Свойства стали

Содержание

Конструкционная характеристика стали

1.1. Свойства стали

1.2. Номенклатура стали

Основы расчета стальных конструкций

2.1. Общие положения

2.2. Компоненты предельных состояний

Соединения стальных конструкций

3.1. Сварные соединения

3.2. Расчет сварных швов

3.3. Болтовые соединения

3.4. Расчет болтовых соединений

3.5. Соединения на высокопрочных болтах

Проектирование конструкций балочной клетки

4.1. Настил

4.2. Балочные клетки рабочих площадок

4.3. Сопряжения балок

4.4. Подбор сечений прокатных балок

4.5. Подбор сечений составных балок

4.6. Конструктивное оформление балок

4.6.1. Изменение сечения

4.6.2. Назначение поясных швов

4.6.3. Общая устойчивость балок

4.6.4. Размещение ребер жесткости

4.6.5. Местная устойчивость балки

4.6.6. Проектирование опорных частей

4.6.7. Стыки балок

4.6.8. Конструкции сопряжений балок

Проектирование центрально сжатых стержней

5.1. Подбор сечений

5.1.1. Компоновка сплошных сечений стоек

5.1.2. Компоновка сквозного сечения

5.1.3. Конструктивное оформление стержня

5.2. Оголовки стоек

5.3. Базы стоек

Список используемой литературы

1. КОНСТРУКЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАЛИ

Свойства стали.

Стали, независимо от их вида, марки, способа изготовления отличают от других строительных материалов как положительные, так и отрицательные конструкционные свойства.

Выделим положительные:

1) относительно малый вес, легкость (обратная характеристика – относительно высокая прочность) – параметр, равный отношению объемного веса, для всех сталей γ = 7850 кг/см³, к основному прочностному показателю, расчетному сопротивлении при смятии, растяжении и изгибе, зависящему от марки стали – R ≈ 2150…3600 кг/см², для сталей заметно, в 5…10 раз меньше, чем у дерева или бетона;

благодаря этому свойству металлические конструкции в реальных сооружениях, выглядят изящно, легко, можно сказать ажурно;

2) однородность структуры и состава – вне зависимости от завода – изготовителя – гарантирует надежность прочностных характеристик, высокую повторяемость;

3) изотропность – обеспечивает одинаковость механических характеристик вне зависимости от направления воздействия;

4) высокая плотность – влаго- и газонепроницаемость;

5) индустриальность – изготовление только в заводских условиях, обеспечивающих свойства по п. 2.4;

6) технологичность – как удобство обработки при изготовлении с применением резки, строжки, сверления, прокола (продавливания), сварки различных способов и в самых разнообразных пространственных положениях и т.д.

Отрицательные свойства стали:

1) подверженность коррозии – может быть снижена применением легирующих элементов при выплавке стали (связана с маркой стали); созданием более благоприятных условий эксплуатации – конструктивные решения и мероприятия, снижающие возможность застоя влаги, накопления пыли, грязи и т.п.; применением защитных лакокрасочных или иных (оцинковка) покрытий;

2) относительно невысокая огнестойкость – при нагреве в 600^оС и более начинают активно снижаться механические характеристики – все показатели прочности, модуль упругости – Е, увеличивается пластичность;

повышение огнестойкости достигается принятием определенных эксплуатационных мероприятий; применением специальных защитных обмазок;

3) склонность к усталости при постоянных динамических нагрузках – показатели прочности постепенно снижаются вплоть до уровней (0.5…0.6) R;

4) горячеломкость, холодноломкость – из-за влияния серы, фосфора, кислорода и азота в стали возникает склонность к хрупкому разрушению как при интенсивном нагреве – включая сварку и резку, так и при естественном охлаждении и т.д.

Проявление отрицательных свойств стали можно значительно снизить грамотным выбором марки стали, регламентируемыми нормами [1, табл. 50], применением различных специальных конструктивно-технологических приемов, созданием благоприятных условий эксплуатации. С учетом этого можно определенно утверждать, что сталь – хороший конструкционный материал.

Её применение должно быть обоснованно экономически в каждом конкретном случае, в общем же сталь рекомендуется применять при относительно больших пролетах, высотах и нагрузках, тем более, если последние имеют законопеременный характер (признак динамического нагружения).

Область применения металлических конструкций чрезвычайно широка – от отдельных конструктивных элементов, до целых объектов и их комплексов.

