Расчёт на действие поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами

Для предотвращения разрушения элемента по наклонной полосе между соседними наклонными трещинам в элементах прямоугольного, таврового и других подобных профилей должно соблюдаться условие для предельного значения поперечной силы, действующей в нормальном сечении расположенном на расстоянии не более чем от опоры.

в)

Рис. 10.1. Разрушение изгибаемого элемента по наклонному сечению: 1 – критическая наклонная трещина; «0» – центр тяжести сжатой зоны бетона; 2 – раздавливание бетона.

,

где Q – поперечная сила от внешней расчётной нагрузки; – коэффициент, учитывающий влияние хомутов, нормальных к продольной оси элемента, на прочность бетона

,

здесь – коэффициент поперечного армирования; – шаг хомутов; – ширина сечения элемента; – площадь хомутов в поперечном сечении конструкции; – количество хомутов в сечении; – площадь поперечного сечения одного хомута; – коэффициент, зависящий от прочности бетона

,

здесь – коэффициент, принимаемый в зависимости от вида бетона: для тяжёлого, мелкозернистого и ячеистого , для лёгкого – .

Если это условие не соблюдается, то может произойти раздавливание бетона между соседними наклонными трещинами даже при большом количестве поперечной арматуры. Чтобы этого не произошло, необходимо увеличить размеры поперечного сечения или класс бетона по прочности на осевое сжатие.

Металлические конструкции характеризуются большим разнооб-

разием систем и конструктивных форм. Однако они объединены дву-

мя основными факторами:

1) Исходным материалом для всех конструкций является прокат-

ный металл, выпускаемый по единому сортаменту;

2) Все конструкции имеют единый технологический процесс из-

готовления, в основе которого лежит холодная обработка ме-

талла, и имеют единый вид соединения деталей в конструк-

тивные элементы (на сварке и на болтах).

Металлические конструкции обладают следующими достоинства-

ми:

При проектировании металлических конструкций необходимо

учитывать следующие требования:

1. Условия эксплуатации.

2. Экономию металла.

3. Транспортабельность.

4. Технологичность в изготовлении.

5. Скоростной монтаж.

6. Долговечность (физический и моральный износ; физический

износ связан с процессами коррозии, а также с повреждениями и де-

фектами, а моральный – с изменением условий эксплуатации).

7. Эстетичность (гармоничные формы).

60. материалы применяемые для металл.конструкции

Строительные стали.

Сталь — это сплав железа с углеродом и некоторыми добавками.

Химический состав стали существенно влияет на ее физико-механические свойства, при этом

одни химические элементы являются легирующими, улучшающими некоторые свойства ста-

ли, другие, остающиеся в процессе ее выплавки, — вредными, ухудшающими свойства.

Алюминиевые сплавы.

Алюминий по своим свойствам существенно отличается от стали. В связи с этим область

применения алюминиевых сплавов отличается от области применения сталей.

Достоинства алюминиевых сплавов:

1. Плотность алюминиевых сплавов почти в три раза меньше плотности стали;

2. Прочность некоторых алюминиевых сплавов превосходит прочность стали;

3. высокая стойкость против коррозии (в 10 – 20 раз выше стойкости обычной строи-

тельной стали);

4. изделия из алюминиевых сплавов проще и дешевле соответствующих стальных изде-

лий (прессование дешевле проката);

5. при t C

0 0

 0 хрупкость алюминиевых сплавов уменьшается, а у сталей наоборот уве-

личивается;

6. антимагнитность.

Недостатки алюминиевых сплавов:

1. модуль упругости алюминиевых сплавов меньше модуля упругости сталей. Следова-

тельно, жесткость балок и ферм из алюминиевых сплавов при прочих равных условиях

меньше жесткости стальных балок и ферм;

2. стоимость конструкций из алюминиевых сплавов больше стоимости конструкций из

стали;

3. коэффициент линейного расширения алюминиевых сплавов в два раза больше, чем у

стали, что заставляет чаще устраивать температурные швы.

Область применения алюминиевых сплавов:

1. витрины, витражи, архитектурные детали и т.п.;

2. кровельные панели;

3. конструкции, работающие в агрессивной среде;

4. конструкции для строительства в отдаленных районах, т.к. за счет уменьшения веса

снижается стоимость перевозок.

62 В сталь могут быть добавлены следующие легирующие элементы: азот, алюминий, берилий, ванадий, висмут, вольфрам, галий, кадмий, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, никель, ниобий, селен, титан, углерод, ферромарганец, фосфор, хром, цирконий.

Легированные стали (ГОСТ 4543-71), инструментальные легированные стали (ГОСТ 5950-73) используют для изготовления корпусов и крепёжных элементов, к примеру режущих инструментов, также деталей автомобилей и др.

Легированные стали (к примеру, 30ХГСА, ХГВ, Х6ВФ и т.д.) обозначают цифрами и буквами. Первое число указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента (к примеру, сталь 9ХС содержит 0,09% углерода). Буквы обозначают легирующий элемент (к примеру, в стали 40Х легирующим элементом выступает хром), а буквы, расположенные за цифрами - процентное наличие легирующего элемента, при превышении им 1% (при отсутствии такой цифры, содержание легирующего элемента находится в пределах 1 процента). В сталях с пониженным содержанием серы и фосфора к обозначению марки стали в конце добавляется буква А.

Так для чего же в сталь добавлять какие-то легирующие элементы? Всё очень просто - для повышения прочности стали. К примеру, термическая обработка сплавов является одной из самых распространённых методов повышения прочности (то есть сопротивляемости металла к его деформации и разрушению). А внося измения в режимы термической обработки, можно добиться изменения структуры и свойства сплавов. Термическую обработку можно охарактеризовать как нагрев сплавов до необходимой температуры, выдержки нагретого сплава с последующим охлаждением.

Применяются различные виды термической обработки, условно их можно разделить на предварительную, основную и упрочняющую. К предварительным можно отнести отжиг (в результате отжига металл стремится к минимальной твёрдости и максимальной пластичности с вязкостью) и нормализацию (металл более мелкозернист, в отличие от отжига и более твёрден и прочен), бывет, что вместо нормализации используется улучшение (получается более равномерная твёрдость с устранением цементитной сетки). Основная термическая обработка включает, как правило закалку и последующий отпуск (высокий, средний, низкий, карбидный, дополнительный, стабилизирующий). К упрочняющим можно отнести цианирование, наклёп (объёмный, поверхностный), легирование, модифицирование и другие, а также комбинированные способы упрочнения (к примеру, одновременное легирование с деформацией и термообработкой).

Для повышения долговечности службы деталей из стали, увеличения износостойкости и поверхностной твёрдости, применяют химико-термическую обработку: цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование и т.д.

72. Опишите сортамент алюминиевых сплавов

1.Сортамент для конструкций из алюминиевых сплавов. Профили из алюминиевых сплавов для строительных конструкций получают прокаткой, прессованием или гнутьем. Прокатывают только плоские профили: листы, полосы и ленты. Прессованные профили могут быть самого различного очертания, поперечное сечение их должно вписываться в круг диаметром матрицы размером 320 мм. Гнутые профили изготавливают гибкой тонких листов или лент на роликогибочных станках или гибочных прессах. Исходя из технологии изготовления, сортамент для алюминиевых сплавов включает: листы из алюминия и алюминиевых сплавов, употребительные размеры листов: толщина 0,3-10 мм, ширина 400-2000 мм длина 2-6 мм. Стандартные прессованные профили, могут применяться только в легких несущих конструкциях как конструктивные или декоративные элементы. Нестандартные прессованные профили, изготавливаются специальным заказом для конкретной конструкций. Гнутые профили из листов и полос, форма может быть, так же как и стальных и очень разнообразной.

2.В настоящее время изготовляется обширный сортамент прокатных, прессованных и штампованных изделий из алюминиевых сплавов.

Одной из замечательных особенностей процесса прессования является возможность получения самых разнообразных форм прессованных изделий из любых алюминиевых сплавов. Ни прокатка, ни штамповка, ни другие виды деформации не позволяют получить такие сечения деформированных изделий, которые без особого труда удается получить прессованием через матрицу.

Строго говоря, с помощью матриц можно отпрессовать профиль любой конфигурации, и имеется большое количество освоенных в производстве профилей разнообразных сечений; но имеющиеся в каталогах и ГОСТах профили ни в коем случае не должны ограничивать конструктора в выборе нужных ему профилей. Современное состояние прессового производства позволяет промышленности без серьезных затруднений принять заказ на профили, отличающиеся по форме и размерам от приведенных в каталогах и ГОСТах.

Сортамент алюминиевых листов определяется ГОСТ 1946-50 (переизданным в мае 1956 г.). Листы выпускают плакированные (из сплавов Д1, Д16, В95А) и неплакированные (АМц, АМг, АВ, Д16, АД и АД1) в различных состояниях поставки.

Сортамент прессованных профилей приводится в различных каталогах и определяется следующими ГОСТами: угловые профили — ГОСТ 8110-56, зетовые профили — ГОСТ 8111-56, тавровые и двутавровые профили — ГОСТ 8112-56, швеллерные профили — ГОСТ 8113-56.

73. Чем определяется работа углеродистой стали под нагрузкой?

Работа стали. Сталь образуется из феррита и перлита. Зерна перлита значительно прочнее феррита. Эти два составляющие и определяют работу углеродистой стали под нагрузкой. Исследования показали, что пластические деформации протекают путем сдвига в зернах феррита под воздействием касательных напряжений. Большое препятствие образованию сдвигов в зернах феррита создают в стали более прочные зерна перлита, поэтому прочность стали значительно выше прочности чистого железа. Работу малоуглеродистой стали Ст3 при растяжении (в зависимости от ее структуры) можно представить в виде диаграммы зависимости между напряжением = F / As и относительным удлинением ä = l / l(∆ ₀) · 100%, где F нагрузка;- А первоначальная площадь поперечного сечения образца;- l₀ – первоначальная длина рабочей части образца; lD - удлинения рабочей части образца. В первой стадии до предела пропорциональности - s_p происходят упругие деформации, пропорциональные действующим напряжениям - это стадия упругой работы. Деформации удлинения в этой стадии работы материала происходят только в результате упруговозвратимого искажения атомной решетки. Поэтому образец после снятия нагрузки принимает первоначальные размеры.

Работа стали под нагрузкой как следствие ее структуры

Работа стали в значительной степени зависит от прочности и работы контактных поверхностей и прослоек между зернами. В отдельных зернах феррита пластические деформации начинаются весьма рано, значительно раньше, чем напряжения стали в целом достигают предела текучести (поэтому модуль упругости стали, строго говоря, не является постоянным). Однако эти деформации сдерживаются в своем развитии сопротивлениями контактных поверхностей (более прочных, чем сами зерна), прослоек между зернами и перлитовых включений. После достижения сталью предела пропорциональности число зерен, перешедших в пластическое состояние, становится настолько большим, что оно заметно сказывается на наклоне кривой диаграммы растяжения. Для сталей, не имеющих площадки текучести, за условный предел текучести принимают напряжение, отвечающее удлинению в 0,2%. При пластической работе стали сдвиги проявляются по определенным направлениям, зависящим от направления силового воздействия и ориентации структуры феррита.

74. Начертите диаграмму растяжения стали обычной, повышенной и высокой прочности

Рис. 7.1 Диаграмма растяжения стали:

1) сталь обычной прочности; 2) сталь повышенной прочности; 3) сталь высокой прочности

75. Чем характеризуется упругая стадия работы стали

Различают три стадии работы малоуглеродистых сталей: стадии упругой, пластической и упругопластической работы. Характерной особенностью стадии упругой работы стали является то, что деформация (удлинение) ее после снятия нагрузки исчезает, т. е. длина образца после снятия нагрузки остается прежней. Такую деформацию называют упругой. В стадии упругой работы стали различают два предела: предел пропорциональности ПЦ с напряжением для стали класса С38/23 (Ст3) около 20 кгс/мм2 и предел упругости ПУ, равный для указанной стали примерно 21 кгс/мм2. До предела пропорциональности работа стали почти полностью отвечает линейному закону и может быть выражена зависимостью Гука.

