Projektowanie konstrukcji stalowych

Projektowanie konstrukcji stalowych

Citation preview

Projektowanie konstrukcji stalowych Jan Żmuda

Spis rozdziałów 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

STAL, PRODUKCJA, WŁAŚCIWOŚCI, WYROBY PODSTAWY PROJEKTOWANIA ELEMENTY ROZCIĄGANE ELEMENTY ŚCISKANE, WYBOCZENIE POŁĄCZENIA ELEMENTÓW ROZCIĄGANYCH DŹWIGARY KRATOWNICOWE SŁUPY STALOWE POPRZECZNE UKŁADY NOŚNE SŁUPOWO - RYGLOWE

Wyprodukowane stale na potrzeby budownictwa nazywa się stalami konstrukcyjnymi niestopowymi. Stale te są dostarczane najczęściej w gatunkach S235, S275, S355 oraz S450. Wartości stałych materiałowych stali konstrukcyjnych są następujące: − moduł sprężystości podłużnej (Younga): E = 210000 N/mm 2 = 2,1 ⋅ 10 4 kN/cm 2 = 210 GPa , − moduł sprężystości poprzecznej (Kirchoffa): G = 81000 N/mm 2 = 8,1 ⋅ 10 3 kN/cm 2 = 81,0 GPa , − sprężysty współczynnik Poissona: ν = 0,3 , − współczynnik rozszerzalności liniowej cieplnej: α T = 12 ⋅ 10 −6 ⋅ − gęstość objętościowa (masa właściwa): ρ = 7850 kg/m3 .

1 , K

Wytrzymałość stali

Właściwości mechaniczne poszczególnych gatunków stali mogą być zróżnicowane. Informacje o właściwościach wytrzymałościowych i plastycznych określa się w statycznej próbie rozciągania próbek stalowych. Na rysunku 1.1a przedstawiono charakterystykę statycznej próby rozciągania stali S235 z wyraźnym płynięciem plastycznym, czyli z doraźną granicą plastyczności fy , a na rysunku1.1b wyidealizowany wykres liniowy sprężysto-plastyczny stali S235 i stali S355. W zakresie od punktu A do P wydłużenie jest wprost proporcjonalne do obciążenia, czyli podlega prawu Hooke’a. Ponieważ punkt P określający granicę proporcjonalności znajduje się na początku krzywej, więc dość trudno jest ustalić jego dokładne położenia. W praktyce inżynierskiej granice sprężystości określać może punkt E opisujący naprężenie f0,001 odpowiadające odkształceniu ε = 0,01%. Punkt B na krzywej rozciągania określa granicę wytrzymałości badanej próbki stali.

Rys. 1.1. Wykres rozciągania naprężenie – odkształcenie: a) rzeczywisty stali S235, b) zlinearyzowany sprężysto - plastyczny W praktycznym projektowaniu elementów stalowych istotne znaczenie mają: − granica plastyczności f y , − granica wytrzymałości f u .

Wydłużenie ∆ l jest przyrostem długości bazowej l rozciąganej próbki. Granica wytrzymałości f u jest naprężeniem odpowiadającym największej sile obciążającej próbkę podczas statycznej próby rozciągania. Na rys. 1.1b oznaczono charakterystyczną wartość granicy plastyczności f y ,k = f y / γ M , γ M - współczynnik materiałowy, który wg załączników krajowych norm Eurokod przyjmuje wartość γ M = 1,0 .

1.2.2.2. Ciągliwość Ciągliwość stali 1.1.1.1. stali Ciągliwość stali określa jej odkształcalność plastyczną. W statycznej próbie rozciągania (rys. 1.1a) ciągliwość określa procentowe wydłużenie względne, czyli

ε =

∆l l

⋅ 100% , przy czym ∆l jest to bezwzględne wydłużenie próbki o długości l .

Zgodnie z normą PN-EN 1993-1-1 wymaganą minimalną ciągliwość stali określają warunki: −

wydłużenie ε u = 15% przy zniszczeniu próbki o umownej długości l = 5,65 przekrój początkowy próbki),



wydłużenie przy zniszczeniu ε u ≥ 15 ε y (rys. 1.1a), ε y =



stosunek granicy wytrzymałości do granicy plastyczności

fy E

,

fu ≥ 1,1 . fy

Ao ( Ao -

1.2.2.3. Udarność stali – odporność na kruche pękania Miarą udarności stali jest wartość pracy w J (Joule’ach) zużytej na złamanie próbki

z karbem o przekroju poprzecznym 1 cm2. Wartość tej pracy zależy także od temperatury otoczenia próbki. Im temperatura niższa tym wartość tej pracy jest także niższa (rys. 1.2). Próby udarności wykonuje się na młotach Charpy’ego.

Rys. 1.2. Wpływ temperatury T na wartość pracy łamania AV (T ) Zniszczenie kruche elementu stalowego następuje w sposób gwałtowny, bez widocznych odkształceń plastycznych.

1.2.2.4. Odporność na pękanie rozwarstwiające Środniki kształtow