но снизить массу конструкций и повысить их коррозион ную стойкость используют алюминиевые сплавы.
Свойства стали обусловлены ее химическим составом и технологией изготовления. Углерод повышает прочность стали, но ухудшает пластичность и свариваемость, поэ тому для строительных конструкций применяют малоуг леродистые стали с содержанием углерода до 0,22%.
Повышение прочности стали без существенного сни жения ее пластичности достигается введением легирую
щих добавок — марганца, |
кремния, |
меди, никеля, |
хрома |
|
и др. Такие стали называют низколегированными. |
|
|||
Увеличение |
прочности |
для некоторых видов |
стали |
|
достигается термическим упрочнением. |
|
|||
На свойства |
стали оказывают |
влияние различные |
||
примеси: сера вызывает хрупкость при повышенных тем пературах (красноломкость), фосфор — при пониженных (хладноломкость). Содержание вредных примесей стро го ограничивают.
По технологии изготовления малоуглеродистая сталь может быть кипящей (кп), полуспокойной (пс) и спокой ной (сп).
Сталь называют кипящей, если ее сразу же (без вы держки) разливают в изложницы; при этом часть газов остается в затвердевшем металле в виде газовых пузырь ков, которые снижают его качество.
Спокойные (и в несколько меньшей степени полуспокойные) стали перед разливкой определенное время вы держивают, в результате чего устраняется возможность образования газовых пузырьков, а следовательно, повы шается надежность работы стали в конструкциях, осо бенно при динамических нагрузках и в условиях низких
температур. |
|
|
|
|
|
|
Низколегированные |
стали выплавляют |
только |
спо |
|||
койными. |
|
|
|
|
|
|
Ударная |
вязкость стали |
характеризует |
ее хрупкость |
|||
и оценивается работой, |
которую |
надо совершить |
для |
|||
разрушения |
специального |
образца |
с надрезом при |
его |
||
испытании на удар. Чем больше ударная вязкость стали, тем меньше хрупкость.
Прочность и деформативность стали устанавливают испытаниями образцов на растяжение.
На рис. IX. 1 приведена зависимость между напряже ниями о и деформациями е для малоуглеродистой стали (кривая 1) и для сталей высокой прочности (кривая 2).
141
Прочностными характеристиками являются предел теку чести ат и временное сопротивление разрыву овр.
Для сталей, у которых график о—е соответствует кри вой 2 на рис. IX. 1, в качестве условного предела текуче сти принимают напряжения, при которых возникают ос
таточные удлинения 0,2% (схо.г).
До напряжений, близких к пределу текучести, зависи мость между напряжениями и деформациями определя ется законом Гука:
а = еЕ,
где Е — модуль упругости, равный 2 100 000 кгс/см2 (210 000 МПа).
Относительное удлинение при разыве ер дает возмож ность оценить пластичность стали.
Металлургические заводы поставляют малоуглероди стые стали с гарантией только механических свойств (группа А), с гарантией химического состава (группа Б), с гарантией механических свойств и химического состава (группа В), последнюю, как правило, и применяют для ответственных конструкций.
Низколегированные стали всегда поставляют по груп пе В.
Основные характеристики сталей приводятся в соот ветствующих ГОСТах: для малоуглеродистых сталей в ГОСТ 380—71 *, для низколегированных в ГОСТ 19281— 73 и 19282—73 и др.
Рис. IX.1. Диаграмма зависи мости между напряжениями а и деформациями е для образ ца из малоуглеродистой ста ли / и из твердой стали 2
В наименовании марки стали по ГОСТ 380—71* указывается вначале груп па поставки (Б или В), за тем название стали (СтЗ, 18Г), способ изготовления (кп, сп или пс); последняя цифра обозначает катего рию по ударной вязко сти, например, ВСтЗпсб, В18Гпс5, ВСтЗкп2 и т. д.
Марки низколегирован ных сталей имеют вначале число, обозначающее сотые доли процента содержания углерода, а затем буквы —
142
названия легирующих добавок: Г — марганец, С — крем ний, Д — медь, Н — никель, X — хром и т.д. Если содер жание какой-либо добавки превышает 1%, то в обозна чении марки после соответствующей буквы ставят число, обозначающее процентное содержание этой добавки, (с округлением до целого). Например, 15ХСНД — сталь, содержащая 0,15% углерода и легирующие добавки хро ма, кремния, никеля, меди, причем содержание каждой добавки не превышает 1%; 14Г2 — сталь, содержащая 0,14% углерода, легированная марганцем до 2%.
Строительными нормами и правилами СНиП Н-В. 3-72 все стали в зависимости от механических свойств при растяжении подразделяют на классы прочности (табл. IX.1), которые для краткости называют классами' стали. В обозначении класса после буквы С стоит дробь, числитель которой указывает минимальное (по ГОСТу) значение временного сопротивления авр, кгс/мм2, а зна менатель— минимальное значение предела текучести стт, кгс/мм2.
