УМК №1 МК
.pdf
|
Пример контрольного учебного материала |
|
|
Вопросы: |
баллы |
1. |
Назовите составляющие основы строительной стали |
|
при наблюдении под микроскопом на специально |
|
|
приготовленных шлифах |
1,0 |
|
2. |
Дать определение сортамента |
2,0 |
3. |
Доказать для прямоугольного сечения, что Wpl = 1,5Wx |
3,0 |
4. |
Последовательность проверки общей устойчивости прокатной |
|
балки при недостаточном закреплении сжатого пояса |
4,0 |
|
|
Итого: |
10 баллов |
|
Ответы для самопроверки |
|
Ответы на вопрос № 1:
Структура охлажденной до комнатной температуры стали состоит из двух основных фаз – цементита и феррита (0,5 балла), которые образуют самостоятельные зерна, а также входят в перлит в виде пластинок (см. мик- роструктуру стали: светлые зерна – феррит, темные – перлит) (0,5 балла).
Итого по первому вопросу 1 балл
Ответы на вопрос № 2:
Сортаментом называется перечень прокатных профилей (0,5 балла) с указанием их формы (0,5 балла), размеров, допусков, геометрических ха- рактеристик сечений (0,5 балла) и массы 1 п.м. длины (0,5 балла)
Итого по второму вопросу 2 балла
Ответы на вопрос № 3:
|
Wpl |
= c ×Wx c = |
Wpl |
|
= |
2Sx |
|
1 балл |
|
|||||||||||||
|
|
Wx |
|
Wx |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
W |
= |
bh3 |
|
|
S |
|
= b × |
h |
× |
h |
= |
bh2 |
|
1 балл |
|
||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
x |
6 |
|
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
8 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Тогда: c = |
2 × bh2 × 6 |
= |
3 |
=1,5 или Wpl |
= 1,5Wx |
1 балл |
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
8 × bh2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Итого по третьему вопросу |
3 балла |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
21
Ответы на вопрос № 4:
|
lef |
|
|
|
|
При соотношении |
> |
lef |
, |
0,5 балла |
|
b f |
|
||||
|
bf |
|
|
||
|
|
|
|
|
необходима проверка общей устойчивости |
|
|
|
|
0,5 балла |
||||||||||||
по формуле |
M |
£ Ry × gc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 балла |
jb ×Wc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При этом необходимо определить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
j = y × |
I y |
|
|
|
h |
2 |
× |
E |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
0,5 балла |
|||
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
R |
|
|||||||
|
|
1 |
|
x |
l |
|
|
y |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ef |
|
|
|
|
|||||
где ψ зависит от коэффициента |
α , определяемого по формуле |
||||||||||||||||
|
|
a =1,54 × |
|
I |
t |
lef |
2 |
|
|
0,5 балла |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
I y |
h |
|
|
|
|
|
||||
Если ϕ1 ≤ 0,85, то ϕb = ϕ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 балла |
||
При ϕ1 > 0,85; ϕb = 0, 68 + 0, 21ϕ1, но не более 1,0 |
1,0 балл |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Итого по четвертому вопросу 4 балла |
||||||||||||
|
|
|
|
|
Всего |
|
|
|
|
10 баллов |
22
МОДУЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
Учебный модуль 1 ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ «МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ»
|
Тема занятия |
Цель занятия |
Вид |
Кол-во |
|
занятий |
часов |
||
|
|
|
||
1. |
Исторический обзор развития ме- |
|
|
1 |
таллических конструкций |
|
|
||
2. |
Конструктивная форма зданий и |
Познавательная, |
Лекция |
|
сооружений |
|
|
||
|
|
1 |
||
3. |
Область применения, достоинства и |
|
|
|
|
|
|
||
недостатки, принципы проектирования |
обучающая, |
|
|
|
4. |
Геометрические характеристики |
|
|
|
плоских сечений (входной контроль) |
|
Практика |
2 |
|
5. Структура СНиП 2.01.07-85. На- |
воспитательная |
|
|
|
грузки и воздействия; СНиП II-23-81*. |
|
Практика |
2 |
|
Стальные конструкции |
|
|
|
Лекция 1 ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ; КОНСТРУКТИВНАЯ ФОРМА ЗДАНИЙ
ИСООРУЖЕНИЙ; ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ДОСТОИНСТВА
ИНЕДОСТАТКИ; ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.Исторический обзор развития металлических конструкций.
2.Конструктивная форма зданий и сооружений.
3.Область применения, достоинства и недостатки, принципы проектирования.
1.1. Исторический обзор развития металлических конструкций
Наука о металлических конструкциях – это наука о конструктив-
ной форме, ее общих закономерностях, теории расчета, технологии изго- товления и способах монтажа.
Уровень развития металлических конструкций определяется с одной стороны потребностями в них народного хозяйства, а с другой стороны – возможностями технической базы: развитие металлургии, металлообра- ботки, строительной науки и техники. Исходя из этих положений, история
развития металлических конструкций разделена на пять этапов:
Первый период (от начала XII до начала XVII вв.). Этот период ха- рактерен развитием строительства культовых сооружений, в которых ис-
пользовались металлоконструкции в виде затяжек.
Второй период (весь XVII в.). Кроме затяжек использовались опор- ные конструкции в виде стропил для купольных сооружений (рис. 1.1), которые применялись при строительстве церквей.
24
Рис. 1.1. Металлические конструкции XVII в.: а – наслонные стропила; б – каркас купола
Третий период (начало XVIII середина XIX вв.). Этот период связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. В этот период стро- ятся мосты, конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий.
Совершенства чугунные конст- |
|
рукции в России достигли в середине |
|
XIX столетия. Уникальной чугунной |
|
конструкцией 40-х гг. XIX в. является |
|
купол Исаакиевского собора (рис. 1.2), |
|
собранный из отдельных косяков в ви- |
|
де сплошной оболочки. Конструкция |
|
купола состоит из верхней конической |
|
части, поддерживающей каменный ба- |
|
рабан, венчающий собор, и нижней, |
Рис. 1.2. Купол Исаакиевского собора |
более пологой части. Наружная обо- |
в Санкт-Петербурге (40-е гг. XIX в.) |
лочка купола с помощью легкого же- |
|
лезного каркаса опирается на чугунную конструкцию.
Первые (чугунные) мосты были построены в 50-х гг. в Санкт- Петербурге. Николаевский мост построен с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м и являлся самым крупным мостом мира.
Четвертый период (с 30-х гг. XIX до 20-х гг. XX вв.). Этот период связан с ускорением технического прогресса во всех областях техники того времени, в частности в металлургии и металлообработке.
Выплавка железа в мартеновских и конверторных печах, получение профильного металла и прокатного листа, появление заклёпочных соеди- нений (использовались в конструкциях перекрытий с треугольными метал- лическими фермами) и применение рамно-арочных конструкций.
В этот период первостепенное значение для развития металло- строительства имела инженерная, научная и организационная деятель- ность В.Г. Шухова.
25
|
Профессор Н.А. Белелюб- |
||
|
|||
|
ский (1848 – 1922 гг.), мостострои- |
||
|
тель и ученый, впервые применил |
||
|
раскосную решетку для мостовых |
||
|
ферм (рис. 1.3), разработал первый |
||
|
в России |
метрический |
сортамент |
|
прокатных профилей, усовершен- |
||
|
ствовал |
методику |
испытаний |
|
строительных материалов, написал |
||
|
|||
Рис. 1.3. Сызранский мост через р. Вол- |
первый систематизированный курс |
||
гу (Н.А. Белелюбский, 1879 г.) |
по строительной механике. |
Пятый период (с 1917 г.).
Исключительно плодотворной и разносторонней была деятельность почет- ного академика В.Г. Шухова (1853 – 1939 гг.). Он первый в мировой прак- тике разработал и построил пространственные решетчатые и сетчатые кон- струкции (рис. 1.4, 1.5) различного назначения. В построенных им соору- жениях реализованы идеи предварительного напряжения конструкций и возведения покрытий в виде висячих систем с эффективным использова- нием работы металла на растяжение. Этими проектами он намного опере- дил своих современников и предугадал будущие направления в развитии металлических конструкций, закрепив тем самым приоритет своей страны. Особенно значительна его теоретическая и практическая работа в области резервуаростроения и других листовых конструкций. Новые конструктив- ные формы резервуаров, их расчет и методы нахождения оптимальных па- раметров разработал В.Г. Шухов.
а) б) в)
г)
Рис. 1.4. Павильоны (а, б, в, г) Нижегородской яр- марки, построенные на принципе растянутых по- верхностей из гибких элементов впервые в мировой практике (В.Г. Шухов, 1896 г.)
26
В1921 г. в Москве В.Г. Шуховым была сооружена башня высотой 160 м, образо- ванная пятью сопряженными поверхностями в виде гипербо- лоидов вращения (рис. 1.5). Ее конструктивные элементы были сделаны из швеллеров, что по- вышало восприятие ветровой нагрузки.
Впослереволюционный период создается производст- венная база металлических кон- струкций. Заводы и специали- зированные организации были объединены в одну систему Главстальконструкция, выпол- няющую основной объём строи- тельства металлических конст-
рукций. Расширилась номенкла- тура металлических конструк-
ций и разнообразие их конструктивных форм. Создается советская школа развития и совершенствования металлических конструкций с учетом решения важнейших проблем научно-технического прогресса
(рис. 1.6).
В послевоенный период к конструктивной форме предъявляются требования как высокого качества (особенно в отношении физического и морального износа с учетом дальнейшего развития технологического процесса), так и экономии металла, индустриализации изготовления и механизации скоростного монтажа. Развитие этих тенденций требовало создания конструктивных форм типовых сооружений, основанных на модульности многократно повторяющихся стандартных элементов, предназначенных для серийного изготовления и скоростного монтажа с использованием простых и надежных монтажных соединений.
27
ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ КОНСТРУКТИВНАЯ ФОРМА СТЕРЖНЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СОСУДЫ |
|
РЕЗЕРВУАРЫ |
|
ГАЗГОЛЬДЕРЫ |
|
СИЛОСЫ |
|
БУНКЕРА |
|
ТРУБОПРОВОДЫ |
|
КОНСТРУКЦИИ |
|||||||
ВЫСОКОГО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при O 600мм |
|
ДОМЕННОГО |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ДАВЛЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КОМПЛЕКСА |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕОРИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
|
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ |
МЕТОДЫ |
ПРИНЦИПЫ |
АНАЛИТИЧЕСКИЕ |
|||||
|
ТИПИЗАЦИЯ |
СТАНДАРТИЗАЦИЯ |
НОРМАЛИЗАЦИЯ |
СИНТЕЗА |
КОНЦЕНТРАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ |
ПРЕДНАПРЯЖЁННЫЕ КОНСТРУКЦИИ |
ИССЛЕДОВАНИЯ |
||
28 |
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ |
МИНИМУМ ВЕСА |
ВЕСАЗАКОНЫ |
ЗАКОНЫ ТРУДОЁМКОСТИ |
|||||
|
|
|
|
СРАВНЕНИЕ |
|
|
ОПТИМИЗАЦИЯ |
||
|
|
|
|
ВАРИАНТОВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МИНИМУМ ТРУДОЁМКОСТИ |
МИНИМУМ СТОИМОСТИ |
РАСТЯНУТЫЕ ПОВЕРХНОСТИ |
-ПЛАНИРООБЪЁМНО- РЕШЕНИЯВОЧНЫЕ |
|
ЗАКОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СТОИМОСТИ |
|
|
|
|
|
|
|
СОВМЕЩЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФУНКЦИЙ |
|
|
ПОДБОР ТЕОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЕ
СОРТАМЕНТАФОРМ СЕЧЕНИЯ |
ИССЛЕДОВАНИЕ |
ИССЛЕДОВАНИЕ |
|
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ |
СВАРКА |
КЛЁПКА |
|
|
МАТЕРИАЛОВ |
СОЕДИНЕНИЙ |
|
|
СТАЛЬ |
|
|
СЕЧЕНИЙ |
ПЛАСТМАССЫ |
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БОЛТЫ |
СКЛЕИВАНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КАРКАСНЫЕ |
|
БОЛЬШЕПРО- |
|
ОПОРЫ |
|
КРАНОВЫЕ |
|
МОСТЫ |
|
ЭСТАКАДЫ |
|
МАЧТЫ |
|
БАШНИ |
||||||||
ЗДАНИЯ в т.ч. |
|
ЛЁТНЫЕ |
|
ЛЭП |
|
КОНСТРУКЦИИ |
|
|
|
|
||||||||||||
МНОГОЭТАЖНЫЕ |
|
ПОКРЫТИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕОРИЯ СООРУЖЕНИЙ |
|
|
|
|
|
|
МЕТОДЫ РАСЧЁТА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ |
|
|
|
|
|
|
СОСТОЯНИЯМ |
|
|
|
|
СТАТИЧЕСКИЕ |
ДИНАМИЧЕСКИЕ |
ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ |
||||
УПРУГОПЛАСВ - ТИЧЕСКОЙ СТАДИИ |
|
|
|
ИССЛЕДОВАНИЯ |
РАЗРУШЕНИЙ |
|
|
ОБЩАЯ |
ВОСТЬ |
ИСПЫТАНИЯНАТУРСООРУЖЕНИЙНЫХ И ЭЛЕМЕНТОВ |
БЕЗИСПЫТАНИЕИСПЫТАНИЕ |
||
СТАДИИ |
|
|
|
МОДЕЛЕЙ |
||
ПРОЧНОСТЬ |
УСТОЙЧИВОСТЬ |
ВЫНОСЛИ- |
ДИНАМИ- |
|
|
|
|
|
ВОСТЬ |
ЧЕСКАЯ |
|
|
|
В УПРУГОЙ |
ОБЩАЯ |
|
УСТОЙЧИ- |
|
|
|
|
ЦЕНТРАЛЬ- |
МАЛО- |
|
|
|
|
|
НАЯ |
|
|
|
|
|
|
ЦИКЛОВАЯ |
ОБЩАЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ВНЕЦЕНТ- |
|
|
|
|
|
|
РЕННАЯ |
ТЕПЛОВАЯ |
АЭРОДИНА- |
|
|
|
|
|
МИЧЕСКАЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МЕСТНАЯ |
|
СЕЙСМИ- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЧЕСКАЯ |
|
|
|
В ПЛАСТИ- |
|
|
|
|
|
|
ЧЕСКОЙ |
|
|
|
|
|
|
СТАДИИ |
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.6. Основные направления развития конструктивной формы
28
Вэтот период особую роль приобрели три проблемы: создание ра- циональных конструктивных форм, создание новых заводов по изготов- лению стальных и алюминиевых конструкций, совершенствование мето- дов монтажа. С 1954 г. началось широкое внедрение метода расчета кон- струкций по предельным состояниям. Новая методика, поставившая прочность и надежность металлических конструкций на научные осно- вы, была введена в Строительные нормы и правила (СНиП).
Первостепенное значение в развитии советской школы металострои- тельства имеют работы Е.О. Патона, Н.С. Стрелецкого, Н.Д. Жудина, С.А. Ильясевича, Г.Д. Попова, В.М. Вахуркина и др.
Вобласти теории конструктивных форм зданий и сооружений Со- ветский Союз занимал одно из первых мест в мире и ему принадлежит приоритет в создании многих прогрессивных зданий и сооружений. Инте- ресные спортивные сооружения были построены в Москве к Олимпийским играм 1980 г. (рис. 1.7, 1.8).
Рис. 1.7. Велотрек в Крылатском
Рис. 1.8. Олимпийский плавательный бассейн
Комплекс проблем, над которыми предстоит работать ученым и ин- женерам в области металлических конструкций, весьма обширен и разно- образен. К их решению должно быть приковано внимание научно- исследовательских, проектных и производственных организаций.
29
1.2. Конструктивная форма зданий и сооружений
Конструктивная форма зданий и сооружений складывается из теории формообразования с системой понятий, критериев, законов и принципов; теории сооружений с методами статического и динамического расчета, теории надежности и экспериментальных исследований.
Теория формообразования включает:
1.Специализация – стандартизация, типизация, нормализация;
2.Методы синтеза – сравнение вариантов, технические требования, минимум веса, минимум трудоёмкости, минимум стоимости;
3.Принципы – совмещения функций, растянутых поверхностей, объ- ёмно-планировочного решения, концентрации материалов, предваритель- ного напряжения;
4.Оптимизация – аналитические исследования законов веса, трудо- ёмкости, стоимости;
5.Исследование формы сечения – теория сортамента и подбор сече-
ния;
6.Исследование материалов – сталь, алюминиевые сплавы, пласт-
массы;
7.Исследование соединений – сварные, болтовые, заклёпочные и
клеевые.
Теория сооружений или теория методов расчета конструктивных форм включает в себя методы расчёта по предельным состояниям, методы расчёта систем (статические, динамические и экспериментальные исследо- вания).
Статические методы расчёта систем:
−расчёты на прочность (в упругой, упруго-пластической и пласти- ческой стадиях);
−расчёты на устойчивость (общую – центральную и внецентрен-
ную; местную).
Динамические методы расчета систем:
−расчёты на выносливость (общую, малоцикловую и тепловую);
−расчёты на динамическую устойчивость (общую, аэродинамиче-
скую, сейсмическую).
Экспериментальные исследования:
−испытание моделей;
−испытание натурных сооружений и элементов;
−испытание без разрушений.
30