Понятие о методе расчета по предельным состояниям. Расчетные сопротивления, коэфициенты надежности.

Марки стали углеродистой

Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:

· группа А - поставляемая по механическим свойствам;

· группа Б - поставляемая по химическому составу;

· группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 - условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σ_в) и текучести (σ_т) и уменьшается относительное удлинение (δ₅).

Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.

В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.

Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.

Если сталь относится к кипящей, ставится индекс "кп", если к полустойкой - "пс", к спокойной - "сп". Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.

Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I - с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II - с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Марки стали легированной

Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются легирующими. Легированные стали подразделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г - марганец, С - кремний, Х -хром, Н - никель, Д - медь, А - азот, Ф - ванадий), а стоящие за ней цифры - среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

В строительных конструкциях применяют в основном прокатную сталь, поставляемую, с металлургических заводов в виде профилей раз­личной формы поперечного сечения. Для стальных конструкций исполь­зуют листовую и профильную сталь. Профильная сталь подразделяется на сортовую (круг, квадрат, полоса, уголки) и фасонную (двутавры, швел­леры и др.). Широко применяются также вторичные профили: сварные, получаемые сваркой полос или листов, и гнутые, образованные холод­ной гибкой полос и листов Орис. 24.5). Из сплавов алюминия получают также прессованные профили методом экструзии — разогревом сплава до температуры пластичности и продавливанием через фасонные отвер­стия в матрице.

Понятие о методе расчета по предельным состояниям. Расчетные сопротивления, коэфициенты надежности.

Для металличе­ских конструкций установлены две группы предельных состояний: по пригодности к эксплуатации (первая группа предельных состоя­ний) и по пригодности к нормальной эксплуатации (вторая группа предельных состояний).

Первая группа предельных состояний включает в себя факторы, ко­торые приводят к полной непригодности конструкции к эксплуата­ции. Это разрушение любого вида (вязкое, хрупкое, усталостное); потеря общей устойчивости (при центральном сжатии, изгибе, сжа­тии с изгибом); потеря устойчивости положения (опрокидывание дымовой трубы, подпорной стенки и т.п.); превращение конструк­ции или здания (сооружения) в геометрически изменяемую систему (механизм); качественное изменение конфигурации (в результате чрезмерного развития пластических деформаций, сдвигов в соедине­ниях и др.).

Расчет конструкций по первой группе предельных состояний производят с учетом самых неблагоприятных условий, которые мо­гут возникнуть в процессе эксплуатации. С одной стороны, учитыва­ют сочетание нагрузок, вызывающих наибольшее из возможных за все время эксшгуатации усилие в расчетном элементе, а с другой -возможность изготовления этого элемента из металлопроката с наи­худшими (в пределах, допустимых стандартами) характеристиками.

Иными словами, расчет по первой группе предельных состояний соответствует изложенным выше положениям о прогнозировании расчетных ситуаций. Его выполняют по формуле (3.4), которую за­пишем еще раз

N < Ф, . (3.7)

где N - максимальное из возможных за все время эксплуатации кон­струкции усилие в рассчитываемом элементе (например, нормальная сила, изгибающий момент, поперечная сила); Ф - предельная (минимально возможная) несущая способность элемента (при его работе, соответственно, на нормальную силу, изгиб, сдвиг).

Вторую группу предельных состояний составляют факторы, кото­рые могут затруднить пригодность конструкции к нормальной экс­плуатации. Такие состояния не исключают полностью, поэтому рас­чет проводят на максимальные нагрузки нормальной эксплуатации, т.е. значения этих нагрузок принимают на уровне их математических ожиданий.

Нормальная эксплуатация конструкции обеспечивается выпол­нением требований по ограничению перемещений и колебаний. К таким требованиям относят: технологические (обеспечение условий эксплуатации оборудования, контрольно-измерительных приборов и т.д.); конструктивные (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов конструкций, их стыков, обеспечение заданных уклонов); физиологические (предотвращение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при колебаниях); эстетико-психологические (предотвращение впечатления опасности, обеспечение благоприят­ных впечатлений от внешнего вида конструкции).

При расчете конструкций по прогибам (выгибам) и другим пере­мещениям должно быть выполнено условие

где / - перемещение конструкции или ее элемента от максимальных нагрузок нормальной эксплуатации; f_u - предельное перемещение, Допустимое по условиям нормальной эксплуатации.