Sposoby zabezpieczania przed korozja

Korozją nazywa się niezamierzone, stopniowo odbywające się zniszczenie metali, powstające wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania środowiska, które je otacza.

Rodzaje korozji:

• ogólna (na całej powierzchni),

• szczelinowa (w złączach, pod osłonami i powłokami),

• wŜerowa (punktowe, głębokie ubytki – stale nierdzewne,

aluminiowe),

Konstrukcje metalowe II dr inŜ. Jerzy Goczek

• galwaniczna (na styku dwóch metali),

• zmęczeniowa (metale drgające),

• napręŜeniowa,

• selektywna (stopy wielofazowe – Ŝeliwo, mosiądz),

• erozja (wnętrza rurociągów),

• biologiczna (rurociągi, zbiorniki).Szybkość postępowania korozji zależy od:

• Wilgotności względnej

• Zawartości zanieczyszczeń w powietrzu

• Dobowych wahań temp

Metody ochrony przed korozją:

• ochrona powłokowa – 80 % zabezpieczeń

• modyfikacja środowiska (inhibitory, odtlenianie, klimatyzacja, osuszanie)

• ochrona elektrochemiczna (zwykle uzupełnienie powłokowej)

Ochrona powłokowa

Powłoki niemetalowe:

• laminaty żywiczne.

• wykładziny bitumiczne,

• farby i lakiery,

Powłoki metalowe:

• ogniowe,

• natryskowe,

• elektrolityczne,

• malarskie.

Umożliwiają całkowite odcięcie konstrukcji od działania czynników atmosferycznych, wody, kwasów, węglowodorów i innych substancji agresywnych. Warunkiem prawidłowego działania powłoki jest zwykle ich dobra przyczepność do podłoża oraz ciągłość warstw.

Od jakich wielkości zależy siła krytyczna przy wyboczeniu giętnym

Wyboczenie giętne, gdy pierwotna prosta oś pręta wygina się w jednej z płaszczyzn głównych.

/wyjaśnić symbole/

Co to jest umowna granica plastyczności

Umowną granicą plastyczności R_{e o,2} nazywa się naprężenie Przy którym próbka doznaje wydłużenia trwałego, równego 0,2% pierwotnej długości pomiarowej.

Arbitralne przybliżenie granicy sprężystości. Jest to naprężenie odpowiadające punktowi przecięcia wykresu naprężenie-odkształcenie z prostą równoległą do części wykresu w postaci linii prostej. Przesunięcie reprezentuje odległość pomiędzy początkiem wykresu naprężenia-odkształcenie i punktem przecięcia linii równoległej z osią naprężenia zerowego. Przesunięcie jest wyrażone w funkcji odkształcenia (często 0,2%

Granica plastyczności

Granica plastyczności to wartość naprężenia przy której zaczynają powstawać nieodwracalne odkształcenia plastyczne. f_y

Stan nadkrytyczny (chodzi o 4klase przekroju)

W stanach nadkrytycznych bierze się pod uwagę pracę części przekroju płyty, które nie uległy

utracie stateczności lokalnej. Tę część przekroju płyty, nazywa się przekrojem efektywnym.

Zgodnie z teoria nośności nadkrytycznej osiągnięcie naprężenia krytycznego w ściance przekroju,

traktowanej jako płyta obciążona w płaszczyźnie środkowej, nie oznacza, że wyczerpały się jej zdolności do dalszego przenoszenia obciążenia pod warunkiem, że jedna lub więcej krawędzi podłużnych pozostały nadal nie odkształcone. Obciążenie mogą wzrastać dopóki naprężenie w partiach przy krawędziowych nie osiągną granicy plastyczności.

• Dla przekroju zginanego zmniejsza się szerokość pólek ściskanych bef i wprowadza niesymetryczne strefy efektywne w sąsiedztwie pasów na środniku

• Dla przekroju przy czystym ściskaniu rozkład stref przekroju efektywnego będzie symetryczny

Ocenę nośności nadkrytycznej przeprowadza się dla takiej chwili zniszczenia, w której występuje wcześniejsze wyboczenie elementów podparcia płyty przed uplastycznieniem pasma współpracującego na jego brzegu.

