Основные положения конструирования и расчета элементов стальных конструкций
По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (их изготовляют кипящими, спокойными и полуспокойными). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы. Она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь — это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, алюминий), которые, соединяясь с растворенным кислородом, уменьшает его вредное влияние; она имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10...15 К. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.
Для строительных конструкций применяются следующие марки сталей.
Сталь малоуглеродистая обыкновенного качества марки Ст3. Металлургические саводы поставляют малоуглеродистые стали с гарантией: механических свойств (группа А), химического состава (группа Б), механических свойств и химического состава (группа В). Степень раскисления обозначается индексами «кп» кипящая, «пс» — полуспокойная и «сп» — спокойная, например ВСт3пс. В зависимости от нормируемых показателей (химического состава, механических свойств и ударной вязко(.ти) сталь деля. на категории, например ВСт3сп5, а для каждой из категорий установлены, кроме того, группы прочности 1 и 2, например ВСт3сп5-1 и ВСт3сп5-2.
Сталь низколегированная марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 1412, 15ХСНД и др. Низколегированные стали всегда поставляют по группе В, поэтому обозначение начинается сразу с цифр; первые две цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента; буквами обозначают легирующие элементы (Г - марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, Д - медь, А — азот, Ф — ванадий); цифра после буквы указывает содержание этого легирующего элемента в процентах, если оно превышает 1 с6. Например, 15ХСНД — сталь, содержащая 0,15 Lo углерода и легирующие добавки хрома, кремния, никеля, меди, причем содержание каждой добавки не превышает 1 %.
Основные физические свойства стали: плотность р - 7850 кг м3. модуль продольной упругости Е 206 ГПа (1 ГПа 100 МПа), модуль сдвига G - 78 ГПа, коэффициент линейного расширения а 0,000012 град-1.
До напряжений, близких к пределу текучести, зависимость между напряжениями и деформациями определяется законом Гука:
В СНиП 11-23-81 даны механические характеристики и указания по применению различных марок сталей для стальных конструкций зданий и сооружений в зависимости от вида конструкций, условий их эксплуатации (группы [...IX) и расчетной отрицательной температуры.
Сортамент листовой и профильной стали. Стальные конструкции изготовляют из элементов, получаемых прокаткой (листы и фасон, профильная сталь). В строительстве применяют следующие виды проката: толстолистовой — толщиной 4...160 мм, для изготовления листовых конструкций (резервуаров, газгольдеров и др.), стенок балок, фасонок ферм и др.; тонколистовой — толщиной 0,5...4 мм, для изготовления гнутых профилей, устройства покрытий и т. п.; широкополосный — для изготовления сварных балок и колонн; уголковые профили — равнополочные и неравнополочные, применяются для изготовления ферм и других решетчатых конструкций; швеллеры и двутавры применяются для изготовления балок и колонн; гнутые профили, получаемые холодным способом из листов толщиной 3...10 мм, предназначенные для изготовления легких конструкций различной формы, эффективность гнутых профилей по сравнению с прокатными — их большая жесткость и легкость; электросварные трубы применяются для изготовления ферм.