1.KONSTRUKCJE METALOWE – obiekty budowlane, w których głównymi ustrojami nośnymi przekazującymi obciążenia na fundament lub konstrukcję wsporczą są wyroby lub zespoły wyrobów ze stali lub aluminium
Grupy konstrukcji metalowych:
- konstrukcje prętowe-słupy, belki, łuki, kratownice( np. szkielety budynków, ustroje kratownicowe przekryć dachowych, mosty, maszty, wieże)
- konstrukcje wiszące prętowo-cięgnowe(przekrycia o dużych rozpiętościach, mosty)
- konstrukcje powierzchniowe-z blach stalowych w postaci płyt i powłok (zbiorniki, kominy)
Zalety konstrukcji metalowych:
- lekkość konstrukcji
- krótki cykl w montażu, łatwy transport elementów
- odzysk zużytego tworzywa po okresie eksploatacji
- łatwość modernizacji istniejących konstrukcji
- możliwość pełnego uprzemysłowienia produkcji
- szybka rozbiórka uszkodzonej konstrukcji
- korzystne właściwości stali jako materiału konstrukcyjnego
Wady konstrukcji metalowych
- wrażliwość na korozję i wysokie temperatury(możliwość eliminacji przy projektowaniu)
2. STAL JAKO MATERIAŁ KONSTRUKCYJNY
Stal-stop żelaza(Fe) z węglem (C) (C<2%) i innymi pierwiastkami, obrabiany plastycznie i otrzymywany w procesach stalowniczych
Zalety stali jako materiału konstrukcyjnego:
-wysoko i zbliżona wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, ścinanie i zginanie
-ciągliwość plastyczna(możliwość gięcia, prostowania, skręcania, walcowania)
-jednorodność (jednakowe właściwości we wszystkich kierunkach)
-spawalność(łatwe łączenie)
-wysoki moduł sprężystości E(stały dla wszystkich gatunków stali)
Wady stali jako materiału konstrukcyjnego
-brak odporności na wysokie temperatury
-korozja(istnieją stale nierdzewne)
-wysoka przewodność cieplna
-ulega zmęczeniu materiału
Właściwości stałe stali budowlanych
-ciężar γ=7850kg/m3
-moduł sprężystości podłużnej E=205GPa(PN)/210GPa(EN)
-moduł sprężystości poprzecznej G=80GPa(PN)/81GPa(EN)
- współczynnik Poissona ν=0,3(PN/EN)
Produkcja stali
Proces produkcji stali polega na dwustopniowym przerobie rudy żelaza na stal surową. Pierwszy etap produkcji odbywa się w wielkim piecu i polega na redukcji żelaza jako pierwiastka z tlenowych związków rud i oddzieleniu go od tzw. Skały płonnej. Produktem tego procesu jest surówka żelaza. Drugi etap odbywa się w piecach martenowskich, elektrycznych lub konwertorowych i polega na usuwaniu z surówki domieszek do granic wymaganych, a zanieczyszczeń do granic dopuszczalnych. Proces odbywa się w warunkach utleniających, a produktem końcowym jest stal.
Właściwości wytrzymałościowe stali-obrazuje wykres będący wynikiem statycznej próby rozciągania (stal niskowęglowa)(WYKRES)
Formy zniszczenia elementów stalowych:
-zniszczenie plastyczne-pokonanie spójności materiału w płaszczyznach poślizgu
-zniszczenie kruche-gdy obciążenie wywoła w płaszczyznach sieci naprężenia przekraczająca spójność materiału
Zmęczenie materiału
Konstrukcje stalowe znajdujące się pod obciążeniem zmieniającym w pewnych okresach swoją wartość, ulegają zniszczeniu przy naprężeniach znacznie mniejszych od naprężeń występujących przypadku obciążeń stałych
Rodzaje zmęczenia:
-wysokocykliczne(w zakresie sprężystym)
-niskocykliczne(przy odkształceniach plastycznych)
3. GATUNKI STALI BUDOWLANEJ
Podział stali ze względu na skład chemiczny:
- węglowa – główne składniki: żelazo i węgiel
- stopowa – oprócz żelaza i węgla zawiera dodatkowe składniki dodawane w celu uzyskania kreślonych właściwości.
Podział stali węglowej ze względu na zawartość węgla:
- wysokowęglowa – C > 0,6%
- średniowęglowa – C = 0,25% - 0,6%
- niskowęglowa - C < 0,25%
Podział stali stopowej ze względu na zawartość dodatków:
- niskostopowe – do 2,5% składników stopowych
- średniostopowe - składniki stopowe od 2,5% do 5%
- wysokostopowe - ponad 5% składników stopowych
- mikroskopowe - z rozdrobnioną strukturą cząstkową, polepszone właściwości mechaniczne
Oznaczenia stali węglowej (niestopowej) wg PN:
St4VX
St – stal węglowa
znak gatunku stali odmiana: st.uspokojenia
(0,3,4,5,6,7-w zależności S-podstawowa X-nieuspokoj.
od składu chemicznego V-ograniczona Y-półuspokoj.
i właściwości mechanicznych zawartość węgla -bez oznaczen
W-bardziej ograniczona ->uspokojona ilość węgla
Oznaczenia stali stopowych wg PN:
18G2AV
średnia
pierwiastki stopowe:
procentowa
dodatkowe cechy:
zawartoś
G-mangan
zawartość
X-nieuspokojona
węgla
S-krzem
pierwiastka
Y-półuspokojona
w 0,01%
H-chrom
stopowego
V-dodatek wanadu
N-nikiel
Cu-dodatek miedzi
M-molibden
Oznaczenia stali wg EN
S235 -> minimalna wartość granicy plastyczności
Klasy jakości stali
-jakość podstawowa(bez oznaczeń)
-jakość podwyższona(oznaczenia L,L1,L2)
Procesy podwyższania jakości stali:
-walcowanie termomechaniczne(oznaczenie M)
-wyżarzanie normalizujące(oznaczenie N)
-hartowanie i odpuszczanie(oznaczenie Q)
Miarą jakości stali jest praca łamania-praca uzyskana w badaniu udarności w próbie Charpyego z karbem typu „V”
Praca łamania jest funkcją temperatury (WYKRES)
Temperaturze pokojowej stal ma dużą ciągliwość i potrzeba wielkiej siły,aby doszło do kruchego pęknięcia.W niskich temperaturach wystarczy znacznie mniejsza siła aby materiał pękł. (wykres wygląda jak funkcja sinus hiperboliczny)
Klasy jakości stali niestopowej(węglowej):
-S235: JR,JO,J2
-S275: JR,JO,J2
-S355: JR,JO,J2
-S450: JO
Klasy jakości stali stopowych:
-ulepszanych w procesie wyżarzania normalizującego:
S275N S275NL N-jakość podstawowa
S355N S355NL NL-jakość podwyższona
S420N S420NL
S460N S460NL
-ulepszanych w procesie walcowania termomechanicznego:
S275M S275ML M-jakość podstawowa
S355M S355ML ML-jakość podwyższona
S420M S420ML
S460M S460ML
-ulepszanych w procesie hartowania i odpuszczania:
S460Q S460QL S460QL1
Inne gatunki stali
-stale trudnordzewiejące
S235JOW S235J2W
S355JOW S355J2W S355K2W
-stale stosowane na rury:
S253JRH
S275JOH S275J2H
S355JOH S355J2H S355K2H
S275NH S275NLH
S355NH S355NLH
S420NH S420NLH
S460NH S460NLH
Zależność klas jakości stali od pracy łamania
klasy jakości
JR
JO
J2
K2
MN
Ml,NL
Q
QL
QL1
Pr. łam[J]
27
40
30
t[oC]
+20
0
-20
-50
-40
ossad