Тема 2. Основи розрахунку металевих конструкцій. Розрахунок на стиск і згин

Для виготовлення металевих конструкцій застосовують будівельні сталі та алюмінієві сплави.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, незначною кількістю шкідливих домішок (які попадають з руди або утворюються в процесі виплавлення) та легуючими додатками (які вводять для покращення властивостей сталі – хром, нікель, мідь, вольфрам, молібден та ін.).

Шкідливими домішками є сірка, фосфор, азот та кисень, який попадає з повітря під час виплавлення. Найбільш шкідливими є сірка та фосфор.

Залежно від наявності легуючих додатків сталі поділяють на:

• вуглецеві сталі (без легуючих додатків);
• леговані сталі (з легуючими додатками).

Леговані сталі отримують з вуглецевих, вводячи легуючі додатки.

Вуглецеві сталі залежно від вмісту вуглецю (в % за масою) поділяють на три групи:

1. Маловуглецеві (0,1…0,22% вуглецю) – використовують в будівельних конструкціях;
2. Середньовуглецеві (0,25…0,5% вуглецю) – використовують в машинобудуванні;
3. Високовуглецеві (0,6…1,2% вуглецю) – використовують в інструментальній промисловості.

Маловуглецева сталь має високу пластичність, хорошу здатність до зварювання, в неї відсутні тенденції до крихкого руйнування, що в повній мірі відповідає високим вимогам до сталей будівельних конструкцій. Підвищений вміст вуглецю (2 і 3 групи) хоча і збільшує міцність сталі, але одночасно робить її крихкішою і менш здатною до зварювання. Тому в будівельних конструкціях використовується лише маловуглецева сталь.

Леговані сталі залежно від сумарного вмісту легуючих додатків (в % за масою) поділяють на три групи:

1. Низьколеговані (до 2,5% легуючих додатків);
2. Середньолеговані (2,6…10%);
3. Високолеговані (більше 10%).

В будівельних конструкціях використовують тільки низьколеговані сталі.

Маловуглецеві та низьколеговані сталі, які використовують в будівельних конструкціях, мають загальну назву – будівельні сталі.

Будівельні сталі класифікують за механічними властивостями, за марками, за способами виробництва, за ступенем розкислювання та іншими ознаками.

Маловуглецеві сталі залежно від призначення поділяють на три групи постачання:

• група А – гарантуються механічні властивості;
• група Б – гарантується хімічний склад;
• група В – гарантуються механічні властивості та хімічний склад.

Для несучих МК використовують тільки сталь групи В. Для нерозрахункових зварних елементів можна застосовувати сталь групи Б.

Основні механічні властивості сталей такі:

• міцність – здатність чинити опір зовнішнім впливам;
• пружність – здатність відновлювати свою початкову форму після зняття навантаження;
• пластичність – властивість не повертатися в початковий стан після зняття навантаження (поява залишкових деформацій);
• крихкість – руйнування при малих деформаціях.

Основними механічними характеристиками сталей є наступні:

• межа міцності (або тимчасовий опір) - σ_u, МПа;
• межа текучості - σ_у, МПа;
• відносне подовження при розриві ε, %.

Фізичні характеристики сталей, які використовуються при розрахунках конструкцій:

• модуль пружності Е=2,06·10⁵ МПа;
• коефіцієнт температурного розширення L=0,000012;
• коефіцієнт поперечної деформації (коеф. Пуассона) ν=0,3;
• об’ємна вага ρ=7850 кг/м3.