3. Работа стали при однократном статическом нагружении. Виды и механизм разрушения стали. Нормативные и расчетные сопротивления стали
Работа стали при статической нагрузке
Как было сказано, сталь в основном состоит из феррита с включением перлита. Зерна перлита значительно прочнее ферритовой основы. Эти две разные по прочностным, упругим и пластическим показателям составляющие и определяют работу углеродистой стали под нагрузкой.
Основные виды разрушения:
Вязкое разрушение (пластичное)
Разрушение пластичного материала наступает при его нагружении с превышением предела упругости. Металлический материал переходит в состояние пластической деформации (текучести), что приводит к т.н. вязкому разрушению. Разрушение такого рода могут вызывать чрезмерные напряжения растяжения, сжатия и сдвига.
Хрупкое разрушение
Хрупкому разрушению подвержены конструкции из металлических материалов с ограниченной пластичностью вследствие быстрого распространения в них трещин. Возникают же трещины обычно в локальных зонах высокой концентрации напряжений. Во избежание отказов такого рода необходимо использовать достаточно пластичные металлические материалы и проектировать конструкции так, чтобы в них не было зон концентрации напряжений.
У сталей имеется т.н. температура перехода, ниже которой они теряют пластичность и становятся подвержены хрупкому разрушению. Температура перехода не одинакова для разных легированных сталей, а для стали одного состава зависит от размеров зерен. Температуру перехода необходимо учитывать при проектировании стальных конструкций, которые могут эксплуатироваться в условиях пониженной температуры.
Усталостное разрушение
Разрушение, часто с наработкой, измеряемой месяцами и даже годами, может вызвать многократно повторяющееся нагружение конструкции напряжением, лежащим значительно ниже предела прочности материала. Разрушение такого типа называется усталостным. Усталостные трещины часто зарождаются на малых дефектах структуры металла, таких, как инородные включения; их обычно можно выявить методами рентгеновского или ультразвукового контроля, прежде чем они приобретут опасные размеры.
Виды разрушения:
б— срез; в — схема смещения атомных слоев при сдвиге; 1 —плоскость скольжения;
1— вязкое разрушение; 2 — хрупкое разрушение
4. Выбор стали для строительных металлоконструкций. Сортамент стали.
Правильный выбор сталей позволяет получать надежные в эксплуатации и экономичные конструкции. При выборе марки стали необходимо исходить из следующих основных положений: 1. В первую очередь на выбор той или иной марки стали оказывают влияние характер силовых воздействий, назначение и масштабы сооружения (высота зданий, число этажей, перекрываемый пролет и др.). Так, в малоэтажных зданиях средних размеров при воздействии обычных для такого класса сооружений нагрузок наиболее рациональны свариваемые углеродистые стали обычной прочности (марки ВСтЗГпс), хотя для наиболее нагруженных элементов, например колонн, могут быть использованы низколегированные стали повышенной прочности (марки 09Г2, 09Г2С, 14Г2). В каркасах зданий повышенной этажности и при перекрытии значительных пролетов рационально шире применять низколегированные стали, а в высотных зданиях и сооружениях эффективнее использовать стали высокой прочности, например марки 16Г2АФ. 2. Принимая конкретную марку стали, необходимо указывать ГОСТ или ТУ, по которым эта сталь должна быть выплавлена. Это требование объясняется двумя причинами: во-первых, одна и та же марка стали, выплавленная по разным ГОСТам и ТУ, может обладать различными механическими характеристиками; во-вторых, коэффициенты надежности по материалу назначаются, как правило, в зависимости от ГОСТа или ТУ на сталь, а не от марки стали. 3. Выбор марки сталей зависит от степени ответственности конструкции и условий ее эксплуатации. По этим признакам все металлические конструкции делят на четыре группы. К первой группе относят сварные конструкции и их отдельные элементы, работающие в особо тяжелых условиях, подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. Металлические конструкции, применяемые в городском строительстве, в эту группу входят редко. Выбор марок стали для сортового, фасонного проката, широкополосной стали и листовой стали толщиной 5 мм и более производится в зависимости от расчетной температуры района строительства, группы конструкций, предела текучести и толщины металлопроката. Для металлоконструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе в средах со слабоагрессивной степенью воздействия следует применять стали с повышенной коррозионной стойкостью (атмосферостойкие) марок 10ХНДП и 12ХГДАФ защиты конструкций от коррозии.
Сортамент стали - Справочник сортового проката в форме таблицы необходим как специалисту, так и простому обывателю, перед которыми встает задача расчета веса стали, объема металла для выбора транспорта, расчета строительных конструкций, изделий из стали, решения других вопросов и задач.
В сортаменте (прокатной стали) указаны след. виды: Сталь горячекатаная Балки двутавровые ГОСТ 8239-72; Сталь горячекатаная Швеллеры с уклоном внутренних граней полок ГОСТ 8240-72; Сталь горячекатаная Швеллеры ГОСТ 8240–97; Сталь прокатная Угловая равнополочная ГОСТ 8509-72; Сталь прокатная Угловая неравнополочная ГОСТ 8510-72 и другие.
Указаны их номера, размеры, площадь сечения, масса, справочные величины для осей.
В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов. Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали «КП — кипящая сталь, ПС — полуспокойная сталь, СП — спокойная сталь». Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей конструкционных, строительных, инструментальных, нержавеющих и др. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний.