Перечень вопросов и ответов

Вопрос 1. Изложить основные механические св-ва металлов. Описать показатели, характеризующие прочность, упругость, пластичность, хрупкость и выносливость.

Ответ: (Стр. 54-Цай) Важнейшие механические св-ва: прочность, упругость, пластичность, хрупкость, выносливость.

- прочность- способность мат-ла сопротивляться внешним силовым воздействиям. Она определяется размером предела прочности – наибольшее напряжение, после достижения которого материал начинает разрушаться, и размером предела текучести – напряжение при котором металл течет.

- упругость – свойство металла восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешней нагрузки.

Её характеризуют: предел пропорциональности, модуль упругости Е (для стали 2,1*10⁵ МПа)

- пластичность (статическая вязкость) – способность материала получать остаточные деформации после снятия внешних нагрузок.

Эти св-ва характеризует: а) полное остаточное удлинение; относительное сужение образца после разрыва; в) проба на загиб в холодном состоянии на 180⁰ вокруг оправки. Проба считается успешной, если полоса не получила трещин.

- хрупкость или ударная вязкость – способность материала разрушаться при ничтожных деформациях. Показатель, характеризующий хрупкость стали – ударная вязкость – работа затраченная на маятниковом копре.

- выносливость – разрушение при действии переменных напряжений в результате постепенного развития трещины называется усталостью металла. Способность сопротивляться разрушению от усталости называется усталостью.

Вопрос 2. Изложить преимущества и недостатки сварных соединений. Описать назначение обмазки электродов, дать маркировку электродов.

Ответ: Сварка – основной вид соединений (свыше 90% всех металлических конструкций является сварными).

Достоинства:

1. Снижение расхода стали на 10-20%;

2. Уменьшение трудоемкости на 20% и более.

3. Сравнительная простота автоматизации.

4.Возможность создания конструкций, невыполнимых при других видах соединений (фермы с узлами без фасонок).

Недостаток – чувствительность к концентрациям напряжений, в результате чего при воздействии низких температур и динамических нагрузках возможно хрупкое разрушение их.

Назначение обмазки электрода - препятствие попадания в расплавленный металл из воздуха вредных примесей (кислорода и азота), для этого и используют толстообмазанные электроды, сварку под флюсом в среде углекислого газа.

Электроды для ручной сварки разделены на типы обозначенные буквой Э с цифрой. Цифра указывает размер временного сопротивления разрыву металла шва. Например Э60-электрод, у которого шов имеет σ_вр=60кг/мм²=590МПа. Буква А ставится сзади, если шов отличается повышенной пластичностью, например Э42А.

Вопрос 3. Описать типы болтов, применяемых в строительстве. Изложить случаи работы болтов.

Ответ: Типы болтов: а)грубой точности, б)нормальной точности,в)повышенной точности, г) высокопрочные болты.

Болты грубой точности – используются трех диаметров – 16,20,24 мм и двух классов прочности – 5.8 и 5.6(первые число, умноженное на 100, определяет минимальное временное сопротивление, МПа, произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести). Отверстие для болта грубой и нормальной точности делают на 2 мм больше диаметра стержня для облегчения постановки болта. Их при применяют при монтаже для фиксации положения элементов, и в случаях, когда болты работают на растяжение. Болты нормальной точности отличаются от болтов грубой точности только большими требованиями к допускам и несколько большей стоимостью. Болты повышенной точности - изготавливают токарной обточкой заготовок. Допуск на диаметр - минусовый (0,28-0,34мм),и ставят их в отверстие, диаметр которого имеет плюсовый допуск. Применялись в ответственных монтажных соединениях, работающих на сдвиг, теперь вместо них обычно применяют высокопрочные болты.

Вопрос 4. Дать понятие о стальных стропильных фермах. Изложить классификацию ферм по конструктивному оформлению, очертанию поясов, типу решетки и статической схеме.

Ответ: Фермой называется стержневая конструкция, концы стержней которой соединены в узлах и составляет геометрически неизменяемую систему. Нагрузка к ферме, как правило, прикладывается в узлах.

