Металлические конструкции

,

φ_ℓ-коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии, принимаемый по таблице в зависимости от условной гибкости и приведённого эксцентриситета , условная гибкость , m_ef=m∙η, m-относительный эксцентриситет, η-коэффициент формы стенки, .

2. Из плоскости  действия изгибающего момента.

, φ_у-коэффициент продольного изгиба; по таблице как для центрально-сжатого стержня в зависимости от гибкости μ_у=f(λ_y;R_y), с=β/(1+α_m), β и α по таблице в зависимости от условной гибкости и относительного эксцентриситета.

 

17 Общая характеристика болтов  и заклепок

В строительстве  применяются болты d 10…30мм, анкерные 23…90мм, длина болтов L=100…300мм.

Классы болтов:

1.Болты  грубой и нормальной точности: из низкоуглеродистой стали, класс  прочности 4.6 и 5.6, устанавливаются  в отверстия на 3 мм большего диаметра болта, т.е. d_отв=d_болта+3мм., соединения получаются деформирующими.

2.Болты  повышенной прочности: устанавливаются  в отверстия диаметром, равным  диаметру отверстия, соединение - чистое.

3.Высокопрочные:  из высокопрочной термически  упрочнённой стали, R_u≥110кН/см², отверстия на 3мм больше, соединение работает за счёт трения между соединяемыми элементами, натяжение болта контролируется специальными тарировочными ключами, поверхности соединяемых элементов д.б. тщательно обработаны  и очищены от пыли и грязи.

4.Анкерные  болты: повышенный диаметр, предназначаются  для соединения базы колонны  с фундаментом.

ЗАКЛЁПКИ. применяются на монтаже, различаются по форме.

1-полукруглая, 2-полупотайная (d=16,18,20,24мм), 3-потайная.

Заклёпки применяются при знакопеременных  и вибрационных нагрузках, где болты  нежелательны вследствие ослабления сечения.

Способы установки болтов в соединении:

1.”Горячий способ”: заклёпка  разогревается до 800⁰С- температура светло-красного каления, расклёпывается ещё в мягком состоянии и, остывая, стягивает пакет, соединение получается плотное и малодеформативное.

2.”Холодная клёпка”: при нормальных  t, менее производителен, но при небольших объёмах и наличии машинного оборудования применим.

По точности соединения:

1.Типа В-“чистое”,

2.Типа С-“чёрное”.

Чистое соединение получают 2мя способами:

1.если пакет не превышает  5 диаметров заклёпки, т.е. ∑t≤5d_закл, то отверстие совмещают.

2.если ∑t>5d_закл, то отверстия делаются по отдельности. Чёрные соединения получают пробивкой.

 

18 Расчет болтов и заклепок

σ =N/A≤R

Несущая способность болта (N_b) – это усилие, которое может воспринимать один болт без разрушения.

где Rбср — расчетное сопротивление болтов срезу; γб – коэффициент условий работы соединения. Для болтов грубой и нормальной точности в многоболтовом соединении γб = 0,9, для болтов повышенной точности  γб = 1; Аб = πd2/4 — площадь сечения болта по ненарезной части, d — диаметр стержня болта; nср — число расчетных срезов одного болта;

 

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним  болтом по смятию элементов, рассчитывается по формуле

где Rбсм — расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами;

уб и d— см. примечание к формуле выше; 

— наименьшая суммарная толщина  элементов, сминаемых в одном  направлении.

Количество  болтов в соединении n=N/Nmin

 

19 Классификация сварных соединений  и швов

«+» 1.экономия ме за счет снижения массы конструкции. 2.снижение трудоемкости изготовления конструкции. 3.обладает гермитичностью,что  важно для конструкций резервуаров  трубопроводов. 4.прочность

«-»  высокая энергоемкость.

Соединения  в металлических конструкциях необходимы для изготовления конструктивных элементов  из отдельных сортаментных профилей (заводские соединения) или при  укрупнительной сборке и монтаже  конструкций на площадке (монтажные  соединения).

Элементы  стальных конструкций соединяют  в основном (свыше 90% стальных конструкций) электродуговой сваркой: автоматической, полуавтоматической или ручной.

Сварные швы соединений подразделяются:

1. по форме шва
• стыковые

• угловые

2. по виду сварных соединений
• встык

• с накладками

• внахлест

• втавр

3. по месту выполнения
• заводские

• монтажные

 

20 Расчет стыковых сварных швов

Хорошо сваренные  встык соединения имеют весьма небольшую  концентрацию напряжений у начала наплава  шва, поэтому прочность таких  соединений при растяжении или сжатии в первую очередь зависит от прочностных  характеристик основного металла  и металла шва.

В стыковом шве при действии на него центрально-приложенной силы N распределение напряжений по длине  шва принимается равномерным, рабочая  толщина шва принимается равной меньшей из толщин соединяемых элементов. Поэтому напряжение в шве, расположенном  перпендикулярно оси элемента (рис.а), определяется по формуле где N-расчетное усилие; t-рабочая толщина шва - наименьшая толщина соединяемых элементов; l_Ш- расчетная длина шва, равная его полной длине, если начало и конец шва выведены за пределы стыка, в ином случае l_Ш=l-2t, где l- фактическая длина шва; R^св- расчетное сопротивление сварного стыкового соединения сжатию или растяжению, γ- коэф условий работы элемента.

