Кафедра: металлических и деревянных конструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

КАФЕДРА: МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

«Металлические конструкции»

Учебное пособие

по дисциплине: «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов»

Утверждено

на заседании кафедры

Металлических и деревянных

конструкций

Протокол №__________

«____» ______________2009 г

 

 

Рекомендовано к печати

Ученым Советом АСФ НАПКС

Протокол №__________

«____» ______________2009 г

 

 

Симферополь,2009

Учебное пособие «Металлические конструкции» по дисциплине «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы обучения направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов» / сост. В.М. Сребняк, В.П. Синцов, Г.А. Ажермачев – Симферополь: НАПКС, 2009

 

 

Составители:

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Виктор Моисеевич Сребняк

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Петрович Синцов

профессор кафедры «М и ДК», к.т.н. Геннадий Арсентьевич Ажермачев

Рецензенты:

профессор кафедры МИСС», д.т.н. Владимир Трофимович Чемодуров

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Алексеевич Митрофанов

ст. преподаватель кафедры «АЗИГМ», Юрий Егорович Булавинцев

 

Утверждено

на заседании кафедры

Металлических и деревянных

конструкций

Протокол №_________

«____» ______________2009 г

 

Рекомендовано к печати

Ученым Советом АСФ НАПКС

Протокол № _________

«____» ______________2009 г

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях. 3

1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций. 3

2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций. 3

2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация. 3

2.2. Механические свойства металлов. 3

2.3. Сортамент металла. 3

Контрольные вопросы.. 3

3. Основные положения расчета инженерных конструкций. 3

3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям. 3

3.2. Нагрузки и воздействия. 3

3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов. 3

Контрольные вопросы.. 3

4. Расчет элементов металлических конструкций. 3

4.1. Основные положения расчета. 3

4.2. Расчет центрально-растянутых элементов. 3

4.3. Расчет центрально-сжатых элементов. 3

4.4.Расчет изгибаемых элементов. 3

4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов. 3

Контрольные вопросы.. 3

5. Соединения в металлических конструкциях. 3

5.1.Сварные соединения. 3

5.1.1. Сварка в строительстве. 3

5.1.2. Виды сварки. 3

5.1.3. Виды сварных швов и соединений. 3

5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов. 3

5.2. Заклепочные и болтовые соединения. 3

5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях. 3

5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений. 3

Контрольные вопросы.. 3

6. Основы проектирования балок и балочных клеток. 3

6.1.Назначение балок, их типы и область применения. 3

6.2. Основы проектирования балочных клеток. 3

6.3. Основные положения расчета балок. 3

6.4. Расчет балок. 3

7. Колонны и стойки. 3

7.1. Типы колонн и стоек. 3

7.2. Расчет колонн. 3

7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн. 3

Контрольные вопросы. 3

8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий. 3

8.1. Назначение и основные группы ферм. 3

8.2. Стропильные фермы и их типы.. 3

8.3. Определение генеральных размеров ферм. 3

8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам. 3

8.5. Основы расчета стропильных ферм. 3

8.6. Общие принципы конструирования ферм. 3

Контрольные вопросы.. 3

9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности. 3

9.1. Область применения стальных каркасов. 3

9.2. Каркасы производственных зданий. 3

9.3. Легкие металлические конструкции зданий. 3

Контрольные вопросы.. 3

10. Стальные каркасы высотных зданий. 3

10.1. Назначение и системы стальных каркасов. 3

10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы.. 3

10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы.. 3

10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий. 3

10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов. 3

10.6. Противопожарная защита стальных каркасов. 3

Контрольные вопросы.. 3

11. Конструкции большепролетных покрытий. 3

11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий. 3

11.2. Балочные конструкции покрытия. 3

11.3. Рамные конструкции. 3

