Ces dernières années, le processus d'urbanisation s'est accéléré de plus en plus, et la bâtiment à structure métallique préfabriquée l'industrie a atteint un développement sans précédent. Les gens ont des exigences de plus en plus élevées en matière de praticabilité et de sécurité des bâtiments. Dans l'ingénierie de la construction moderne, conception de structure en acier présente certains avantages et son application dans la construction est de plus en plus étendue. Combiné avec des années d'expérience de travail, K-home résumé 8 connaissances de base professionnelles sur la structure en acier, le contenu est long, veuillez le lire patiemment :
1.Les caractéristiques de la structure en acier :
- La structure en acier est légère
- Haute fiabilité des travaux de structure en acier
- L'acier a une bonne résistance aux vibrations (chocs) et aux chocs
- La structure en acier peut être assemblée avec précision et rapidité
- Il est facile de faire une structure étanche
- La structure en acier est facile à corroder
- Mauvaise résistance au feu de la structure en acier
2. Nuances et propriétés des structures en acier couramment utilisées
- Acier de construction au carbone : Q195, Q215, Q235, Q255, Q275, etc.
- Acier de construction faiblement allié à haute résistance
- Acier de construction au carbone de haute qualité et acier de construction allié
- Acier spécial
3. Principes de sélection des matériaux pour les structures en acier
Le principe de sélection des matériaux de la structure en acier est d'assurer la capacité portante de la structure portante et d'empêcher une rupture fragile dans certaines conditions. Il est largement considéré en fonction de l'importance de la structure, des caractéristiques de charge, de la forme structurelle, de l'état de contrainte, de la méthode de connexion, de l'épaisseur de l'acier et de l'environnement de travail. de.
Les quatre types d'acier proposés dans le "Code for Design of Steel Structures" GB50017-2003 sont les types "appropriés" et constituent le premier choix lorsque les conditions le permettent. L'utilisation d'autres types n'est pas interdite, tant que l'acier utilisé répond aux exigences de la spécification.
Quatrièmement, le contenu technique principal de la structure en acier :
(a) Technologie des structures en acier de grande hauteur. Selon la hauteur du bâtiment et les exigences de conception, le cadre, le support de cadre, le cylindre et la structure de cadre géant sont respectivement utilisés, et les composants peuvent être en acier, en béton armé rigide ou en béton tubulaire en acier. Les éléments en acier sont légers et ductiles et peuvent être soudés ou laminés, ce qui convient aux immeubles de très grande hauteur ; les éléments rigides en béton armé ont une rigidité élevée et une bonne résistance au feu, et conviennent aux bâtiments de moyenne et grande hauteur ou aux structures de fond ; le béton de tuyau en acier est facile à construire, pour les structures de colonne uniquement.
b) Technologie des structures spatiales en acier. La structure en acier spatiale présente les avantages d'être légère, d'une grande rigidité, d'une belle apparence et d'une vitesse de construction rapide. La grille plate à joint à rotule, la grille à section variable multicouche et la coque réticulée avec un tuyau en acier comme tige sont les types de structure avec la plus grande quantité de structure en acier spatiale dans mon pays. Il présente les avantages d'une grande rigidité spatiale et d'une faible consommation d'acier et peut fournir une CAO complète dans les procédures de conception, de construction et d'inspection. En plus de la structure de grille, il existe également des structures de câble de suspension à grande portée et des structures de câble-membrane dans les structures spatiales.
(c) Technologie des structures légères en acier. Une nouvelle forme structurelle composée de murs et d'enveloppes de toit est réalisée avec des plaques d'acier de couleur claire. Un système de structure en acier léger composé de poutres murales en acier en forme de H à paroi mince de grande section et de pannes de toit soudées ou roulées par des plaques d'acier supérieures à 5 mm, en acier rond constitué de systèmes de support flexibles et de connexions boulonnées à haute résistance. 30m ou plus, la hauteur peut atteindre plus de dix mètres, et des grues légères peuvent être installées. La quantité d'acier utilisée est de 20 à 30 kg/m2. Il existe maintenant des procédures de conception standardisées et des entreprises de production spécialisées, avec une bonne qualité de produit, une vitesse d'installation rapide, un investissement léger et faible, et la construction n'est pas limitée par les saisons, adaptées à toutes sortes d'installations industrielles légères.
(d) Technologie des structures composites acier-béton. La structure porteuse de poutres et de colonnes composée de profilés en acier ou de gestion en acier et de composants en béton est une structure composite acier-béton et sa gamme d'applications s'est élargie ces dernières années. La structure composite présente les avantages de l'acier et du béton, avec une résistance globale élevée, une bonne rigidité et de bonnes performances sismiques. Lorsque la structure extérieure en béton est utilisée, elle présente une meilleure résistance au feu et à la corrosion. Les éléments structurels combinés peuvent généralement réduire la quantité d'acier de 15 à 20 %. Le plancher composite et les composants tubulaires en acier remplis de béton présentent également les avantages d'un coffrage réduit ou nul, d'une construction pratique et rapide et d'un grand potentiel de promotion. Il convient aux poutres à ossature, aux colonnes et aux planchers des immeubles à plusieurs étages ou de grande hauteur avec des charges importantes, bâtiment industriel colonnes et planchers, etc.
(e) Connexion de boulon à haute résistance et technologie de soudage. Les boulons à haute résistance transmettent les contraintes par frottement et sont composés de trois parties : boulons, écrous et rondelles. La connexion par boulon à haute résistance présente les avantages d'une construction simple, d'un démontage flexible, d'une capacité portante élevée, d'une bonne résistance à la fatigue et d'un autoblocage, et d'une sécurité élevée. Il a remplacé le rivetage et le soudage partiel dans le projet et est devenu la principale méthode de connexion dans la production et l'installation de structures en acier. Pour les composants en acier et les plaques épaisses fabriquées dans l'atelier, le soudage automatique à l'arc multifilaire doit être utilisé, et le clin à colonne en caisson doit utiliser le soudage par électro-scorie à buse de fusion et d'autres technologies. Dans l'installation et la construction sur le terrain, la technologie de soudage semi-automatique, le fil de soudage fourré sous protection gazeuse et la technologie du fil de soudage fourré autoblindé doivent être utilisés.
(f) Technologie de protection des structures en acier. La protection des structures en acier comprend la prévention des incendies, la protection contre la corrosion et la rouille. Généralement, il n'est pas nécessaire de faire un traitement antirouille après le traitement de revêtement ignifuge, mais il doit toujours s'agir d'un traitement anticorrosion dans les bâtiments avec des gaz corrosifs. Il existe de nombreux types de revêtements ignifuges domestiques, tels que la série TN, MC-10, etc. Parmi eux, les revêtements ignifuges MC-10 comprennent la peinture émail alkyde, la peinture au caoutchouc chloré, la peinture au caoutchouc fluoré et la peinture chlorosulfonée. Dans la construction, le revêtement et l'épaisseur de revêtement appropriés doivent être sélectionnés en fonction du type de structure en acier, des exigences de résistance au feu et des exigences environnementales.
5. Objectifs et mesures de la structure en acier :
L'ingénierie des structures en acier implique un large éventail de difficultés techniques et doit suivre les normes nationales et industrielles dans sa promotion et son application. Les services administratifs locaux de la construction doivent prêter attention à la construction de l'étape de spécialisation de l'ingénierie des structures en acier, organiser la formation des équipes d'inspection de la qualité et résumer les pratiques de travail et les nouvelles applications technologiques en temps opportun. Les collèges et universités, les départements de conception et les entreprises de construction devraient accélérer la formation des techniciens en ingénierie des structures en acier et promouvoir la technologie mature de la CAO des structures en acier. Le groupe universitaire de masse devrait coopérer avec le développement de la technologie de la structure en acier, mener de vastes échanges universitaires et activités de formation dans le pays et à l'étranger, et améliorer activement le niveau global de la technologie de conception, de production, de construction et d'installation de la structure en acier, et peut être récompensé en le futur proche.
6. La méthode de connexion de la structure en acier
Il existe trois types de méthodes de connexion pour les structures en acier : connexion par soudure, connexion par boulon et connexion par rivet.
(a), Connexion du cordon de soudure
La connexion du cordon de soudure consiste à faire fondre partiellement l'électrode et la soudure par la chaleur générée par l'arc, puis à se condenser en une soudure après refroidissement, de manière à connecter la soudure dans son ensemble.
Avantages : pas d'affaiblissement de la section du composant, économie d'acier, structure simple, fabrication pratique, rigidité de connexion élevée, bonnes performances d'étanchéité, fonctionnement automatique facile à utiliser dans certaines conditions et efficacité de production élevée.
Inconvénients : la zone de l'acier affectée par la chaleur près de la soudure en raison de la température élevée de soudage peut être cassante dans certaines parties ; pendant le processus de soudage, l'acier est soumis à une température élevée et à un refroidissement inégalement répartis, ce qui entraîne une contrainte résiduelle de soudage et une déformation résiduelle de la structure. La capacité portante, la rigidité et les performances ont un certain impact ; en raison de la rigidité élevée de la structure soudée, les fissures locales sont faciles à étendre à l'ensemble une fois qu'elles se produisent, en particulier à basse température. Des défauts peuvent se produire qui réduisent la résistance à la fatigue.