Удлинение образцов упругой работы стали Ст3 очень мало, оно составляет около 0,2% полного удлинения образца. При дальнейшем увеличении нагрузки кривая, отражающая работу стали при растяжении, начинает резко отклоняться вправо. За пределом упругости сталь начинает работать как упругопластический материал. Наступает момент, когда деформация (удлинение) стали нарастает без увеличения нагрузки на образец. Напряжение, соответствующее этому моменту, называют пределом текучести. Предел текучести является наименьшим браковочным значением для стали. Для СтЗ он равен ПТ = 23 кгс/мм2, или 230 МПа. Это - стадия пластической работы стали. Протяженность ее 8 = 1,5-3%. Участок диаграммы, отвечающий стадии пластической работы стали, называют площадкой текучести.

2.

Упругая работа стали – участок 0-1 (рис.6.2). При нагружении стального образца в пределах упругости, внутри зерен феррита происходят сдвиговые деформации, но упругость перлитных прослоек не дает зерну феррита свободно деформироваться (рис. 6.3, б). В упругой стадии работы деформации удлинения происходят только в результате упруго-возвратимого деформирования т.е. – после снятия нагрузки деформации исчезают, а размеры образца возвращаются к первоначальным (рис. 6.3, в, г).

Упруго-возвратимые деформации происходят до величины напряжений, называемых пределом пропорциональности –?_пц (т.1. рис. 6.2 и 6.4). Остаточных деформаций в зоне упругой работы стали нет.

На рис. 6.4 стрелками показано изменение напряжений при нагрузке до предела пропорциональности (стрелка вверх) и разгрузке (стрелка вниз).

Для малоуглеродистой стали предел пропорциональности примерно равен ?_пц = 20 кН/см². При напряжениях равных пределу пропорциональности величина временных (упругих) деформаций равна примерно ?_упр = 0,02% ( рис. 6.2).

В упругой области модуль упругости постоянен и равен Е = 20600 кН/см²или 2,06х10⁵ МПа.

77) Рост прочности происходит до 0,8-1,0% углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8% уменьшается и пластичность, и прочность. Это связано с образованием сетки хрупкого цементита вокруг перлитных зерен. Поэтому заэвтектоидные стали подвергают специальному отжигу на зернистый перлит.

Углерод оказывает существенное влияние на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем, и особенно в холодном состоянии.

В углеродистой стали содержится до 0,8 % Мn и до 0,4% Si. Марганец и кремний, помимо раскисления, в этих количествах полностью растворяются в феррите и упрочняют его, увеличивают прокаливаемость стали, а также уменьшают вредное влияние серы. Вредными примесями в стали являются сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье - чугун.

Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца, благодаря высокой ликвации серы в стали может образовываться легкоплавкая эвтектика Fe-FeS (TПЛ = 988оС). Эвтектика располагается по границам зерен. При нагреве стали до температур горячей деформации включения эвтектики охрупчивают сталь, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины. Марганец устраняет красноломкость FeS+Mn=MnS+Fe, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620°С, что значительно выше температуры горячей деформации. Вместе с тем сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталостную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.

Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун. Фосфор - вредная примесь. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Поэтому фосфор сильно искажает решетку феррита, делая феррит хладноломким и хрупким. Обычно фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.

Скрытые примеси - кислород, азот, водород находятся в стали либо в виде твердого раствора в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды), либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите. Они загрязняют сталь хрупкими неметаллическими включениями, способствуя снижению вязкости и пластичности стали. Водород находится в твердом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Повышенное содержание водорода, приводит к образованию внутренних трещин - флокенов.

Даже небольшие концентрации газов оказывают резко отрицательное влияние на свойства, ухудшая пластические и вязкие характеристики стали. Поэтому вакуумирование является важной операцией для улучшения свойств стали.

78) важнейшими показателями механических свойств, характеризующими работу стали, являются: предел текучести, предел прочности и относительное удлинение. Эти показатели, так же как и химический состав, указываются в сертификатах, которые сопровождают каждую партию поставляемого металла.

