Металлические конструкции

история развития металлических конструкций
Достоинства и недостатки стальных конструкций
Механические свойства

металлов

технологию изготовления и способы монтажа.
Уровень развития металлических

конструкций определяется:
— потребностями в них народного хозяйства,
— возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники.

процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и

конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий.

В 50-е годы XIX в. в Петербурге был построен Николаевский мост с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м, являющийся самым крупным чугунным мостом мира.

Первый этап (с XII до середины XIX)

- (с XII до начала XVII в.) применение металла в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки;

- (с начала XVII до конца XVIII в.) применение наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций ("корзинок") глав церквей;

Краткая история развития металлических конструкций

XX в.)
Связан с быстрым техническим прогрессом

во всех областях техники того времени и, в частности, в металлургии и металлообработке.

Большой вклад в дальнейшее развитие металлических конструкций в конце XIX и начале XX в. и распространение опыта, накопленного в мостостроении, на металлические конструкции гражданских и промышленных зданий внесли Л.Д. Проскуряков, Ф.С. Ясинский, В.Г. Шухов и И.П.Прокофьев.

В 30-х годах XIX в. появились заклепочные соединения, чему способствовало изобретение дыропробивного пресса;
В 40-х годах был освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа.
В течение ста последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными.
Сталь почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун, будучи материалом более совершенным по своим свойствам (в особенности при работе на растяжение) и лучше поддающимся контролю и механической обработке.

концу 40-х годов клепаные конструкции были почти полностью заменены сварными,

более легкими, технологичными и экономичными.

В мощную отрасль индустрии выросла производственная база металлических конструкций. Объем металлических конструкций за период с 1930 по1980) увеличился более чем в 20 раз.

Чрезвычайно расширилась номенклатура металлических конструкций и возросло разнообразие их конструктивных форм.
качества металлических конструкций был вызван развитием всех ведущих отраслей народного хозяйства, грандиозным размахом промышленного и гражданского строительства.
Большие и многообразные задачи по развитию металлических конструкций решались усилиями проектных, научных и производственных коллективов.

достигнуты благодаря творческим усилиям коллективов проектных и научных организаций, возглавляемых

ведущими профессорами и инженерами. Особенно значительны заслуги Героя Социалистического Труда, члена-корреспондента АН СССР, профессора Н. С. Стрелецкого (1885—1967 гг.), возглавлявшего в течение 50 лет советскую конструкторскую школу металлостроения.

Герой Социалистического Труда, действительный член АН УССР Е. О. Патон (1870—1953 гг.), также внесший свой вклад в развитие металлического мостостроения, имеет исключительные заслуги в области механизации и автоматизации электродуговой сварки, что явилось важным техническим достижением советской школы сварщиков.
Е. О. Патон в 1928 г. организовал в Киеве при АН УССР Научно-исследовательский институт электросварки (ныне ИЭС им. Е. О. Патона).

Значительный вклад в развитие металлических конструкций внес академик Н. П. Мельников, много лет руководивший ЦНИИПроектстальконструкцией.

и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и

нагрузки.

В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов.

1. Промышленные здания.

2. Большепролетные покрытия зданий.

3. Мосты и эстакады.

4. Листовые конструкции.

5. Башни и мачты.

6. Каркасы многоэтажных зданий.

7. Крановые и другие подвижные нагрузки.

8. Прочие конструкции.

Номенклатура и область применения металлических конструкций

(распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями. Материал металлических конструкций

(сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой однородностью структуры и достаточно близко соответствует расчетным предпосылкам об упругой или упругопластической работе материала.
Легкость. Из всех несущих конструкций МК являются наиболее легкими. Легкость конструкций (С) определяется отношением плотности материала (ρ) к его расчетному сопротивлению (R) : C=ρ/R (1/м)
МК - 3,7·10 – 4 (1/м)
Высокопрочная сталь - 1,7·10 – 4 (1/м)
Дюралюминь марки Д16-Т - 1,1·10 – 4 (1/м)
Бетон - 1,85·10 – 3 (1/м)
Дерево - 5,4·10 – 4 (1/м)

Достоинства и недостатки стальных конструкций

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

оснащенных современным оборудованием, что обеспечивает высокую степень индустриальности их изготовления.

Монтаж МК также производится индустриальными методами — специализированными организациями с использованием высокопроизводительной техники.

Непроницаемость. Металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью — непроницаемостью для газов т; жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления газгольдеров, резервуаров и т. п.

Ремонтопригодность. Применительно к стальным конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. С помощью сварки вы можете легко прикрепить к элементам существующего каркаса новое технологическое оборудование, при необходимости усилив эти элементы, что также делается достаточно просто.

Сохраняемостъ металлического фонда. Стальные конструкции в результате физического и морального износа изымаются из эксплуатации, переплавляются и снова используются в народном хозяйстве.

(что еще хуже) атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь корродирует (окисляется),

что постепенно приводит к ее полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Хотя алюминиевые сплавы обладают значительно большей стойкостью против коррозии, при неблагоприятных условиях они также корродируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун; Повышение коррозионной стойкости МК достигается включением в сталь специальных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными пленками (лаки, краски и т. п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для очистки и защиты
Небольшая огнестойкость. У стали при t =200°С начинает уменьшаться модуль упругости, а при t =600°С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние уже при t =300 °С. Поэтому МК зданий, опасных в пожарном отношении (склады с горючими или легковоспламеняющимися материалами, жилые и общественные здания), должны быть защищены огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия и т. п.).

Металлические конструкции имеют и недостатки, ограничивающие их применение. По нейтрализации этих недостатков необходимы специальные меры.

зависят от свойств материала. Наиболее важными для работы конструкций являются

механические свойства:

Прочность характеризует сопротивляемость материала внешним силовым воздействиям без разрушения.

Упругость — свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок.

Пластичность — свойство материала сохранять деформированное состояние после снятия нагрузки, т.е. получать остаточные деформации без разрушения.

Хрупкость — способность разрушаться при малых деформациях.

Твердость — свойство поверхностного слоя металла сопротивляться упругой и пластичной деформациям или разрушению при внедрении в него индентора из более твердого материала.

Ползучесть — свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки.

и предел текучести σу..
Прочность металла при статическом нагружении,

а также его упругие и пластические свойства определяются испытанием стандартных образцов (прямоугольного или круглого сечения) на растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением σ и относительным удлинением ε, где σ=F/А; ε=(Δι/ιо)100%; F-нагрузка; А - первоначальная площадь поперечного сечения образца; ιо- первоначальная длина рабочей части образца; Δι-удлинение рабочей части образца

Диаграммы растяжения различных металлов показаны на рис.1. б

условное напряжение в процессе разрушения образца (предельная разрушающая нагрузка, отнесенная

к первоначальной площади поперечного сечения)..
Предел текучести σy — напряжение, при котором деформации образца растут без изменения нагрузки и образуется площадка текучести — металл "течет".
Для металлов, не имеющих площадки текучести, определяется условный предел текучести ε02, т.е. такое напряжение, при котором остаточное относительное удлинение достигает 0,2%.

при разрыве ε. Перед разрушением в образце в месте разрыва

образуется "шейка", поперечное сечение образца уменьшается, и в зоне шейки развиваются большие местные пластические деформации. Относительное удлинение при разрыве складывается из равномерного удлинения на всей длине образца εравн и локального удлинения в зоне шейки εлок Последнее зависит от размеров и формы образца, наличия местных дефектов и других случайных факторов, поэтому более показательной характеристикой пластичности является равномерное относительное удлинение εравн. Мерой пластичности может служить также относительное сужение при разрыве.

Е =tgα где α — угол наклона линии деформирования металла

к оси абсцисс, и пределом упругости σер, т.е. таким максимальным напряжением, при котором деформации после снятия нагрузки исчезают.

Несколько ниже σер находится предел пропорциональности σel - напряжение, до которого материал работает линейно по закону Гука:

σ = ε · Е