11.4. Арочные покрытия. 3

11.5. Купола. 3

11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий. 3

Контрольные вопросы.. 3

12. Висячие покрытия. 3

12.1. Общая характеристика висячих покрытий. 3

12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий. 3

12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности 3

12.4. Конструктивные решения висячих покрытий. 3

12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий. 3

12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий. 3

12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий. 3

12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий 3

Контрольные вопросы.. 3

Список литературы.. 3

ВВЕДЕНИЕ

Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций

Сортамент металла

Сортаментом называют перечень прокатываемых, холодногнутых или прессованных полуфабрикатов и изделий с указанием их основных геометрических размеров, формы сечения, величин допусков и линейной массы.

Наибольшее применение в инженерных конструкциях получил сортамент прокатной стали (рис.2.2). Уголки равнополочные (ГОСТ 8509 - 93) размером от 45x4 до 250х30мм и неравнополочные (ГОСТ 8510 - 86) размером от 56x36x4 до250x160х20мм. Уголковые профили применяются в элементах, работающих на осевые силы, а также для получения комбинированных сечений.

Швеллеры (ГОСТ 8240 -93) высотой от 100 до 400 мм применяются чаще в составных сечениях, работающих на осевые силы и изгиб.

Двутавры с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8239 -89) от. 100 до 600 мм применяются в качестве балок, а также в составных сечениях колонны Широкополочные двутавры (ГОСТ 26020-83) от №20 Ш1 до № 100 Ш4 с высотой до 1000 мм и шириной полок до 400 мм применяют для колон, подкрановых балок, балок покрытий и перекрытий.

Круглые трубы (ГОСТ 8732 - 78) сечением от 57x3,5 до 550x75.мм, круглые электросварные трубы (ГОСТ 10704-91) сечением 8x1 до 1620x16 мм и электросварные прямоугольные трубы (ГОСТ 25577-83) высотой от 75 до 220 мм с толщиной стенки от 4 до мм применяют в элементах решетчатых конструкций, работающих на продольные усилия.

Листовая сталь прокатывается толщиной от 4 до 160 мм, шириной листа 1250..2600 мм длиной до 8 м (ГОСТ 19903-74); листовая холоднокатанная толщиной от 0,6 до I мм, длиной листа 2000 мм и длиной до 5 м (ГОСТ 19904-74), применяемая для изготовления профилированных настилов; универсальная широкополосная сталь, толщиной 6...60 мм, шириной 200... 1030 мм и данной до 18 м (ГОСТ 8200-70), применяема для сборных балок и

Для предварительно напряженных и висячих конструкций применяют стальные канаты, изготовляемые из высокопрочной проволоки диаметром 0,22...4 мм с временным отдалением разрыву 1200...2600 МПа.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию сталей в зависимости от химического состава и технологии изготовления.

2. Перечислите важнейшие показатели, характеризующие механические свойства металлов.

3. Что называется сортаментом, его назначение.

4. Перечислите профили, используемые в строительстве.

5. Достоинства и недостатки стали и алюминиевых сплавов.

Нагрузки и воздействия

При расчете конструкций их принимают по ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия».

Принятая классификация нагрузок обеспечивает возможность расчета строительных конструкций с учетом необходимых расчетных ситуаций и предельных состояний, а именно:

а) проверку прочности, устойчивости и иных критериев несущей способности при однократном нагружении в экстремальных условиях эксплуатации (аварийная расчетная ситуация либо установившаяся или переходная расчетная ситуация, которая может реализоваться ограниченное число раз за срок службы), что соответствует проверке предельных состояний 1а, 1b, 1с, 1d, 1е и 1f по 1.4 ГОСТ 27751;

б) проверку жесткости и трещиностойкости в режиме нормальной эксплуатации (установившаяся расчетная ситуация), что соответствует проверке предельных состояний 2а, 2b, 2с, 2d и 2е по 1.4 ГОСТ 27751;

в) проверку выносливости при повторных нагружениях (установившаяся расчетная ситуация), что соответствует проверке предельных состояний 1а и 2b по 1.4 ГОСТ 27751;

г) учет ползучести материалов и других реологических процессов при действии постоянных и долговременных нагрузок (установившаяся расчетная ситуация), что соответствует проверке предельных состояний 1f, 2а и 2d по 1.4 ГОСТ 27751.

