опоры линий электропередач и т.д.Классификация:По конструктивной форме:-лёгкие(1 фасонка в узле);-тяжелые(2 фасонки в узле).По схеме:-балочные;-рамные;-арочные.По очертанию поясов:-с параллельными поясами;-трапецивидная;-сегментная(арочная);-треугольная;-полигональная(пятиугольная).По статической схеме:-разрезные;-неразрезные;-консольные.Очертания поясов зависит от нагрузки,конструкции кровли,размера перекрываемого пролета.Рассчитываются фермы на сжатие и растяжение.Методика расета:-сбор нагрузок;-остроение диаграммы и определение расчетных усилий во всех элементах;-подбор поперечного сечения растянутых и сжатых элементов;-расчет узлов фермы.

10.Стальные колонны,область применения.Типы колонн.Методика расчета и конструирование стержня центрально и внецентренно сжатых колонн,назначение и конструкция оголовка и базы колонн.Вычертить примеры. Колонны – предст.собой вертикально расположенные стержневые элементы, по к-рым нагрузка от вышележащих констр.передается на фунд-т. В них различают верхнюю часть – оголовок, на кот-й опираются вышележащие конструкции; стержень – основную часть колонны, предназн.передавать нагрузку сверху вниз; нижняя часть колонны (башмак) – перед.нагрузку от стержня на фунд-т.Колонны работают на сжатие ,раситываются на устойчивость.Классификация:По хар-ру работы:-центрально сжатые;-внецентренно сжатые;По конструктивной форме:-постоянного сечения;-переменного.По способу соединения:-сварные;-клёпаные;По типу поперечного сечения:-сплошные(прокатые,составные);-сквозные. К центрально-сжатым эл-там условно относят промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам раскосы и стойки ферм. К внец.сжатым эл-там отн.крайние колонны промыш.зданий, стойки эстакад, эл-ты рамных конструкций и арок.Ж/б колоны по конструктив.схеме дел.на 3 вида:1.колонны с продольной арм-рой и поперечными стержнями или хомутами;2.с косвенной арм-рой в виде спирали или колец;3.с жесткой продольной арм-рой.Рассм.колонну с гибкой прод.арм-рой. Осн.назначение попер.арм-ры – предотвращение выпучивания продольной арм-ры. Кроме того попер.арм-ра дат возможность образования пространственного каркаса.Размеры сторон прямоуг.колонн при величине их до 500м делают кратными 50мм, при больших размерах – 100мм.Бетон, применимый для колонн от С15/20 до С55/60.Прод.арм-ра прим.класса S240; S500; d=6…10мм.Арм-ру изгот.в виде сварных или вязанных каркасов.Расстояние м/у попре.стержнями в сварных не более 20d, в вязанных не более 15d, где d – диаметр продольной арм-ры.Оголовок колонны предназначен для опирания вышележащих конструкций и передачи нагрузки на сечение колонны.Простейшим оголовком колонны явл.опорная плита,которая приваривается к стержню колонны.Толщина плиты и её размеры в плане принимаются конструктивно.Расчет ведется только угловых швов на срез.База колонны служит для распределения сосредоточенного давления от стержня колонны равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца в соответствии с принятой расчетной схемой.Базы центально сжатых колонн могут быть шарнирными и жесткими.Расчет центрально сжатой колонныУсловие устойчивости: ≤R_yγ_c ;2.Находим расчетную длину L_eff;3.Изображ.расч.схему;4.Подбираем колонну,выписываем хар-ки;5.Определяем гибкость;6.Проверяем на устойчивость.

11.Методика расчета болтового и заклепочного соединения.Область применения.Болтовые соединения применяют в основном при монтаже металлич.констр.Заклепочные соед.прим.редко в связи с развитием сварки.Расчет заклепочных и болтовых соединений на срез.В основном заклеп.и болтовые соединения конструируются так,что усилие действует перпендикулярно оси стержня заклепки или болта.Разрушение заклепок наступает после больших пластических деформаций,в результате чего срезающее усилие поровну распределяется м/д всеми заклепками.Расчет заклепочных соединений ведется исходя из работы соединения в предельном состоянии.(односрезные,двусрезные).Необходимое число болтов или заклепок для крепления элемента вычисляется по формуле:n≥ ,где N-расчетное усилие;N_min- меньшее значение расчетного усилия для первой заклепки или болта по срезу или смятию.Односрезные заклепки на смятие не рассчитываются,а только на срез.Предельное усилие на 1 заклепку по срезу опред.по формуле:N_в=R_вsγ_вAn_s.на смятие:N_в=R_вpγ_вd ,где R_вsиR_вр-расчетное сопротивление заклепочных,болтовых соединений;d-диаметр отверстия; -наименьшая суммарная толщина эл-в,сжимаемых в одном направлении;n_s-число срезов;γ_в-коэффициент условия работы,кот принимается по СНиПу.Расчет заклепочных соединений на растягивающее усилие.Если усилие действует вдоль оси стержня заклепки(болта),то заклепка работает на растяжение.

12.Область применения сварных балок,их конструктивные особенности.Цель и порядок расчета.Общая и местная устойчивость балок.При больших пролетах и нагрузках может оказаться,что требуемый момент сопротивления больше момента сопротивления самого мощного из этих профилей,имеющихся в наличии.В этом случае будет обоснованно применение более дорогой и трудоемкой балки составного профиля.Подбор сечения сварной балки ведут в определенной последовательности.1.подсчитывают нормативные и расчетные нагрузки,определяют максимальный расчетный изгибающий момент.2.вычисляют требуемый момент сопротивления.