Расчетное сопротивление стыкового соединения, выполненного автоматической, полуавтоматической или ручной сваркой материалами, принимается: при сжатии соединения независимо от методов контроля R^cп=R; при растяжении (осевом или при изгибе) соединения, проверенного физическими методами контроля, R^cв= R. при растяжении соединения, не проверенного физическими методами контроля, R^св = 0, 85R; при сдвиге соединения R^св_ср=R_cр, где R и R_cр -расчетные сопротивления основного металла.

Если расчетное сопротивление  сварки в стыковом соединении R^CD меньше расчетного сопротивления основного металла и в стыкуемом элементе действующие напряжения превышают R^C1, то для увеличения длины шва его делают косым (рис. б). Косые швы с наклоном реза tg α =2:1, как правило, равнопрочны с основным металлом и не требуют проверки.

В отдельных случаях, когда необходимо снизить напряжение, например при  вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. Разложив Действующее  усилие на направление, перпендикулярное оси шва, и вдоль шва, находим  напряжения:

перпендикулярно шву ;

 вдоль  шва  , где - расчетная длина косого шва.

 

При действии изгибающего момента на соединение (рис. в) напряжения в шве  где - момент сопротивления шва.

Сварные соединения встык, работающие одновременно на нормальные напряжения и срез, проверяют по формуле  где σ_ш.х и σ_ш.у - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; σ_ш.ху - напряжение в сварном соединении от среза.

 

21 Расчет угловых сварных швов

Сварные соединения с угловыми швами при  действии продольной и поперечной сил  следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис)

Рис.  Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1- сечение  по металлу шва;  2- сечение по  металлу границы сплавления

по металлу шва (сечение 1)

 

по металлу границы сплавления (сечение 2)

,

где  - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

 и  - коэфициенты, зависящие от вида сварки, диаметра сварочной проволоки, высоты катета шва и предела текучести стали

 и  - коэффициенты условий работы шва

К_f – катет углового шва.

При действии изгибающего момента он уравновешивается касательными напряжениями.

Наибольшие  касательные напряжения от действия момента

где Wwf— момент сопротивления сечения углового шва.

и условие  прочности углового шва при действии изгибающего момента

 

22 Конструктивные требования к  сварным швам

Чтобы уменьшить  сварочные напряжения и деформации, следует стремиться к наименьшему  объему сварки в конструкции, применяя швы наименьшей толщины, полученной по расчету или по конструктивным соображениям, необходимо избегать пересечений  швов, близкого их расположения друг к  другу, образования швами замкнутых  контуров и швов, ориентированных  поперек направления действующих  в стержне растягивающих напряжений.

Сварные стыки  балок, колонн и т. п. следует выполнять  без накладок, встык, с двусторонней сваркой и полным проплавлением  либо односторонней сваркой с  подваркой корня шва или на подкладках, с выведением концов шва  на технологические планки с последующей  их обрезкой и зачисткой. Толщина  стыковых швов принимается равной меньшей  из толщин стыкуемых элементов. В  зависимости от толщины свариваемых  элементов катет угловых швов рекомендуется принимать не менее  табличных размеров.

Применение  более толстых швов (20—25 мм), получаемых путем многократного проваривания соединяемых элементов стыка, нежелательно.

Швы различной толщины сваривают  током разной силы, поэтому для  упрощения сварочных работ в  одной отправочной марке желательно иметь не более двух-трех различных  толщин швов.

Напуск листов в соединениях внахлестку для  уменьшения влияния сварочных напряжений должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов.

При соединении листов разной толщины или ширины рекомендуется делать односторонний  или двусторонний скос кромок с уклоном  не более 1 : 5.

Выбор сварочных  материалов. Применяется таблица  снипа, в которой сварочные материалы  принимаются в зависимости от условий строительства и от марки  стали свариваемых конструкций.

 

23 Балки и балочные конструкции,  классификация

Наиболее распространенный элемент стальных конструкций, работающий на изгиб.

Область применения балок  очень широка: от небольших элементов  рабочих площадок, междуэтажных перекрытий производственных или гражданских  зданий до большепролетных балок  покрытий, мостов, тяжело нагруженных  подкрановых балок и так называемых "хребтовых" балок для подвески котлов в современных тепловых электростанциях.

Классификация:

1.По статической схеме: 1.однопролётные (разрезные) - более  лёгкий монтаж и изготовление. 2.многопролётные (неразрезные) –  меньший расход металла на 20%.3.консольные (разрезные, неразрезные).

2.По типу сечения:1.прокатные.2.составные  (сварные, клёпаные, болтовые).

Чаще в строительстве  – двутавровые сечения (удобство в компановке, технологичны и экономичны по расходу материала). Экономическая  эффективность сечений связана  с их тонкостенностью.

Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию p=W/A.

Сравнение ядровых  расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное  на рис, показывает, что двутавровое  сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в  этом сечении распределение материала  наилучшим образом соответствует  распределению нормальных напряжений от изгиба балки.

В строительстве  нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и  балки предварительно напряженные.

 

24 Балочные клетки, узлы сопряжения