Механические характеристики стали. Нормативные и расчетные сопротивления материалов.

Механические свойства:

прочность — способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характеризуется пределом прочности и пределом текучести;
предел прочности — механическое напряжение, при превышении которого образец разрушается;
предел текучести — механическое напряжение, при превышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;
пластичность — способность стали изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количественно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;
ударная вязкость — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;
твердость — способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел. Количественно определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании стального шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

 

Основными прочностными характеристиками металла являются временное сопротивление s_u и предел текучести s_y. Прочностные характеристики определяются испытанием стандартных образцов (круглого или прямоугольного сечения) на статическое растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением s и относительным удлинением e (рис.1.6, а).

Временное сопротивление – предельная сопротивляемость материала разрушению, равная разрешающей нагрузке, отнесенной к первоначальной площади поперечного сечения образца.

Предел текучести – нормальное напряжение, практически постоянное, при котором происходит текучесть материала (деформирование при постоянном напряжении). Горизонтальный участок диаграммы, называемый площадкой текучести, у малоуглеродистых сталей находится в пределах относительных удлинений от e = 0,2 до e = 2,5%.

Для сталей, не имеющих площадки текучести (низколегированные стали), вводится понятие условного предела текучести σ _0,2, величина которого соответствует напряжению, при котором остаточная деформация достигает ∆_e = 0,2% (рис. 1.6, б).

За предельное сопротивление сталей принимают предел текучести или условный предел текучести, так как при дальнейшем росте нагрузки развиваются чрезмерные пластические деформации и недопустимо большие перемещения конструкций. В тех случаях, когда допускается работа конструкции при развитии значительных пластических деформаций (например, трубопроводы, находящиеся в земле), за предельное сопротивление стали может быть принято временное сопротивление.

Механические свойства материалов изменчивы (имеют разброс своих значений при испытании стандартных образцов), поэтому государственными стандартами и техническими условиями установлены гарантированные пределы их изменения.

Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления по пределу текучести R_yn и по временному сопротивлению R_un.

За нормативные сопротивления стали растяжению, сжатию и изгибу R_yn и R_un принимают соответственно наименьшие значения предела текучести и временного сопротивления, гарантированные ГОСТами и установленные с учетом условий контроля и статистической изменчивости свойств стали, выпускаемой промышленностью.

Обеспеченность нормативных сопротивлений для большинства строительных сталей составляет, как правило, не менее 0,95, т.е. металлургический завод должен горантировать, что не менее 95% его продукции имеет нормативное сопротивление, превышающее установленную ГОСТом величину.

Возможные отклонения прочностных и других характеристик материалов в неблагоприятную сторону от их нормативных значений учитываются коэффициентами надежности по материалу γ_m.

Кроме того, коэффициентом надежности по материалу учитываются факторы, которые могут привести к снижению фактических характеристик прочности и геометрических характеристик сечений по сравнению с гарантированными заводом-изготовителем:

– значение механических свойств металлов проверяется на заводах выборочными испытаниями;

– механические свойства металлов контролируют на малых образцах при кратковременном растяжении, фактически металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях при сложном напряженном состоянии;

– в прокатных профилях могут быть минусовые допуски.

Коэффициент надежности по материалу γ_m устанавливается на основании анализа кривых распределений результатов испытаний стали и ее работы в конструкции. При поставке сталей по ГОСТ 27772-88 для всех сталей (кроме С590 и С590К) γ_m = 1,025; для сталей С590 и С590К γ_m = 1,05.

При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления R_u, установленного по временному сопротивлению, учитывают повышенную опасность такого состояния (приближение к напряжению разрыва), вводят дополнительный коэффициент надежности γ_u = 1,3.

Основной расчетной характеристикой стали является расчетное сопротивление, значение которого получается делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу:

– по пределу текучести R_y = R_yn / γ_m;

– по временному сопротивлению R_u = R_un / γ_m.

http://vunivere.ru/work14134

 

26. Применение металлоконструкций, требования к металлоконструкциям. Достоинства и недостатки металлоконструкций.

По виду металлические конструкции можно разделить на стержневые и сплошные системы

Наибольшее применение в промышленных и гражданских зданиях и сооружениях находят стержневые системы с жесткими элементами, хорошо работающими на растяжение, сжатие и изгиб.

Применение стержневых металлических конструкций экономически выгодно в большепролетных зальных покрытиях (с пролетами более 40 м) преимущественно для зданий общественного назначения (спортивные залы, крытые рынки, выставочные павильоны, залы театров и т.д.); а также для специальных зданий промышленного назначения (самолетостроительные ангары и эллинги, машиностроительные и металлургические заводы, главные корпуса ТЭС, ГЭС и др.).