79) работа стали

растяжение стали

80) При описании работы сталей с выраженной площадкой текучести используют диаграмму Прандтля, рассматривая материал совершенно упругим до предела текучести и совершенно пластичным после него. При отсутствии площадки текучести можно использовать диаграмму с линейным упрочнением. В этом случае до предела текучести сталь работает с начальным модулем упругости Е = tg, а при напряжениях   у - с модулем Е1 = tg. Численные методы расчета позволяют использовать менее грубые предпосылки, учитывающие криволинейную диаграмму работы стали. Связь между напряжениями и деформациями на криволинейном участке диаграммы, например, в точке с, может быть представлена с помощью секущего модуля Еs = tg, а если интерес представляют приращения напряжений и деформаций, то при их описании используют касательный модуль Еt = d / d = tg. При теоретических построениях на основе криволинейной диаграммы обычно используют безразмерные характеристики, т.е. принимают за основу унифицированную диаграмму работы стали.

81. Предельное состояние первой группы изгибаемых элементов?

Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации и является наиболее ответственной. В конструкциях из дерева и пластмасс могут возникнуть следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости» опрокидывание, недопустимая ползучесть.

82. Предельное состояние второй группы изгибаемых элементов?

Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкции или сооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е. конструкция становится непригодной лишь к нормальной эксплуатации. Для деревянных конструкций и конструкций с применением пластмасс пригодность к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам

83. Условия прочности изгибаемых элементов при нормальном напряжений?

Прочность изгибаемого железобетонного элемента по нормальному сечению рассчитывается по третьей стадии. Условие прочности сечения записывается следующим образом M d M сеч.

84. Условия прочности изгибаемых элементов при касательном напряжений?

На участке, где действует поперечная сила, появляются касательные напряжения , которые вместе с нормальными образуют главные растягивающие и сжимающие напряжения. Предельное состояние в этом случае определяется достижением максимальными нормальными или касательными напряжениями значений предела текучести

85. Условия прочности элементов при изгибе их в двух главных плоскостях?

Прочность изгибаемых элементов, работающих в пределах упругих деформаций, при изгибе в одной из главных плоскостей проверяется по формулам:M/Wнт,min≤Rγ; Qs/It≤Rсрγ,

86. Условия прочности изгибаемых элементов при совместном действии нормальных и касательных напряжений?

При совместном действии нормальных и касательных напряжений согласно принятому условию перехода материала из упругого состояния в пластическое, текучесть проявляется тогда, когда пределу текучести равняется приведенное напряжение σпр=

87. В чем преимущества древесины как конструкционного строительного материала?

Конструкционного бруса (он может использоваться и в качестве каркаса при строительстве щитовых домов из сэндвич-панелей, и как замена обычному или клееному брусу при малоэтажном габаритном строительстве).

88. Недостатки древесины, и их влияние на свойства древесины?

Недостатки:

- анизотропия строения древесины;
- подверженность загниванию и поражению жуками-древоточцами;
- сгораемость в условиях пожара;
- изменение физико-механических характеристик под воздействием различных факторов (влаги, температуры);
- усушка, разбухание, коробление и растрескивание под влиянием атмосферных воздействий;
- наличие пороков (сучки, косослой и других), существенно снижающих качество изделий и конструкций;
- ограниченность сортамента лесоматериалов.

89. Каково строение древесины? Что такое пороки, анизотропия древесины и как они влияют на ее прочность?

Строение древесины: Древесина снаружи покрыта корой, защищающей дерево от атмосферных и внешних механических воздействий. Кора включает два слоя: наружный — корку, выполняющую защитные функции, и внутренний — луб, активно участвующий в движении питательных веществ в дереве.

Поро́ки древеси́ны — это особенности и недостатки древесины, как всего ствола дерева, так и отдельных его участков, ухудшающие её свойства и ограничивающие возможности её использования.

Анизотропия древесины весьма значительна. Опытом установлено, что прочность древесины вдоль волокон бывает в 8 - 10 раз больше ее прочности поперек волокон. Различными оказываются и модули упругости. древесина с большой объемной массой имеет более высокую прочность; на прочность древесины влияет процент поздней древесины, наличие пороков, гнили, строение.