ТАБЛИЦА IX.1. КЛАССЫ СТАЛИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ
|
Механические свойства при растяжении |
||
Класс стали |
авр’ |
ат' |
Относительнее удлине |
|
кгс/см* (МПа) |
кгс/см* (МПа) |
ние Ер,% |
|
|
не ниже |
|
С 38/23 |
3800 (380) |
2300 (230) |
25 |
С 44/29 |
4400 (440) |
2900 (290) |
21 |
С 46/33 |
4600 (460) |
3300 (330) |
21 |
С 52/40 |
5200 (520) |
4000 (400) |
19 |
С60/45 |
6000 (600) |
4500 (450) |
16 |
С 70/60 |
7000 (700) |
6000 (600) |
12 |
С 85/75 |
8500 (850) |
7500 (750) |
10 |
Каждому классу соответствуют несколько марок сталей. В СНиП Н-В. 3-72 даны указания по применению различных марок сталей для стальных конструкций зда ний и сооружений в зависимости от вида конструкций и условий их эксплуатации (группы I—IX) и расчетной отрицательной температуры. Так, в сварных конструкци ях перекрытий и покрытий (группа III) при ^ —30°С для класса стали С 38/23 могут быть применены марки
и з
ВСтЗпсб, ВСтЗГпсЗ, В18Гпс5; для класса С 44/29 — СтТпс; для класса С 46/33 — 14Г2 и т. д.
Марки стали для конструкции в пределах каждой группы (для данного диапазона расчетных температур) выбирают на основании технико-экономических расчетов.
Если стальные конструкции эксплуатируются в усло виях агрессивной среды, их необходимо предохранять от коррозии специальными защитными покрытиями.
В качестве нормативных сопротивлений стали R" при растяжении, сжатии и изгибе принимают браковочный минимум предела текучести (для сталей, имеющих на диаграмме а —е площадку текучести) или браковочный минимум временного сопротивления, если-площадки те кучести на диаграмме нет. Расчетное сопротивление при растяжении, сжатии, изгибе
Я = Я“/Лв.
где кб — коэффициент безопасности по материалу.
Если нормативным сопротивлением является предел
текучести, Аб= 1,1— 1,2, если |
временное сопротивление, |
||||
то Аб= 1,45— 1,6. |
|
|
|
|
|
Расчетное сопротивление срезу и смятию торцов по |
|||||
лучают умножением |
R на коэффициент перехода: /?с„ = |
||||
=0,6/?, /?см.т=1,5/?. |
|
|
|
|
|
ТАБЛИЦА IX.2. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ |
НЕКОТОРЫХ |
||||
КЛАССОВ ПРОКАТНОЙ СТАЛИ |
|
|
|||
|
Расчетные сопротивления, |
кгс/см* (МПа) |
|||
Вид сопротн |
|
стали классов |
|
||
|
С 38/23 | |
С 44/29 |
С 46/33 | |
С 52/40 |
|
Растяжению, сжатию, из 2100 (210) |
г |
2900 (290) |
3400 (340) |
||
2600 (260) |
|||||
гибу R |
|
|
|
|
|
Срезу RCp |
1300(130) |
1500(150) |
1700(170) |
2000 (200) |
|
Расчетные сопротивления стали растяжению для кон струкций, которые могут эксплуатироваться и после до,- стижения металлом предела текучести (например, для труб и цилиндрических резервуаров, работающих от внутреннего давления на растяжение), приняты более высокими: для С 38/23 — 2600 кгс/см2 (260 М Па), С 44/29 — 3000 кгс/см2 (300 МПа) и т. д.
144
Для |
некоторых элементов конструкций приведенное |
в табл. |
IX.2 значение R умножают на коэффициент ус |
ловий работы /п < 1 . Для сплошных балок и сжатых эле ментов ферм перекрытий общественных зданий при весе перекрытий, превышающем временную нагрузку, для колонн жилых и общественных'зданий и опор водонапор ных башен т = 0,9, для сжатых элементов из одиночных
уголков, прикрепляемых одной полкой, т = 0 ,7 5 и |
т. д. |
Прокатную сталь промышленность выпускает в |
виде |
листов (ГОСТ 82—70), полос (ГОСТ 103—76), двутавров (ГОСТ 8239—72*), швеллеров (ГОСТ 8240—72*), рав нополочных и неравнополочных уголков (ГОСТ 8509—72 и ГОСТ 8510—72), труб (ГОСТ 8732—70*) и др. В сор таментах прокатных профилей указаны все основные характеристики сечений: размеры, площадь, моменты инерции, моменты сопротивления, радиусы инерции и масса одного погонного метра, кг. Сортамент некоторых профилей см. в прил. X и XI.
При проектировании конструкций нужно стремиться применять ограниченное число различных профилей.
А л ю м и н и |
е в ы е с п л а в ы |
могут иметь в своем со |
ставе марганец |
(АМц), магний |
(АМг), магний и кремний |
(АВ и АД), медь и магний (Д ). Благодаря этим легиру
ющим компонентам |
прочность |
сплавов сопоставима с |
||
прочностью стали, |
тогда |
как |
их объемная |
масса втрое |
меньше (у« 2 6 0 0 кг/м 3). |
Вместе с тем |
алюминиевые |
||
сплавы значительно дороже стали и имеют высокую де-
формативность: |
модуль |
упругости £ = 7 1 0 000 |
кгс/см2 |
(71000 М Па), |
т. е. втрое |
меньше, чем у стали. |
Все это |
определяет специфическую область их применения (см. Введение).
Профили из алюминиевых сплавов получают прокат кой (листы, полосы) и прессованием: прбдавливанием нагретых заготовок через матрицу. Прессованием изго товляют уголки, швеллеры, двутавры (по специальному сортаменту), а также трубы и коробчатые профили. Пол ки уголков, швеллеров и двутавров из алюминиевых сплавов имеют по концам утолщения (бульбы), которые повышают местную устойчивость полок.
Характеристики алюминиевых сплавов и их расчетные сопротивления приводятся в СНиП (прил. 1, п. 8).
145