Соединение стальных конструкций

 

    Соединения деталей и элементов металлических, железобетонных и других конструкций бывают неразъемными (сварные и заклепочные) и разъемные (болтовые). Все соединения конструкций, выполняемые на строительстве, называют монтажными.

    Сварные соединения. На строительстве применяют, как правило, ручную дуговую сварку с помощью стальных электродов со специальным покрытием. Вещества, входящие в состав покрытий, способствуют горению электрической дуги и при плавлении образуют шлаки и газы, которые защищают расплавленный металл сварного шва от окисления. Электроды используют диаметром 1,5-4,0 мм. Каждому виду металла соответствует свой тип электрода с определенным покрытием.

    Заклепочные соединения предназначены для конструкций, воспринимающих большие динамические нагрузки. Заклепка представляет собой круглый стержень с головкой. Стержень вводят в подготовленное отверстие в соединяемых деталях, головку прижимают поддержкой, а выступающую часть стержня ударами обжимки расплющивают, образуя замыкающую головку. При этом стержень утолщается, полностью заполняет высверленное отверстие, и элементы конструкции соединяются наглухо. Заклепки обычно изготавливают из низкоуглеродистой пластичной стали Ст2 и Ст3.

    Болтовые соединения нетрудоемки и достаточно надежны даже в особо нагруженных конструкциях. Болты для монтажных соединений изготовляют диаметром 6-24 мм с интервалом 2 мм. Завертывают их так, чтобы в теле болта создалось напряжение 150-200 МПа. При этом используются упругие свойства стали: благодаря напряжению в теле болта соединяемые элементы сжимаются очень плотно.

 

 

Цветные металлы и сплавы

        

    Цветные металлы и сплавы на их основе применяют в специальных случаях, т.к. производятся они в значительно меньших количествах, чем черные, а стоимость их существенно выше. Их используют в основном, когда требуется высокая коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность, повышенные декоративные качества, а для сплавов на основе алюминия – малый вес конструкций. В строительстве в основном применяют сплавы меди и алюминия; перспективные также сплавы на основе титана.

    Медь и сплавы на ее основе. Чистая медь – мягкий (НВ 350 МПа) пластичный металл красноватого цвета, плотность 8960 кг/м³, отличающийся высокой теплопроводностью и электропроводностью. Прочность меди невысокая – 180-240 МПа; температура плавления 1080⁰С. У меди большой температурный коэффициент линейного расширения (в 1,7 раза выше, чем у железа). Медь – коррозионно-устойчивый металл: в сухом воздухе медь не окисляется, во влажном – покрывается темно-коричневой оксидной пленкой, защищающей от дальнейшего окисления. При длительном нахождении меди во влажном воздухе на поверхности образуется устойчивый голубоватый слой основного карбоната меди, называемый патиной.

    Медь встречается в виде самородков и выплавляется из медных руд.

    Около 50 % меди применяют в электротехнике. В строительстве медные листы толщиной 0,4-0,6 мм используют для устройства красивых и долговечных кровель, водосточных систем и водопроводных труб. Большая часть меди применяется в виде сплавов – латуней и бронз.

    Латуни – сплавы меди с цинком (10-40 %); хорошо поддаются прокату, штамповке и вытягиванию. Прочность и твердость более высокая, чем у меди (250-600 МПа); НВ = 500-700. В строительстве латунь используют для декоративных элементов (поручни, накладки и т.д.) и для санитарно-технической арматуры.

    Бронзы – сплав меди с оловом (до 10 %), алюминием, свинцом и др. Их прочность почти такая же, как у меди, твердость же существенно выше – НВ = 600-1600. Бронзы обладают хорошими литейными свойствами и коррозионноустойчивы. Применяют для декоративных целей, в сантехнике и для специальных целей.

    Алюминий и сплавы на его основе. Алюминий – легкий серебристый металл (плотность 2700 кг/м³) с низкой прочностью (80-100 МПа) и низкой твердостью (НВ 200); характеризуется высокой электро- и теплопроводностью. У алюминия по сравнению со сталью в 2,5 раза более высокий коэффициент теплового расширения. Алюминий стоек к атмосферной коррозии благодаря защитным свойствам оксидной пленки, образующейся на его поверхности. В настоящее время около 25 % производимого алюминия используется в строительстве. В чистом виде алюминий почти не применяют. Для повышения прочности, твердости и технологических свойств в него вводят легирующие добавки (Мn,Cu, Si. Fe). Основные виды алюминиевых сплавов – литейные и деформируемые.

    Литейные алюминиевые сплавы (силумины) – сплавы алюминия с кремнием, магнием и др. элементами – обладают высокими литейными качествами; повышенной по сравнению с алюминием прочностью

 (до 200 МПа) и твердостью (НВ = 500-700) при достаточно высокой пластичности.

    Деформируемые алюминиевые сплавы (дюралюмины) (от лат. durus – твердый). составляют около 80 % производства алюминиевых сплавов. Это большая группа разнообразных по составу сплавов с высокими механическими свойствами(прочность = 200-500 МПа (табл. 4), но пониженной коррозионной стойкостью.

 

Таблица 4. Показатели механических свойств алюминиевых сплавов для строительных конструкций

 

Сплав	Марка сплава	Прочность при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %
Алюминиево-марганцевый   Алюминиево-магниевый   Дюралюминий (сплав алюминия с медью, магнием и марганцем)	АМц-М АМг-М АМг6-М АМг61-М ДТ-Т   Д16-Т	100…170 160…230 320 380…410 360…410   400…490	16…22 10…18 15 12 10…15   6…14

    Дюралюмины пластичны. Они легко перерабатываются прокаткой, штамповкой, прессованием и сваркой в листы, трубы и профили самой сложной формы. В строительстве эти сплавы применяют для изготовления оконных и дверных переплетов и коробок, в качестве кровельного материала, для наружной облицовки зданий, для трехслойных панелей с пенопластовым или минераловатным утеплителем, алюминиевой фольги строительного назначения и для легких сборно-разборных конструкций, используемых для каркасов павильонов.

    Основное достоинство алюминиевых сплавов – малый вес (плотность алюминия почти в три раза ниже плотности стали) при достаточно высокой прочности в сочетании с коррозионной стойкостью.

    Отрицательными свойствами этих сплавов являются почти в три раза более низкий, чем у стали, модуль упругости, низкая твердость и высокий коэффициент температурного расширения.

    Цинк – синевато-белый металл, плавится при сравнительно низкой тем-ре – 420⁰С, а при 906⁰С – кипит.

    При нормальной    температуре чистый цинк – хрупкий металл плотностью 7130 кг/м³. Прочность цинка при растяжении = 200-250 МПа; твердость – НВ = 400-500; высокий ТКЛР (в 4 раза выше, чем у стали).

    Основное направление использования цинка – защита стали от коррозии цинкованием.

Цинк как самостоятельный материал в строительстве применяют в виде листового кровельного материала, известного под названием цинк-титан. Цинк-титановые кровли имеют благородный светло-серый цвет; возможно анодирование поверхности листов для получения асфальтового цвета. Долговечность таких кровель не менее 100 лет.

    Титан (титановые сплавы) приобретают в последнее время все большую популярность; они сочетают в себе низкую плотность (4500 кг/м³); высокую прочность (700-1200 МПа) и твердость (НВ > 1000) и высокую коррозионную стойкость. Из-за очень высокой стоимости и дефицитности титан в строительстве применяют только для уникальных сооружений (например, памятник космонавтам у станции метро «ВДНХ» в Москве).