(b), connexion de boulon
La connexion boulonnée consiste à connecter les connecteurs en un seul corps à l'aide de boulons, tels que des attaches. Il existe deux types d'assemblages boulonnés : les assemblages boulonnés ordinaires et les assemblages boulonnés à haute résistance.
Avantages: processus de construction simple et installation pratique, particulièrement adapté à l'installation et à la connexion sur site, et facile à démonter, adapté aux structures nécessitant un assemblage et un démontage et des connexions temporaires.
Inconvénients : Il est nécessaire d'ouvrir des trous sur la plaque et d'aligner les trous lors de l'assemblage, ce qui augmente la charge de travail de fabrication et nécessite une grande précision de fabrication ; les trous de boulon affaiblissent également la section transversale des composants, et les pièces connectées doivent souvent se chevaucher ou ajouter des connexions auxiliaires. Plaque (ou cornière d'acier), donc la structure est plus compliquée et cela coûte plus cher en acier.
(c), Rivet Connexion
La connexion de rivet est un rivet avec une tête préfabriquée semi-circulaire à une extrémité, et la tige de clou est rapidement insérée dans le trou de clou de la pièce de connexion après avoir brûlé le rouge, puis l'autre extrémité est rivetée dans une tête de clou avec un rivet pistolet pour serrer la connexion. solide.
Avantages: la transmission de force rivetée est fiable, la plasticité et la ténacité sont bonnes, la qualité est facile à vérifier et à garantir, et elle peut être utilisée pour des structures de charge dynamique lourdes et directement porteuses.
Inconvénients: le processus de rivetage est compliqué, le coût de fabrication est la main-d'œuvre et le matériel, et l'intensité de la main-d'œuvre est élevée, il a donc été essentiellement remplacé par le soudage et les assemblages par boulons à haute résistance.
Types de connexions dans les structures en acier
7. Connexion de soudage
(une) Méthode de soudage
La méthode de soudage couramment utilisée pour les structures en acier est le soudage à l'arc, y compris le soudage à l'arc manuel, le soudage à l'arc automatique ou semi-automatique et le soudage sous protection gazeuse.
Le soudage à l'arc manuel est la méthode de soudage la plus couramment utilisée dans les structures en acier, avec un équipement simple et un fonctionnement flexible et pratique. Cependant, les conditions de travail sont médiocres, l'efficacité de la production est inférieure à celle du soudage automatique ou semi-automatique et la variabilité de la qualité de la soudure est importante, ce qui dépend dans une certaine mesure du niveau technique du soudeur.
La qualité de la soudure du soudage automatique est stable, les défauts internes de la soudure sont moindres, la plasticité est bonne et la résistance aux chocs est bonne, ce qui convient au soudage de longues soudures directes. Le soudage semi-automatique convient aux courbes de soudage ou aux soudures de toute forme grâce à une opération manuelle. Le soudage automatique et semi-automatique doit utiliser un fil de soudage et un flux adaptés au métal principal, le fil de soudage doit répondre aux exigences des normes nationales et le flux doit être déterminé en fonction des exigences du procédé de soudage.
Le soudage sous protection gazeuse utilise un gaz inerte (ou CO2) comme moyen de protection de l'arc pour isoler le métal en fusion de l'air afin de maintenir la stabilité du processus de soudage. Le chauffage à l'arc du soudage sous protection gazeuse est concentré, la vitesse de soudage est rapide et la profondeur de pénétration est grande, de sorte que la résistance de la soudure est supérieure à celle du soudage manuel. Et une bonne plasticité et résistance à la corrosion, adaptée au soudage de plaques d'acier épaisses.
(b), La forme de la soudure
La forme de connexion du cordon de soudure peut être divisée en quatre formes : joint bout à bout, joint à recouvrement, joint en forme de T et joint d'angle en fonction de la position mutuelle des composants connectés. Les soudures utilisées pour ces connexions se présentent sous deux formes de base, les soudures bout à bout et les soudures d'angle. Dans l'application spécifique, il doit être sélectionné en fonction de la force de la connexion, combinée aux conditions de fabrication, d'installation et de soudage.
(c) Structure de soudure
1. Soudure bout à bout
Les soudures bout à bout transmettent la force directement, en douceur et n'ont pas de concentration de contraintes significative, elles ont donc de bonnes performances mécaniques et conviennent à la connexion de composants supportant des charges statiques et dynamiques. Cependant, en raison des exigences de qualité élevées des soudures bout à bout, l'écart de soudage entre les soudures est strict et il est généralement utilisé dans les connexions fabriquées en usine.
2. Soudure d'angle
La forme des soudures d'angle : les soudures d'angle peuvent être divisées en soudures d'angle latérales parallèles à la direction d'action de la force et en soudures d'angle avant perpendiculaires à la direction d'action de la force et coupant obliquement la direction d'action de la force en fonction de leur direction de longueur et de la direction d'action de la force externe . soudures d'angle inclinées et soudures périphériques.
La forme en coupe transversale de la soudure d'angle est divisée en type ordinaire, type à pente plate et type à pénétration profonde. Le hf dans la figure est appelé la taille d'angle de la soudure d'angle. Le rapport du côté de la jambe de la section ordinaire est de 1: 1, ce qui est similaire à un triangle rectangle isocèle, et la ligne de transmission de force est pliée plus violemment, de sorte que la concentration de contraintes est sérieuse. Pour la structure supportant directement la charge dynamique, afin de rendre la transmission de force lisse, la soudure d'angle avant doit adopter le type de pente plate avec le rapport de taille des deux bords d'angle 1:1.5 (le côté long doit suivre la direction de la force interne), et la soudure d'angle latérale doit adopter le rapport de 1. : 1 pénétration profonde.
8. Connexion boulonnée
(une). La structure de la connexion de boulon ordinaire
La forme et les spécifications des boulons ordinaires
La forme commune utilisée par la structure en acier est le type à grande tête hexagonale, et son code est représenté par la lettre M et la valeur nominale et le diamètre (mm). M18, M20, M22, M24 sont couramment utilisés en ingénierie. Selon les normes internationales, les boulons sont uniformément représentés par leurs classes de performance, telles que "grade 4.6", "grade 8.8" et ainsi de suite. Le nombre avant la virgule indique la résistance à la traction minimale du matériau du boulon, par exemple « 4 » pour 400 N/mm2 et « 8 » pour 800 N/mm2. Les nombres après la virgule décimale (0.6, 0.8) indiquent le rapport d'élasticité du matériau du boulon, c'est-à-dire le rapport de la limite d'élasticité à la résistance à la traction minimale.
Selon la précision d'usinage des boulons, les boulons ordinaires sont divisés en trois niveaux : A, B et C.
Les boulons de qualité A et B (boulons raffinés) sont en acier de qualité 8.8, tournés par des machines-outils, avec des surfaces lisses et des dimensions précises, et sont équipés de trous de classe I (c'est-à-dire que les trous de boulon sont percés ou élargis sur le composants assemblés. , la paroi du trou est lisse et le trou est précis). En raison de sa grande précision d'usinage, de son contact étroit avec la paroi du trou, de sa faible déformation de connexion et de ses bonnes performances mécaniques, il peut être utilisé pour des connexions avec des forces de cisaillement et de traction importantes. Cependant, il est plus laborieux et coûteux à fabriquer et à installer, il est donc moins utilisé dans les structures en acier.
Les boulons de grade C (boulons rugueux) sont fabriqués en acier de grade 4.6 ou 4.8, un traitement grossier et la taille n'est pas assez précise. Seuls des trous de type II sont nécessaires (c'est-à-dire que les trous de boulons sont percés sur une seule pièce à la fois ou percés sans perceuse. Généralement, le diamètre du trou est supérieur à celui des boulons. Le diamètre de la tige est supérieur de 1 à 2 mm). Lorsque la force de cisaillement est transmise, la déformation de la connexion est importante, mais les performances de transmission de la force de traction sont toujours bonnes, l'opération ne nécessite pas d'équipement spécial et le coût est faible. Couramment utilisé pour les assemblages boulonnés en traction et les assemblages en cisaillement secondaire dans les structures chargées statiquement ou indirectement dynamiquement.
Disposition des connexions boulonnées ordinaires
La disposition des boulons doit être simple, uniforme et compacte, pour répondre aux exigences de force, et la structure doit être raisonnable et facile à installer. Il existe deux types de disposition : côte à côte et en quinconce (comme indiqué sur la figure). Le parallèle est plus simple, et décalé est plus compact.
(B). Les caractéristiques de contrainte des assemblages boulonnés ordinaires
- Assemblage par boulon de cisaillement
- Connexion de boulon de tension
- Assemblage par boulon de cisaillement
(C). Les caractéristiques de contrainte des boulons à haute résistance
Les assemblages boulonnés à haute résistance peuvent être divisés en type de friction et type de pression en fonction des exigences de conception et de force. Lorsque la liaison par frottement est soumise à un cisaillement, la résistance de frottement maximale peut se produire entre les plaques lorsque l'effort de cisaillement externe atteint l'état limite ; lorsque le glissement relatif se produit entre les plaques, on considère que la liaison est défaillante et endommagée. Lorsque la connexion sous pression est cisaillée, la force de frottement peut être surmontée et le glissement relatif entre les plaques se produit, puis la force externe peut continuer à augmenter, et l'échec ultime du cisaillement de la vis ou de la pression d'appui de la paroi du trou est l'état limite.
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