Стропильная ферма-ферма для поддержания конструкций кровли и классифицируют по признакам:

а) по конструктивному оформлению (легкие, тяжелые);

б) по очертанию поясов;

в) по типу решетки;

г) по статической схеме;

д) по типу поперечных сечений элементов;

Для стропильных ферм обычно применяется балочная разрезная схема.

Вопрос 5. Изложить основные требования, предъявляемые к арматуре. Назвать классы арматуры для обычных конструкций.

Ответ: Арматура - гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффектно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками.

Основные требования:

- максимально высокое нормативное сопротивление;

- хорошие упругие св-ва;

- высокие пластические св-ва;

- высокая вязкость;

- способность арматуры к наилучшему сцеплению с бетоном.

Классы арматуры:

В качестве ненапрягаемой арматуры ж/б конструкций применяется гладкая стержневая арматура класса S240 и арматуру периодического профиля S400,S500.

Расшифровка: S400 – после буквенного обозначения (S) указана величина нормативного сопротивления арматуры, в МПа.

Вопрос 6. Изложить расчетные случаи тавровых сечений. Описать установленные требования по вводимой в расчет ширины свесов сжатой полки элементов таврового сечения.

Ответ: В зависимости от положения нейтральной оси рассматриваются 2 расчетных случая тавровых сечений, т.е.: 1. Если х≤ h^, f,нейтральная ось расположена в пределах полки. В данном случае расчет производится как прямоугольное сечение с шириной в= в^,f/

2. Если х≥ h^, f, если ξ > β, нейтральная ось пересекает ребро за пределами полки. Если сжатая полка таврового сечения имеет большую ширину, то наиболее удаленные от ребра участки полки оказываются менее напряженными, чем средняя её часть у ребра, поэтому нормами ограничивается величина в^,f, принимаемая из условий, что ширина свесов полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета и не более следующих величин:

- при наличии поперечных ребер и при отношении h^, f / h ≥ 0,1-1/2 расстояние в свету между продольными ребрами.

- при отсутствии поперечных ребер или же при расстоянии между ними больших, чем расстояние между продольными ребрами и при отношении h^, f < 0,1-6 h^, f.

- при консольных свесах полки и при условии, что:

h^, f/ h ≥0,1-6 h^, f и 0,05≤h^, f / < 0,1-3h^, f.

Вопрос 7. Изложить назначение продольной рабочей арматуры, поперечной, конструктивной, монтажной и распределительной арматуры. Назвать классы бетона и арматуры для обычных конструкций.

Ответ: Различают арматуру:

- конструктивная – служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают (усилия от усадки бетона, температурных деформаций и т.д.)

- монтажные – служит для восприятия монтажных усилий и объединения продольной рабочей арматуры и поперечной в рабочие каркасы.

- распределительная – для расположения рабочей арматуры в сетках на определенных расстояниях и принимается в основном конструктивно.

- поперечная – для восприятия главных растягивающих напряжений, возникающих от поперечной силы и распределяет их на большую площадь, а также объединяет продольную рабочую и монтажную арматуру в рабочие каркасы.

- рабочая – воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента.

монтажная

 

По поперечная

рабочая продольная

Вопрос 8. Описать напряженное состояние каменной кладки при сжатии. Назвать стадии работы кладки.

Ответ: Анализ кладки при осевом сжатии показывает, что вертикальные швы в работе не участвует, так как при твердении раствора дает усадку, сцепление раствора с камнем нарушается и вертикальные швы можно рассматривать как узкие щели, у концов которых происходит концентрация напряжений, что приводит к некоторому снижению прочности.

Нагрузка от вышележащих рядов кладки к нижележащим передается через горизонтальные швы. Передача происходит неравномерно по всему сечению, т. к. плотность и жесткость затвердевшего раствора по длине и ширине шва неодинакова и опорные плоскости камней имеют неровности. Поэтому передача усилий от камня к камню происходит по отдельным точкам плотного соприкосновения раствора с камнем. В результате камни подвергаются не только сжатию, но также изгибу и срезу.

При сжатии кладки возникают касательные усилия, вызывающие растяжение камня. Растягивающие усилия будут тем больше, чем слабее раствор, поэтому кладка на свежеуложенном растворе имеет наименьшую прочность.

Различают 4 стадии работы кладки:

1-я стадия – соответствует нормальной работе кладки, без появления каких-либо повреждений;

2-я стадия – в отдельных кирпичах образуются местные вертикальные трещины, на один – три ряда кладки. Особенно опасна стадия 2 для кладки выполненный на растворах высокой прочности, т.к. напряжения в такой кладке составляют 70-80% предельных.

3-я стадия – отдельные вертикальные трещины развиваются по высоте и соединяются между собой, расчленяя элемент на отдельные столбики. Напряжение 80-90%.

4-я стадия – соответствует такому моменту разрушения кладки, когда образовавшиеся при развитии трещин в стадии 3 вертикальные столбики разрушаются от потери устойчивости.

Вопрос 9. Изложить виды армирования и усилия каменной кладки при сжатии. Описать особенности сетчатого армирования.

Ответ: Виды армирования – поперечное (сетчатое) и продольное. Кроме армированных применяют комплексные каменные конструкции, бетонируемые одновременно с возведением кладки.

Усиление кладки узких простенков стен и гибких столбов производится установкой стальных, ж/б или армированных штукатурных обойм. Обоймы препятствуют развитию поперечных деформаций и значительно увеличивают несущую способность кладки. Особенности сетчатого армирования заключается в том, что в горизонтальные швы укладывают арматурные сетки. При сжатии сетки препятствуют развитию в кладке поперечных деформаций растяжения, увеличивая ее несущую способность. Применяют прямоугольные сетки и сетки «зиг-заг». Сетки «зиг-заг» обязательно укладывают в двух смежных горизонтальных швах кладки так, чтобы направление стержней было взаимно перпендикулярно. Укладку сеток контролируют по выпускам арматуры, выступающими на 5мм за поверхность кладки. Толщина швов кладки должна быть больше диаметра арматуры не менее, чем на 4 мм. Марка раствора принимается не ниже 50. Количество арматуры в кладке определяется процентом армирования по объему.

Вопрос 10. Изложить достоинства и недостатки древесины. Описать особенности установления расчетных сопротивлений различных сортов древесины.

Ответ: Достоинства:

- высокая удельная прочность, небольшой удельный вес;

- малая теплопроводность;

- химическая стойкость;

- богатая сырьевая база;

Недостатки древесины:

- зависимость механических характеристик от многих факторов.

- гигроскопичность (следствие - усушка, разбухание, коробление, растрескивание)

- неоднородность строения, естественные пороки (сучки и др. влияющие на прочность)

- загниваемость (при невыполнении мероприятий по защите древесины).

При установлении расчетных сопротивлений учитывается 2 фактора:

1. Длительное сопротивление (при длительном действии нагрузки наблюдается рост пластических деформаций древесины с течением времени. Если напряжение не превышает предела, то рост деформации имеет затухающий характер и со временем прекращается, если напряжение превысит некоторый предел, то начинается нарастание пластических деформаций, затем разрушение.

2. Неоднородность строения (ведет к различиям в прочности вдоль и поперек волокон, природные пороки вызывают снижение прочности.

Задачи

Задача 1. Собрать нагрузку на 1 м² покрытия. Снеговой район – г.Орша. Состав покрытия:

- верхний слой – изопласт с посыпкой массой 3,5 кг/м²

- два нижних слоя – изопласт без посыпки с массой 4 кг/м²

- огрунтовка битумно-куперсольной мастики за один раз δ₁ = 1мм, р=1000кг/м³;

- цементно – песчаная стяжка δ = 40мм, р=1800кг/м³;

- утеплитель – пенополистирольные плиты δ = 120мм, р=35кг/м³;

- пароизоляция из одного слоя пергамина на мастике δ₁ = 0,4 мм, р₁=600 кг/м³, δ₂ = 2 мм, р₂=1200кг/м³;

- многопустотная плита покрытияh_red=120 мм, р=2500кг/м³;

 

Таблица

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативные нагрузки кН/м2	γf	Расчетная нагрузка кН/м2
	1. Постоянная 1.1 Изопласт с посыпкой масса 3,5 кг/м2 1.2 Два нижних слоя – без посыпки с массой 4 кг/м2 1.3 Огрунтовка битумно-куперсольной мастикой за 1 раз δ = 1 мм, р=1000кг/м3 1.4 Цементно-песчаная стяжка δ = 40мм, р=1800кг/м3; 1.5 Утеплитель – пенополистирольная плита δ = 120мм, р=35кг/м3; 1.6 Пароизоляция из одного слоя пергамина на мастике δ1 = 0,4 мм, р1=600 кг/м3, δ2 = 2 мм, р2=1200кг/м3; 1.7 Ж/б плита многопустотная hred=120 мм, р=2500кг/м3;	0,035х1=0,035 0,04х1=0,04   0,001х1=0,001   0,04х18=0,72     0,12х0,35=0,042   0,0004х0,6=0,001 0,002х12=0,024     0,12х25=3	1,35 1,35   1,35   1,35     1,35   1,35 1,35     1,35	0,047 0,054   0,013   0,972     0,056   0,002 0,03     4,05
	Всего
	2.Переменная (снеговая)	1,8	1,5	2,7
				7,924

 

Задача 2 (аналогично задачи №1 только на 1 м. п.)

Задача 3. Определить несущую способность центрально-растянутого элемента из 2-х неравнополочных уголков 100х70х8. Материал – сталь класса С245.

Решение. По таблице сортамента «Равнополочные уголки» находим для сечения А=2х15,6=31,2 см². Для стали класса С245 при толщине проката от 2 до 20 мм R_y=240 МПа. Коэффициент условия работы γ _с= 1,0

Из формулы проверки прочности находим несущую способность сечения N_f= A_nx R_yx γ_c= 31,2х240(100)х1=748,8 кН.

Задача 4. Подобрать сечение элемента из спаренных равнополочных уголков нижнего пояса фермы, если продольная сила N=600кН, материал сталь класса С245.

Решение. Для стали класса С245 при толщине проката от 4 до 10 мм R_y=240 МПа. Коэффициент условия работы γ _с= 1,0. Из формулы для расчета на прочность находим требуемую площадь сечения из двух уголков. A_nd=N/R_yx γ _с= 600x10³/240(100)x1,0=23 cм²

Принимаем по сортаменту неравнополочных уголков

2 110x70х 7 cA=2x12,3=24,6 см²

Задача 5. Определить несущую способность стойки из двутавра №40, если длина стойки L=4,0 м при шарнирном закреплении обоих концов. Сталь С255.

Решение. По таблице сортамента для №40 находим площадь сечения А=84,7 см², і_х=18,1см, і_у=3,09 см. Для стали класса С255 при толщине проката от 2 до 20 мм R_y=250 МПа. Расчетная длина стойки при заданном закреплении L_ef = μ хL=0,7х4,0=2,8 м

Тогда гибкость стойки будет равна

λ х= L_ef / і_х=280/18,1=15,47

λ _у = L_ef / і_у=280/3,09=90,6

По максимальной гибкости λ _у=90,6 и R_y=250 МПа находим φ= 0,611. Коэффициент условия работы γ _с= 1,0.

Несущая способность из условия устойчивости

N=φ x R_y x γ _с=0,611x 250(100)x1=1242 кН.

Задача 6. Определить площадь продольной арматуры балки прямоугольного сечения, если: вхh = 300x600 мм, с=40мм, бетон тяжелый класса С 16/20, арматура класса С500. Изгибающий момент, действующий в сечении N_sd=150 кН. Расчет выполнить с использованием таблиц

Решение. Определяем коэффициент α_m

α_m= N_sd/α х f_cd xbx d²= 150x10⁶/0,85x 10,6x300x560²=0,285

При α_m=0,285 по таблице 6.7 устанавливаем, что деформированное состояние сечения соответствует области 2, что означает достижение растянутой арматурой предельных деформаций. При α_m=0,285 по таблице находим h=0,825, а величина требуемой площади растянутой арматуры

А_st= M_sd/ f_yd x h x d=150x10⁶/450x0,825x560=895 мм².