Список требований к металлоконструкциям

• Точное соответствие разновидности металлоконструкций условиям их будущей эксплуатации.
• Главным условием при проектировании разнообразных сооружений на основе данных конструкций является точное соблюдение условий их эксплуатации. Ведь именно условия эксплуатации определяют, какой вид металла применят для постройки здания.
• Технологичность металлоконструкции.
• На первых этапах работы с конструкциями из металла разработчики для проектировки сооружений применяли точные геометрические формы (к примеру, Эйфелева башня). Однако сегодня считается, что подобный подход к возведению зданий с точки зрения технологичности не оптимален – он намного усложняет ремонтные и монтажные работы. Благодаря современным технологиям работа с металлическими заклепками исключена, сегодня используют только болтовые и сварочные соединения.
• Экономия металла.
• При проектировании зданий на основе металлических конструкций экономия металла является достаточно веским аргументом. В современных реалиях стоимость металла довольно высока, потому и при закупке материала для постройки цена очень значима. Помимо этого лишний металл создает дополнительный вес, следовательно, и дополнительную нагрузку на фундаменты. А из-за увеличения нагрузки, фундамент придется дополнительно укреплять.
• Транспортабельность металлоконструкций.
• Конструкции из металла, собранные в условиях завода посредством специальных инструментов и оборудовании выходят по себестоимости дешевле. Тем не менее, меньшая стоимость изделий может покрываться дополнительными расходами, связанными с транспортными перевозками. В особенности это актуально, если конструкция является довольно громоздкой и ее перевозка вызывает дополнительные сложности.
• Долговечность металлоконструкций.
• Все финансовые и временные затраты на сооружение зданий из металлических конструкций будут окуплены, в случае долговечности и прочности готовой постройки. Как известно, металлу присущ такой недостаток, как подверженность коррозии. В связи с этим требуется периодически выполнять работы, связанные с защитой металла от разрушений. В качестве защиты может быть использовано покрытие специальными лаками, красками или же использование специальных нержавеющих металлоконструкций.
• Скорость монтажа металлоконструкций

• Быстрый монтаж является одним из основных преимуществ металлических конструкций. Если бы скорость возведения и монтажа данных конструкций была невысокой, тогда выгоднее было бы использовать железобетон. Быстроте возведения способствует также изготовление на производстве крупных деталей. Благодаря этому уменьшается количество деталей, которые надо соединять, следовательно, экономится время при постройке. Кроме того, скорость возведения зависит и от конфигурации металлоконструкций. Так, значительно сэкономить время мотажа складов и ангаров позволяют полукруглые крыши.
• Эстетичность металлоконструкций.

Достоинства и недостатки металлоконструкций

Металлоконструкции и их достоинства

• Небольшой вес.
  То сочетание легкости и прочности, которое присуще металлическим конструкциям, редко встречается в строительных материалах. Можно сказать, что в этом и состоит уникальность металлоконструкций. Наиболее низким показателем соотношения прочности и плотности обладают алюминиевые сплавы.
• Индустриальность.
  Металлоконструкции производят в заводских условиях, где для этого присутствует все необходимое современное оборудование и инструменты. Благодаря современным способам изготовления применение дорогостоящего ручного труда максимально сокращается (порой, благодаря автоматизации производства, и вовсе исключается).
• Надежность.

В целях создания изотропного материала были четко сформированы и применены на практике способы, которые наделяют металл максимальным уровнем сопротивления. Так, к примеру, сталь в этом отношении подходит по всем характеристикам.

• Непроницаемость.
  Такой материал, как металл, является абсолютно непроницаемым ни для газов, ни для воды. Данное свойство обусловлено очень высоким уровнем плотности металлов. Чтоб соединения конструкций из металла также обладали непроницаемостью, применяют сварку. Это свойство широко используют в изготовлении резервуаров, трубопроводов, разнообразных сосудов.
• Сохранность металлического фонда.
  Те металлические конструкции, которые вышли из эксплуатации, отправляют на специальные перерабатывающие комбинаты, где их подвергают переплавке. В итоге из переплавленного материала производят новые металлоизделия.
• Простота в ремонте.
  Конструкции из металла совершенно не сложно усиливать, придавать им повышенную плотность либо накладывать заплаты на участки, подвергшиеся разрешению. Качество всех ремонтных работ обеспечивается применением сварки и специального оборудования.

Металлоконструкции и их недостатки

• Подверженность процессам коррозии.
  Общеизвестно, что лучше предупредить появление коррозии, нежели с ней бороться. Как раз потому в металлические сплавы добавляются специальные антикоррозионные вещества. Однако и этого недостаточно, поскольку с течением времени коррозия все же может проявиться. Чтобы данный неприятный момент отодвинуть как можно дальше, металлоизделия покрывают специальными красящими составами. В ходе обработки металлических поверхностей необходимо хорошенько покрывать все участки, чтоб предупредить скопление пыли и влаги.
• Низкий уровень огнестойкости.
  Нередко бывает так, что металлические конструкции зданий являются пожароопасными. С целью снижения этого показателя и повышения огнеупорности материала, поверхность металлоизделий обрабатывают специальными средствами. Есть еще один вариант – установка в зданиях подвесных потолочных конструкций с применением огнестойкой облицовки.

27. Характеристики грунтов, определение несущей способности фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов.

Определение несущей способности фундаментов мелкого заложения в большинстве случаев имеет решающее значение для вычисления размеров подошв фундаментов сооружений. Размеры подошв фундаментов определяют исходя из условий:

P<R/y_n;

P_max<y_cR/y_n,

Где P и P_max – среднее и наибольшее давление под подошвой фундамента, R – расчетное сопротивление грунта основания сжатию, определяемое по формулам; y_n – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для фундаментов мостов и труб равным 1,4; y_c – коэффициент условий работы, принимаемый равным: при нескальных грунтах в случае учета действия постоянных нагрузок, временных вертикальных подвижных нагрузок, давления грунта от подвижных нагрузок и нагрузки от центробежной силы, - 1,0; при дополнительном учете одной или нескольких других временных нагрузок, а также для скальных грунтов при любых сочетаниях нагрузок – 1,2.

Напряжения P и P_max при расчетах прочности оснований определяют исходя из линейной зависимости распределения контактных давлений, что позволяет применять формулы сопротивления материалов центрального сжатия и сжатия с изгибом.

В результате расчета определяют размеры фундамента по высоте и его необходимое армирование. Для гибких фундаментных балок и плит, на которые опираются группы стоек и колонн, а также для сплошных плит под сооружениями линейные эпюры реактивных давлений грунта используют чаще всего для предварительного определения размеров сечений фундаментов.

 

Определение несущей способности свайных фундаментов

Несущая способность определяется по материалу и грунту. Из двух значений принимается меньшее для расчета. Расчет сваи по прочности производится в соответствии с методами проектирования железобетонных конструкций (ЖБК). Для висячих свай несущая способность по грунту всегда меньше несущей способности по материалу. Для свай-стоек несущая способность по грунту и по материалу примерно одинакова. Для свай-стоек несущая способность по грунту в соответствии со СНиПом 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» определяется по формуле:

,

где

- несущая способность;

- коэффициент условий работы сваи в грунте;

- расчетное сопротивление грунта;

- площадь поперечного сечения.

 

Несущая способность висячих свай определяется четырьмя методами:

1) практический – с использованием таблиц СНиПа «Свайные фундаменты»;

2) динамический;

3) статического зондирования;

4) испытание свай статической нагрузкой.

Практический метод. Несущая способность несущих свай определяется как сумма двух слагаемых расчетного сопротивления по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи:

 

,

где

γ_c – коэффициент условий работы;

γ_cR – коэффициент, зависящий от вида грунта под нижним концом сваи;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

A – площадь поперечного сечения сваи под нижним концом;

U – периметр сваи;

γ_cRi – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи;

f_i – сопротивление грунта по боковой поверхности;

l_i – длина боковой поверхности сваи (l_i 2 м).

Динамический метод заключается в определении несущей способности сваи по величине отказа сваи после отдыха.

Отказ – это величина, на которую погружается свая за один удар после отдыха. Висячим сваям, не добивая до проектной отметки, дают отдых (пески – одна неделя, супеси – 2 недели, глина - 3). После отдыха производят добивку сваи до проектной отметки и измеряют отказ сваи. По величине отказа по формуле Герсиванова определяется несущая способность сваи.

где: k - коэффициент однородности грунта, принимаемый k = 0,7;
m - коэффициент условий работы, принимаемый m =1;
F - площадь поперечного сечения сваи нетто в м²;
п - коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки; для железобетонных свай квадратного сече­ния сплошных и с круглой полостью, а также полых круглого сечения с наконечником, при забивке их с на­головником, этот коэффициент принимается равным п = 150 т/м²; для деревянных свай, забиваемых без: наголовника, п = 100 т/м²;
Q - вес ударной части молота в т;
q - вес сваи и наголовника в т без учета коэффициента пе­регрузки (для молотов дизельных и двойного действия добавляется и вес стационарной части молота);
е - отказ (погружение сваи от одного удара) в см;
Н - расчетная высота падения ударной части молота в см, определяемая по табл. 13.

Таблица 13. Расчетная высота падения ударной части молота Н в см

Динамический метод испытывается для контроля фактической несущей способности сваи на строительной площадке. Зная параметры сваебойного оборудования, определяется проектный отказ. Если фактический отказ оказывается больше проектного, то фактическая несущая способность сваи меньше проектной и, соответственно, в проект вносятся изменения.

Метод статического зондирования позволяет раздельно определять сопротивление сваи под пятой и сопротивление сваи по боковой поверхности. При статическом зондировании зонд при помощи домкрата вдавливается с постоянной скоростью 0,5 м/мин и измеряется величина сопротивления грунта погружению конуса и величина трения грунта по боковой поверхности. Замеры производят каждые 20 см. затем строят график.

Метод испытания свай статической нагрузкой. Несущая способность сваи определяется путем испытания ее аналога статической нагрузкой.

 

На свая при помощи домкрата прикладывается ступенями нагрузка. Каждая ступень выдерживается до стабилизирующей осадки, затем строят график зависимости осадки от давления. За несущую способность принимается та, при которой осадка составляет 0,2 от предельно допустимой величины осадки.

 

Организация и управление в строительстве

Экзаменационные вопросы по дисциплине «Организация, управление и планирование в строительстве»