+ All Categories
Home > Documents > Constructii Metalice Mateescu Cosmulescu

Constructii Metalice Mateescu Cosmulescu

Date post: 04-Oct-2015
Category:
Upload: lucabogdan2014
View: 393 times
Download: 64 times
Share this document with a friend
Description:
pentru studenti facultatea de constructii
365
i GADEANU * GH. MEftCCA • *_ MUMi JBCMBI • COSMUIESCU CONSr rRUCTII % A JÍE ; talice
Transcript
  • i GADEANU * GH. MEftCCA *_ MUMiJBC M B I COSMUIESCU

    CONSrrRUCTII%

    A JE;t a l ic e

  • jlinrrl, disciplina de Construcii metalice i

    iclwnlopjti execuieil reprezint prima lucrare

    ,lc in i -I )d tiprit pe plan naional.

    I tierarea se adreseaz n principal studeni

    lor (nloi de construcii civile i industriale

    .iibin/'inei i, pi cetim i absolvenilor acestor secii

    im c i desfoar activitatea n producie, pe

    i uit icre sun In uniti de proiectare.

    /*rin volumul mare de probleme referi-

    touie i i i special la alctuirea i execuia con

    siliu (uhu metalice, care snt prezentate n lu

    am c, precum i prin varietatea soluiilor

    i nnstriictlvc indicate, manualul poate fi utilizat

    i ,lc ctre tinerii ingineri din producie.

    I'oloslrea acestui curs de ctre studeni i

    i ,ith'Ic tehnice cu pregtire superioar din uni-

    tulite de producie i proiectare, va contribui

    Io oi murea unor buni specialiti n construcii

    metalice.

    Autorii

  • Capitolul I

    Generalitafl

    1.1. Noiuni introductive

    Creterea deosebit de rapid a produciei mondiale de oel a creat posibilitatea folosirii acestuia i n construcii i n mod special n domeniul construciilor metalice.

    Dac se ia ca punct de plecare anul 1880, an cnd au nceput s fie introduse metodele industriale de elaborare a oelului, producia mondial de oel a crescut continuu i cu un ritm de cretere din ce n ce mai mare, aa cum rezult din diagrama din figura. 1.1. Astfel, dac au fost necesari 50 de ani pentru ca producia mondial de oel s ajung n anul 1930 la 100 milioane tone, au fost necesari numai 20 de ani pentru ca n 1950 ea s se dubleze, i numai 14 ani s se quadrupleze i s ajung n 1964 la 425 milioane tone. In anul 1970 producia mondial de oel a atins 500 milioane tone i se prevede c va atinge 600 milioane tone n 1975.

    O influen hotrtoare n aceast cretere extrem de rapid a produciei mondiale de oel, a avut-o dezvoltarea industriei grele n rile socialiste i n rile n trecut slab dezvoltate.

    Dac se ia ca exemplu ara noastr, care odat cu trecerea la proprietatea socialist asupra mijloacelor de producie, a pornit pe calea industrializrii rapide, punndu-se accent pe dezvoltarea industriei grele, se observ aa cum este artat n figura 1.1, c producia de oel a crescut de la 250 000 tone,

    l'itf. 1.1. Prodlicti.1 nunIii de oi'l

    g l-fe tii r

    ///1

    i ,/T

    r/ 1

    V 1 . -

    1 ...L -

    ---- RSR---- URSS.......... USA' ' ' rnntdiOli

    I '!(*. 1.2. Iurllccl* d(> crcslt re n producia! d

  • II nu in 1938, la 8 000 000 lone n 1973, adic o cretere de 32 ori n 35 de ni, uimind ca la sfritul cincinalului actual, producia] anual de oel a fnmrtiiK'i socialiste s ajung la aproximativ 10 000 000 tone.

    Kilmul de cretere a produciei anuale de oel n ara noastr, ca dealtfeli ui celelalte ri socialiste i cele n trecut slab dezvoltate, depete cu nuli ritmul de cretere a produciei mondiale (ig. 1.2).

    1.1.1. Avantajele construciilor metalice. Dezvoltarea construciilor idallcc in domeniul construciilor de hale industriale, cldiri cu multe

    l.ije, construciii de poduri, construcii metalice speciale de tipul stlpilor, il Ioni lor, rezervoarelor, conductelor, buncrelor, silozurilor etc. s-a datorat ivantajelor pe care oelul ca material de construcie le are fa de toate delalte materiale i anume:

    greutatea proprie mic a construciei metalice n raport cu construcii masive (construcii din piatr, zidrie, beton armat i beton precompri- n.il) keduccrea greutii proprii a construciei rezult att din rezisteneleii mult superioare ale oelului fa de celelalte materiale de construcii, cti datorit posibilitilor mai bune de alctuire raional a elementelor con- Inicici. Rezistenele admisibile mari conduc la seciuni cu dimensiuni mai duse, ceea ce influeneaz favorabil raportul ntre suprafaa util i cea instruit;!. Reducerea greutii proprii, pe lng micorarea cheltuielilor de transmit i manipulare, influeneaz favorabil costul fundaiilor. De asemenea redu.< rc*a greutii proprii permite realizarea unor construcii cu nlimi i desimi-ii mai mari care nu pot fi realizate din celelalte materiale de construcii ;

    sigurana mai mare a construciei datorit omogenitii i caracteristicilor oelului, care corespund cel mai bine materialului ideal pe care snt bazate calculele statice i de rezisten;

    execuie raional i mai sigur din punct de vedere calitativ, lucr- nle importante fiind executate n ateliere cu muncitori cu nalt calificare -,.i unde controlul fabricaiei este mai riguros i poate fi mai bine organizat;

    timp de execuie mai scurt i independent de anotimp. Construciile meta- li'e snt construcii prefabricate, elementele componente fiind fabricate cu tole- imie dimensionale foarte mici. Ca urmare, operaiile de montaj snt relativ mple i n general nu necesit ajustri la faa locului. Confecionarea ele-

    mentelor metalice n atelier poate s se desfoare n paralel cu alte lucrri ( .rularea fundaiilor, subsolului, lucrrilor de organizare de antier etc.) a ce determin de asemenea reducerea termenului de execuie a lucrrii;

    posibiliti de modificare, de consolidare sau de adaptare a construciei ailor condiii de exploatare dect cele iniiale. n perioada actual de progres 1 linie extrem de rapid unele schimbri ale condiiilor de exploatare datorite iiikii noi tehnologii intervin n mod curent. In aceste situaii structura con- I miclii i industriale trebuie s fac fa noilor condiii. Este relativ uor ca

    mii o structur metalic, prin adugarea unor piese suplimentare unele elemente s fie consolidate i puse n situaia de a prelua ncrcri mai mari dect cele pentru care elementul a fost iniial dimensionat;

    posibilitatea de recuperare total a materialului metalic n circuitul econo

    mic cu cheltuieli relativ reduse. Dac o construcie industrial a ajuns n

    -.Ihmin de uzur moral i nu poate fi recuperat printr-o consolidare,

    maicrlalul metalic poate ii demontat i recuperat in vederea unei refolosiri,

    (>

  • sau retopit i laminat. Do exemplu, n urnm refacerii vechilor laminoare de la Combinatul Siderurgic Reia, cantitatea de oel recuperat din vechea construcie a depit tonajul noii construcii metalice.

    1.1.2. Dezavantajele construciilor metalice. Fat de celelalte proce

    dee i n special fat de construciile din beton armat, construciile meta

    lice au i unele dezavantaje i anume:

    pentru a elimina pericolul de distrugere prin coroziune, cheltuielile de ntreinere snt n general mari;

    construciile metalice snt mai sensibile la temperaturi ridicate. Din acest motiv n unele cazuri trebuie luate msuri de protecie care ridic costul construciei;

    ca principal dezavantaj al construciilor metalice este i faptul c otelul este nc un material deficitar, ceea ce face necesar folosirea lui cu mult discernmnt n construcii.

    1.1.3. Eficiena economic a construciilor metalice. Planurile de dezvoltare ale economiei naionale impun o strict economie n ceea ce privete consumul de otel n construciile metalice. Aceasta nu trebuie s se fac ns prin sporirea manoperei de atelier i antier, ci trebuie s duc n acelai timp la o reducere a forelor de munc necesare edificrii unei construcii.

    Principiile de proiectare i execuie a construciilor metalice, economia maxim de material i forte de munc necesare executrii construciei i un montaj rapid, completate cu condiii privind calitatea construciilor i respectarea necesitilor fabricaiei, tinnd seama i de necesitile viitoare snt principii care trebuie adoptate i urmrite cu perseverent de proiectanii i constructorii notri, fiind singurele ci pentru realizarea unor construcii bune i ieftine.

    Economia maxim de material se poate obine prin:

    alegerea raional a sistemului static;

    aplicarea unor metode de calcul i de dimensionare care s tin seama ct mai bine de lucrul real al construciei i de comportarea materialului n construcie;

    eliminarea din construcie a tuturor elementelor de prisos;

    ntrebuinarea otelurilor de calitate superioar cnd aceasta se dovedete economic avantajoas;

    folosirea sudurii ca procedeu de execuie a construciilor metalice.

    Economia maxim a forelor de munc necesare executrii n atelier ia montajului rapid a unei construcii metalice, se obine prin raionalizarea fabricaiei, prin industrializarea la maximum a tuturor operaiilor, folosind procedeele i instalaiile cele mai perfecionate.

    O raionalizare a fabricaiei nu se poate obine dect printr-o fabricaie

    de serie, ceea ce face necesar standardizarea construciilor industriale i n

    primul rnd reducerea numrului elementelor componente ale construciei i

    tipizarea lor. Numai ntr-o astfel de situaie pot fi folosite cu succes maini

    cu o productivitate ridicat, cu funcionare automat i care permit chiar

    eliminarea anumitor operaii din procesul de fabricaie.

    7

  • Un 111 i 111 p.is spre standardizarea construciilor il reprezint modularea

    I....ir,nuiilor principali' ale unei cldiri industriale. De exemplu, nnmnl prinmodularea di:.lanei dintre stlpi n sens transversal i longitudinal, prin modu- 1111 c;i 111:111i 111ii halei industriale, se poate ajunge la tipizarea unor elemente nl< conslr'iiclci metalice ca: ferme, pane, grinzi ale cii de rulare, elemente nli- pereilor etc. Prin tipizare, dei nu se obine totdeauna o reducere a eonii umilii de oel, prin numrul mare de elemente identice, apar avantajele unei

    Iniu i. ,iii

  • 1.2. Dezvoltarea ;i tcndinfclc de dezvoltare ale construciilor metalice

    Dezvoltarea construciilor metalice, de la nceputurile sale i tendinele de dezvoltare viitoare, pot ii urmrite prin studierea urmtorilor factori care caracterizeaz tehnicitatea i influeneaz economicitatea unei opere inginereti: calitatea materialului, alctuirea constructiv, metodele de calcul i tehnologia de execuie i montaj.

    1.2.1. Calitatea materialului. Construciile metalice au aprut n a

    doua jumtate a secolului al XVIII-lea. In anul 1779 a fost dat n circulaie primul pod metalic de osea executat din font, n Anglia peste rul Severii.

    Podul este un arc cu calea sus cu o deschidere de 31,0 m, folosit n prezent pentru pietoni.

    S-au executat apoi n Anglia, Frana i Germania i alte poduri ale cror deschideri au ajuns pn la 60,0 m. n aceeai perioad fonta a fost folosit ca material pentru executarea acoperiurilor sub form de cupol, la multe cldiri cu caracter monumental.

    Dup anul 1800, n domeniul construciilor metalice, fonta a fost nlocuit cu oelul pudlat, un material obinut n stare pstoas n cuptoare de pudlaj, care prezint aceleai caliti la compresiune i la ntindere.

    O construcie cu totul remarcabil executat din acest material este podul de cale ferat Britania, peste strmtoarea Menai din Anglia, terminat n anul 1850 i meninut n circulaie.

    Dup anul 1880, n domeniul construciilor metalice, ca dealtfel n toate domeniile tehnice, oelul pudlat a fost nlocuit cu oelul de fuziune produs n convertizoare sau n cuptoare Siemens-Martin. Din acest material, ale crui caliti nu difer de cele ale oelului normal folosit astzi n domeniul construciilor metalice, au fost executate numeroase poduri de osea i cale ferat, printre care i podul peste Dunre de la Cernavod, precum i numeroase construcii metalice industriale, hale de expoziii, hale pentru gri i piee.