Ustroje nośne budynków wysokich

Konstrukcja nośna budynków szkieletowych składa się z:

• Słupów

• Podciągów

• Belek

• Tężników pionowych(stropy zapewniają sztywność poziomą, jak nie to tężniki poziome)

Ustroje nośne:

• Ramy płaskie

• Ramy przestrzenne

• Ramy z płaskimi tężnikami pionowymi

• Układy słupowo-belkowe, przegubowe z płaskimi tężnikami pionowymi

• Układy słupowo-belkowe z tężnikami pionowymi w postaci trzonów

• Układy słupowo-belkowe z usztywnieniem w postaci kratownic

• Dźwigary powierzchniowe

Przegub plastyczny

Pręty pod wpływem narastających naprężeń osiągają stan plastyczności. Towarzyszy temu deformacja belki - występuje obrót sąsiednich części pręta względem osi obojętnej przekroju. W przekroju krytycznym (maksymalna wartość momentu zginającego) następuje bardzo duża koncentracja odkształceń na małym obszarze. Przyjmuje się, że w przekroju krytycznym powstał przegub plastyczny.

Zniszczenie belki nastąpi, gdy co najmniej w jednym przekroju moment zginający osiągnie wartość graniczną. Taki przekrój może odkształcać się be oporu tak że styczne do osi odkształconej bezpośrednio na lewo i prawo przekroju obracają się względem siebie tworząc pewien kąt załamania. Powstaje tzw. Przegub plastyczny. Odkształcenia włókien w przegubie plastycznym mają charakter plastyczny. Powstanie przegubu plastycznego w jednym przekroju belki statycznie wyznaczalnej tworzy z niej układ geometrycznie zmienny, którego odkształcenia mogą rosnąć bez wzrostu obciążeń co jest równoznaczne ze stanem zniszczenia.

Podział ram płaskich

Ramy przechyłowej i ramy nie przechyłowe. Jedno, dwu i wielo nawowe, statycznie wyznaczalne i niewyznaczalne.

a) – rama samostateczna przechyłowa

b) – rama stęŜona podatnie

c) – rama sztywno stęŜona

Metoda kierunkowa obliczania spoin pachwinowych

Siły przenoszone przez spoinę o długości jednostkowej rozkłada się na składowe równoległą i prostopadłe do osi podłużnej spoiny oraz składowe normalną i styczną do płaszczyzny jej przekroju. Jako obliczeniowe pole przekroju spoiny przyjmuje się .Przyjmuje się, że obliczeniowy przekrój spoiny przechodzi przez jej grań. Przyjmuje się równomierny rozkład naprężeń w przekroju spoiny oraz składowe naprężenia normalne i styczne jak na rys.

Naprężeń normalnych równoległych do osi nie uwzględnia się przy sprawdzaniu nośności spoiny. Spoiny między częściami z materiału o różnej wytrzymałości oblicza się przyjmując właściwości materiału słabszego.

Stałe materiałowe dla stali - ich wartości

Moduł sprężystości
Moduł sprężystości przy ścinaniu
współczynnik Poissona v=0,3
współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej (dla T < 100stC)

Nośność słupa bisymetrycznego ściskanego osiowo

• Nośność obliczeniowa przy ściskaniu - przekrój klasy 1 2 3

• Nośność ze względu na wyboczenie

  • sił krytycznych wyboczenia giętnego

  • smukłość względna wyboczenia

  • współczynnik wyboczenia giętnego χ

  • nośność ze względu na wyboczenie

Jak zabezpiecza się belki przed zwichrzeniem

Utrata stateczności związana z wyboczeniem pasa ściskanego. Im węższe i wyższe przekroje tym bardziej narażone na zwichrzenie.
Metody zabezpieczania przed zwichrzeniem:

• Stężenia przeciwskrętne – podparcia w kilku punktach pasa ściskanego w kierunku prostopadłym do płaszczyzny zginania. Podparcia nie powinny ograniczać swobody zginania belki w płaszczyźnie przyłożonego obciążenia.

• Obetonowanie elementu –idea taka jak przy stężeniach, czyli blokada bocznego przesunięcia pasa ściskanego.

Jak zabezpiecza się środniki belek przed utratą stateczności przy ścinaniu

Poprzeczne żebra usztywniające należy stosować miejscach działania znacznych sił skupionych, na podporach a także gdy zachodzi potrzeba dodatkowego usztywnienia smukłych ścianek.

• Stosuje się zebra poprzeczne (dla klasy 4 rozstaw nie większy niż podwójna wys. środnika)

• Stosuje się środniki faliste

Tężnik połaciowy poprzeczny w konstrukcji hali

Tężnik połaciowy poprzeczny w poziomie pasa górnego jest to kratownica której pasy stanowią pasy górne dwóch sąsiednich dźwigarów układu poprzecznego, rolę słupków spełniają na ogół płatwie dachowe, a pręty skośne wykratowane pomiędzy pasami są krzyżulcami tej kratownicy. W przenoszeniu obciążeń, całą siłę przejmuje pręt rozciągany a pręt ściskany przyjmuje się że traci stateczność i nie bierze udziału w przenoszeniu sił. Zadaniem tężnika połaciowego poprzecznego jest:

• Przejąć wszystkie siły występujące w połaci dachowej skierowane równolegle do osi podłużnej hali.

• Stanowić podporę dla rusztu ściany szczytowej narażonej na poziome siły parcia wiatru

• Przenieść wszystkie siły podłużne będące wynikiem tendencji wyboczeniowych ściskanych pasów górnych kratownic układu poprzecznego (rygli dachowych)

Tężniki połaciowe poprzeczne powinny być konstruowane:

• w skrajnym polu hali ze względu na przejmowanie sił parcia na ściany szczytowe.

• W polach przy dylatacjach

W najprostszym przypadku tężnik typu X posiada wiotkie krzyżulce zdolne do przenoszenia tylko siły rozciągającej. Czyni się wtedy założenie, Ŝe nawet niewielka siła ściskająca prowadzi do sprężystego wyboczenia krzyżulca F2 (l>200). W następstwie, w przenoszeniu obciążenia bierze udział tylko jeden krzyżulec F1 tężnika. W celu zapewnieniu większej sztywności tętnika projektuje się krzyżulce sztywne, zdolne do przeniesienia sił ściskających lub wprowadza się wstępne napięcie krzyżulców wiotkich. W obu przypadkach sztywność całego układu rośnie dwukrotnie, ponieważ oba krzyżulce biorą udział w przenoszeniu obciążenia. Niekorzystne jest równoczesne, a nieuchronne napięcie pozostałych prętów tężnika (pionowych i poziomych). W praktyce projektowej zdarza się niekiedy niebezpieczne ignorowanie, w zaprojektowanych wcześniej elementach głównych (słupy, rygle), dodatkowych sił wynikających z przyłączenia do nich krzyżulców stężenia.

Tężnik pionowy w konstrukcji hali

Przeznaczenie tężników pionowych:

• Zabezpieczają aby przestrzenny układ hali był niezmienny

• Stanowią podpory dla tężników połaciowych

• Kraty tężnika pionowego wraz ze słupami hali tworzą ramy podłużne zdolne do przenoszenia sił poziomych równoległych do kalenicy hali.

Rodzaje połączeń śrubowych

Klasa wytrzymałości 5.6

Pierwsza cyfra: 5 x 100 = 500 N/mm2 minimalna wytrzymałość na rozciąganie;

Druga cyfra: 6 x 10 = 60% z 50

Kierunek obciążenia: prostopadły do osi łączników

-zakładkowe ( kategoria połączenia A: śrubowe (zwykłe, pasowane), nitowe, sworzniowe; kategoria połączenia B, C: sprężane (cierne))

Kierunek obciążenia: równoległy do osi łączników

- doczołowe (kategoria połączenia D: niesprężane lub sprężane; kategoria połączenia E, F: sprężane)

W przypadku obciążeń zmiennych co do znaku zaleca się stosować połączenia sprężane, pasowane lub nitowe, a w przypadku obciążeń dynamicznych- połączenia kategorii C i F, połączenia pasowane sprężane lub nitowe

Podkategorie:

A,D – zwykłe niesprężąne

B,E – sprężane, liczone w obc. charakterystycznych

C,F – sprężane, liczone w obc. Obliczeniowych

Częściowe współczynniki bezpieczeństwa w stanie granicznym nośności

• Nośność przekroju poprzecznego niezależnie od klasy

• Nośność elementów przy ocenie ich stateczności

• Nośność na rozerwanie przekrojów z otworami

• Nośność węzłów współczynniki według EC3-1-8

Imperfekcje w analizie globalnej ram

Przyjmowany w obliczeniach kształt globalnych i lokalnych imperfekcji można określić na podstawie wyboczenia sprężystego układu w rozpatrywanej płaszczyźnie

• Globalne wstępne Imperfekcje przechyłowe

• Lokalne imperfekcje łukowe elementów narażonych na wyboczenie giętne

Obliczeniowa nośność przekroju przy zginaniu

- przekroje klasy 1 i 2

przekrój klasy 3

przekrój klasy 4

W_el.min – najmniejszy sprężysty wskaźnik wytrzymałośći

W_eff.min – najmniejszy wskaźnik wytrzymałości przekroju współpracującego

Ewentualnie w obliczeniach należy uwzględnić:

• Zwichrzenie

  • Moment krytyczny M_cr

  • Smukłość względna

  • Współczynnik zwichrzenia

  • Nośność na zwichrzenie

• Nośność przy ścinaniu przy podporze

• efekt szerokiego pasa

Obliczeniowa nośność przekroju klasy 4 przy równomiernym ściskaniu

Należy sprawdzić które części przekroju są wrażliwe na utratę stateczności miejscowej (środnik, pasy). Następnie wyznaczyć współczynnik redukcyjny i szerokość współpracującą części przekroju. Na koniec:

A_eff – pole powierzchni przekroju współpracującego

Wpływ ścinania na nośność przy zginaniu

Wpływ ścinania na nośność przy zginaniu można pomijać, jeśli nośność przekroju nie ulega redukcji wskutek wyboczenia przy ścinaniu, a siła poprzeczna nie przekracza 50% nośności plastycznej przekroju przy ścinaniu. W przeciwnym razie przyjmuje się zredukowaną nośność obliczeniową przekroju, ustaloną przy założeniu, że w polu czynnym przy ścinaniu występuje zredukowana granica plastyczności.

Rodzaje płatwi w dachach o konstrukcji stalowej

• Ceownik

• Zetownik

• Dwuteownik

Zachowanie się płatwi niestężonej obudową

Zachowanie się płatwi stężonej bocznie przez obudowę:

Efekt dźwigni w połączeniach doczołowych na śruby

W połączeniach doczołowych łączniki oblicza się z uwzględnieniem dodatkowej siły rozciągającej wywołanej efektem dźwigni. Gdy efekt dźwigi może wystąpić nośność półki króćca teowego przyjmuje się jako najmniejszą z wartości odpowiadających trzem modelom zniszczenia.

Rodzaje zakotwień słupów

• Przy mniejszych siłach można kotwić słupy przez bezpośrednie zabetonowanie ich dolnych końców w fundamencie

• Łączenie z fundamentem za pomocą śrub (co najmniej 2)

  • Przegubowo

  • Sztywno

Metody zabezpieczenia konstrukcji stalowych przed pożarem

Elementy stalowe nie osłonięte tracą całkowicie nośność przy temperaturze pożaru 400⁰ C

• Ogniochronne farby pęczniejące

• Okładziny płytowe lub powieszany sufit (K-G taki różowy)

• Obetonowanie konstrukcji

• Izolacja nakładana przez natrysk

• Stosowanie przekrojów o grubych ściankach

• Ściany ogniowe

Analiza zmęczenia konstrukcji stalowych

Stal konstrukcyjna może ulec spękaniu również przy niskim naprężeniu rozciągającym wówczas, gdy obciążenie jest wielokrotnie zmieniające się. Materiał traci częściowo swoje właściwości plastyczne wskutek zjawiska które nazywane jest zmęczeniem materiału.
Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową:

• Charakterystyka obciążeń

• Kształt elementu

• Defekty przy wykonywaniu konstrukcji bądź elementów

• liczba cyki zmiany naprężeń

• wielkość zakresu naprężeń w cyklu

• wielkość średniego naprężenia

Zniszczenie zmęczeniowe jest inicjowane przez lokalne uszkodzenie powstające przy powtarzaniu obciążeń i prowadzące przy dalszych powtórzeniach do uformowania lokalnego pęknięcia. To pęknięcie rozwija się do chwili gdy przekrój przenoszący nominalne obciążenie zostaje zredukowany na tyle że następuje nagłe zniszczenie elementu.

Metody zapobiegania zmęczeniu konstrukcji:

• łagodne stopniowanie zmian przekrojów

• rozmieszczenie połączeń w miejscach niskich naprężeń

• zapobieganie nadmiernej koncentracji naprężeń

1. Rodzaje blach profilowanych – generacje

blachy profilowane – faliste, trapezowe oraz dachówkowe, też mniej rozpowszechnione blachy w kształcie gontów. Produkowane są głównie ze stali i z aluminium, a także miedzi; dostępne w arkuszach

1. Nośność przekroju klasy 4 przy zginaniu i ściskaniu

Przy braku siły poprzecznej warunek nośnosci klasy 4 przekroju ma postać:

Бx,Ed$\leq \frac{f_{y}}{\gamma}_{M0}$ gdzie Бx,Ed - maksymalna wartość obliczeniowa naprężeń normalnych w przekroju współpracującym z uwzględnieniem ewentualnych otworów na łączniki.

Prz samym zginaniu: $\frac{M_{\text{Ed}}}{M_{\text{cRd}}} \leq 1\ ;\ M_{\text{cRd}} = \frac{W_{\text{eff}} \times fy}{\gamma_{M0}}\ $gdzie Weff odpowiada największym naprężeniom w stanie sprężystym

sciskanie: $\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{\text{cRd}}} \leq 1\ N_{\text{cRd}} = \frac{A_{\text{eff}} \times fy}{\gamma_{M0}}$