1. Zalety i wady konstrukcji stalowych. ZALETY: -wysoka wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i zginanie, oraz duża wytrzymałość na ścinanie, dzięki czemu zużywa się niewielkie ilości materiału, - jednorodność struktury i niezmienność właściwości mechanicznych w czasie ( możliwość bardzo dokładnego obliczania i wykorzystania konstrukcji), - stal jako materiał odpowiada dobrze założeniom, na których oparte są hipotezy wytrzymałościowe i metody wymiarowania, - niezawodność pracy – wyroby wykonywane są w wyspecjalizowanych zakładach przemysłowych pod fachową kontrolą, co daje gwarancję wysokiej jakości wyrobów i konstrukcji, - niewielka masa konstrukcji, dzięki dużej wytrzymałości, - wygoda w transporcie i montażu konstrukcji, - wykonawstwo i montaż są możliwe prawie niezależnie od pory roku i warunków klimatycznych, co zapewnia szybkie tempo budowy, - możliwość znacznego uprzemysłowienia produkcji, - konstrukcje stalowe łatwo wzmacniać i przerabiać, rozbiórka konstrukcji, w razie uszkodzenia budowli lub zakończenia jej eksploatacji, odbywa się szybko i nie przysparza zbyt wiele trudności. Elementy rozbiórkowe można stosować powtórnie, lub stanowią one cenny surowiec do produkcji nowych wyrobów stalowych. WADY - wrażliwość na korozję, - mała odporność na wysoką temperaturę i ogień, - słabe parametry akustyczne, - wysoka cena materiału, - niektóre gatunki stali cechuje wrażliwość na obciążenia udarowe, zmęczenie od obciążeń dynamicznych, oraz kruchość elementów w niskich temperaturach. Wady można częściowo ograniczyć lub wyeliminować odpowiednim doborem gatunku stali lub zwiększonymi wymaganiami ochrony przeciwpożarowej.
2. Wymienić główne składniki (dodatki) stopowe stali i krótko opisać wpływ na stal, 3 z nich. Stal stopowa oprócz żelaza i węgla zawiera inne składniki, dodawane w celu uzyskania potrzebnych właściwości stali.
Węgiel – C jest podstawowym składnikiem stali, decydującym o właściwościach mechanicznych stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali zwiększa się twardość, granica plastyczności i wytrzymałość doraźna. Obniżają się natomiast właściwości plastyczne stali: udarność, wydłużenie i przewężenie. Mangan – Mn w stali węglowej jest wprowadzany głównie w celu związania siarki i tlenu. W stali niskostopowej mangan przy ilości większej od 0,8%, zwiększa wytrzymałość i hartowność, a przy ilości do 2% zwiększa udarność i odporność na ścieranie. Dopuszczalną zawartość manganu w stali ustala się w zależności od ilości węgla. Między innymi ocena spawalności metalurgicznej zależy od tzw. równoważnika węgla CE, wyrażonego wzorem: CE = C + Mn/6 + (Cr + V + Mo)/5 + (Ni + Cu)/15 Spełnienie warunku CE < 0,42% oznacza, że stal jest dobrze spawalna, gdy CE = 0,42 – 0,60%, to wymagane jest podgrzanie elementów stalowych przed spawaniem, a powyżej także dodatkowa obróbka cieplna. Krzem – Si w stali węglowej spełnia funkcję odtleniacza. Krzem zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, a zwłaszcza sprężystość stali, wpływa niekorzystnie na wydłużenie, przewężenie, udarność i spawalność. Miedź – Cu znajduje się prawie w każdej stali w ilości od 0,1 do 0,2%. Miedź zwiększa odporność stali na korozję, a ponadto z dodatkiem Cr i Ni podwyższa jej granicę wytrzymałości na rozciąganie i granicę plastyczności. Aluminium – Al działa odtleniająco, wiążąc gazy: tlen i azot. Dodatek aluminium 0,02% gwarantuje wysoki stopień uspokojenia stali i zapewnia wysoką udarność stali oraz odporność na kruche pękanie w obniżonej temperaturze. Chrom – Cr podobnie jak mangan, zwiększa twardość stali, jej wytrzymałość na rozciąganie oraz granicę plastyczności i sprężystości. Chrom tworzy z węglem trwałe węgliki przez co zwiększa się odporność na ścieranie, większe ilości chromu powodują także odporność na rdzewienie. Nikiel – Ni zwiększa hartowność, twardość i wytrzymałość stali, a także wpływa dodatnio na ciągliwość stali i jej udarność w niskiej temperaturze. Wanad – V tworzy drobnoziarnistą strukturę stali. Dzięki twardym węglikom zwiększa się odporność stali na ścieranie. Dodatek wanadu 0,15 – 0,30% ma dodatni wpływ na właściwości mechaniczne stali i zwiększa jej sprężystość, wytrzymałość i udarność, a także ciągliwość. Podnosi również odporność stali na korozję. Molibden – Mo dodatek w ilości 0,2 – 0,3% powoduje zwiększenie hartowności stali i wytrzymałości oraz granicy plastyczności i sprężystości. Ponadto zwiększa odporność stali na pełzanie. Niob – Nb polepsza spawalność stali. Tytan – Ti zwiększa wytrzymałość stali. Fosfor – P składnik szkodliwy, trudny do usunięcia, gdyż wiąże się z żelazem. Fosfor nieznacznie zwiększa wytrzymałość stali, ale silnie obniża jej plastyczność i udarność, powodując również tzw. kruchość na zimno. Siarka –S traktowany jako zanieczyszczenie, pierwiastek również szkodliwy. Siarka tworzy z żelazem siarczek żelaza, powodując kruchość stali na gorąco. Azot, tlen – pierwiastki niepożądane, powodujące starzenie stali, a także niekiedy obniżenie udarności. Ołów-Pb
3. Oznaczenia stali wg EN-10025 – znaczenie podstawowych symboli. G|S|n|n|n|an…|+an+an… Symbole główne: G-staliwo , S-stal konstrukcyjna, nnn- właściwości mechaniczne- minimalna granica plastyczności Re(MPa) dla najmniejszego zakresu wymiarowego; { Symbole dodatkowe dla stali grupy 1: udarność/praca łamania w J (temp. próby 0C): 27 J: JR(20), J0(0), J2(-20), J3(-30), J4(-40), J5(-50), J6(-60); 40 J: KR(20), K0(0), K2(-20), K3(-30), K4(-40), K5(-50), K6(-60); 60J: LR(20), L0(0), L2(-20), L3(-30), L4(-40), L5(-50), L6(-60); M- walcowanych termomechanicznie, N- normalizowanych lub walcowanych normalizująco, Q- ulepszonych cieplnie, G- inne cechy, np. technologiczne uzupełnione jedną lub dwoma cyframi Symbole dodatkowe dla stali grupy 2: C- do formowania na zimno, D- do powlekania na gorąco, E- do emaliowania, F- do kucia, L- do stosowania w niskich temperaturach, O- na platformy morskie, P- na pale szalunkowe, S- do budowy statków, T- na rury, W- odpornych na korozję atmosferyczną, an- symbole chemiczne wymaganych dodatków np. Cu z jedną cyfrą oznaczającą 10x średnią wymaganą zawartość pierwiastka }- dotyczy an… { Dla wyrobów: wg załącznika NA normy EN 10027-1 }- dotyczy +an+an…
G1- stal nieuspokojona, G2- stal uspokojona, G3- stal normalizowana, G4- stan dostawy wg wytwórcy np. S235JR
4. Wykres „naprężenie-odkształcenie” dla stali niskowęglowych i niskostopowych.
RH= PH/F0 – granica proporcjonalności ; Δσ/Δε= E= tgα= const (w tym przedziale prawo Hooke’a), E- współczynnik spręż. podł. ; RE- granica sprężystości, przy której jeszcze nie powstają odkształcenia materiału, Re= Pe/F0- wyraźna granica plastyczności(zazwyczaj górna granica plastyczności), początek plastycznej fazy pracy materiału; R0,2= P0,2/F0- umowna granica plastyczności (określana dla stali stopowych bez wyraźnej półki plastycznej, P0,2- siła przy której ε= 0,2% ), Rm= Pm/F0- grancia wytrzymałości na rozciąganie (Pm- siła zrywająca, F0- pierwotny przekrój próbki). Punkt Z służy do określania wydłużenia stali i jest miarą jej ciągliwości. Wydłużenie bada się na próbkach pięciokrotnych wg wzoru: A5= (Lu-L0)/L0 *100% wydłużenie względne, Lu-dł. pomiarowa próbki po zerwaniu, L0- dł. początkowa
5. Klasy konsekwencji zniszczenia wg PN-EN-1990. Klasa konsekwencji(Opis)[Przykłady konstrukcji budowlanych i inżynierskich]: CC3(Wysokie zagrożenie życia ludzkiego lub bardzo duże konsekwencje ekonomiczne, społeczne i środowiskowe)[widownie, budynki użyteczności publicznej których konsekwencje zniszczenia są wysokie];; CC2(Przeciętne zagrożenie życia ludzkiego lub znaczne konsekwencje ekonomiczne, społeczne i środowiskowe)[budynki mieszkalne i biurowe oraz budynki użyteczności publicznej których konsekwencje zniszczenia są przeciętne];; CC1(Niskie zagrożenie życia ludzkiego lub małe lub nieznaczne konsekwencje społeczne, ekonomiczne i środowiskowe)[budynki rolnicze, w których ludzie zazwyczaj nie przebywają oraz szklarnie]
6. Klasyfikacja przekrojów. Klasyfikacja przekrojów poprzecznych ma na celu określenie stopnia odporności elementu na zjawiska miejscowej utraty stateczności w stanach sprężystym i plastycznym.
Klasa 1: przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego i wykazują przy tym zdolność do obrotu niezbędną do plastycznej redystrybucji momentów. Klasa 2: przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego, lecz wskutek niestateczności miejscowej (w stanie plastycznym) wykazują ograniczoną zdolność do obrotu. Klasa 3: przekroje, które wykazują nośność nie mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej, lecz wskutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężysto-plastycznym) nie osiągają nośności przegubu plastycznego. Klasa 4: przekroje, które wskutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężystym) wykazują nośność mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej. Klasyfikacji podlegają ścianki, częściowo lub całkowicie ściskane. -Różne części ściskane przekroju mogą być różnych klas. -Przekrój jest klasyfikowany wedle najmniej korzystnej klasy jego części ściskanych, są wyjątki. -Alternatywnie klasę przekroju można określić zarówno ze względu na pas, jak i ze względu na środnik. -Graniczne proporcje części ściskanych dla klas 1, 2, i 3 są podane w tablicach normy. -Części, które nie spełniają warunków dla klasy 3, traktuje się jak części klasy 4. Wyjątek: przekroje klasy 4 można traktować jako przekroje klasy 3, jeśli odpowiednie warunki dla klasy 3 wg tablic są spełnione dla parametru ε pomnożonego przez: sqrt(fy*γm0/σcom,ed), gdzie: γMo – współczynnik częściowy przy sprawdzaniu nośności przekroju poprzecznego, σcom,Ed - największe obliczeniowe naprężenie ściskające w rozpatrywanej części, wynikające z analizy pierwszego rzędu lub, w razie konieczności, analizy drugiego rzędu. - Przekroje, w których występuje środnik klasy 3 i pasy klasy 1 lub 2 można klasyfikować jako przekroje klasy 2 ze środnikiem współpracującym. -Jeśli przyjmuje się, że środnik przenosi wyłącznie siłę poprzeczną i nie ma udziału w nośności obliczeniowej przekroju przy zginaniu i sile podłużnej, to odpowiednią klasę przekroju 2, 3 lub 4 można projektować wyłącznie ze względu na proporcje pasów. -Klasyfikacja przekroju jest uzależniona od stosunku szerokości do grubości jego części poddanych ściskaniu.
7. Elementy ściskane – charakterystyka, typowe przekroje, zastosowanie w ustrojach konstrukcyjnych. Charakterystyka: Elementy ściskane występują jako samodzielne pręty lub stanowiące część konstrukcji. Elementy,w których wypadkowa sił ściskających działa wzdłuż jego osi nazywamy ściskanymi osiowo, zaś w których wypadkowa działa równolegle do osi pręta ściskanymi mimośrodowymi. Wymiarowanie elementów ściskanych wymaga sprawdzenia wytrzymałości i stateczności ogólnej (wyboczenia całego pręta) oraz stateczności miejscowej (wybrzuszenie ścianki pręta) elementów, gdy występuje możliwość zniekształcenia ich przekroju poprzecznego Typowe przekroje: np. słupów pełnościennych: a) walcowane i spawane(dwuteowniki HEA, HEB, IPE, ceowniki, przekroje okrągłe, kwadratowe-zamknięte), b)nitowane c) dwuteowy bisymetryczny Zastosowanie w ustrojach: - słupy, - pręty kratownic, - elementy układów ramowych, - pręty stężeń, - rozpory i zastrzały, - żeberka podporowe w blachownicach
8. Zjawisko wyboczenia – co to jest, w jakich elementach występuje, od czego zależy, jak je zminimalizować. W zależności od przekroju poprzecznego i sposobu przyłożenia siły elementy takie jak pręty ściskane mogą ulegać wyboczeniu czyli ugięciu. Wyróżniamy wyboczenia: - giętne, gdy przekrój poprzeczny pręta ulega przesunięciu, - giętno-skrętne, gdy pierwotnie prosta oś pręta ulega zakrzywieniu, przy czym przekrój poprzeczny pręta ulega przesunięciu i obrotowi, - skrętne, gdy oś pręta pozostaje prosta po odkształceniu, a przekrój poprzeczny jako całość ulega jedynie obrotowi.. Przy wyboczeniu sprężystym, w modelu idealnym, występuje siła, przy której prosty pręt staje się niestateczny i taka siła nazywana jest siłą krytyczną, zaś wygięcie pręta pod wpływem siły krytycznej to wyboczenie. Siła krytyczyna określona jest wzorem: Ncr= π2EI/l2. Nośność wyboczeniowa pręta zależy od imperfekcji materiałowych(zmienność granicy plastyczności i wpływ naprężeń własnych), geometrycznych(zmienność kształtu i wymiarów przekroju pręta, wstępne wygięcie pręta oraz mimośrody przyłożenia siły) oraz od sposobu zamocowania. Uwzględniamy różne krzywe wyboczeniowe prętów rzeczywistych w zależności od stopnia wrażliwości na wstępne losowe imperfekcje geometryczne i techniczne. Aby zminimalizować wyboczenie należy zminimalizować imperfekcje.
9. Głowice słupów – ogólna charakterystyka. - Głowica słupa ma za zadanie przejąć nacisk konstrukcji opartej na słupie i przekazać to obciążenie w sposób osiowy na trzon słupa. - Kształt głowicy zależy od przekroju poprzecznego słupa i konstrukcji połączenia trzonu słupa z elementami poziomymi. - W rozwiązaniach spawanych głowica składa się z blachy poziomej i blach pionowych. - Blachę poziomą głowicy przyjmuje się konstrukcyjnie grubości t ≥ 10mm i ewentualnie sprawdza się ją na zginanie jako beleczkę opartą na dwóch blachach pionowych lub jak płytę podpartą na czterech krawędziach - Najczęściej do współpracy wlicza się płytkę centrującą o grubości 8 – 16 mm. - W przypadku występowania większych obciążeń (należy stosować dodatkowe podparcie w postaci przepony - Należy sprawdzić naprężenia w spoinach łączących płytkę centrującą z blachą poziomą, wysokość żeber, nośność żeber(ścinanie, zginanie), docisk do płytki centrującej
10. Belki – ogólna charakterystyka i rodzaje. ...
ossad