    La nceputul secolului al XX-lea, dezvoltarea rapid a industriei, introducerea n exploatare a macaralelor electrice i a sistemelor moderne de transport a implicat o dezvoltare a construciilor industriale i n special a construciilor metalice. De asemenea, dezvoltarea rapid a oraelor a ridicat problema cldirilor cu multe etaje ale cror structuri snt executate din oel. Realizarea unor construcii cu deschideri i nlimi mari i care s lucreze la ncarciri deosebite, a impus introducerea unor oeluri cu caliti mecanice superioare. Pe lng oelul obinuit cu limita de curgere de 2 400 daN/cm2 se folosesc oeluri cu limita de curgere de 3 600 daN/cm2, pn la 5 000 i chiar 7 CC0 daN/cm2; aceste oeluri folosite corespunztor determin reducerea greutii construciilor i implicit scderea costului total al acestora.

    1.2.2. Alctuirea constructiv. Alctuirea constructiv a primelor construcii, executate din font, a fost condiionat de foarte buna comportare a acestui material la compresiune, folosindu-se ca sistem static arcul cu articulaii sau dublu ncastrat.

    Ulterior, prin introducerea oelului pudlat i a oelului de fuziune, materiale cu calilji identice a lil la compresiune cil i hi nliudeio, sistemele eon

    !)

  • 11 ne!ivc divei ili( I _i iu aprui grinda cu inimii plin n itu it i grinda i i / . i l i r d c ni tui 1.1

    rimele grinzi cu ziibrele au fost la nceput asemntoare celor din lemn,

  • Capitolul 2

    Maferale folosite la execuia construciilor metalice

    2.1. Otelul ca material pentru construciile metalice

    2.1.1. Structura oelului. Oelul este un aliaj al fierului cu carbonul i

    eventual cu alte elemente de aliere.

    Pentru a nelege comportarea oelului n diferite condiii de exploatare, este necesar cunoaterea structurii lui, precum i a fenomenelor fizico-chimice care au loc n procesul su de elaborare.

    Constituentul de baz al oelului este fierul, el intervenind n aliaj n proporie de circa 98...99%.

    Macroscopic fierul are o structur compact, cu luciu metalic i bune proprieti de plasticitate i tenacitate. Microscopic el prezint o structur cristalin, care datorit unei orientri neuniforme a cristalelor, prezint totui caliti de bun izotropie.

    La temperatura obinuit cristalele se prezint sub forma unei reele cubice cu volum centrat, coninnd cte un atom de fier n fiecare col al cubului i un atom n centrul su (fig. 2.1, a).

    Aceast structur, numit fier a sau ferit, este stabil pn la 906 C Peste aceast temperatur, pn la 1 401 C, reeaua cubic cu volum centrat se transform ntr-o reea cubic cu fee centrate, la care atomii snt aezai

    n colurile i n centrele feelor cubului (fig. 2.1, b) i care poart denumirea

    de fier y sau austenit. Peste 1 401 C cristalele se transform din nou ntr-o

    reea cubic cu volum centrat, fierul i\ care la 1 528 C se topete.

    La temperatur normal numai o cantitate redus de carbon poate cxistn

    liber n fierul a (circa 0,01%). Procente mai mari dau natere car burii dc.

    fier (CFc'3>, numit i cementit, care ,\e ;i,t/.; ntre cristalele de fier, slrpun-

    gndu-le.

    Fig. 2.1. Tipuri de reele cristaline:

    a reea cubic cu volum centrat;

    b reea cubic cu fee centrate.

    a 6

    I I

  • 11 iu'IIvr .
  • Capitolul 2

    Materiale folosite la execufla construciilor metalice

    2.1. Otelul ca material pentru construciile metalice

    2.1.1. Structura oelului. Oelul este un aliaj al fierului cu carbonul i

    eventual cu alte elemente de aliere.

    Pentru a nelege comportarea oelului n diferite condiii de exploatare, este necesar cunoaterea structurii lui, precum i a fenomenelor fizico-chimice care au loc n procesul su de elaborare.

    Constituentul de baz al oelului este fierul, el intervenind n aliaj n proporie de circa 98...99%.

    Macroscopic fierul are o structur compact, cu luciu metalic i bune proprieti de plasticitate i tenacitate. Microscopic el prezint o structur cristalin, care datorit unei orientri neuniforme a cristalelor, prezint totui caliti de bun izotropie.

    La temperatura obinuit cristalele se prezint sub forma unei reele cubice cu volum centrat, coninnd cte un atom de fier n fiecare col al cubului i un atom n centrul su (fig. 2.1, a).

    Fig. 2.1. Tipuri de reele cristaline:

    a reea cubic cu volum centrat;

    b reea cubic cu fee centrate.

    Aceast structur, numit fier a sau ferit, este stabil pn la 906 C Peste aceast temperatur, pn la 1 401 C, reeaua cubic cu volum centrat se transform ntr-o reea cubic cu fee centrate, la care atomii snt aezai

    n colurile i n centrele feelor cubului (fig. 2.1, b) i care poart denumirea

    de fier y sau austenit. Peste 1 401 C cristalele se transform din nou ntr-o

    reea cubic cu volum centrat, fierul 8, care la 1 528 C se topete.

    La temperatur normal numai o cantitate redus de carbon poate exista

    liber n fierul a (circa 0,01%). Procente mai mari dau natere curburii de

    fier (CFc3)', numit i ceincntitd, care se nnzii intre cristalele de fier, stnipun

    findu-le.

    I I

  • Daca oelul conine 0,8.'1% carbon, toate cristalele de fier vor i str- pun (< lut i hipoeutectoide.

    Dacii procentul de carbon depete 0,83%, surplusul de cementit se aa a intre cristalele perlitice, sub forma unor perei despritori (fig. 2.2, c), li neurile de acest tip purtnd denumirea de oeluri hipereutectoide.

    Fig. 2.2. Structuri de aliaje fier-carbon.

    a eutectoi ; b hipoeutectoid ; c hipereutecioid ; d font.

    Iu cazul cnd procentul de carbon crete peste 1,7%, cementit se grupeaz sub forma unor gruni, neuniform repartizai n masa metalic (firma 2.2, d), iar aliajele respective poart denumirea de fonie.

    Caracteristicile mecanice ale aliajelor depind n mare msur de propor- (ia celor doi constitueni: ferita i cementit.

    Ferita este moale i foarte plastic, avnd ar^30 daN/mm2, 5^50% i

    111> 80, pe cnd cementit este dur si casant, avnd o,^90 daN/'mm2,1% i FIB^650.

    Cu ct coninutul de ferit este mai mare, iar cel de cementit mai mic, oelurile au rezistena de rupere i duritatea mai sczute, dar n acelai timpo foarte bun tenacitate.

    Pe msura creterii coninutului de cementit, crete i rezistena la ru- |ick\ respectiv duritatea, dar scade simitor tenacitatea, oelurile devenind casante.

    Ca i n cazul fierului pur, oelul i schimb structura i proprietile i i i luncie de temperatur. Reprezentnd ntr-o diagram avnd ca abscis tem- pnatura i ca ordonat procentul de carbon, punctele n care au loc schim- I> irile structurale ale oelului, se obin nite curbe care delimiteaz zone cu urcai structur. Diagrama astfel obinut poart denumirea de diagrama

    fin carbon (fig. 2.3).

    Urmrind n aceast diagram aliajul cu 0,83% carbon se observ c pu ia la temperatura de 721 C el cristalizeaz ntr-o reea cubic cu volum cenlral. l a aceast temperatur, reeaua cubic cu volum centrat trece ntr-o

  • reea cubic cu fee centrate, cementita se dizolv n fier, atomul de carbon intrnd n alctuirea cristalului y. Soluia solid format poart, ca i n cazul fierului pur, denumirea de austenit. La 1 250 C, austenita ncepe s se topeasc, faza coninnd peste aceast temperatur cristale austenitice i lichid. Topirea se termin la 1 460 C, cnd ntreaga mas devine lichid.

    Un oel hipoeutectoid, de exemplu cel cu 0,5% carbon, are structura format din cristale feritice i cristale perlitice. La temperatura de 721 C, toate cristalele perlitice se transform n austenit, astfel c deasupra acestui punct, numit si punct perlitic, structura oelului se compune din austenit i ferit. Pe msura creterii temperaturii, cristalele feritice se transform i ele n austenit astfel nct pe la 800 C (linia GS), toat masa oelului este alctuit din austenit. La 1 380 C ncepe topirea austenitei (linia solidus) i ea se termin la 1 490 C (linia lichidus).

    Oelurile hipereutectoide (sub 721 C) au structura alctuit din perlit i cementit. La 721 C perlita se transform n austenit i deci la temperaturi mai ridicate structura va fi format din austenit i cementit. Odat cu creterea temperaturii cementita se dizolv n austenit, aceast transformare terminndu-se n dreptul liniei SF., deasupra creia exist numai austenit. In continuare, deasupra liniei solidus, austenita ncepe s se topeasc, proccs ce se termin n dreptul liniei lichidus.

    In cazul aliajului cu 1,7% carbon, iu momentul terminrii dizolvrii cementite n austenit (1 1451

  • '* 1 " 11 alainentc* termice. La fierul pur transformrile structurale snt

    n lr d( viteza cu care variaz temperatura. La aliaje ns aceast *!

  • 2.1.3. Compoziia chimica a oelurilor. Oelurile snt aliaje ale fierului cu carbonul i cu alte elemente ca: mangan, siliciu, crom, cupru, ui chel, molibden etc. Calitile fizico-mecanice i comportarea oelului in anii mite condiii snt influenate n cea mai mare parte de coninutul de carbon. Aliajele cu procente de carbon sub 1,7% se caracterizeaz prin plasticitate la cald i la rece i prin capacitatea de a se cli i poart denumirea de oeluri. Aliajele cu peste 1,7% carbon nu pot fi deformate plastic i poart denumirea de fonte.

    Odat cu creterea procentului de carbon din oel cresc: rezistena la rupere, limita de curgere i duritatea acestuia, dar n acelai timp scad tenacitatea i sudabilitatea (fig. 2.5). Cum n construcii este nevoie de oeluri cu duritate mic, pentru a fi uor prelucrate, cu rezisten la rupere, limit de curgere i tenacitate ridicat, rezult c astfel de oeluri nu pot fi realizate cu procente prea ridicate de carbon. Din aceast cauz, precum i din condiia asigurrii unei bune sudabiliti, oelurile de uz general pentru construcii nu depesc 0,3% carbon. Oelurile cu procente de carbon mai ridicate snt sudabile numai n cazul aplicrii unor tehnologii speciale de sudare.

    Fig. 2.5. Variaia caracteristicilor mecanice n

    funcie de procentul de carbon.

    t %

    8 ) m

    so

    10 oO

    70

    30 60

    50

    2 w

    30

    10 20

    10

    00

    9, de A'/mn *

    //

    < _* "

    ( ts'

    Iv u oj as ut ty it m u c, %

    De asemenea, la aceste oeluri palierul de curgere dispare, iar limita dc curgere se definete convenional ca efortul unitar corespunztor unei alun- giri remanente de 0,2%.

    Ridicarea rezistenei la rupere i a limitei de curgere a oelurilor cu procente reduse de carbon, se poate realiza prin adugarea altor elemente de aliere ca: mangan, siliciu, cupru, crom, nichel etc., fr ca tenacitatea i duritatea s fie influenate negativ. Pe aceast cale se obin oelurile slab aliate i oelurile aliate, care prezint caracteristici mbuntite n anumite domenii (rezisten, uzur, coroziune etc.).

    Manganul apare n compoziia tuturor oelurilor, provenind att din minereu, ct i din feroaliajele folosite la dezoxidare, n procesul de elaborare a oelului. Manganul este considerat element de aliere numai n cazurile ci ud depete 0,8%, caracterizndu-se prin mbuntirea calitilor mecanice, n cantiteii ce depesc 1,6% favorizeaz formarea unor structuri fibroase i a unor compui duntori, in special i i i cazul prelucrrilor la cald

  • ii m l mti .i de .r.emcnen iii compoziia tuturor oelurilor provenind ait lui ml iui ci i cit \.i din cptueala cuptoarelor metalurgice. In cantiti ce nu (lr|u ,i".e 0,1 % nu este considerat element de aliere deoarece nu influeneaz .i ii mhI calit;i(ile oelului. Peste aceast limit contribuie la sporirea rezis- I. u(ci l.i rupere i a limitei de curgere, dar reduce tenacitatea i favorizeaz li in.ii ;i unor constitueni fragili, care reduc calitile de sudabilitate ale
  • Sulfurile dr fier (piritele) nu prezint interes din cauza procentului sra/ul de lii'i i a coninutului marc de sulf pe care l au.

    Furnalul (ig. 2.(>) este un cuptor nalt, care se compune dinii -o parte superioara di' for 111 li tronconic numit cuv, o poriune mijlocie de form cilindricii numiii pintece, continuat n jos cu o alt poriune conic, cu baza mic la partea inferioar, numit etalaj, dedesubtul creia se afl o nou poriune cilindric denumit creuzet. ntreaga construcie este realizat dintr-o manta de tabl groas, cptuit la interior cu crmid refractar.

    Forma furnalului, cu seciunea variabil pe nlime, este impus de procesele fizico-cbimice, care au loc n interiorul su. n furnal se introduce n mod continuu minereu de fier, cocs i fondant. ncrcarea se face pe la partea superioar a cuvei, prin gura de ncrcare. Pe msur ce materialele introduse coboar nspre partea de jos a furnalului, ele se nclzesc i deci se dilat, fapt ce face necesar sporirea seciunii furnalului, in momentul n care ncepe topirea, volumul materialelor ncepe s scad, astfel net este necesara o micorare corespunztoare a seciunii furnalului.

    Cocsul, obinut prin distilarea crbunilor minerali, produce cldura necesar topirii minereurilor i reduce oxizii de fier ai acestora. Prin arderea lui, la partea superioar a cuvei se formeaz oxid de carbon (CO), iar la partea inferioar bioxid de carbon (C02).

    Fondant ul, de obicei carbonat de calciu, prin

    descompunere elibereaz bioxid de carbon i oxid de

    calciu (CaO), care ajut la formarea zgurii. Bioxidul

    de carbon mpreun cu carbonul liber formeaz la

    temperaturi ridicate oxidul de carbon, care produce

    reacia de reducere indirect a fierului n zona superioar a furnalului (400.. .950 C). In cazul magnetitei, de exemplu, reaciile chimice care au loc, snt urmtoarele:

    3Fe20 3-j-C0=2Fe30 4-l-C02;

    Fe30 4+C0=3Fe0+C02;

    Fe0+C0=Fe+C02.

    n zona inferioar, la temperaturi mai ridicate se produce reacia de redu- cere direct a fierului cu carbonul incandescent:

    3Fe20 3+ C = 2F eA + C 0 ;

    Fe30 4+C=3Fe0 | C O ;

    FeO+C=Fe+CO.

    Oxidul i bioxidul de carbon formal in aceste reacii, se ridic n zonele

    superioare, lund parte din nou la reacii, iar fierul rezultat, mpreun cu o parte din carbon formeaz cemenlila Toi iii aceast zon se produce i redu cerea celorlalte elemente coninute de miueieii (mangan, fosfor, siliciu ('le.)

    i se foi meazii zgura.

    ( (ilialltK |ll i i i i ImIIi ' 17

  • Z,\\m formala din fondaiit i impuritile din minereuri, avnd o greutate.........chica mai mica, se aaz deasupra fontei, protejnd-o de contactul cuanul i impiedicnd volatilizarea.

    ( icu/clul este prevzut cu dou orificii la nivele diferite. Cnd fonta aduna la ajunge pn n dreptul nivelului orificiului superior, acesta se deschide i \c evacueaz zgura. Dup aceea se deschide orificiul inferior i se extrage

    fonia.

    Furnalele produc urmtoarele categorii de fonte:

    I'ont albei sau de afinare, destinat elaborrii oelului, la care tot carbonul coninut este legat de fier sub form de cementit.

    i'ont cenuie sau de turntorie, care conine i carbon n stare segregat, .ni forma unor gruni de grafit, care i dau culoarea nchis i care se folo- M'.lc la turnarea meselor din font.

    Fonte speciale, numite i feroaliaje, care se folosesc n procesul de dez- ox ida ic a oelurilor.

    Un produs secundar, care apare la elaborarea fontei este zgura de furnal, material care are multiple ntrebuinri practice. Din aceast zgur, prin gra- nulare si mcinare se obine filerul, material care mpreun cu cimentul portland da natere la cimentul metalurgic. De asemenea prin diverse tratamente :.

  • Fig. 2.7. Melanjor.

    acid. Cuptorul, numit i convertizor (fig. 2.8) este prevzut la partea inferioar cu orificii prin care se sufl aer. Oxigenul din aer produce arderea siliciu- lui i a carbonului din font, provocnd totodat creterea temperaturii, astfel ncit oelul se produce fr combustie extern.

    In anul 1877 Thomas, nlocuind cptueala acid a convertizorului cu cptueal bazic, reuete s produc oel i din fonte cu coninut ridicat de fosfor.

    Oelurile de convertizor snt ieftine, deoarece se produc fr combustie extern, n timp scurt i nu necesit instalaii complicate. Calitativ ele snt ns mai neomogene deoarece n timpul scurt al elaborrii unei arje (20.. .30 miri), nu se poate controla amnunit compoziia chimic i nici nu se pot lua prea multe msuri pentru corectarea ei.

    In anul 1864 s-a reuit producerea oelului n cuptorul Martin (fig. 2.9), n care se poate elabora oel din orice fel de font. Odat cu fonta lichid, iu cuptor se poate introduce fier vechi sau deeuri de fier, valorificndu-se pe aceast cale importante cantiti de oel, altfel neutilizabil.

    Cldura necesar topirii fierului vechi i producerii reaciilor de transfor

    mare a fontei n oel se obine prin arderea unui combustibil extern. Reaciile

    au loc numai la suprafaa bii ceea ce l'ace ca durata de elaborare a unei arje

    s fie de circa (> ore. Pentru ca operaia di* afitiarc a fontei, care cuprinde pro

    cese de oxidarc i decantare, prin cair .*.

  • rig. 2.8. Convertizor.

    Gaze arsef Gaze combustibile

    Fig/2.9. Cuptor Siemens-Martin.

    Kiifmc n surplus, s se produc ct mai repede, mpreun cu combustibilul, ni cuptoi se sufl i aer nclzit n prealabil n camerele de regenerare concepute

    Oelurile Siemens-Martin rezult mai bune i mai omogene dect oelurile de coiivertizor, deoarece n durata de elaborare a arjei exist timp suficient pentru controlul compoziiei chimice, iar capacitatea cuptoarelor Martin este mai marc dect a convertizoarelor, ajungnd pn la 500 tone.

    Un procedeu relativ recent de elaborare a oelului, care a cunoscut o rs- j)indire rapid n practic, este aa-numitul procedeu L. D. (Linz-Donawitz), Im care afinarea fontei n convertizor se face prin suflarea cu presiune a unui jet de oxigen asupra bii metalice. Fa de celelalte metode, acest procedeu c di'linge prin faptul c oxigenul acioneaz numai asupra zonei de la supra- lala bii metalice.

    < alitalea oelului obinut prin aceast metod este comparabil cu a oe- lurilor Siemens-Martin. Productivitatea instalaiilor este ns mult mai mare,1 .ir rostul investiiilor mai redus dect la oelriile Siemens-Martin.

    In afara procedeelor amintite anterior, n practic se mai elaboreaz oel -.1 ni cuploare electrice. Aceste cuptoare, bazate pe principiul arcului sau al indii' (ici, folosesc energia electric pentru realizarea temperaturii necesare ela- I - i n ii ai i

  • Iic i I iligolierelc silit 11i 1 c' iorm (lin fonia, (Ic ;ist*IIK'IH';i tmiieonice, |)(*llil 11 ;i permite m'(>{iIcrea blocului di' oel rezultat din turnare, bloc ce poarta denii

    mirea dc lingou.Turnarea lingourilor se poate face direct, n cazul lingourilor mai mari

    (i'ig. 2.10, a) sau indirect (n sifon), n cazul lingourilor mai miei (fig. 2.10, b). La turnarea in sifon lingotierelc se aaz pe o platform de turnare, n jurul

    I lg. 2.10 Im im i r . ' i o e tu lu i .

    ii - dlrcctit; li in tifon , c continu.

  • miri plnii centrale cu care comunic prin inieimediul unor cmile. Deoarece umplerea lingotiorclor .se face de jos in sus, structura lingourilor este mai

    omogen.Rcirea lingourilor i deci solidificarea otelului ncepe de la pereii lingo-

    lii'ici i s(> continu spre interior. Cum prin rcire se produce o micorare a volumului, lingoul va prezenta la partea superioar un fel de plnie, numit reta- iuni. Retasura constituie un defect al lingoului i se elimin prin tiere nainte le laminare.

    Alte defecte de turnare, care pot apare n structura otelului snt:

    suflurile, reprezentnd golurile datorate gazelor care n-au putut iei din masa otelului nainte de solidificare;

    porii, care reprezint golurile rmase datorit micorrii volumului otelului prin rcire i solidificare;

    incluziunile, care provin din impuritile ce nu au timp s se ridice la suprafaa metalului topit n timpul procesului de rcire;

    segregaiile, provenite din elemente cu puncte de topire mai sczute, care se adun n anumite zone n timpul procesului de solidificare a otelului.

    Lingourile se scot din lingotiere n hala de stripaj, cu ajutorul unor maca- rale speciale, care prind lingotiera n nite gheare i cu un piston apas asupra lingoului, scotndu-1 din lingotier.

    2.1.4.5. Turnarea continu. Aceast nou metod de turnare, introdus ni producie de circa 20 de ani, const n turnarea continu a otelului lichid, nmagazinat ntr-un vas intermediar, ntr-o form rcit cu ap (fig. 2.10, c). Din aceast form otelul solidificat la exterior iese pe un pat de role unde estei i i continuare rcit. Prin acest procedeu se obine o pies cu lungime mare, caro se taie n buci dup necesitile procesului de laminare. Prin acest procedeu snt eliminate pierderile de material care apar la turnarea n lingotiere prin tierea capetelor lingoului pentru eliminarea retasurii. De asemenea prin adaptarea seciunii i lungimii piesei se pot elimina unele trepte n procesul de laminare.

    2.1.5. Laminarea oelului. Tipuri de laminoare. Din hala de stripaj lingourile snt duse la cuptoarele laminoarelor unde snt nclzite pn la circa 1 100 C n vederea laminrii. Prin laminare se nelege operaia de trecere repetat a Jingoului printre cilindrii laminoarelor pn la obinerea laminatelor finite. In practic se deosebesc urmtoarele tipuri de laminoare:

    laminoare duo reversibile (fig. 2.11, a), cu doi cilindri care i pot schimba sensul de rotaie i distana dintre e i;

    laminoare trio (fig. 2.11, b), cu trei cilindri care se rotesc continuu n acelai sens. La acest tip de laminor este necesar un pod deplasabil pe vertical, pentru a permite lucrul la cele dou niveluri;

    laminoare linie (fig. 2.11,c), la care se folosesc mai multe perechi de< ilindri, aezai n continuare, astfel net la captul liniei rezult profilul gata nmulit.

    Cilindrii laminoarelor de tabl au suprafaa neted, iar cei ai laminoare- loi de profile snt prevzui cu canale strunjite, de diferite dimensiuni, care transform succesiv lingoul n produs laminat (fig. 2.11, d).

    Tablele subiri se lamineaz i se ndoaie la rece, pentru a se obine profi- lele formate la rece, din care se pot confeciona construcii metalice uoare, cu tiu consum redus de oel.

  • /

    Fig. 2.11. Tipuri de laminoare :

    a lam inor duo b lam inor trio c lam inor linie d lam inor de profile

    2.1.6. Sortimentul de produse laminate la cald. Produsele lami-

    noarelor snt foarte variate ca form i dimensiuni. Totalitatea tipurilor de

    profile laminate alctuiesc aa-numitul sortiment de produse laminate. Fiecare

    lip de profil se lamineaz de obicei cu mai multe dimensiuni. Cu ct gama

    acestor dimensiuni este mai bogat, cu al l este mai uoar posibilitatea alc

    tuirii unor scciuni raionale ale elementelor di' construcii, evitndu-se supra

    dimensionrile sau adoptarea unor seciuni mai puin indicate din cauza lipsei

    de prolile corespunztoare. Soluia idml.i din aeesl punct de vedere, ar fi deci

    23

  • t,i ,mi 11im ului s,:i f|(> cit in;ii variat i gama fiecrui produs cil mai bogat. Pentru coiuli ii li economice ale rii noastre ns, aeeastii soluie 1111 este avan- lajoa.'.a, deoarece conduce la clieltuieli dc laminare ridicate, la blocarea unei m.ui cantiti de oel pe timp ndelungat, sub form de produse laminate, n dcpo/.ltele fabricilor de construcii metalice. Din aceast cauz sortimentul piodu.'.elor laminate, precum i gamele de dimensiuni n cadrul diferitelor tipuri de profilc snt limitate la elementele cele mai uzuale.

    Sorlimentul produselor laminate destinate construciilor metalice se compune din urmtoarele profile:

    0(cl I (STAS 565-71). Este un profil n form de dublu T, alctuit din doua tlpi legate ntre ele printr-o inim (fig. 2.12, a). Dimensiunile profilului iul precizate n funcie de nlimea sa h. In ara noastr se lamineaz profile

    l ii nlimea h de la 8 la 40 cm, variind din 2 n 2 cm, cu excepia profilelor c ii nlimi de 34 i 38 cm, care nu se lamineaz. In alte ri, profilele I se lami- ueaza cu nlimi pn la 60 cm.

    Notarea acestor profile se face prin simbolul I, urmat de o cifr care ex- prima n centimetri nlimea profilului. De exemplu 120, nseamn profil dublu T, cu nlimea h de 200 mm.

    Profilele I au o rigiditate mare fa de axa x x; de aceea snt indicate la alctuirea elementelor solicitate la ncovoiere. Ele se mai folosesc i la alctui re. ! elementelor solicitate axial, n special a celor cu seciune compus.

    Rigiditatea profilelor I fa de axa yy este mic i acest lucru mpiedic bun lor comportare la ncovoiere oblic i compresiune centric. Pentru pre- luai ea n bune condiiuni a acestor solicitri, n unele ri se lamineaz profile I eu I al pi late (fig.2.12, b), al cror moment de inerie fa de axa y y este senilii I mai mare dect la profilele I obinuite. La noi n ar nu se lamineaz

    a l lei de profile, ele putnd fi dealtfel confecionate i din tabl groas prin sudare.'

    Ofel U (STAS 564-71). Este un profil format tot din dou tlpi i o

    inim, dar care are numai o singur ax de simetrie (fig. 2.13).

    I'if'. 2.12. Profile dublu T. Fig. 2.13. Profil U.

  • Nolarcn lor se iacc prin .lniboliil I J, urmai de cifra rari* exprim mll mea h n cenlimetri (de exemplu IJI(i). I.a noi iu (ara se laminca/a prolih II eu nlimi li de 5 ; 6,5 .i apoi de la 8 piua la .'50 cm, variind din 2 iu 2 ccntimeli i, cu excepia profilului U28, ncinclus n sortiment.

    Profilele U se folosesc la alctuirea elementelor de construcii ncovoiate precum i a celor compuse, supuse la solicitri axiale. Profilele U au, la aceeai nlime h, momentul de inerie fa de axa yy mai marc dect profilele I. Din aceast cauz ele snt indicate la preluarea solicitrilor de ncovoiere oblic, care apar de exemplu la panele de acoperi.

    Oel T (STAS 566-68). Se produce n prezent n ara noastr numai cu nlimi cuprinse ntre 20 i 50 mm (fig. 2.14) i este folosit n special la confecionarea tmplriei metalice. Laminat cu dimensiuni mai mari, ar constitui profilul cel mai indicat pentru alctuirea barelor grinzilor cu zbrele sudate, ntruct permite prinderea acestora n noduri fr a mai folosi gusee.

    Oel cornier cu aripi egale L (STAS 424-71). Este un profil tipic construciilor nituite, cu ajutorul cruia se poate realiza legtura ntre dou elemente dispuse perpendicular (fig. 2.15, a). Oelul cornier este folosit ns pe scar larg i la construciile sudate, n special la alctuirea barelor structurilor cu zbrele.

    El este definit prin limea i grosimea aripilor exprimate n milimetri. Notarea se fzce prin simbolul L urmat de trei cifre, desprite prin semnul X , care, indic n milimetri, limile aripilor i grosimea lor. De exemplu L 100 X 100 X 10, nseamn oel cornier cu aripi egale, cu limea aripilor de 100 mm i grosimea de 10 mm.

    La noi n ar se lamineaz oel cornier cu aripi egale, cu limi de aripi de la 20x20 pn la 160 X 160 mm. La fiecare lime de aripi, se produc cor- niere cu mai multe grosimi (dou pn la cinci). Aa de exemplu, cornierele cu limea aripilor de 70 mm se lamineaz cu grosimi de 6, 7, 8, 9 i 10 mm, pe cnd cele cu limea de 120 mm, numai cu grosimi de 10 i 12 mm.

    Oel cornier cu aripi neegale LL (STAS 425-70). Oelul cornier cu aripi necgale difer de cel cu aripi egale, prin faptul c cele dou aripi au limi diferite (fig. 2.15, h). In ara noastr se lamineaz cu limi de aripi de la 30X20

    V

    25

  • nlii.i |,i ISO - 100 imn i cu diferite grosimi pentru fiecare lime de laminare. IiiIk huin.tt lle otelului' cor11ier cu aripi neegale snt n general aceleai cu ale o(i lului cornier cu aripi egale.

    Tabl groas (STAS 437-73). Se lamineaz cu grosimi de la 5 mm n sus .1 en l.iimi cuprinse ntre 0,8 i 3 m (fig. 2.16). Pn la 20 mm grosimea vari-

    .i din milimetru n milimetru, iar de la 20 . . . 40 mm din doi n trei milimetri (20, 22, 25, 27, 30 . ..). Tabla groas are ntrebuinri multiple. Din ea se al-

    Fig. 2.16. Tabl groas.W 77'

    uiluicsc elemente cu inim plin supuse la ncovoiere sau solicitri axiale (grinzi i stlpi), construcii din tabl groas (rezervoare, gazometre. buncre, conducte etc.) precum i o serie de elemente de prindere i mbinare a construciilor metalice ca: gusee, eclise, fururi etc. Lungimea maxim de livrare a tablei pi oase este de 15 m.

    Notarea tablei groase se face prin indicarea dimensiunilor n ordinea : gro- iiiu'XliiimeXlungime. Exemplu: 20X1 400X8 000.

    Tabla striat (STAS 3480-69). Se lamineaz cu grosimi cuprinse ntre I) i 10 mm i limi de 1 pn la 1,5 m (fig. 2.17). Tabla striat este prevzut pe una din fee cu nervuri care au rolul de a nltura pericolul de alunecare.

    Fig. 2.17. Tabl striat.

    .'(folosete la alctuirea suprafeelor destinate circulaiei ca : platforme, scri,

    pardoseli etc. Se noteaz cu simbolul TS urmat de trei cifre care exprim n

    milimetri groi mea X li mea X lungi mea. Exemplu: TS 8x500x4 000.

    Oel lat (STAS 395-68). Se lamineaz cu grosimi cuprinse ntre 5 i 50

    mm i limi de la 12 pn la 150 mm (fig. 2.18). Se folosete la confecionarea

    unor piese de dimensiuni mici ca: rigidizri, eclise, fururi etc. Se noteaz prin

    Indicarea dimensiunilor n ordinea: limeXgroimeXlungime, precedat de

    ilmbolul LT. Exemplu: LT 80x6x480.

  • Banda di' oel (STAS !)08 (>!)). Se 1 aniiiK-a/.i cu limi cuprinse inlre 20 i 500 i i i i i i i grosimi d
  • l'ahU) ondulat (STAS 202) (>8). Se producc cu grosimi cuprinse ntre0,7!) .1 l,fi mm .i diferite niil i ini de onduleu, in foi de 2 ni lungime i aproximativ 0,8 in lime (fig. 2.21). Se folosete la acoperiuri ca nvelitoare sau la al< aluirea pereilor halelor industriale, magaziilor, depozitelor i a altor con- \lnn'(ii cuie nu trebuie izolate termic.

    Fig. 2.21. Tabl ondulat.

    Oel ptrat (STAS 334-68). Se lamineaz cu latura seciunii transver- .11( de la 8 pn la 140 mm. Are diverse ntrebuinri n special la tmplria mei alini. I.a noi n ar se mai folosete ca in pentru cile de rulare ale podu- 11Io) i ulante. Se noteaz prin indicarea denumirii sau a simbolului (4L), urmat de o cifr care exprim dimensiunea laturii n milimetri. De exemplu: Oel ptrat 20 sau 4L20.

    Oel rotund (STAS 333-71). Se lamineaz cu diametrul cuprins ntre12 .i 300 mm i este utilizat la fabricarea uruburilor, a uruburilor de anco- i aj, a unor tirani etc. Se noteaz cu simbolul 0, urmat de o cifr care exprim diametrul n milimetri. De exemplu: 030.

    In afara profilelor laminate la cald artate, care se ntrebuineaz frecvent i i i construciile metalice, industria metalurgic mai lamineaz i alte tipuri de profile, a cror ntrebuinare este mai redus n construcii.

    2.1.7. Sortimentul de produse formate la rece. Profilele din band de oel formate la rece snt produse cu precizie dimensional superioar ;i greutate minim, pentru o anumit valoare a mrimilor statice ale profilului, an* permit realizarea unor construcii uoare, cu linie simpl i elegant.

    Prin nlocuirea profilelor laminate obinuite cu profile metalice cu perei tihii i, se micoreaz consumul de metal, fr ca manopera de atelier i de montaj sa creasc simitor.

    Superioritatea profilelor cu perei subiri const n distribuia mai raionala a materialului n seciunea transversal, precum i n posibilitatea obinem unor profile de orice form, lucru ce nu poate fi realizat, de obicei, n ca-- ni profilelor laminate la cald. Profilele formate la rece se fabric la ntreprin-

  • Fig

    . 2.2

    2.

    Pro

    file

    de

    uz

    gene

    ral

    form

    ate

    la re

    ce.

  • profile U cu aripi egale (UI) ,STAS 7835-71 (flg. 2.22, r) ;

    profile U cu aripi neegale (Uni), S l'AS 8610-70 (fig. 2.22, tl) ;

    profile Z cu aripi egale (Zi), STAS 8296-69 (fig. 2.22, e) ;

    profile Z cu aripi neegale (Zni), STAS 8609-70 (fig. 2.22, /);

    profile T cu aripi egale (Ti), STAS 8249-68 (ig. 2.22, g) ;

    profile omega cu aripi egale (Qi), STAS 8367-69 (ig. 2.22, h) ;

    profil rotund deschis (Rd), STAS 8326-69 (ig. 2.22, i).

    Profilele pentru tmplrie metalic se utilizeaz n construciile civile i

    industriale la confecionarea ferestrelor, uilor, vitrinelor, balcoanelor etc.

    Formele i dimensiunile profilelor din band de oel laminate la rece, au fost unificate la o serie de 18 tipodimensiuni de profile simple neasamblate (STAS 9142-72). In figura 2.23 snt artate formele acestor profile, iar n figura 2.24 citeva exemple de asamblare n scopul evidenierii rolului lor n alctuirea elementelor compuse. Gr

    rw(>J)_ fos.ix.is)

    2.1.8. Recepia produselor laminate.Produsele laminate, fiind produse de serie, se lamineaz cu anumite abateri dimensionale. Aceste abateri snt stabilite de standardul fie- crui produs i n general se refer la :

    dimensiunile seciunii transversale;

    lungimile de livrare;

    condiiile de form ale profilului;

    masa unui metru liniar de profil.

    De exemplu, pentru oel I, standardul 56-5-71 prevede abaterile limit la dimensiunile seci- tmii transversale n funcie de nlimea pro- filului, conform tabelului 2.1.

    Msurarea dimensiunilor seciunii transversale a profilelor n vederea determinrii abaterilor se face la minimum 500 mm de la captul lor.

    Abaterile privind lungimile de livrare, n

    T(En

    TM02I12)

    TH1k (15)

    r=>

    \ TMD? TM07

    /Ls

    t\ rnii(is)

    TM17TM07

    TM $

    - 4 -rufj TM 18

    Y h

    ~ t

    Fig. 2.24. Exemple de asamblare ;i

    1111ic ie de lungimile de fabricaie, au valorile profilelor pentru timplarie met.ili- .. . , i c formate la rece.din tabelul 2.2.

    Standardul 565-71 prevede urmtoarele lungimi de fabricaie:

    pentru profile 18 .. .116, de la 5 la 15 m;

    pentru profile 118.. .140, de la 6 la 15 m.

    Beneficiarii vor admite pn la 15% din cantitatea livrat, profile cu

    linifiiiii cuprinse ntre 3 m i l;,nila inferioar indicat mai sus iu funcie de

    liiiil|imea profilului.

    Lungimile fixe pot fi stabilite nlic 0 i 12 m.

    I ungi mi le multiple snt fornmtc* din mai multe lungimi fixe egale, iar

    liuijMmile compuse din mai nmllr lungimi fixe difeiitc.

  • Tabelul 2.1

    1111 kl 111 n 8m 50 +80

    Multiple : Pentru fiecare lungime Pentru lungimea mulCompuse : fix component: +10 tipl, respectiv com

    pus tota l: +80 mm

    Iii privina condiiilor de form, standardul precizeaz c barele trebuie a li(> drepte, fr ndoituri ale axei i admite curbri locale cu sgeata de

    maximum 2 mm pe o lungime de 1 m. Sgeata curbrii pe lungimea total a profilului nu trebuie s depeasc sgeata curbrii admise pe metru lun- i'.ime, nmulit cu lungimea profilului, n metri. Se mai admite o nclinaie a lalpilor bv de maximum 1,5% din limea lor (fig. 2.25, a) i o concavitate i inimii dv (fig. 2.25, b), care nu trebuie s depeasc valorile din tabelul 2.3.

    Tot n privina condiiilor de form, STAS 565-71 mai prevede ca tei- I ura (neumplerea) colurilor exterioare ale tlpilor (fig. 2.25, c) s nu depeasc valorile : 0,31 pentru profile 110...124 i 3 mm pentru profile120.. .140.

    Abaterea limit la masa unui metru de lungime de profil I este limitat la i 5%. Controlul se face prin cntrirea unui lot di* 20...60 tone la fiecare100 . .600 loiic profil laminat.

  • * bFig. 2.25. Abateri dimensionale de laminare.

    La unele profile abaterile privind masa produsului variaz n funcie de diferii factori. Aa de exemplu, la oelul lat, conform STAS 395-68, aceste abateri variaz ntre 4 i 8%, n funcie de grosimea produsului i mrimea lotului (tabelul 2.4).

    Verificarea abaterilor se face la recepia produselor laminate, n conformitate cu prevederile standardului produsului respectiv.

    2.1.9. ncercri mecanice

    ule oelurilor. Determinarea calitilor mecanice ale otelurilor din care se execut construciile metalice se face pe baza unor ncercri de labo- i.ilor. Scopul acestor ncercri e le de a stabili modul de 'importare a materialului n anumite condiii de solicitare.L /.uitatele obinute trebuie

    i se ncadreze ntre anumite limite fixate de norme pentru Urcare calitate de oel.

    Cele mai importante ncer- ii i mecanice, prevzute de laudiirde pentru construciile

    mei alice, s nt:

    hu'crcarca la traciune (STAS 200-67) care se efectueaz pe cpruvete normalizate (ig. 2.26) i const n aplicarea lent, continu i progresiv a nuci solicitri de traciune, n vederea determinrii urmtoarelor caracteristici mecanice ale oelurilor:

    limita de propor(ionalitate convenionalii (tehnica) a 10, care reprezint efortul unitar la care abaterea de la proportioiialilalea dililre efortul uniIai si alun i'tie ntiilj,' v.iloarca de 10%, valoare menionat ca indice al efortului unitar ;

    Tabelul 2.3

    nlimea profilului I Concavi lalea dlt mm

    0

    5

    !

    0,5

    12 ...20 1,0

    2 2 .. .30 1,5

    3 2 .. .40 2,0

    Tabelul 2.4

    Grosimea,Abateri admise, /o

    mm lot < 51 lot ^ 51

    5 8 6

    6 .. .5 0 6 4

    l-___ i--- -

    * iilU ltiH III nioliilli n rit

  • >>

    U

    -I

    Lf *LC *-2htf0rt

    r lSeciunea /-/

    Fig. 2.26. Epruvet pentru ncercarea la traciune.

    Urnita de elasticitate convenional (tehnic) g c,01 care reprezint efor- liil uni tar la cane alungirea remanent atinge valoarea de 0,01%, menionat de asemenea ca indice al efortului unitar;

    limita de curgere aparent ac, care reprezint efortul unitar la care alungirea crete pentru prima dat, fr creterea solicitrii.

    In cazul cnd se distinge o limit de curgere superioar i una inferioar, ni mod obinuit limita de curgere aparent se consider egal cu maximul nregistrat. Limita de curgere aparent se calculeaz mprind fora corespunztoare curgerii Fc cu aria seciunii iniiale a epruvetei A0:

    Oc=x- (2.D0

    i se poate determina numai la oelurile cu coninut redus de carbon, care prezint palier de curgere n diagrama caracteristic (fig. 2.27);

    limita de curgere convenional (tehnic) 2 care reprezint efortul unilar la care alungirea remanent atinge valoarea de 0,2%. Aceast limit e determin la oelurile care nu prezint palier de curgere n diagrama caracteristic (fig. 2.28);

    rezistena la rupere o>, care reprezint raportul dintre fora maxim suportat de epruvet i aria seciunii iniiale a acesteia: . .v

    Fmax .Oy--

    A r(2.2)

    - alungirea la rupere An sau 5, care reprezint n procente, raportu: dintre alungirea epruvetei ncercate pn la rupere i lungimea ei iniial 1

    A,Lu L o

    100; (2.3)

    rare;

    .i ai

    glluirea la rupere Zn, reprezentnd n procente raportul dintre mico- ariei seciunii transversale a epruvetei n zona gtuit datorit ruperii

    ia sec|iunii iniiale a epruvetei:

    Zn 100 ; (2.4)

    modulul de elasticitate E, care reprezint raportul dintre efortul uni-

  • curca raportata la aria seciunii 11 air.versale iniiale a epruvetei), ,.e obineo diagrama de felul cclci din ligura 2.27.

    In ca/ul otelurilor cu procent de carbon ridicat, pe diagrama nu mai apare palierul de curgere, iar forma ci este asemntoare celei din figura :

  • Iii i r i ".(* do STAS 500/2-68, pentru fiecare marca de oel, n funcie de clasa de nlil.itc. Unghiul de ndoirea se consider atins cnd pe partea ntins a epru- v.-li i aprut o fisur cu lungimea de minimum 5 mm. ncercarea de ndoire l.i i-
  • energia consumata la rupere K\nit>. exprimat iu da.l. i>i iu acest t i/ , la ncercrile normale, cind n 30 da.l .i b 10 111111, se folosete numai simbolul I\V.

    lntruct comportarea oelurilor iu ceea ce privete tenacitatea, este dependent de temperatur, n sensul c la anumite temperaturi sczute, oelurile devin brusc fragile, STAS 500/2-68 prevede ca determinarea energiei de rupere s se fac la : 0, 20, 30 sau 40C, n funcie de clasa de calitate a mrcilor de oel i de importana elementelor de construcie (tab. 2.5).

    ncercarea ele duritate Brinell (STAS 165-66). Aceast ncercare const n apsarea unei bile de oel cu diametru D, cu o for P> constant intr-un interval de timp dat, asupra piesei de ncercat, n vederea determinrii duritii materialului piesei respective (fig. 2.31).

    Fig. 2.31. ncercarea de duritate Brinell.

    Duritatea Brinell se noteaz cu simbolul HB i este egal cu raportul dintre fora P i aria amprentei calotei sferice lsate de bil n material:

    HB =jiD~2~ D - } 'D 2- d 2

    (2.7)

    ncercarea de duritate Brinell intereseaz n domeniul construciilor meta- icc n special prin faptul c ntre cifra duritii Brinell i rezistena la rupere la oelului respectiv, exist urmtoarea relaie liniar:

    Or = 0,36NB. (2 .8)Cu ajutorul acestei relaii, cunoscnd duritatea unui oel, se poate stabili

    1 existena lui la rupere i deci 1 se poate aprecia marca, pe baza unei ncercri nedistructive. n practic exist aparate Brinell portabile, cu ajutorul 1.11 ora se poate aprecia la faa locului marca oelului dintr-o construcie.

    ncercarea la oboseal. Aciunile la care snt supuse construciile metalice 1111 snt ntotdeauna constante ca intensitate i poziie. Din aceast cauz eforturile unitare pe care le produc aceste aciuni vor rezulta i ele variabile ca mrime i uneori chiar ca semn. Prin ncercri experimentale comportarea oelului la solicitri variabile periodice .a dovedit mai dezavantajoasa

  • I 'i i/a acestui lpl, 11>ii care condiioneaz comportarea oelului la solicitrile variabile periodici iul :

    ilfermfa intre limitele ntre care variaz solicitarea. Din acest punct de ve- du< (' disting cicluri ondulante (oscilante), la care limitele minime i maxime aii ilicitarii .snt de acelai semn (pozitive sau negative) i cicluri alternante, la hc cele dou limite snt de semne contrare (fig. 2.32). In cazul cnd una

    Fig. 2.32. Tipuri de cicluri de solicitare:

    a oscilant; b pulsant; c alternant; d alternant simetric.

    din limite este zero, ciclul se numete pulsant. Ciclurile pulsante snt limitate superior de ncrcarea static, la care ominGmax, iar ciclurile alternante de ciclul alternant simetric, la care o max= Gmin.

    Experimental s-a constatat c oelurile au cea mai slab comportare la .oii ilrile de tip alternant simetric.

    Numrul repetiiilor. Tot experimental s-a constatat c rezistena la obo- 1 depinde de numrul de cicluri de solicitare.

    Reprezentarea grafic a dependenei dintre numrul de repetiii n i rezis- leu(a la oboseal oy, poart denumirea de curb de durabilitate sau curb Wohler (Iu .33). Din forma pe care o are, rezult c exist o limit a solicitrii, la care

    Fig. 2.33, Curba de durabilitate.

    :u

  • n i p o n a ne 1 ni.ii produci' , n idi t f i cnl di- m im a tu l de lepd i i i Valoarea .prc ( al e til ldc .1 .1 l l lplol ic il l l Im (Ic (l l l l . 11 >i 111 ale ci HI .1 i t Iile M' e.le lia la i >1 x ) i a l . i a oelului respectiv, penl ru uu ai i ii inil ciclu de soliei turc.

    Calitatea materialului. Comportarea la oboseala a oeluriloi depinde, in anumite condiii, intr-o msura nsemnata de calitatea lor. S-a constatai de exemplu cit n cazul ciclurilor ondulante, oelul de calitate superioara (01,52), se comporta sensibil mai bine ca oelul normal (OL37), astfel net n asemenea situaii se recomand folosirea lui. Din contr, n cazul ciclurilor alternante, diferena ntre comportarea celor dou caliti de oel este destul de mic, aa net nu justific folosirea oelului de calitate superioar care este mai scump.

    Forma piesei i starea suprafeei. Cu ct forma piesei i starea suprafeei snt mai neregulate, prezentnd variaii brute de seciune, asperiti, fisuri etc., comportarea oelului la oboseal se nrutete, datorit concentrrilor de eforturi ce apar n dreptul acestor neregulariti.

    Existena unor defecte interioare. Defectele interioare nrutesc comportarea oelului la oboseal datorit apariiei concentrrilor de eforturi, n dreptul discontinuitii materialului creat de defectul respectiv (fisur, incluziune, segregaie etc.).

    Datorit faptului c ruperea prin oboseal se produce dup apariia unor fisuri, care cresc n timp, dezvoltndu-se mult nainte de ruperea elementului, ea poate fi ntotdeauna identificat ntruct prezint dou zone distincte. O zon mai lucioas, care reprezint suprafaa fisurii formate naintea ruperii i o zon grunoas, reprezentnd seciunea nefisurat n momentul ruperii, zon n care ruperea s-a produs prin depirea capacitii de rezisten a materialului.

    2.1.10. Caliti de oeluri folosite n construciile metalice din ara noastr. Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc oelurile destinate construciilor metalice snt prevzute n STAS 500/1 i 500/2-68.

    Oelurile de uz general pentru construcii fabricate n ara noastr se mpart n patru clase de calitate (tabelul 2.5).

    Tabelul 2.5

    C a r a c t e r i s t i c i g a r a n t a t e

    Clasa

    de

    calita

    te

    Produse ce urmeaz s fie prelucrate prin deformare

    Produse fini le laminate (forjate)

    Compozi

    ia

    chimic

    Caracteristici

    mecanice

    Com

    pozi

    ia

    chim

    ic

    Cara

    cte

    risti

    ci

    mecanic

    e

    de

    traci

    une

    ndoir

    e

    la

    rece

    1 ___

    ____

    ____

    ____

    ____

    ____

    ____

    __

    ooci ofi

  • ( lontoi in acestei cla JIIcarl, deosebirea ntre cele -I clase de calitate* consta iu mimul i ii ui m condiiile de tenacitate pe care trebuie s le ndeplineasc otelurile clintr-o anumit clas de calitate. Din acest punct de vedere, pentru eljr.a de calitate 1, nu se impun nici un fel de restricii. Pentru clasa de calitate

    ,\e cere respectarea valorilor minime ale cifrei de rezilien, determinate pe epruvcte cu cresttur n U, de 2 mm adncime, la +20C. Pentru clasele 1 < alltate 3 i 4, se impune respectarea valorii energiei la rupere, determinate la ()"(;, respcctiv la 20 C. In caz de necesitate, beneficiarul poate cere prin oniaiula productorului s garanteze n locul energiei la rupere KV la 20C, energia la rupere la 30 C, sau 40 C.

    Clasa de calitate 4 se refer numai la table.

    < iu acordul beneficiarului, pentru clasa de calitate 1, produsele finite se pol livra i fr garantarea compoziiei chimice sau a caracteristicilor mecanice Ic traciune i ndoire la rece.

    I i i funcie de valorile caracteristicilor mecanice i de compoziia chimic, oelurile de uz general pentru construcii snt de mai multe mrci. Notarea mrcilor de oel se face prin simbolul OL, urmat de dou cifre care reprezint ie/r.leua minim de rupere la traciune n daN/mm2. Simbolul mrcii se completeaz cu cifra 1, 2, 3 sau 4, care reprezint clasa de calitate, corespunztoare aiacteristicilor ce trebuie garantate conform tabelului 2.5, i cu o liter care indica gradul de dezoxidare al oelului respectiv (n=necal mat, s=semicalmat, /. calmat). Dac gradul de dezoxidare nu se indic prin nici o liter, se ne- lc|'e ntotdeauna oel necalmat.

    In conformitate cu aceast regul de notare, OL.37.3.k de exemplu, n- < amilii: oel de uz general pentru construcii, cu rezistena de rupere minim de ;\7 daN/mm2, din clasa de calitate 3, livrat n stare calmat.

    In afara oelurilor de uz general pentru construcii, prevzute de STAS 500/.i 500/2-68, pentru realizarea anumitor categorii de construcii metalice, se mai folosesc i alte tipuri de oeluri. Dintre acestea fac parte :

    oelul carbon pentru evi (STAS 8183-68), a crui notare se face prin ilnibolul OLT, urmat de cifrele care exprim valoarea rezistenei minime la li aciune, exprimat n daN/mm2;

    oelul carbon turnat n piese (STAS 600-65), care se noteaz cu simbolul

  • Tabelul 2.li

    Mnrcn

    Clasa

    de

    calita

    te

    Gra

    dul

    de

    dezo

    xid

    are

    ii ni p o l 1 \ 1 h c li 1 in 1 o A, /

    cmaximum Mu

    smaximum

    1 s Alteelemente

    OL 00 1 0,26

    OL32 1n

    0,170,21 . . .

    0,600,07

    0,055 0,055 -k 0,40

    OL34 1ti 0,19 0 ,2 1 ...

    0,600,07

    0,055 0 055

    k 0,17 0,40 ..........

    OL37

    1n 0,25

    0 ,2 6 .. . 0,85

    0,070,065 0,055 -

    k 0,22 0,40

    2ti 0,22 0,07

    0,055 0,055

    k 0,20 0,40

    3k 0,19 0,40

    0,050 0,050 Alminimum

    0,0204 0,045 0,045

    OL42

    1n 0,31

    0 ,3 1 .. .0,85

    0,070,065 0,055

    k 0,28 0,40

    2ti 0,31 0,07

    0,055 0,055 -k 0,25 0,40

    3 k 0,25 0,50 0,050 0,050 _

    OL44

    2

    k 0,22 0 ,7 5 .. .1,15

    0,50

    0,055 0,055 _

    3 0,050 0,050 Alminimum

    0,0204 0,045 0,045

    OL 52

    2

    k

    0,221 ,0 5 ...

    1,55 0,50

    0,055 0,055

    3 0,050 0,050 Alminimum

    0,0204A 0,045 0,045

    4B 0,20 0,040 0,040Al min 0,020 V max. 0,15

    OL50 1 0,300 ,4 7 .. .

    0,850,40 0,055 0,055 -OL6O 1 k 0 ,40

    O l 70 1 k 0 ,50

    oteluri prezint palier de curgere n diagrama caracteristic i snt sudabile ni condiii normale. Procentul de mangan depete lim ita pn la care se consider impuritate doar la otelurile de marc OL44 i OL52 care snt oteluri slab aliate, elementul de aliere fiind chiar mangariul. Se mai observ c procentul

    de siliciu la otelurile semicalmatc i calmaie (dozoxidate) este mai mare ca la rele ilocal mate, ceea ce se explic prin laplul ea dezoxidarea se face eu materialo caro conin siliciu.

    41

  • .ii.icli'i'isic*ile nur,mice ;ilc oelurilor di' u/, general pentru construcii Iul d.ile in tabelul 2.7. Din tabel se observ c aceste caracteristici depind de jnMineii clementului, i anume c odat cu creterea grosimii pieselor, caracte- i li ile mecanice de rezisten scad. Din aceast cauz, se recomand ca la il< il mi ea seciunilor elementelor de construcii metalice s nu se foloseasc ii
  • t.,, SE L

    i l c T3

    s 'j' : / I'

    8 '

    A

    " I 3 Om 5~ i v C ii I

    ci O r~ ~ O O X l-O C'Zl-r ,c rQ CMSVtV.V

    p: o p oo - i ^< _ u

    e

    2|\f ' V0 o

    .. S-

  • Oelul de marca 0L.'l7 este otelul
  • roxld de sodiu .i var nestins iu autoclavo unde, la temperatura de circa 200"( .i presiune de f . . . 8 atmosfere, se obine aluininatul de sodiu, (lineare prin precipitare i filtrare rezulta alumina. Dup calcinare, alumina se prezinl sul) forma unei pulberi de culoare alb, cu greutatea volumetric 3,7 kg/dm3 i cu punctul de topire la 2 000C.

    Din alumin prin electroliz dup metoda Ileroult-Hall se obine aluminiul tehnic pur (99%). Electroliza se realizeaz n cuve metalice (fig. 2.34) a cror vatr este format din grafit, reprezentnd catodul, anodul fiind format din mai muli electrozi executai din cocs de petrol aglomerat cu smoal

    Fig. 2.34. Cuv pentru electroliza alum iniului:

    / antracit; 2 catod ; 3 zidrie refractara ; 4 cuv metalic ; 5 anod ; 6 tija anodul ui ; 7 cadru de susinere ; =600 . . . 800 daN/cm2; oc =300 . . . 600 daN/cm2; A5= 35%;E =700 000 daN/cm2; {1= 0,33 ; v=2,7 kg/dm3;

    at =23,5-104; temperatura de topire: 658C.

    Limita de curgere i rezistena la rupere a aluminiului pot fi ridicate pn la valori sensibil egale cu ale oelului prin alierea lui cu alte elemente ca : man- gan, magneziu, siliciu, cupru etc., precum i prin anumite tratamente termice. Inconvenientul mbuntirii calitilor mecanice prin tratament termic con- s la n faptul c ele se pierd dac materialul este nclzit ulterior la temperaturi peste 100 C. Din aceast cauz mbinrile n construciile din aliaje de aluminiu se execut de obicei cu uruburi sau cu nituri btute la rece.

    Gama aliajelor de aluminiu este foarte bogat, alegerea elementelor de aliere i a ponderii lor fcndu-se in funcie (le cerinele impuse aliajului respectiv.

  • ( 'apitolul 5

    Metode de calcul a construcfiilor metalice

    I . Aciuni care solicit construciile metalice

    'I i calculul construciilor, prin aciuni se neleg cauzele care pot s pro- diii .1 olicitri sau deformaii neimpuse elementelor de construcii sau eonii iu 11ilor in ansamblu.

    Termenul de aciune este deci noiunea cea mai complex, care reprezint.... . nfluen, capabil s produc stri de solicitare sau deformaii ale ele-iiiei11clor sau ansamblurilor de elemente de construcii.

    i tu iile cele mai des ntlnite n calculul construciilor snt aa-numitele mic ,, i, care provin din greutatea elementelor i utilajelor direct sau indirect usii iile, greutatea proprie, greutatea oamenilor etc. Uzual, prin ncrcri de*.-iese aciunile ce se manifest sub forma unor fore gravitaionale.

    In afara ncrcrilor, exist i alte tipuri de aciuni cum ar f i : efectul vnailor de temperatur, efectul tasrii reazemelor, efectul micrilor seismice etc.

    Aciunile pot fi clasificate din diferite puncte de vedere. Pentru calculul i on I uciilor prezint un interes deosebit clasificarea din punctul de vedere .ii dur. lei de aplicare. n acest sens.se deosebesc: aciuni permanente i aciuni temporare.

    1.1. Aciuni permanente. In categoria aciunilor permanente intr acele aciuni care se exercit cu valori practic constante, pe toat durata exis- len< construciei respective. Principalele aciuni permanente snt:

    ncrcrile provenite din greutatea proprie a elementului care se di

    mensioneaz ;

    ncrcrile provenite din greutatea elementelor susinute de elementele care se dimensioneaz;

    aciunea efectului pretensionrii.

    Valorile normate ale ncrcrilor permanente snt precizate de STASG(M-70.

    1.2. Aciuni temporare. Se consider aciuni temporare, acele aciuni i an ..par numai n anumite perioade din timpul execuiei sau exploatrii eonii ii' iei sau cele care nu acioneaz la valori practic constante pe toat durata

    aplic i ii lor. Aciunile temporare se mpart n:

    aciuni temporare de lung durat, care se manifest asupra construciile, n valori practic constante pe perioade lungi de timp, sau de un numr mn le ori pe perioade scurte de timp;

  • acjiurii temporare de scatiu durat, cin* se matlfcstii asupra construciilor cu v;11i i practic constante, dar pe perioade scurte de timp l de puine o r i;

    (K'liutii temporare accidentale, care pot sa apar, iu limpnl execuiei .aii exploatrii construciei, numai in mod excepional.

    3.1.3. Grupri de aciuni. In practic exist posibilitatea apariiei simul

    tane' a mai multor aciuni asupra elementelor de construcii.

    Pentru a putea stabili diferite situaii defavorabile de solicitare, normele .tabilesc grupri de aciuni, cu ajutorul crora se face calculul i dimensionarea elementelor respective. Gruparea de aciuni conine deci o combinaie de aciuni din diferite categorii, a cror apariie simultan, asupra elementelor de construcii ce urmeaz a fi dimensionate, este practic posibil.

    Calculul construciilor, respectiv al elementelor componente ale acestora, trebuie fcut pentru cea mai defavorabil grupare de aciuni.

    n funcie de numrul i importana aciunilor luate n considerare, pen- tru fiecare grupare de aciuni snt prevzute valori diferite ale coeficientului de siguran.

    Normele din ara noastr prevd luarea n considerare a urmtoarelor 1 rei grupri de aciuni:

    I. Gruparea fundamental, care cuprinde:

    aciunile permanente (greutate proprie etc);

    aciunile temporare de lung durat (greutatea utilajului tehnologic cu amplasament fix, greutatea materialelor depozitate, greutatea prafului industrial, ncrcrile produse de utilajele de ridicare sau transport, greutatea oamenilor, ncrcarea dat de zpad, aciunea temperaturilor tehnologice etc.)

    una din aciunile temporare de scurt durat (ncrcri ce apar la punerea n funciune sau oprirea utilajului tehnologic etc. Cnd utilajul tehnologic este alctuit din poduri rulante, se iau n considerare ncrcrile verticale i orizontale, produse de cel mult dou poduri ncrcate, n fiecare deschidere a halei. Restul podurilor rulante se consider descrcate.).

    II. Gruparea suplimentar, care cuprinde:

    aciunile permanente;

    aciunile temporare de lung durat;

    dou sau mai multe aciuni temporare de scurt durat, dac aplicarea lor este practic posibil simultan cu aciunile de lung durat. Aciunile de scurt durat, care apar n plus fa de cea din gruparea fundamental, snt de obicei: presiunea vntului, efectul temperaturii climatice, ncrcri n timpul execuiei sau reparaiilor etc.

    III. Gruparea extraordinar, care se obine din gruparea suplimentar, lai are se adaug una din aciunile temporare accidentale (aciunea micrilor seismice, aciunea inundaiilor catastrofale sau a incendiilor, ncrcri ce apar datorit unor erori grave de execuie etc.).

    Dup cum se observ, gruprile de aciuni urmresc s ia n considerare, i11 > diferite grade de precizie, starea posibila de solicitare a elementelor de coi- .trucii sau a construciilor, n vederea unei dimensionri sigure i economice.

    49

  • 3.2. Calculul construciilor mctalicc n stadiul clastic

    Orice element de construcie supus aciunii unor Jore exterioare se deior- iiira/a, iar n seciunile sale transversale apar eforturi. n cazurile cnd mrimea forelor exterioare nu depete o anumit limit, deformaiile snt reversibile, adlca la descrcare elementul revine la forma iniial. O astfel de comportare e numete elastic i ea este specific materialelor cu structur continu, omo- (M-iia, izotrop i stabil n timp.

    Oelurile folosite n construcii ndeplinesc aceste condiii, avnd o com- porlare aproape perfect elastic pnn apropierea limitei de curgere (v. fig. 2.27 i 2.28).

    Relaia dintre eforturile unitare i deformaiile specifice, n domeniul elas-I ic, la oeluri este de tip liniar i este cunoscut sub denumirea de legea lui Hooke:

    o&E. (3.1)

    In scopul simplificrii i schematizrii calculelor, n practic se admite c omportarea perfect elastic i liniar a materialului pn la limita de curgere, dup care materialul se consider c se comport perfect plastic. Ilustrarea acestui mod de comportare este dat de curba caracteristic propus de Prandtl (fig. 3.1,a).

    Datorit faptului c n domeniul elastic, elementele de construcii au deformaii foarte mici n raport cu dimensiunile lor, calculele statice pot fi conduse pe schema nedeformat a structurii. Scriind ecuaiile de echilibru pe .chema nedeformat, nseamn c se pot folosi ecuaiile mecanicii teoretice i deci se neglijeaz influena deformaiilor asupra mrimii eforturilor ce apar n elementele solicitate.

    Acceptnd ipoteza comportrii liniare elastice i neglijnd deformaiile n raport cu dimensiunile elementelor, este posibil aplicarea principiului suprapunerii efectelor. Ca urmare, elementele pot fi calculate separat la fiecare solicitare dup care pot fi nsumate efectele diferitelor solicitri, n funcie de posibilitatea apariiei lor simultane asupra elementelor respective.

    Prin aceste simplificri, calculul n domeniul elastic devine relativ simplu i permite stabilirea unor metode practice pentru determinarea distribuiei si valorilor eforturilor unitare n structurile de rezisten.

    Calculul n domeniul elastic admite ca stadiu limit, starea de solicitare care provoac apariia limitei de curgere n fibra extrem din seciunea cea mai solicitat.

    Limita stadiului de exploatare se stabilete fa de stadiul limit, prin reducerea acestuia cu un anumit coeficient de siguran c.

    ,'L3. Calculul construciilor metalice n stadiul plastic

    Simplificrile admise de calculul n stadiul elastic, care n genere reflect corect starea de solicitare din stadiul de exploatare a construciilor, conduc in anumite cazuri la rezultate acoperitoare fa de cele obinute prin ncercri i msurtori efectuate pe modele sau pe construcii la scar natural. Aceast :.ilnaio se explic datorii;! unor inconveniente alo acestui mod de calcul.

    50

  • Iu primul iind, ii 11. i (i. i ( oiimiIoi. 11 a Umilii, un repro/.iula ntotdeaunao Umilii rea la , Oii avind UIl caracter convenional. La barele ntinse ccillric, apariia li milei do curgere se produoo simultan pe loatii socjiimoa transversalii

    a burcilor i corespunde ntr-adevr cu pierderea capacitii portante, datorit;! deiormaiilor mari care apar. La grinzile ncovoiate ns, apariia limitei do curgere n fibra extrem din seciunea cea mai solicitat (fig. 3.1, c.l), nu conduce la pierderea capacitii portante. Aceasta survine abia atunci cnd

    ('forturile unitare ating lim ita de curgere pe toat nlimea seciunii transver-

    rr

    I'ltf. 3.1. R cp.'irt i ia eforturilor imit.irc

  • nlo (lin. 3.1, c.4). Trecerea de la situaia din figura 3.1, c.l (limita stadiului lir.iic), la cea din figura 3.1, cA (stadiul plastic) se face pe msura cretcrii nniivarllor, cretere care provoac extinderea limitei de curgere de la fibra

    11 *iii.i \prc axa neutr a seciunii (fig. 3.1, c.2 i 3.1, c.3).

    Momentul corespunztor seciunii integral plastificate (fig. 3.1, cA) poart l< numirea de moment plastic', la structurile static determinate, apariia lui nu ipimde cu pierderea real a capacitii portante din cauza deformaiilor

    mari movocate de curgerea materialului (fig. 3.1, b.4). Stadiul corespunztor nparlici plaslificrii pe ntreaga seciune transversal a elementului poart deliii mi rea de articulaie plastic i se caracterizeaz prin posibilitatea producerii urn i rotiri relative ntre cele dou poriuni de grind.

    l a structurile static nedeterminate, apariia primei articulaii plastice im < of ucide cu pierderea capacitii portante a structurii. Ea provoac doar n noua repartizare a eforturilor n structur, cedarea acesteia intervenind abia odaia cu apariia articulaiei plastice care transform structura n mecanism.

    In general la un sistem de n ori static nedeterminat, cedarea definitiv se p r o d u c e la apariia celei de a n-\~ 1 articulaii plastice, cu condiia ca anterior ;n' lei situaii sistemul s nu fi devenit mecanism parial.

    Rezult deci, c structurile static nedeterminate, ascund rezerve de rezis-I < tiii, de care calculul n domeniul elastic nu poate ine seama.

    Un al doilea neajuns al calculului elastic const n faptul c, dei lucreaz cu un coeficient de siguran unic, datorit neaprecierii corecte a capacitii reale de rezisten a structurilor, n realitate coeficienii de siguran ai acestora Mu! diferii.

    O confirmare a celor de mai sus, o constituie i faptul c anumite imper- Icc|iuni ce pot apare n execuie ca : cedrile de reazeme, rigiditatea incomplet i nodurilor etc., nu au n general o influen sensibil asupra capacitii por- taiite, n dezacord cu calculul elastic, care conduce la modificri substaniale iu repartizarea eforturilor.

    Din cauza acestor inconveniente s-a pus problema abordrii capacitii portante a structurilor, considernd ca stare limit momentul cedrii lor sub influena aciunilor ce le solicit i a stabilirii unui coeficient de siguran adecvai faa de aceast situaie. Acest principiu st la baza calculului n stadiul plastic, calcul care urmrete stabilirea valorii minime a aciunilor care tran- .forma o structur n mecanism, prin apariia articulaiilor plastice i accept coeficieni de siguran fa de aceast situaie care reprezint efectiv stadiul llmlla.

    Avind n vedere faptul c stadiul limit n calculul plastic este legat de apari in articulaiilor plastice, care se produc dup depirea limitei de comportai e elasticii a materialului, principiul suprapunerii efectelor nu mai poate fi a d m i s in calculul plastic i ca atare structurile trebuie calculate separat la fiecare din igruprile de aciuni ce le pot solicita. Deoarece pn la transformarea n mecanism, deformaiile nu snt exagerat de mari, se admite i n cadrul calculului in stadiul plastic ca ecuaiile de echilibru s se scrie pe schema nede- format a structurilor.

    < laicului n stadiul plastic nu are rolul de a nlocui calculul n stadiul elastic,< i doai de a l completa. La structuri alctuite din materiale cu palier de curgere, c i i i i i este cazul oelurilor de construcii, el conduce la o apreciere mai exact a comportrii reale a structurilor. Cnd dimensionarea se face din condiii de

    r.n

  • re/islon, calculul in .stadiul plastic poale conduce la economii nsemnate de material in condiii de sigurana corespunztoare.

    Pentru exemplificare, se considera o grinda ncastrata la unul din capote i simplu rezemat la cellalt, ncrcat cu o for concentrat P la mijloc (fig. 3.2, a).

    Diagrama do momente n stadiul elastic este artat n figura 3.2.b i ea rezult din suprapunerea diagramei dat de fora P pe grinda simplu rezemaii, cu diagrama corespunztoare momentului din ncastrare, M v

    Dac ncrcarea P crete peste valoarea care conduce la apariia limitei de curgere n fibra extrem din seciunea 1 , care este cea mai solicitat, creterea corespunztoare a eforturilor unitare se va manifesta asupra fibrelor nvecinate, care nu au ajuns nc la limita de curgere i va determina apariia limitei decurgere i n aceste fibre (fig. 3.1, c.2). La o anumit valoare a forei, P', cnd seciunea 1 va ajunge integral plastificat (fig. 3.1. c.4), apare prima articulaie plastic, care transform structura ntr-o grind simplu rezemat (fig. 3.2, c).

    Capacitatea portant a structurii ne- fiind atins, ncrcarea mai poate crete pn la o valoare/3", care conduce la apariia momentului plastic i n seciunea 3 (fig. 3.2, d) i deci la transformarea structurii ntr-un mecanism (fig. 3.2, e). Abia n aceast situaie s-a ajuns la stadiul limit real al structurii respective, stadiu care difer evident de cel admis de calculul elastic.

    Stadiul limit corespunztor calculului in domeniu] elastic rezult pentru acea valoare a forei P, care conduce la apariia curgerii n fibra extrem din seciunea 1 , in care expresia momentului ncovoietor este :

    M ^ Pl. (3.2)

    Valoarea corespunztoare acestei fore va fi 2

    (3.3)r> _ 16 M c

    el 31

    unde M c = oC'W

    Valoarea forei P", corespunztoare sta

    diului limit din domeniul plastic, rezult

    din diagrama 3.2, d, conform creia se

    poate scrie:

    Fig. 3.2. Diagrama M la o grlndfi, n diferite stadii do solicitare.

    P"l4

    M,,2 (3.4)

    50

  • Capitolul 4

    Metode de dimensionare ale construciilor metalice

    4.1. Indicaii generale privind alctuirea elementelor de constructii metalice

    Alctuirea elementelor de construcii metalice trebuie astfel fcut nct

    s fie ndeplinite mai multe cerine, dintre care cele mai importante sn t:

    asigurarea unei capaciti maxime de rezisten i stabilitate;

    consum minim de oel;

    seciuni de form ct mai simpl;

    asigurarea exploatrii n deplin siguran.

    Pentru asigurarea unei capaciti de rezisten ct mai sporite, este necesar ca seciunile alese s corespund felului solicitrilor, mbinrile s fie ct mai .mple i mai sigure i s se evite, pe ct posibil, transmiterea indirect a eforturilor.

    Realizarea elementelor cu consum minim de oel se obine prin dispunerea raional a materialului. Astfel, la elementele ntinse se recomand seciuni compacte, cu materialul concentrat n jurul axei barei. La elementele comprimate, materialul este avantajos s fie dispus ct mai departe de axa barei i 11 aa fel nct s prezinte aceeai siguran la flambaj dup orice direcie.I a elementele ncovoiate, materialul este bine s fie aezat ct mai departe de axa neutr, pentru a se obine seciuni cu o rigiditate ct mai mare.

    liste indicat de asemenea ca seciunile s fie adaptate la variaia solicitrilor,

    tai mijloacele de mbinare folosite s nu conduc la slbirea seciunilor.

    Forma simpl a seciunilor se va realiza n primul rnd prin folosirea pe

    ara ct mai larg a profilelor laminate.

    In cazurile cnd este necesar folosirea seciunilor compuse, se vor alege

    acele seciuni, care asigur o execuie simpl, uoar i ct mai rapid. Pentru

    mbinrile de uzin este preferabil folosirea sudurii, pe ct posibil a celei auto

    mate, iar mbinrile de montaj se prefer s se realizeze cu uruburi, tipul uru-

    Imrilor stabilindu-se astfel nct s corespund solicitrilor i importanei ele

    mentului.

    Pentru asigurarea exploatrii construciilor n deplin siguran, alctuirea

    eeiuulloi se* va face astfel ca s si* asigure verificarea uoar a mbinrilor,

    im abilitai de sporire lesnicioas a seciunilor in cazul creterii ncrcai ilor,

    jii(>1 ccie corespunztoare mpotriva com/imiii ele.

  • 4.2. Metoda rezistenelor admisibile

    4.2.1. Generaliti. Activitatea de proiectare trebuie s rezolve, pe de o pai le problema soluionrii funcionale i constructive a elementelor de construcii, iar pe de alt parte, realizarea unor structuri la care eforturile unitare ;,.i (Informaiile s fie cuprinse n limitele unei exploatri normale.

    Se poate considera superioar o metod de calcul n comparaie cu altele, la;i de felul cum snt luate n considerare de ctre diferite metode de calcul, condiiile de rezisten, deformabilitate i economicitate.

    ()ea mai veche i cea mai rspndit metod de calcul este metoda rezistenele)/ admisibile. Aceast metod compar valoarea efortului unitar maxim omax, din fibra cea mai solicitat, cu o valoare prescris de norme, numit rezistena admisibil aa, i pune condiia ca efortul unitar maxim s fie mai mic dect rezisteni admisibil:

    Gmax Ga- (4.1)

    Efortul unitar maxim se calculeaz n stadiul elastic, pentru fiecare grupare

  • Abateri ale mrimii aciunilor [a( de valorile prescrise de norme. Normele prescriu anumite valori pentru aciunile care solicit construciile, cum ar li de exemplu : ncrcrile provenite' din aciunea vntului, din greutatea depune rilor de zpad, din efectele funcionrii unor utilaje tehnologice etc. Valorile prescrise nu reprezint ns maximul posibil al aciunilor respective,, ci doar

    Tabelul 4.1.

    Gruparea de aciuni

    Rezistene admisibile la ntindere, compresiune

    i ncovoiere pentru:

    OL 37 OL 52

    Fundamental 1 500 2 200

    Suplimentar 1 700 2 500

    Extraordinar 1 950 2^50

    valori medii statistice, care n anumite cazuri concrete, pot fi depite. Efectui: acestor depiri trebuie s fie acoperit de coeficientul de siguran c.

    Abateri dimensionale ale produselor laminate i abateri ale calitilor mecanice- ale oelurilor. Pentru produsele laminate snt stabilite prin norme anumite condiii privind dimensiunile i calitile pe care acestea trebuie s le ndeplineasc. Deoarece verificarea se face pe loturi mari i nu pe fiecare element n parte, exist posibilitatea ca n lucrrile executate s se strecoare i produse care nu se nscriu n limitele prescrise (piese cu seciuni mai mici dect cele' nominale, cu limita de curgere mai mic dect cea prevzut de norme etc). Efectele defavorabile ale acestor abateri, trebuie de asemenea acoperite de coeficientul de siguran c.

    Abateri privind condiiile de lucru. Calculele efectuate n vederea dimensionrii elementelor de construcii introduc anumite ipoteze simplificatoare, care nu corespund ntru totul realitii. n plus, n procesul de execuie i exploatare se pot comite abateri, fa de previziunile calculului, ca de exemplu asamblarea unor elemente cu anumite excentriciti, solicitarea suplimentar a unor elemente sau pri din elemente, din cauza unor condiii de lucru mai grele etc. Efectele defavorabile ale acestor factori, care ndeprteaz modul real de lucru al elementelor de construcii de la premisele acceptate, trebuie acoperite tot de coeficientul de siguran c.

    Stabilirea unui coeficient de siguran unic, pe baze tiinifice, care s in seama de toate aceste abateri, este practic imposibil. Din aceast cauz, valoarea coeficientului de siguran c nu poate fi fundamentat tiinific. Aa se explic faptul c dei oelul normal de construcii folosit n prezent nu difer aproape cu nimic de cel folosit la nceputul secolului 20, totui, valoarea coefi cientului de siguran c a sczut ntre timp aproape la jumtate (de la 2,4 la 1,6).

    57

  • 4 W.W. Verificarea sec) iu ni lor. Iilementelc de construcii dimensio-ii do ni metoda rezistenelor admisibile, trebuie s satisfac urmtoarele trei

    tietorii do condiii:

    condiiile capacitii portante de exploatare;

    condiiile de rigiditate;

    condiiile constructive.

    I.le :e evideniaz prin anumite verificri ce trebuie obligatoriu satisfcute.

    Vet icuri de rezisten :

    verificarea eforturilor unitare normale maxime;

    verificarea eforturilor unitare tangeniale maxime;

    verificarea eforturilor unitare locale;

    verificarea eforturilor unitare echivalente.

    Verificri de stabilitate:

    verificarea la flambaj a barelor comprimate;

    verificarea stabilitii generale a grinzilor cu inim plin;

    verificarea stabilitii locale a pieselor grinzilor cu inim plin.

    Verificri la aciuni repetate:

    verificarea la oboseal.

    Verificri de rigiditate: aceste verificri snt impuse de necesitatea excluderii

    posibilitii apariiei unor vibraii sau deformaii exagerate ale elementelor de

    construcii.

    La elementele solicitate axial, verificarea rigiditii se face prin respectarea

    condiiei:

    (4-3)

    n care:

    ^max~ f ' (4-4)*rmn

    i Ir coeficientul de zveltee maxim al elementului, iar ka este coeficientul de

    /.vellee admisibil prescris de norme (tab. 4.2).

    Iu cazul elementelor ncovoiate, verificarea rigiditii se face cu relaia:

    fmax^a, (4-5)

    tu care:

    f ni ax este sgeata "maxi m, calculat n stadiul elastic sub efectul

    aciunilor din gruparea fundamental, fr coeficieni

    dinamici;

    fa sgeata admisibil dat de norme (tab. 4.3).

    Verificri constructive:

    verificarea respectrii dimensiunilor minime admise ale profilelor lami

    nate .i ale elementelor de mbinare (tab. 4.4);

  • verificarea respectrii dinlm i t*lor mi ni mo admise .S intre piesele eoni

    ponente ale elementelor eu seciune compus, din condiii de ntrei

    nere i protecie contra coroziunii (tab. 4.5);

    verificarea respectrii unor condiii tehnologice i de gabarit.

    Tabelul 4.2

    Nr.crt. Sistemul de rezisten Elemente

    a

    ele

    mente

    com

    pri

    m

    ate

    elemente ntinse

    solicitri dinamice, regim uor i mediu

    solicitri dinamice

    regim greu, foarte greu

    solicitristatice

    I Grinzi cu zbrele

    tlpi, diagonale i montani de reazem

    120 250 250 400

    celelalte bare ale grinzii cu zbrele

    150 350 300 400

    2Stlpiprincipali

    inimplin 120 - - -

    cu zbreleramuri 120 -

    zbrele 150

    3Stlpisecundari

    stlpii pereilor stlpii luminatoarelorzbreluele stl- pilor

    150 - - -

    4Contravn-tuiri

    ntre stlpi sub ci de rulare 150 300 200 300

    celelalte 250 400 300 400

    5Grinzi de rulare i frnare

    tlpi................

    grinzi cu inima plin sau zbrele

    120 150 150 -

    zbrele

    diagonale i montani de reazem 120

    250 250 _

    celelalte zbrele 150 350 350

    0Diagonalele construciilor spa

    iale

    dintr-osingurcornier

    solicitat sub 50% din capacitatea portant

    180 -

    solicitat 100% din capacitatea portant

    150 - - -

    7 Bare pentru reducerea lungimilor de flambaj

    alte elemente care nu fac parte din elementele soli-

    cltat direct250 - -

  • Tabelul 4.S

    Nr.cr Denumirea clementului de construcie //'

    1

    Grinzile cilor dc rulare eu inim plin sau cu zbrele pentru:a) poduri rulante manuale

    b) poduri rulante electrice cu capacitate Q

  • Tabelul 4.6

    S 120 mm

    /

    Destinaia construciei s

    Cldiri civile n mediu agresiv 10 mm ht 10

    Construcii industriale n mediuobinuite 10 mm ht 10

    agresivpentru chimie - ht 3

    Construcii nalte 10 mm hJ 10

    4.3. Metoda de dimensionare n stadiul limit

    4.3.1. Metoda de calcul n stadiul plastic. Dimensionarea n sta

    diul plastic, la elementele static determinate solicitate la ntindere centric, nu prezint nimic nou fa de dimensionarea n stadiul elastic, atta timp ct .forturile unitare rmn uniform distribuite pe seciunea transversal. Ea i'onduce ns la rezultate substanial diferite n cazul celorlalte solicitri sau a elementelor static nedeterminate. De exemplu, o grind simplu rezemat, lu seciune dreptunghiular (fig. 4.1, a) solicitat la ncovoiere dreapt, care

    r ,------- 1------- i?v

    | 1/2 | 1/2 |

    T

    a b c

    l i;. 4.1. Distribuia eforturilor unitare ptn la limita stadiului elastic i n stadiul plastic.

    .le asigurat mpotriva pierderii stabilitii, se dimensionaz n stadiul lastic punnd condiia ca n fibra cea mai solicitat, efortul unitar s nu Ispeasc rezistena admisibil:

    01

  • Mw/asi este momentul ncovoietor maxim, a crui valoare este P *//4 n cazul ncrcrii cu o singur for concentrat la mijlocul deschiderii;

    \V modulul de rezisten al seciunii.

    Momentul ncovoietor maxim, admis ca limit de stadiu elastic M ei este {lli.4.1, b)\

    __ OcbJi 2h __ bh? __ tT7 [a *7\M ci = ----3- ==ac -6-=cjcW (4.7)

    Aa cum s-a artat, atingerea acestei valori a momentului ncovoietor 1111 corespunde strii limit reale deoarece apariia limitei de curgere n fibra< \IK'ina nu conduce nici la ruperea grinzii, nici la deformaii inadmisibil dc mari.

    Creterea forei P va conduce treptat la creterea eforturilor unitare pe ntreaga seciune transversal, pn la limita de curgere (fig. 4.1,c) i abia n ic .1 I a situaie, prin apariia articulaiei plastice, grinda ajunge n stadiul lliiiil;i real.

    Valoarea momentului ncovoietor corespunztor plastificrii complete a (< ti 111 iii transversale (fig. 4.1,c) este:

    Mpt= ^ ~ = < y c bJ- ^OcW,,, (4.8)

    bh2unde, pentru analogie cu stadiul elastic, prin Wvi s-a notat expresia , care

    i< prezint dublul momentului static al seciunii de deasupra axei neutre, neavnd aceeai semnificaie cu noiunea de modul de rezisten elastic.

    Introducnd notaia:

    f Mj>l = Wpl (4 Q\' M e i W e l { }

    nude f este aa-numitul coeficient de form, se observ c momentul limit111 .ladiul plastic, poate fi exprimat cu ajutorul momentului limit al stadiului elas


Recommended