металлические конструкции. зачёт по мк. Краткий обзор развития металлический конструкций (МК). Общая характеристика мк области применения, достоинства и недостатки, требования, предъявляемые к мк. Классификация сталей по классам и маркам

• Название: Краткий обзор развития металлический конструкций (МК). Общая характеристика мк области применения, достоинства и недостатки, требования, предъявляемые к мк. Классификация сталей по классам и маркам
• Анкор: металлические конструкции
• Дата: 03.06.2021
• Размер: 62.89 Kb.
• Имя файла: зачёт по мк.docx
• Тип: Краткий обзор; #213471

1.Краткий обзор развития металлический конструкций (МК). Общая характеристика МК: области применения, достоинства и недостатки, требования, предъявляемые к МК. Классификация сталей по классам и маркам.

1. Первое известное применение МК – 3 век до н.э. – колонна в Дели из кованых железных листов. 2. В России – 12 век – железные затяжки в куполе Успенского собора в г. Владимире.

3. 18 век – первые мосты из чугуна в России и Англии.

4. Конец 19 – начало 20 века – сравнительно массовое применение МК в мостах, выставочных павильонах.

5. В конце 19 в изобретение русскими инженерами Бенардосом и Славяновым электродуговой сварки.

6. Сегодня металлостроительство – это отрасль строительной индустрии. Существуют специализированные проектные и научно-исследовательские институты, заводы по изготовлению МК, монтажные организации, кафедры в ВУЗах.

Учёные, внесшие значительный вклад в развитие МК: в России: Шухов, Патон, Кербедз, Журавский, Белелюбский, Проскуряков, Стрелецкий.
Достоинства и недостатки МК в сопоставлении с конструкциями из других материалов.
Достоинства:

1.Высокая прочность при любых видах работы – растяжение, сжатие, сдвиг.

2.Высокая надёжность, благодаря пластичности и однородности структуры стали.

3.Относительная легкость

4.Индустриальность (высокая степень заводской готовности).

5.Непроницаемость для жидкостей и газов.

6.Транспортабельность.

7.Лучшая приспособленность для тяжёлых условий работы.

8.Малая повреждаемость при перевозке, монтаже и эксплуатации.

9.Хорошая приспособленность для реконструкции.

10.Высокие эстетические свойства.
Недостатки:

1.Слабая коррозионная стойкость.

2.Малая огнестойкость.

3.Возможность хрупкого разрушения при определённых условиях.

4.Дефицит металлов и относительно высокая стоимость.

Требования, предъявляемые к МК.

1. 
   Соответствие своему назначению.
   
2. 
   Технические (прочность, устойчивость, жёсткость, надёжность).
   
3. 
   Технологические (удобство изготовления, транспортировки, монтажа
   
4. 
   Эксплуатационные
   
5. 
   Экономические (экономия металла, затрат труда и энергии на всех этапах жизни конструкции).
   
6. 
   Экологические (охрана природы при изготовлении и монтаже).
   
7. 
   Эстетические требования.
   

Современные области применения МК.

Каркасы производственных зданий, в том числе легкие (до 35%); тяжелые при пролетах до 42...48м и мостовых кранах грузоподъемностью до 400...500т до (15%);

Каркасы многоэтажных зданий (до 1%);

Каркасы зданий с большими пролетами: крупные сборочные корпуса, ангары, спортивные залы, дворцы культуры и т. п. (до 1%); имеются покрытия с пролётами до 270 м;

Листовые конструкции – резервуары, бункера, доменные печи, трубопроводы больших диаметров и другие (14%);

Мосты;

Подъёмно-транспортные конструкции: мостовые и башенные краны;

Высотные сооружения – башни, мачты, опоры ЛЭП ;

Ограждающие конструкции, лестницы и площадки.

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2% углерода).

По химическому составу сталь разделяют на:

• 
  углеродистую;
  
• 
  легированную;
  

По качеству сталь разделяют на:

• 
  сталь обыкновенного качества;
  
• 
  качественную;
  
• 
  повышенного качества;
  
• 
  высококачественную.
  

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

• 
  А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
  
• 
  Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
  
• 
  В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).
  
• 
  
  

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на:

• 
  горячекатаную и кованую;
  
• 
  калиброванную;
  
• 
  круглую со специальной отделкой поверхности, серебрянку.
  

Легированную сталь по степени легирования разделяют:

• 
  низколегированная (легирующих элементов до 2,5%);
  
• 
  среднелегированная (от 2,5 до 10%);
  
• 
  высоколегированная (от 10 до 50%).
  

В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14 групп.

К высоколегированным относят:

• 
  коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
  
• 
  жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °C, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
  
• 
  жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
  

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят:

• 
  качественная;
  
• 
  высококачественная А;
  
• 
  особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).
  

По видам обработки при поставке различают сталь:

• 
  горячекатаная;
  
• 
  кованая;
  
• 
  калиброванная;
  
• 
  серебрянка.
  

По назначению изготовляют прокат:

• 
  для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат);
  
• 
  для холодной механической обработки.
  

Классификация углеродистых сталей
Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные. Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

• 
  группа А — по механическим свойствам;
  
• 
  группа Б — по химическому составу;
  
• 
  группа В — по механическим свойствам и химическому составу.
  

Изготавливают стали следующих марок:

• 
  группа А — Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;
  
• 
  группа Б — БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;
  
• 
  группа В — ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
  

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение:

• 
  кп — кипящая,
  
• 
  пс — полуспокойная,
  
• 
  сп — спокойная.
  

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степеней раскисления выпускаются с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с ГОСТ 1060—74. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04%). Стали с содержанием углерода до 0,20%, включительно, могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали — только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр, буквы «сп» не ставят.

Углеродистые стали в соответствии с ОСТ 14-1-142—84 подразделяются на три подкласса:

• 
  низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%;
  
• 
  среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60%);
  
• 
  высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60%.
  

2. Работа стали под нагрузкой: однократное статическое растяжение и сжатие, многократное нагружение, усталость металлов.

Видно, что для малоуглеродистой стали можно отметить три основные стадии работы: упругую, площадку текучести, самоупрочнения. Напряжение, соответствующее площадке текучести называется пределом текучести т и играет очень важную роль в теории расчёта МК. Второй важный параметр - модуль упругости Е. На первой стадии действует линейный закон или закон Гука =Е, где  - относительная деформация. Модуль упругости - физическая характеристика деформативности материала и имеет размерность напряжения - МПа. Длина упругой стадии составляет 0,1...0,25%, в зависимости от прочности стали. При подходе к площадке текучести в диаграмме заметно отклонение от прямой. Это происходит при напряжении, которое носит название предела пропорциональности (пц) и используется в некоторых расчетах.

На второй стадии деформации растут при неизменных напряжениях, модуль становится равным нулю. Длина площадки текучести 0,2...2,5%, в зависимости от химического состава стали. В принципе она образуется при наличии углерода 0,1...0,3%. У высокопрочных сталей площадка текучести отсутствует (условный предел текучести приостат. деформ. 0,2%). На третьей стадии (самоупрочнения), самой протяженной, наблюдается некоторый рост напряжений при значительном возрастании пластических деформаций В наивысшей точке диаграммы начинает образовываться шейка, площадь сечения быстро уменьшается. Напряжение, соответствующее этому моменту, называется пределом прочности или временным сопротивлением (в). Далее условные напряжения, вычисленные по первоначальной площади сечения, падают, хотя истинные напряжения резко возрастают. Полные остаточные деформации о интегрально свидетельствуют о пластических свойствах стали, В разных строительных сталях о =14...26%. О запасе пластичности косвенно свидетельствует отношение в/т. Для малоуглеродистых сталей оно 1,4...1,5, а для сталей высокой прочности падает до 1,15. Кроме о, применяется еще одна характеристика - относительное сужение поперечного сечения образца:  = (Ао – Ар)/Ао, где Ао – первоначальная площадь; Ар – остаточная площадь после разрушения. Чем больше , тем пластичнее сталь. Характер диаграммы зависит и от температуры образца. При снижении температуры пластичность сковывается, а пределы текучести и прочности возрастают (рис.1, кривая г).

Работа стали при сложном напряженном состоянии

Характеризуется наличием двух или трех главных нормальных напряжений, s₁, s₂ и s₃, действующих одновременно.

Если, при одноосном напряженном состоянии (s ¹ 0; s₂ и s₃ = 0), пластические деформации развиваются при s_т, то при сложном - переходе в пластическое состояние, зависит от знака и соотношения значений действующих "s". При однозначном поле "s" развитие пластических деформаций запаздывает, s_т повышается, а протяженность площадки текучести уменьшается и повышается опасность хрупкого разрушения.

При 3-х осном растяжении и s₁ = s₂ = s₃ металл разрушается хрупко, а при сжатии разрушить металл не удается (рисунок 2.9).

При разнозначных s наблюдается обратная картина (пластичность начинается раньше, чем достигается s_т, сталь становится как бы более пластичной) (рисунок 2.10).



1 – однозначное поле напряжений; 2 – разнозначное поле напряжений; 3 – одноосное растяжение Рисунок 2.10 - Диаграммы работы стали при сложном напряжённом состоянии

При длительных циклических нагружениях (когда число циклов более 105) возможен особый вид разрушения - усталостное разрушение.

Его отличия от статического:

1. Оно происходит при  < т, иногда более чем в 2 раза;

2. Нет видимых пластических деформаций; Доля усталостных разрушений в сварных конструкциях 30% и продолжает расти. Усталость – это постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок.

Как происходит УР. В зоне поверхностных несовершенств за счёт движения дислокаций постепенно образуются зародышевые трещины, перерастающие в макротрещину, подрастающую при каждом цикле. Образуются бороздки (зона стабильного роста трещины). Когда трещина достигает критической длины происходит быстрый долом (вязкий или хрупкий). Скорость движения усталостной трещины может различаться очень сильно в зависимости от конструктивных особенностей элемента, режимов нагружения, условий эксплуатации. Соответственно рост трещины может занимать от 10 до 90% ресурса элемента. Свойство сопротивляться усталости называется выносливостью. Циклы нагружения могут быть различные (рис. 2.) и характеризуются коэффициентом асимметрии напряжений (цикла) =min/max. Напряжения, при которых происходит разрушение, снижаются по мере увеличения числа циклов нагружения (рис. 3.). Напряжение, ниже которого циклическая прочность не снижается (обычно при 2 млн. циклах), называется пределом усталости или пределом выносливости v. Кривую на рис.3 предложил Вёлер. Область ниже асимптоты называется зоной неограниченной выносливости. Выше кривой – зона усталостного разрушения. Между ними - зона ограниченной выносливости.

3.Сортаменты листового и фасонного проката из стали. Сортаменты гнутых и гнутосварных профилей. Области применения профилей

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швеллеры, трубы и т.п.).

Механические свойства горячекатаных сталей обыкновенного качества регламентирует ГОСТ 535-88.

Прокат подразделяют на три группы (I—III) и пять категорий (1—5). Группа проката оценивает качество поверхности и способ использования проката. Прокат I группы используют без обработки поверхности, II группы — для изготовления деталей обработкой резанием, III группы — для заготовок и деталей, получаемых горячей обработкой давлением.

Сортамент изделий из проката отличается большим разнообразием. Его подразделяют на четыре группы: сортовая сталь (круглый, квадратный, полосовой, угловой прокат; швеллеры; двутавровые балки ), листовая сталь ), специализированные профили, трубы. Форма, размеры, условия поставки проката регламентируются соответствующими стандартами.

Сортамент – это научно обоснованный перечень прокатных, гнутых или прессованных профилей с указанием формы, геометрических размеров и характеристик, массы единицы длины, допусков и условий поставки. В МК применяются в основном прокатные профили – листовые и профильные. Кроме того, из листа можно гнуть, а из сплавов алюминия можно прессовать (метод экструзии) разнообразные профили. Листовая сталь имеет три разновидности – толстолистовая (от 4 до 160 мм), тонколистовая (примерно от 0,5 до 4 мм) и универсальная (от 6 до 60 мм) с фиксированной шириной от 200 до 1050 мм.

Профильный металл – уголки, швеллера, двутавры (балочные, широкополочные, колонные), тавры (изготавливаются разрезкой двутавров). Характерные гнутые профили – это уголки, швеллера, Sобразные профили. Для гнутых профилей применяют листы толщиной 1...8 мм, можно гнуть и более толстые листы до 16 мм. Профили делятся также еще на два вида – открытые и закрытые (замкнутые). Это круглые цельнотянутые или круглые и прямоугольные гнутосварные трубы (рис. 2.9). Важную и всевозрастающую роль играют профилированные листовые профили, применяемые главным образом в качестве ограждающих конструкций, либо одновременно и несущих, и ограждающих.

Двутавровые балки швеллеры



Гнутые профили замкнутые квадратные