Pytania opracowane all.doc

1 Zalety oraz wady konstrukcji stalowych

Zalety konstrukcji stalowych:

- 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 ponadto wrażliwość na obciążenia udarowe, zmęczenie od

obciążeń dynamicznych, oraz kruchość elementów w niskich temperaturach.

Wady te można , częściowo ograniczyć lub wyeliminować odpowiednim doborem gatunku

stali lub zwiększonymi wymaganiami ochrony przeciwpożarowej.

2 Rodzaje budowlanych konstrukcji stalowych

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

podstawowymi częściami są elementy pełnościenne lub kratowe, takie jak słupy,

belki, łuki.

Mają one zastosowanie jako:

- szkielety budynków przemysłowych, takich jak hale jedno lub wielonawowe przemysłowe,

magazynowe, wiaty (wraz z belkami podsuwnicowymi, pomostami roboczymi), itp.

- przekrycia dachowe o dużych rozpiętościach i inne elementy konstrukcyjne w obiektach

Użyteczności publicznej, takich jak hale sportowe, wystawowe i dworcowe, hangary,

sale teatralne i kinowe, itp.

- szkielety konstrukcyjne budynków wielokondygnacyjnych,

- mosty drogowe i kolejowe, kładki dla pieszych,

konstrukcje specjalne – maszty i wieże radiowe i telewizyjne, telefonii komórkowej,

konstrukcje wsporcze kolei linowych, słupy elektrycznych linii przesyłowych, estakady itp.

2. Konstrukcje wiszące, w których zamiast sztywnych elementów stosowane są cięgna w

postaci drutów, lin, łańcuchów. Konstrukcje takie stosuje się w przypadku przekryć o

dużych rozpiętościach, mostów itp.

3. Konstrukcje z blach stalowych w postaci płyt i powłok, mające zastosowanie w

zbiornikach na ciecze i gazy, silosach, kominach, rurociągach.

3 Podział stali ze względu na stopień odtlenienia

- stal nieuspokojoną, odtlenioną zwykle tylko manganem, który obniża zawartość FeO, ale

nie do tego stopnia, aby zapobiec reakcji FeO + C = Fe + CO, w wyniku której z

krzepnącego wlewka wydzielają się gazy, dając zjawisko tzw.„wrzenia”. Wlewek po

skrzepnięciu ma liczne pęcherze i zwiększoną zawartość węgla do 0,2%, manganu do

0,5%, oraz zanieczyszczenia w postaci siarki i fosforu.

- stal półuspokojoną, odtlenioną silniej niż poprzednia, oprócz manganu stosuje się mały

dodatek krzemu (0,15%) Wlewek krzepnie bez „wrzenia”, ale wydzielają się gazy w postaci

pęcherzy wewnętrznych. Uzyskuje się w ten sposób większy uzysk materiału z wlewka stali

- stal uspokojoną, odtlenioną krzemem (0,15 – 0,35%) i częściowo glinem, do tego stopnia,

że przy krzepnięciu wlewka nie zachodzą żadne reakcje z wydzielaniem się gazow. Wlewki

są wolne od wad, poza częścią górną, którą odcina się i odrzuca przy przeróbce

plastycznej.

4 Wytwarzanie konstrukcji stalowych-podstawowe proc

esy

5 Wymienić główne składniki(dodatki) stopowe stali i krótko opisac wpływ na stal 3 z nich

Wpływ składników stopowych na jakość stali

• Węgiel – C jest podstawowym składnikiem stali, decydującym owłaściwościach mechanicznych stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wstali 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.

• 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 naścieranie, 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 jejsprężystość, wytrzymałość i udarność, a także ciągliwość. Podnosi również odporność stali na korozję.

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 wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności.

• 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.

6 Oznaczenia stali wg EN-10025-znaczenie podstawowych symboli

G1 – stal nieuspokojona

G2 – stal uspokojona

G3 – stal normalizowana

G4 – stan dostawy

wg wytwórcy

7 Wykres naprężenie-odkształcenie dla stali niskowęglowych i niskostopowych

8 Wpływ udarności na elementy konstrukcji stalowych

udarność:

- materiał powinien wykazywać odpowiednią udarność aby unikać

kruchego pękania elementów rozciąganych w niskich temperaturach.

Udarność stali jest to zdolność do przenoszenia obciążenia pod uderzeniem.

9 Stany graniczne zgodne z PN-90/B-03200-ogólna charakterystyka I i II stanu granicznego

Metoda stanów granicznych

• Półprobalistyczna metoda wymiarowania, polegająca na sprawdzeniu dwóch

stanów granicznych:

- stanu granicznego nośności - SGN

- stanu granicznego Użytkowania - SGU

• Po przekroczeniu tych stanów konstrukcja ulega zniszczeniu lub przestaje

odpowiadać założonym wymaganiom Użytkowym.

• 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,

- obciążenia konstrukcji.

• Objawami przekroczenia I stanu granicznego (SGN) są:

- utrata stateczności sprężystej lub sprężysto-plastycznej,

- narastanie odkształceń trwałych i przekształcenie konstrukcji w mechanizm

kinematyczny,

- uszkodzenia (pęknięcia) uniemożliwiające normalną eksploatację wskutek

np. zarysowania, pełzania czy zmęczenia,

- utrata stateczności ogólnej (wywrócenie, przesunięcie) konstrukcji lub jej

części.

• Objawami przekroczenia II stanu granicznego (SGU) są:

- nadmierne odkształcenia (ugięcia) konstrukcji, utrudniające jej Użytkowanie

- nadmierne drgania, pogarszające komfort Użytkowania obiektów,

- uszkodzenia miejscowe, np. pęknięcia, wybrzuszenia, pogarszające wygląd i estetykę elementów.

• W stanie granicznym nośności (SGN) stosuje się obliczeniowe wartości obciążeń i obliczeniowe wartości wytrzymałości

- polega na sprawdzeniu warunków wytrzymałości

• W stanie granicznym Użytkowania (SGU), zaś charakterystyczne wartości

obciążeń i charakterystyczne parametry materiałowe.

- ma na celu sprawdzenie warunków sztywności, tzn. czy występują nadmierne ugięcia, przemieszczenia lub drgania, które mogą utrudnić lub uniemożliwić prawidłową eksploatację.

- do obliczeń przyjmuje się wartości charakterystyczne (bez współczynnika obciążenia).

- ugięcia belek i elementów obudowy (swobodnie podpartych, ciągłych i utwierdzonych) nie powinny przekraczać ugięć granicznych podanych w tablicy w normie.

• Obciążenia charakterystyczne (normowe) przyjmuje się według obowiązujących norm i katalogów lub analiz obciążeń rzeczywistych.

10 Rodzaje obciążeń w SG wg PN-90/B-03200

Rozróżnia się następujące rodzaje obciążeń charakterystycznych:

- obciążenia stałe, które nie ulegają zmianie w czasie: ciężar własny konstrukcji, oraz innych stałych urządzeń i elementów

- obciążenia zmienne długotrwałe w całości (występujące w długich okresach – obciążenia działające na stropy, ciężary ustrojów budowlanych np. ścianki działowe) lub obciążenie w części długotrwałe (np. oddziaływania pionowe i poziome suwnic, urządzeń dźwigowych)

- obciążenia zmienne krótkotrwałe, między innymi: występujące w czasie transportu, montażu konstrukcji, obciążenie wiatrem, śniegiem

- obciążenia zmienne wyjątkowe, występujące rzadko np. trzęsienia ziemi, oddziaływania osiadaniem podłoża (np. szkody górnicze), uderzenia suwnic w urządzenia odbojowe, uderzenia pojazdami.

• Wartości obciążeń obliczeniowych wyznacza się mnożąc wartości obciążeń

charakterystycznych przez współczynniki obciążenia γf.

• Przy wyznaczaniu obciążenia obliczeniowego należy stosować

również współczynniki zwiększające lub zmniejszające.

Oddziaływania należy również dzielić:

- ze względu na ich pochodzenie – na bezpośrednie lub pośrednie,

- ze względu na ich zmienność w przestrzeni – na umiejscowione lub nieumiejscowione,

- ze względu na ich charakter i/lub odpowiedź konstrukcji – na statyczne lub dynamiczne.

W analizie konstrukcji należy uwzględniać także: oddziaływania zmęczeniowe, dynamiczne, sejsmiczne, wpływy środowiskowe.

11 Sytuacje obliczeniowe wg PN-EN-1990