В зависимости от причин возникновения нагрузки и воздействия подразделяются на основные и эпизодические.

В зависимости от изменчивости во времени воздействия подразделяются на постоянные и переменные.

В зависимости от длительности непрерывного действия переменные нагрузки и воздействия подразделяются на длительные, кратковременные и эпизодические.

Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные.

Установленный срок эксплуатации конструкции T_ef принимается по техническому заданию, а в случае его отсутствия может быть принят по приложению «В» ДБН В.1.2-2:2006.

Основой для назначения нагрузок являются их характеристические значения. При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности по ответственности по ГОСТ 27751.

На коэффициент надежности по ответственности следует умножать характеристические значения нагрузок или нагрузочный эффект (внутренние силы и перемещения конструкций и оснований, вызываемые нагрузками и воздействиями).

Расчетные значения нагрузок определяются умножением характеристических значений на коэффициент надежности по нагрузке , зависящий от вида нагружения.

В зависимости от характера нагрузок и целей расчета используются четыре вида расчетных значений: предельное, эксплуатационное, циклическое, квазипостоянное.

Указанные виды нагрузок следует применять в соответствии с табл. 4.1. ДБН В.1.2-2:2006.

Для проверки предельных состояний первой группы используются предельные расчетные значения нагрузок.

Для проверки предельных состояний второй группы нагрузки устанавливаются в зависимости от условий эксплуатации рассматриваемой конструкции, а именно:

- если выход за предельное состояние может быть допущен в среднем один раз за Т_n лет, то проверка выполняется с использованием предельного расчетного значения, соответствующего периоду Т_n;

- если выход за предельное состояние может быть допущен в течение определенной части (0< <1) от установленного срока службы конструкции T_ef, то проверка выполняется с использованием эксплуатационного расчетного значения, соответствующего этой части установленного срока службы ( _Тef).

Переход к расчетным значениям реализуется умножением на коэффициент надежности по нагрузке (Т_n) или ( T_ef). Значение принимается по нормам проектирования конструкций в зависимости от их назначения, ответственности и следствий выхода за предельное состояние.

К постоянным нагрузкам следует относить:

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

Сохраняющиеся в конструкции или в основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

К переменным длительным нагрузкам следует относить:

а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с квазипостоянными расчетными значениями;

и) вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с квазипостоянными расчетными значениями;

к) снеговые нагрузки с квазипостоянными расчетными значениями;

л) температурные климатические воздействия с квазипостоянными расчетными значениями;

м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта;

н) воздействия, обусловленные изменением влажности, компонентов агрессивной среды, усадкой и ползучестью материалов.

К переменным кратковременным нагрузкам следует относить:

а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов - штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов) с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

д) снеговые нагрузки с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

е) температурные климатические воздействия с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

ж) ветровые нагрузки с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

з) гололедные нагрузки с предельными или эксплуатационными расчетными значениями.

К эпизодическим нагрузкам относятся:

а) сейсмические воздействия;

б) взрывные воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах.

Характеристические и расчетные значения эпизодических загрузок определяются специальными нормативными документами.

Сочетания нагрузок

Сочетания нагрузок формируются как набор их расчетных значений или соответствующих им усилий и/или перемещений, который используется для проверки конструкции или основания в определенном предельном состоянии и в определенной расчетной ситуации. Предполагается, что в выбранном сочетании все нагрузки одновременно влияют на объект расчета.

В сочетание должны входить нагрузки, которые наиболее неблагоприятно влияют на конструкции (основания) с точки зрения рассматриваемого предельного состояния. Взаимоисключающие воздействия не могут входить в одно сочетание.

В расчетах конструкций могут использоваться сочетания двух типов – основные и аварийные.

Для проверки предельных состояний первой группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с предельными расчетными значениями, а также предельные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

Для проверки предельных состояний второй группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с эксплуатационными значениями, а также эксплуатационные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

В аварийное сочетание кроме постоянных и переменных нагрузок может входить только одно эпизодическое воздействие.

Малая вероятность одновременной реализации расчетных значений нескольких нагрузок учитывается умножением расчетных значений вошедших в сочетание нагрузок на коэффициент сочетания .

Для основных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний =0,95 для длительных нагрузок и =0,90 для кратковременных нагрузок.

Для аварийных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний =0,95 для длительных нагрузок и =0,80 для кратковременных нагрузок. Аварийная нагрузка принимается с коэффициентом сочетания =1,00.

Основные положения расчета

Строительные стали и алюминиевые сплавы являются однородными материалами, для которых справедлив закон Гука, поэтому расчет их осуществляется по формулам сопротивления материалов.

Расчет по 1й группе предельных состояний производится с целью выполнения основного положения - наибольшие напряжения не должны превышать расчетное сопротивление материала и необходимо стремиться к тому, чтобы напряжения в сечении были близки к установленным расчетным сопротивлениям. Это дает возможность избежать перерасхода материала и получить экономичную конструкцию.

При расчете прочности формула имеет следующий вид:

 

Напряжение при изгибе

Напряжение при растяжении

где N - продольная сила, М - изгибающий момент, А - площадь сечения при равномерном распределении напряжений, W_{n. min} - упругий или упругопластический момент сопротивления при изгибе, - расчетное сопротивление материала, - коэффициент условий работы; - коэффициент надежности по назначению;

При расчете устойчивости

Напряжение при центральном сжатии

где - коэффициент продольного изгиба;

Напряжение при внецентренном сжатии

где - коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии.

Напряжение при проверке общей устойчивости балки при изгибе

где - коэффициент снижения расчетных сопротивлений при изгибно-крутильной форме потери устойчивости балок;

При расчете на выносливость

где - расчетное сопротивление усталости;

- коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений

- коэффициент, определяемый в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений здесь и - соответственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов

Расчет изгибаемых элементов

Изгибаемые элементы рассчитывают по 1-ой группе предельных состояний, когда проверяют их прочность и устойчивость, и по 2й группе предельных состояний, когда проверяют их жесткость (прогиб).

Расчеты на прочность и устойчивость ведут по расчетным нагрузкам, а расчет на прогиб - по нормативным. Изгибу в основном подвергаются балки и элементы плит металлических покрытий и перекрытий.

Расчет на прочность элементов (кроме балок с гибкой стенкой, с перфорированной стенкой и подкрановых балок), изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формуле

Значения касательных напряжений в сечениях изгибаемых элементов в опорном сечении балок (при 0; 0 и 0) следует выполнять по формуле

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов значения в формуле следует умножать на коэффициент определяемый по формуле

где - шаг отверстий;

- диаметр отверстия.

Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостях, следует выполнять по формуле

где - моменты инерции сечения нетто;

- момент, изгибающий момент;

- моменты относительно осей соответственно и

- моменты сопротивления сечения нетто относительно осей соответственно и

- поперечная сила, сила сдвига;

Расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/кв.см), несущих статическую нагрузку, следует выполнять с учетом развития пластических деформаций по формулам при изгибе в одной из главных плоскостей при касательных напряжениях 0,9 (кроме опорных сечений)

при изгибе в двух главных плоскостях при касательных напряжениях 0,5 (кроме опорных сечений)

здесь и - абсолютные значения изгибающих моментов;

- коэффициент, определяемый по формулам (42) и (43), а и - коэффициенты, принимаемые по табл. 66. СНиII-23-81*.

Для расчета на прочность стенки балки в местах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также в опорных сечениях балки, не укрепленных ребрами жесткости, следует определять местное напряжение по формуле

где - расчетное значение нагрузки (силы);

- условная длина распределения нагрузки

где - ширина полки (пояса) верхней балки;

- толщина верхнего пояса балки.

Учет развития пластических деформаций позволяет получить более экономичные сечения в разрезных и неразрезных балках.

Расчет на устойчивость балок двутаврового сечения, изгибаемых в плоскости стенки и удовлетворяющих требованиям пп. 5.12 и 5.14*, следует выполнять по формуле

где - следует определять для сжатого пояса;

- коэффициент, определяемый по прил. 7* СНиII-23-81*.

Явление потери общей устойчивости в балках (изгибаемых элементах) заключается в том, что при напряжениях в крайних волокнах, меньших предела текучести, происходит выпучивание в сторону из плоскости изгиба сжатого пояса (полки). В результате получается закручивание и потеря несущей способности балки.

Для предотвращения потери устойчивости сжатый пояс балки должен быть надлежащим образом закреплен.

Расчет деформаций изгибаемых элементов производится по формуле

где - относительный прогиб конструкций, определяемый в результате расчета;

- предельно допустимый относительный прогиб, определяемый нормами ;

- пролет изгибаемой конструкции.

Сварные соединения

Сварка в строительстве

Особая роль в развитии и совершенствовании сварочных процессов и оборудования «надлежит отечественным ученым. Еще в 1802 г. академик В.В.Петров впервые зажег электрическую дугу и доказал возможность использования ее для плавки металла.

Практическое применение электрической дуги для сварки осуществил русский инженер Н. Н. Бернадос в 1882 г.: для сварки он использовал угольный электрод, разработал способы электрической контактной сварки, сварки в струе газа, а также автоматы для дуговой сварки.

В 1888 году инженер Н.Г. Славянов предложил способ дуговой сварки металлическим электродом (который применяется и сейчас) и впервые ввел в практику дуговую сварку под слоем флюса (флюс - сыпучее вещество, под слоем которого горит дуга, он препятствует возникновению воздуха к расплавленном металлу и легирует металл шва).

В 1940 году под руководством академика Е.О. Патона был разработан новый высокопроизводительный способ автоматической дуговой сварки под слоем флюса, применяемый и до настоящего времени. Большая работа по изучению и развитию автоматической сварки под слоем флюса и нового способа - электрошлаковой сварки - производится институтом - электросварки им. Е.О. Патона, где впервые была создана теория сварки, разработаны флюсы и современные сварочные аппараты. В настоящее время этот институт проводит большую работу по усовершенствованию и повышению уровня методов сварки.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений за счет установления межатомных связей между свариваемыми частями при местном

 

или общем нагреве или пластическом деформировании. При обычной температуре атомы металлов и сплавов прочно закреплены в узлах кристаллической решетки, поэтому диффузия их незначительна, Сварка в холодном состоянии требует больших усилий (давления), поэтому таким способом сваривают высокопластнчные материалы (медь, алюминий и др.).

В строительстве используют следующие виды сварки:

а) дуговая открытой дугой, дуговая под слоем флюса и в защитном газе, электрошлаковая, газовая,

б) контактная,

в) холодная, ультразвуковая.

Преимущества электросварки:

1. Экономия стали за счет отказа то дополнительных элементов.

2. Сварные конструкции позволяют использовать полностью сечения элемента вработе.

3. Возможность производить непроницаемые для жидкостей и газов конструкции,

4. Возможность изготавливать конструкции любой формы

Недостатки электросварки:

1. Дня электросварки необходимы высококвалифицированные исполнители.

2. Возникают большие сварочные напряжения и деформации.

3. Сварка при низких температурах требует особой инженерной подготовки (предварительный подогрев), устройство тепляков и др.

4. Сварные соединения чувствительны к динамическим нагрузкам.

5. При сварке высокоуглеродистых сталей возможны трещины, необходимы дополнительные мероприятия.

6. Зона сварных швов более чувствительна к агрессивной среде.

Виды сварки

Ручная электросварка. Схема ручной электросварки и схема строения электрической показана на рис.5.1.

Качество и производительность такой сварки во многом зависят от квалификации сварщика, от условий, в которых она выполняется. При ручной сварке, применяемой чаще при монтаже конструкций, сила тока 300...400А. Для сварки толстых элементов (более 6 мм) сварной шов выполняется за несколько проходов. Начало и конец сварки - места возможных дефектов.

ё создания продольной сжимающей силы применяют гидравлические или пневматические системы, для получения плотных соединений вместо электродов ставят ролики (колесики), т.е. получается шовная сварка.

Газовая сварка - применяется для сварки тонкого металла толщиной до 2...3 мм (резервуаров, коробов). При толщине металлов до 2 мм сварку можно выполнять без присадочного металла - проволоки (для этого необходимо отогнуть металл), при толщине металлов более 2 мм необходим присадочный металл. Газовая сварка осуществляется горелкой, к которой подходят 2 шланга. По одному шлангу поступает кислород (баллон синего цвета), по другому - горючий газ (чаще всего ацетилен), поставляемый в баллонах, часто используют ацетиленовые генераторы, работающие на карбиде кальция. Все генераторы должны иметь водяной затвор (приспособление, предотвращающее возгорание ацетилена в емкости генератора).

Расчет балок

Подбор сечения металлических прокатных балок сводится к определению по максимальному изгибающему моменту Mmax номера профиля двутавра или швеллера и к определению прогиба балки f. Указанный расчет достаточен при архитектурном проектировании. (Детальный расчет включает еще проверку общей устойчивости и местных напряжений).

Прокатные балки рассчитывают в такой последовательности:

1. Определяют нагрузки на балки.

2. Определяют внутренние усилия изгибаюший момент М и поперечную силу Q.

3. Определяют требуемый момент сопротивления по формуле

И далее по сортаменту определяют номер профиля.

4. Производят проверку по касательным напряжениям по формуле

Значения касательных напряжений в сечениях изгибаемых элементов должны удовлетворять условию

где Q - максимальная поперечная сила, S - статический момент площади полусечения, I - момент инерции сечения балки, t –толщина стенки, R_s -расчетное сопротивление металла срезу; а - коэффициент условия работы.

5. Производят проверку из условия жесткости по формуле

где - относительный прогиб конструкций, определяемый в результате расчета;

- предельно допустимый относительный прогиб, определяемый нормами , если прогиб балки окажется более допустимого, сечение балки следует увеличивать и снова проверить жесткость балки.

Расчет составных балок выполняют в следующей последовательности:

1. Определяют нагрузки и усилия (М и Q).

2. Определяют требуемый момент сопротивления

,

3. Оптимальная высота балки:

где a=1,15…1,2 - конструктивный коэффициент сечения, предварительная толщина стенки, мм: ,

где h - высота балки, принимаемая равной 1/8…1/12 пролета балки, м.

4. Минимальная высота, обеспечивающая необходимую жёсткость:

,

где l - пролет балки;

Е=2,06х10⁵ МПа - модуль упругости стали;

[ f/l ] — относительный прогиб балки согласно действующих норм.

Высота балки назначается близкой к hопт, но не менее hmin, принимается по сортаменту минус 10 мм на острожку кромок.

5. Принятая толщина стенки проверяется на срез:

,

где h_w - высота стенки балки,

R_s=0,58R_y - расчётное сопротивление материала стенки срезу.

6. Требуемая площадь пояса:

,

где h=h_w+2t_f - предварительная высота балки.

Сечение поясов назначается с учетом требований общей и местной устойчивости. Ширина листа принимается b_f /h=1/3…1/5, но не менее 180мм, а соотношения между шириной и толщиной пояса не должно превышать: