moja sciaga.doc

(185 KB) Pobierz

Zalety konstrukcji stalowych:

- wysoka wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i zginanie, oraz duŜa

wytrzymałość na ścinanie, dzięki czemu zuŜywa się niewielkie ilości materiału,

- jednorodność struktury i niezmienność właściwości mechanicznych w czasie ( moŜliwość bardzo dokładnego obliczania i wykorzystania konstrukcji),

- stal jako materiał odpowiada dobrze załoŜeniom, na ktorych oparte są hipotezy wytrzymałościowe i metody wymiarowania,

- niezawodność pracy – wyroby wykonywane są w wyspecjalizowanych zakładach przemysłowych pod fachową kontrolą, co daje gwarancję wysokiej jakości wyrobow i konstrukcji,

- niewielka masa konstrukcji, dzięki duŜej wytrzymałości,

- wygoda w transporcie i montaŜu konstrukcji,

- wykonawstwo i montaŜ są moŜliwe prawie niezaleŜnie od pory roku i warunkow klimatycznych, co zapewnia szybkie tempo budowy,

- moŜliwość znacznego uprzemysłowienia produkcji,

- konstrukcje stalowe łatwo wzmacniać i przerabiać, rozbiorka konstrukcji, w razie uszkodzenia budowli lub zakończenia jej eksploatacji, odbywa się szybko i nie przysparza zbyt wiele trudności. Elementy rozbiorkowe moŜna stosować powtornie, lub stanowią one cenny surowiec do produkcji nowych wyrobow stalowych.

Konstrukcje stalowe mają teŜ, niestety wady:

- wraŜliwość na korozję,

- mała odporność na wysoką temperaturę i ogień,

- słabe parametry akustyczne,

- wysoka cena materiału,

- niektore gatunki stali cechuje ponadto wraŜliwość na obciąŜenia udarowe, zmęczenie od obciąŜeń dynamicznych, oraz kruchość elementow w niskich temperaturach. Wady te moŜna moŜna, częściowo ograniczyć lub wyeliminować odpowiednim doborem gatunku

stali lub zwiększonymi wymaganiami ochrony przeciwpoŜarowej.

Rodzaje konstrukcji stalowych stosowanych w budownictwie

1. Konstrukcje prętowe, ktorych konstrukcją nośną jest szkielet prętowy, zaś

podstawowymi częściami są elementy pełnościenne lub kratowe, takie jak słupy, belki, łuki.

Mają one zastosowanie jako:

- szkielety budynkow przemysłowych, takich jak hale jedno lub wielonawowe przemysłowe, magazynowe, wiaty (wraz z belkami podsuwnicowymi, pomostami roboczymi), itp.

- przekrycia dachowe o duŜych rozpiętościach i inne elementy konstrukcyjne w obiektach uŜyteczności publicznej, takich jak hale sportowe, wystawowe i dworcowe, hangary, sale teatralne i kinowe, itp.

- szkielety konstrukcyjne budynkow wielokondygnacyjnych,

- mosty drogowe i kolejowe, kładki dla pieszych,

- konstrukcje specjalne – maszty i wieŜe radiowe i telewizyjne, telefonii komorkowej, konstrukcje wsporcze kolei linowych, słupy elektrycznych linii przesyłowych, estakady itp.

2. Konstrukcje wiszące, w ktorych zamiast sztywnych elementow stosowane są cięgna w postaci drutow, lin, łańcuchow. Konstrukcje takie stosuje się w przypadku przekryć o duŜych rozpiętościach, mostow itp.

3. Konstrukcje z blach stalowych w postaci płyt i powłok, mające zastosowanie w zbiornikach na ciecze i gazy, silosach, kominach, rurociągach.

Procesy wytwarzania stali

• Stal jest to stop Ŝelaza (Fe) z węglem (C) i innymi pierwiastkami, otrzymywany w procesach stalowniczych, obrabiany plastycznie.

• Maksymalna zawartość węgla w stali wynosi 2%. W budownictwie stosuje się stale o zawartości węgla od 0,2 do 0,7%, przy czym w stalach na konstrukcje ilość węgla nie przekracza 0,3%.

• Masowa technologia produkcji stali polega na dwustopniowym przerobie rudy Ŝelaza na stal surową.

• Rudy Ŝelaza:

- magnetyt Fe3O4 o zawartości Fe 45 – 70% tlenki bezwodne

- hematyt Fe2O3 o zawartości Fe 30 – 64% tlenki bezwodne

- limonit 2Fe2O33H2O o zawartości Fe 25 – 45% uwodniony tlenek Ŝelaza

- syderyt FeCO3 o zawartości Fe 30 – 40% węglany

• W pierwszej fazie przerobu w wielkim piecu następuje redukcja Ŝelaza jako pierwiastka ze związkow rud i oddzielenie go od tzw. skały płonnej. Produktem jest surowka Ŝelaza.

• W drugim etapie w piecach martenowskich, piecach elektrycznych lub konwertorach tlenowych usuwane są z surowki domieszki do granic wymaganych, i zanieczyszczenia do granic dopuszczalnych.Proces ten odbywa się w warunkach utleniających, a produktem procesu jest stal.

• Schemat pełnego cyklu hutniczego pokazano na slajdzie.

Proces ciągłego odlewania stali (80-90% przerobki stali)

• Nowoczesny proces ciągłego odlewania stali eliminuje konieczność odtleniania stali.

• Proces składa się z szeregu operacji, od ktorych zaleŜy jakość odlanego wlewka ciągłego

• Ciekła stal z kadzi odlewniczej po otwarciu wylewu napełnia kadź pośrednią, z ktorej podawana jest do krystalizatorow, ktore intensywnie chłodzone są wodą

• Stal w krystalizatorach, krzepnie na ich ściankach i głowicy urządzenia startowego.

• Gdy poziom stali nad tą głowicą osiągnie wysokość 300 – 400 mm, uruchamia się rolki ciągnące oraz mechanizm oscylacji krystalizatora.

Technologia wytwarzania połwyrobow i wyrobow stalowych

• Podstawowym procesem przerobki plastycznej jest walcowanie. RozroŜnia się walcowanie na gorąco, przy ktorym następuje wzrost twardości materiału walcowanego i walcowanie na zimno, powodujące wystąpienie tzw. zgniotu.

• Walce mogą być gładkie, słuŜące do wyrobu blach i bruzdowe z odpowiednimi bruzdami, ktore nadają wyrobom walcowanym Ŝądany kształt przekroju poprzecznego

• Materiałem wyjściowym do wytwarzania połwyrobow i wyrobow są wlewki stalowe, otrzymywane z procesow stalowniczych. Wlewki podgrzewa się do temperatury zwykle 950oC i walcuje się na zgniataczu, otrzymując połwyroby o przekroju kwadratowym lub prostokątnym (kęsy i kęsiska – bloki o przekroju 140 x 140mm lub grubości 80 – 120 mm, oraz tuleje o przekroju pierścieniowym). Po przewalcowaniu kaŜdy połwyrob kieruje się na

noŜyce, gdzie odcina się końce zawierające zanieczyszczenia.

Walcowanie połwyrobow na walcarkach gładkich lub bruzdowych - otrzymuje się w ten sposob: pręty, kształtowniki, blachy, rury. Następnie wyroby prostuje się, tnie na części, sprawdza wymiary i jakość.

Przeciąganie – obrobka plastyczna na zimno, gdzie walcowany pręt stalowy przeciąga się przez otwor ciągadła o wymiarach nieco mniejszych. Tą metodą wyrabia się druty, pręty i rury cienkościenne o dokładnych wymiarach.

Kształtowanie na zimno – profile cienkościenne produkuje się na giętarkach,

krawędziarkach, prasach do gięcia. Do produkcji profili cienkościennych stosuje się blachy

walcowane na zimno o dobrych właściwościach mechanicznych i grubości od 1,5 do 5,0 mm.

 

W budownictwie stosuje się stal niestopową (węglową) i stal stopową.

Stal niestopowa – węglowa, w której głównym składnikiem obok Ŝelaza jest

węgiel. Stal ta dzieli się na:

- stal wysokowęglową C > 0,6% (powyŜej 2.11% - Ŝeliwo)

- stal średniowęglową 0,25% < C ≤ 0,6%

- stal niskowęglową C ≤ 0,25% (zalecana w PN-90/B-03200)

Stal niestopowa konstrukcyjna – wg PN-90/B-03200

Stal niestopowa (niskowęglowa) zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia

jest najczęściej ze wszystkich stali stosowana w stalowych konstrukcjach

budowlanych. W tablicy na slajdzie, a takŜe w PN-90/B-03200 zestawiono

róŜne rodzaje stali stosowanych w budownictwie z podaniem właściwości

mechanicznych i wytrzymałościowych tych stali.

Stal gatunku StOS – nie ma gwarantowanej granicy plastyczności i jest

dostarczana tylko jako nieuspokojona.

Stal gatunków St3 i St4 dostarczana jest w trzech odmianach S, V i W

o jednakowych właściwościach wytrzymałościowych (dla danego gatunku),

lecz coraz wyŜszej jakości. Zawartość węgla przedstawia się następująco:

St3S < 0,22% St4S < 0,25%

St3V < 0,20% St4V < 0,22%

St3W < 0,17% St4W < 0,20%

Ostatnie odmiany W mają ponadto zmniejszoną zawartość siarki i fosforu o

0,005%. Ograniczenie zawartości składników stopowych polepsza

spawalność tych stali i zmniejsza ich skłonność do kruchego pękania.

Drugim czynnikiem róŜniącym stale niskowęglowe pod względem jakości

jest stopień uspokojenia odmian S i V. Te odmiany produkuje się jako stal:

- nieuspokojoną (oznaczenie X)

- półuspokojoną (oznaczenie Y)

- uspokojoną (bez znaku)

Stal gatunku St4 ma lepsze właściwości wytrzymałościowe o około 10% w

porównaniu ze stalą gatunku St3, ale z kolei charakteryzuje się nieco niŜszą

plastycznością.

Stal niskostopowa konstrukcyjna

Gatunki stali oznaczone są symbolami wskazującymi na ich zasadniczy

skład chemiczny.

System oznaczeń (wg PN-90/B-03200) stali stopowych nie jest jednolity.

Znak tych stali składa się z liczb i liter.

Liczby oznaczają procentową zawartość węgla w stali i pierwiastków

stopowych, litery zaś zawarte w stali składniki stopowe.

Symbolika waŜniejszych pierwiastków jest następująca:

N – nikiel, H – chrom, S – krzem, W – wolfram, G – mangan, V – wanad,

J – aluminium, Nb – niob, Cu – miedź, P – fosfor.

Liczba na początku znaku określa średnią zawartość węgla w setnych

procentach, liczby po literach zaś wskazują na przeciętną zawartość

pierwiastka stopowego wyraŜoną w procentach.

Brak liczby po literze oznacza, Ŝe jego zawartość w stali nie przekracza

1,5%.

Stale stopowe produkowane są zwykłej i wyŜszej jakości.

Stal wyŜszej jakości oznacza się dodając na końcu znaku literę A.

W normie PN-90/B-03200:

- stal niskostopowa 18G2, o podwyŜszonej wytrzymałości (oznacza 0,18%

węgla, G2 - zwiększona zawartość manganu 1-2%),

- 18G2A (stal wyŜszej jakości, odtleniona aluminium, o zwiększonej

odporności na starzenie i kruche pękanie)

- 18G2AV (stal wyŜszej jakości, zawierająca domieszkę wanadu

0,05 – 0,20%, który zwiększa spręŜystość, wytrzymałość i udarność stali)

Stal do produkcji rur

Stal węglowa grupy R uŜywana jest do produkcji rur; charakteryzuje się

zmniejszoną zawartością węgla i manganu, co podwyŜsza jej właściwości

plastyczne.

Ze stali tej wykonuje się rury ogólnego przeznaczenia, najczęściej rury bez

szwu.

W budownictwie stosowane są rury z gatunków R, R35, R45.

Stal o znaku R ma cechy zbliŜone do stali St0S, której właściwości

mechaniczne nie są sprawdzane przez producenta i nie są zalecane do

stosowania na elementy konstrukcyjne.

Stal R35 ma cechy zbliŜone do stali St3S, a nieco lepsza stal R45 - cechy

zbliŜone do cech stali St4V.

Do wykonywania rur stosuje się takŜe stal 12X.

Jest to stal węglowa nieuspokojna o właściwościach wytrzymałościowych

zbliŜonych do stali St3SX.

Ze stali 12X produkuje się rury ze szwem lub zgrzewane.

Stal stopowa jest to taka stal, która oprócz Ŝelaza i węgla zawiera inne

składniki, dodawane w celu uzyskania potrzebnych właściwości stali.

Stal uwaŜa się za stopową, jeśli zawartość przynajmniej jednego z

następujących pierwiastków jest większa od:

1,65%-Mn (mangan); 0,5%-Si (krzem); 0,4%-Cu (miedź);

0.40 – Pb (ołów); 0,3%-Cr (chrom); 0,3%-Ni (nikiel);

0,1%-Al (glin); 0,1%-Co (kobalt); 0,1%-V (wanad);

0.1% - W (wolfram); 0.1% - Te (tellur); 0.1% - Se (selen)

0.1% - Bi (bizmut); 0,08% - Mo (molibden); 0.06% - Nb (niob)

0,05% - La (lantan); 0.05% - Ti (tytan); 0.05% - Zr (cyrkon);

0.0008% - B (bor)

Dodatkowo mogą występować P (fosfor), S (siarka) – po 0.05%;

N (azot) - ilości śladowe ~0.01%

Stal stopowa dzieli się na:

- stal wysokostopową, gdy suma składników stopowych jest wyŜsza od 5%,

- stal średniostopową, gdy suma tych składników mieści się w granicach od

1,5 do 5%,

- stal niskostopową, gdy suma składników jest niŜsza od 1,5%.

• W budowlanych konstrukcjach stalowych obecnie najczęściej stosuje się

następujące grupy stali:

- stal niestopową konstrukcyjną,

- stal niskostopową konstrukcyjną,

- stal do produkcji rur,

- stal trudno rdzewiejącą, o zwiększonej odporności na korozję

• Grupy i gatunki stali stosowane w konstrukcjach stalowych wg PN-90/B-

03200 wraz ze składem chemicznym zestawiono w tablicy.

• Dodatki stopowe, w tym przedstawione w tablicy, mają istotny wpływ

zarówno na strukturę stali, jak i na właściwości mechaniczne.

Wymagania dla stali

- ciągliwość -odpowiedni stosunek fu/fy ≥ 1.1(wytrzymałość/granica plastyczności),

- wydłuŜenie przy zniszczeniu próbki normowej ≥ 15%, - odkształcenie przy zniszczeniu eu ≥ 15ey (ey =fy/E – odkształcenie przy uplastycznieniu);

Stale ujęte w normie spełniają powyŜsze warunki.

- udarność - materiał powinien wykazywać odpowiednią udarność aby unikać

kruchego pękania elementów rozciąganych w niskich temperaturach.

- ciągliwość międzywarstwowa - wymagana dla konstrukcji, w których istotny jest ten parametr – informacje na ten temat są podane w PN-EN-1993-1-10

 

Metoda napręŜeń dopuszczalnych

• Jest jedną z najstarszych metod wymiarowania.

• Metoda ta zakładała spełnienie trzech podstawowych warunków:

wytrzymałości, stateczności i sztywności, na których zazwyczaj opierają się

metody wymiarowania.

• ZałoŜenia metody:

- poza granicą plastyczności Re stal nie moŜe pracować, gdyŜ wiąŜe się to

ze zbyt duŜymi odkształceniami

- napręŜenia dopuszczalne k są równe części granicy plastyczności

k = Re/n, stąd n = Re/k, gdzie n = współczynnik bezpieczeństwa-pewności

- Re ustalano na podstawie badań statystycznych, prób wytrzymałościowych

- współczynnik bezpieczeństwa n uwzględniał:

- właściwości mechaniczne stali

- niektóre parametry i właściwości wyrobów

- rodzaj obciąŜenia (w ograniczonym zakresie)

Metoda dopuszczała stosowanie dwóch rodzajów napręŜeń

dopuszczalnych:

- napręŜeń I rodzaju kI dla nI = 1,64 (obciąŜenia zasadnicze – stałe,

zmienne długotrwałe i jedno zmienne krótkotrwałe)

- napręŜeń II rodzaju kII dla nII = 1,42 (obciąŜenie zasadnicze i dodatkowe,

tj. wszystkie obciąŜenia)

• Nośność elementu warunkowały:

- wytrzymałość

- stateczność (miejscowa, ogólna)

- sztywność (ugięcie) f ≤ fdop.

• Wszystkie warunki sprawdzano dla obciąŜeń normowych

(charakterystycznych)

Metoda stanów granicznych

• Półprobalistyczna metoda wymiarowania, polegająca na sprawdzeniu dwóch

stanów granicznych:

- stanu granicznego nośności - SGN

- stanu granicznego uŜytkowania - SGU

Po przekroczeniu tych stanów konstrukcja ulega zniszczeniu lub przestaje

odpowiadać załoŜonym wymaganiom uŜytkowym.

• Ocenę probabilistyczną przy podejściu statystycznym przeprowadza się na

podstawie znajomości rozkładów prawdopodobieństw takich losowych

wielkości, jak:

- właściwości mechaniczne materiałów,

- wymiary przekrojów wyrobów,

- imperfekcje w zagadnieniach stateczności,

- obciąŜenia konstrukcji.

Objawami przekroczenia I stanu granicznego (SGN) są:

- utrata stateczności spręŜystej lub spręŜysto-plastycznej,

- narastanie odkształceń trwałych i przekształcenie konstrukcji w mechanizm

kinematyczny,

- uszkodzenia (pęknięcia) uniemoŜliwiające normalną eksploatację wskutek

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin