МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Понятие металлоконструкций Металлоконструкции

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Понятие металлоконструкций Металлоконструкции (также: металлические конструкции, сокр. : МК) — общее название конструкций из металлов и различных сплавов, используемых в различных областях хозяйственной деятельности человека: строительстве зданий, станков, масштабных устройств, механизмов, аппаратов и т. п. Как правило металлические конструкции изготавливаются из сталей или алюминиевых сплавов.

Виды металлических конструкций В зависимости от предназначения и формы металлической конструкции ее можно поделить на следующие виды: Промышленные здания. Большепролетные покрытия зданий Эстакады, мосты. Листовые конструкции Башни и мачты Каркасы многоэтажных зданий. Крановые и другие подвижные конструкции Прочие конструкции

Промышленные здания. Конструкции одноэтажных зданий промышленного назначения изготавливаются в виде смешанных или цельнометаллических каркасов, в которых по специальным железобетонным колоннам ставятся металлические конструкции покрытия здания и подкрановые пути.

Большепролетные покрытия зданий Большепролетные покрытия зданий (пролеты до 100 - 150 м). Здания общественного назначения: театры, и производственного характера: лаборатории, цеха, ангары имеют достаточно большие пролеты, и перекрывать их лучше всего именно металлическими конструкциями.

Эстакады, мосты. Металлические конструкции для мостов на автомобильных и железнодорожных магистралях используют при больших и средних пролетах.

Листовые конструкции в виде бункеров, газгольдеров, резервуаров. Резервуары служат для хранения нефтепродуктов, воды, сжиженных газов, кислот, спиртов и других жидкостей. Газгольдеры предназначены для хранения, смешивания и выравнивания состава газов. Бункера и силосы представляют емкости, предназначенные для хранения и перегрузки сыпучих материалов.

Башни и мачты – радио и телевидения в геодезической службе, опоры линии электропередачи, нефтяные вышки и др.

Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в многоэтажных зданиях, в условиях плотной застройки больших городов. Крановые и другие подвижные конструкции – мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др. Прочие конструкции по использованию атомной энергии в мирных целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи, платформы для разведки и добычи нефти и газа в море и др.

Достоинства металлических конструкций 1) Надежность. Материал (сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой однородностью структуры. 2) Легкость. Металлические конструкции самые легкие. 3) Индустриальность. Изготовление и монтаж металлических конструкций производится специализированными организациями с использованием высокопроизводительной техники. 4) Непроницаемость. Обладают высокой прочностью и плотностью, непроницаемостью для газов и жидкостей.

Недостатки металлических конструкций 1) Коррозия. Незащищенность от влажной среды, атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется) и разрушается. Поэтому в сталь включают специальные легирующие элементы, покрывают защитными пленками (лаки, краски и т. д. ). 2) Небольшая огнестойкость. У стали при температуре 200˚С уменьшается модуль упругости, а при температуре 600˚С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние при 300˚С. Поэтому металлические конструкции защищают огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия и т. д. ).

стали Сталь - сплав железа с углеродом, содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки. По хим. составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые стали обыкновенного качества состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Углерод, повышая прочность стали, снижает её пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому в строительных конструкциях применяют только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0, 22%. В состав легированных сталей помимо железа и углерода вводят специальные добавки, улучшающие их качество. Поскольку большинство добавок ухудшают свариваемость стали, а также удорожают её, в строительстве в основном применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легированных добавок не более 5%.

стали Основными легирующими добавками являются: кремний (повышает прочность стали, но ухудшает её свариваемость и стойкость против коррозии), марганец (повышает прочность, соединяясь с серой, снижает её вредное воздействие; при содержании марганца > 1, 5% сталь становится хрупкой), медь (повышает прочность, увеличивает стойкость против коррозии; содержание меди > 0, 7% способствует старению и хрупкости стали), хром и никель (повышает прочность без снижения пластичности и улучшает её коррозийную стойкость), азот (способствует старению стали и делает её хрупкой, поэтому его должно быть не более 0, 009%), алюминий (повышает ударную вязкость), ванадий и молибден (увеличивают прочность почти без снижения пластичности, предотвращают разупрочнение термообработанной стали при сварке).

Служебные свойства стали Прочность характеризуется сопротивлением материала внешним силовым воздействиям без разрушения. Упругость - свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность - свойство материала сохранять несущую способность в процессе деформирования. Хрупкость - склонность к разрушению при малых деформациях. Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки. Твердость - свойство поверхностного слоя металла сопротивляться дифференциации или разрушению при внедрении в него более твёрдого материала. Свариваемость – это технологическое свойство, характеризующее способность металлов и сплавов образовывать сварное соединение, надежное в эксплуатации.

Алюминиевые сплавы Алюминий по своим свойствам существенно отличается от стали. Плотность 2, 7 т/м 3, т. е. в 3 раза меньше плотности стали. Вследствие весьма низкой прочности чистый алюминий в строительных конструкциях применяется весьма редко. Значительное увеличение прочности алюминия достигается путем легирования его магнием, марганцем, медью, кремнием, цинком и некоторыми др. элементами. Алюминиевые сплавы могут быть: термически упрочняемые (Аl-Мg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Zn) - особенностью является способность к дальнейшему увеличению прочности в процессе старения после термической обработки, термически неупрочняемые (Аl- Mg, Al-Mn) - термическая обработка к упрочнению не приводит.

Сплавы алюминия Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2, 2 -5, 2%), магнием (Mg: 0, 2 -2, 7%) марганцем(Mn: 0, 2 -1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется (покрывается) алюминием. Является конструкционным материалом для авиационного и транспортного машиностроения. Силумин - легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4 -13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be. Изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении. Магналии - сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1 -13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариваемостью, высокой пластичностью. Изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т. д. (деформируемые магналии). Основные достоинства всех сплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2, 5 -2, 8 г/см 3), высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка.

Способы получения металлов Пирометаллургия – восстановление металлов из руд при высоких температурах (греч. пирос — огонь). с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, алюминия, магния и др. Например, Cu 2 O + C = 2 Cu + CO. Гидрометаллургия – восстановление металлов из солей в растворе. Например, Cu. O + H 2 SO 4 = Cu. SO 4 + H 2 O, Cu. SO 4 + Fe = Cu + Fe. SO 4. Электрометаллургия – восстановление металлов в процессе электролиза растворов и расплавов солей, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Например, металлический натрий получают электролизом расплава хлорида натрия: K (-) Na + ё = Na, A (+) 2 Cl -2ё = Cl 2 , 2 Na. Cl→ 2 Na + Cl 2 ; термическое разложение малоустойчивых соединений, например, Ge. I 4 = Ge + 2 I 2 , Ni(CO) 4 = Ni + 4 CO.