1.2. Номенклатура стали.

Даже беглое знакомство со СНиП [1] позволяет заметить обилие применяемых в строительстве марок стали. Более подробно с ними полезно познакомиться по учебной литературе. Здесь же рассмотрим только специфику отличий марок друг от друга.

Все разнообразие применяемых строителями марок можно разделить на две большие группы: углеродистые и легированные стали.

Углеродистые (или малоуглеродистые – содержание углерода до 0,3%, отсюда и обозначение ст.3) стали прежде всего отличает выраженная способность к текучести, к проявлению пластичности, см. рис. 1 кривая «У» диаграммы σ - ξ

Они подразделяются на три группы по гарантиям: А – механических характеристик, Б – химического состава, В – механических характеристик и химического состава. В строительстве применяются только стали группы В. Вне зависимости от способа изготовления (мартеновская или конверторная) выплавленная сталь до разлива в изложницы выдерживается в приемном ковше по разным технологиям и режимам, обеспечивающим, соответственно, разное качество стали.

В зависимости от режима выдержки различают стали:

кипящие (Вст3кп) – наименее качественные, получаемые при относительно небольшой продолжительности выдержки, могут иметь природные включения;

полуспокойные (Вст3пс) – более качественные, имеют более однородный состав, т.к. их выдержка более продолжительна;

спокойные (Вст3сп) – наиболее качественные стали этой группы, что достигается не только собственно выдержкой, но и добавлением так называемых раскислителей (ферросплавы, алюминиевый порошок и т.п.), активирующих процессы выведения в шлак инородных включений. Все отмеченные выше особенности регламентируются ГОСТами или техническими условиями (ТУ), которые определяют также и самые разнообразные дополнительные требования к стали (гарантии по ударной вязкости, по работе в условиях пониженных температур …), обозначаемые цифровой символикой. В конечном счёте принятые обозначения углеродистых сталей имеют вид – Вст3кп2-1 и т.п. см.[1, табл. 51].

Низколегированные стали нередко не имеют выраженной площадки текучести, поэтому предел текучести для них часто назначается условно, а сами стали отличает слабая склонность к развитию пластических деформаций. В качестве легирующих используются добавки, содержащие кремний (С), никель (Н), хром (Х), марганец (Г), медь (Д), и др. элементы.

Хром, кремний,…- повышают прочностные характеристики, но снижают пластичность;

никель, марганец, медь,…- повышают вязкость, способность к восприятию динамических воздействий, сопротивляемость коррозии, но несколько снижают прочность.

Объем легирующих добавок обычно невелик и по каждому из применяемых элементов указывается в целых процентах, представляемых в обозначении марки стали сразу за значком элемента.

Сами обозначения марок низколегированных сталей имеет вид – 10ХСНД, 14Г2, 09Г2С,…(первые две цифры указывают в сотых долях процента содержание углерода).

Выбор марки производится по [1, табл. 50].

Поставка сталей металлургическими заводами осуществляется в соответствии с сортаментами, регламентируемыми своими ГОСТами и ТУ, в виде различного по сечению проката. Номенклатура проката весьма широка (см. сортамент в приложениях к любому учебнику по сопротивлению материалов, металлическим конструкциям или в справочной литературе – представленных в форме стандартных таблиц). Периодичность корректировки сортаментов – около 15-20 лет. Различают прокат: листовой – t=0,5…40 мм, поставка тонкого листа (t< или = 1мм) обычно рулонная, более толстого – полистовая – 1500х6000 мм; полосовой и полосовой универсальный (кромки не обрезные, а прокатные); уголковый равнобокий – L45х3…L250х30; уголковый неравнобокий – L45х28х3…L250х160х20; швеллера – Г8…Г40; двутавры - 10… 60(в обоих случаях цифры указывают высоту сечения в сантиметрах) – наиболее широко применяемые; трубы – круглого, квадратного и прямоугольного сечений, тавры, широкополочные двутавры и т. п.

В заключении к этому разделу можно отметить широкую номенклатуру и марок стали, и ее сортамента, а также возникающую нередко сложность комплектации (набора) материалов под конкретный проект. Поэтому на практике логически оправдано «обеднять» проектировку, ограничивая разнообразие марок и сортамента.

Контрольные вопросы:

1. Свойства стали.

2. Марки сталей.

3. Область применения стали.