Основные особенности металлоконструкций и предъявляемые к ним требования

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «СЕВМАШВТУЗ»

государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»

В г. Северодвинске

Б.И. Трубачёв

Вопросы и ответы

Для подготовки и сдачи экзамена

По дисциплине

«Металлические конструкции сооружений верфи»

Учебное пособие

Северодвинск

Г.

УДК 624.04:725/728 (035.5)

Б.И. Трубачёв Вопросы и ответы для подготовки и сдачи экзамена по дисциплине «Металлические конструкции сооружений верфи». Учебное пособие. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006. – 72 с.

Ответственный редактор профессор кафедры №15 «Промышленное и гражданское строительство верфи» Г.М. Рижинашвили

Рецензенты: заведующий кафедрой №5 Севмашвтуза доцент В.Г. Даценко;

начальник УЭС «ФГУП Севмашпредприятия» Н.С. Зыков.

В учебном пособии по дисциплине «Металлические конструкции сооружений верфи» рассмотрены основные строительные конструкции, особенности их работы под нагрузкой, приемы конструирования и методы расчета по предельным состояниям. Освещены вопросы выбора экономичных конструктивных решений строительных конструкций, удовлетворяющих эксплуатационным, экономическим, техническим, производственным, эстетическим и другим требованиям.

Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство верфей» всех форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

ISBN 5-7723-0682-0 ©Севмашвтуз, 2006 г.

Оглавление:

1. Основные особенности металлоконструкций и предъявляемые к ним требования 3

2. Структура малоуглеродистой стали. Атомная решётка феррита и аустенита. Основные химические элементы, применяемые при легировании. 5

3. Термическая обработка стали как метод повышения прочностных и деформационных свойств стали: нормализация, отпуск, старение. Методы выплавки стали. 8

4. Краткая характеристика предельных состояний стальных конструкций: пластическое, хрупкое, усталостное разрушения; потеря устойчивости формы, ограничение перемещений, сдвигов, колебаний. Методы расчёта металлоконструкций по предельным состояниям и их сущность. 11

5. Нагрузки и воздействия. Классификация и характеристика нагрузок и воздействий. 15

6. Особенности расчёта стальных конструкций с учётом неупругих деформаций за счёт использования двух видов расчётных сопротивлений R_y и R_u 17

7. Соединения элементов металлоконструкций. Классификация соединений и общие требования, предъявляемые при проектировании соединений. Расчёт сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие. 19

8. Балочные клетки. Общая характеристика балочных конструкций, типы сечений и мера эффективности сечения балок. Компоновка балочных конструкций, их классификация, сопряжения балок между собой. 23

9. Балки составного сечения. Компоновка и подбор сечения составных балок постоянного по длине сечения по основным геометрическим параметрам. Проверка прочности и прогиба балки. 26

10. Балки составного сечения. Компоновка и подбор переменного сечения балок по длине. Расчёт изменённого сечения балки на упругой стадии работы материала 31

11. Расчет на устойчивость сплошностенчатых элементов, подверженных центральному сжатию. Определение коэффициента продольного изгиба как функции от гибкости, расчетного сопротивления и модуля деформации. 35

12. Расчет изгибаемых элементов. Расчет стенок балок по сложному напряженному состоянию. Расчет на устойчивость разрезных балок двутаврового сечения, изгибаемых в плоскости стенок. 40

13. Элементы, подверженные действию осевой силы с изгибом: внецентренно-сжатые, внецентренно-растянутые, сжато-изгибаемые и растянуто-изгибаемые элементы. Основные формулы для расчета на прочность при нормальном и слабом загружениях. 43

14. Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения в плоскости действия момента. 45

15. Расчет сварных угловых швов при действии продольных и поперечных сил на срез (условный) по двум сечениям: по металлу шва и металлу границы сплавления. 53

16. Болтовые соединения. Классификация и характер работы болтовых соединений. Определение расчетных усилий, воспринимаемых одним болтом при работе на срез, смятие, растяжение. Соединения на высокопрочных болтах. 57

17. Балочные клетки. Расчет прокатных балок, изгибаемых в двух главных плоскостях с учетом развития пластических деформаций. Предварительный подбор балок при учете пластических деформаций. 61

18. Балочные клетки. Расчет на устойчивость прокатных балок, изгибаемых в плоскости стенки и удовлетворяющих требованиям прочности и сложного напряженного состояния. 63

19. Составные балки. Расчет на устойчивость стенок балок двутаврового сечения, укрепленного поперечными ребрами жесткости при наличии σ_loc. Определение критических напряжений σ_cr, τ_loc, σ_loc,cr. Расчет на устойчивость стенок балок от совместного действия нормальных и касательных напряжений. 65

20. Расчет угловых швов при действии изгибающего момента и поперечной силы. 69

Список литературы.. 71

Основные особенности металлоконструкций и предъявляемые к ним требования

Многообразие металлоконструкций и конструктивных форм могут быть объединены двумя основными факторами, позволяющими изучать их как единый вид.

Во-первых, все конструкции изготавливаются из прокатного металла, выпускаемого по единому стандарту (ГОСТ, ТУ и пр.) – лист, угольник, швеллер, труба и пр. Из этого материала компонуются все разнообразные конструктивные формы.

Во-вторых, все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления: резка, гибка, образование отверстий под монтажные соединения, соединения деталей и конструкций в пространственные укрупнённые сборочные единицы (сборочные сварочные операции).

Металлические конструкции обладают следующими достоинствами, позволяющими применять их в разнообразных сооружениях.

Надёжность металлоконструкции обеспечивается близким совпадением их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с расчётными предположениями. Материал металлоконструкций обладает большой однородностью структуры и достаточно близко соответствует расчётным предпосылкам об упругой или упругопластической работе материала.

Лёгкость: из всех изготавливаемых в настоящее время несущих конструкций (железобетонные, каменные, деревянные) металлические конструкции являются наиболее лёгкими. Лёгкость конструкций с определяется отношением плотности материала ρ к его расчётному сопротивлению R_y, т.е.

Чем меньше значение с, тем относительно легче конструкция. Для металла, например, с Ry = 230 мПа показатель лёгкости металла составит:

для малоуглеродистой стали с = 3,7·10^-4 (1/м),

для алюминиевых сплавов с = 1,1·10^-4 (1/м),

для железобетонных конструкций с = 18,5·10^-4 (1/м),

для деревянных конструкций с = 5,4·10^-4 (1/м).

Индустриальность. Изготовление и монтаж металлоконструкций производится индустриальными методами – специализированными предприятиями с использованием высокопроизводительной техники.

Непроницаемость. Металлы обладают не только высокой прочностью, но и высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей.

К недостаткам металлоконструкций следует отнести:

Коррозия. Незащищённые от действия влажной атмосферы, агрессивных газов, сталь окисляется (корродирует), что приводит к разрушению металла (скорость коррозии в наших климатических условиях составляет V = 0,1мм/год). Хорошо сопротивляется коррозии чугун, несколько хуже – алюминиевые сплавы. Повышение коррозионной стойкости металла достигается включением в сталь специальных легирующих элементов, покрытием поверхностей лако-красочными материалами, твёрдыми покрытиями (цинкование, хромирование, никелирование и пр.).

Небольшая огнестойкость. У стали при t = +200°С начинает уменьшаться модуль упругости Е, а при t = +600°С сталь переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние уже при t = +300°С. В среднем огнестойкость стальных конструкции, при толщинах t_w = 25÷30 мм, составляет ∆t = 0,25 часа. Поэтому металлоконструкции должны быть защищены огнестойкими красками, покрытиями или облицованы керамикой, бетоном, кирпичом, штукатуркой.

Типизация и унификация, стандартизация основных конструкций создают благоприятные условия для снижения трудоёмкости и монтажа металлоконструкций, сокращают сроки ввода объектов в эксплуатацию.

Организация проектирования. Проектирование зданий и сооружений производится в одну или две стадии:

· в одну стадию – рабочий проект (РП) для технически несложных объектов или зданий, строительство которых осуществляется по типовым проектам;

· в две стадии – проект (П) и рабочая документация (РД) для особо сложных объектов.

Стадийность устанавливается заказчиком в задании на проектирование.

На стадии проекта даётся краткое описание и обоснование основных решений, целесообразность применения металлоконструкций, определяется основная конструктивная схема сооружения и подбираются соответствующие типовые конструкции. Разрабатываются основные чертежи: планы и монтажные схемы основных несущих и ограждающих конструкций, ПБ, систем связей, обеспечивающих геометрическую неизменяемость сооружения в целом.

В состав РД входят рабочие чертежи КМ и деталировочные чертежи КМД (конструкции металлические деталировочные).

В состав рабочих чертежей КМ входят: пояснительная записка, данные о нагрузках, статические и динамические расчёты, общие компоновочные чертежи, схемы расположения основных СК (колонн, балок, системы связей) с таблицами сечений элементов, расчёты и чертежи наиболее важных узлов конструкций, узловых сопряжений различных конструктивных элементов и полная спецификация по профилям.

По чертежам КМ заказывается металл и разрабатываются КМД, как правило, силами КБ завода – изготовителя металлоконструкций с учётом технологических и производственных возможностей завода – изготовителя.

Дата добавления: 2015-07-19