- •Тема 2. Основні властивості та робота сталі у конструкціях
- •2.1. Матеріали металевих конструкцій Загальні відомості про матеріали металевих конструкцій
- •Сортамент профілів зі сталі
- •2.2. Робота сталі у конструкціях Робота сталі на розтяг
- •Робота сталі на стиск
- •Нормативні та розрахункові опори
- •Робота сталі при складному напруженому стані
- •Робота сталі при концентрації напружень Негативно впливають на міцність конструкцій концентратори напружень. До концентраторів належать будь-які зміни форми зразка (отвори, надрізи).
- •Старіння металу
- •Вплив температури
- •Ударна в'язкість
- •Робота сталі при повторних та змінних навантаженнях
- •Rv – змінюється ід 145 мПа до 27 мПа.
2.2. Робота сталі у конструкціях Робота сталі на розтяг
Залежність між напруженнями і деформаціями для різних матеріалів встановлюється експериментально.
Діаграма розтягу сталі |
Рис. 2.2. Діаграма розтягу сталі. 1 – маловуглецеві сталі (сталі звичайної міцності); 2 – сталі високої міцності; 3 – полікристал заліза м – межа міцності (тимчасовий опір); т – межа текучості; l – межа пропорційності; 02 –умовна межа текучості |
, де , МПа – нормальне напруження; Е – модуль пружності; – відносне подовження зразка після розриву є показником пластичності. Для маловуглецевих сталей – = 2025%; для високоміцних сталей – = 810%.
При т/м=0,6 Ст3.
При т/м=0,8 високоміцні сталі.
.
.
Характер деформацій сталі під дією навантаження визначається сумісним деформуванням її складових частин (фериту та перліту). Перліт розміщується між зернами фериту у вигляді прошарків та окремих включень. На початкових стадіях завантаження пластичні деформації зерен фериту стримуються опором прошарків перліту. При напруженнях, що дорівнюють межі текучості, опір перліту долається. Відбувається загальний зсув. На діаграмі зявляється ділянка текучості.
У високоміцних сталей опір перлітових включень, легуючих елементів та їх сполук настільки великий, що ділянка текучості не виявляється. В цьому випадку відзначають умовну межу текучості 02. Коли відносне видовження досягає певної величини (близько 2,5%), матеріал перестає текти і стає знову здатним чинити опір. Діаграма розтягу стає криволінійною. Зі збільшенням навантаження при пластичних деформаціях зв'язок між частинами кристалів на площинах ковзання зменшується. Відповідно до цього зменшується і модуль деформації, діаграма стає щораз пологішою, поки не буде досягнута межа міцності м, при якій метал руйнується.
При пластичних деформаціях маловуглецевих сталей на розтягнутих зразках помітна поява характерних ліній, які називаються лініями текучості або лініями Чернова-Людерса, що йдуть під кутом 45 до лінії розтягувальних зусиль. Напрямок їх збігається з напрямком найбільших дотичних напружень.
Руйнування буває в'язке (пластичне) – від зсуву; крихке – внаслідок відриву і змішане.
Дотичні напруження і пластичні деформації – причина в'язкого руйнування. Крихке руйнування є наслідком розвитку пружних деформацій металу до величини руйнувальних в умовах, коли утруднені пластичні зсуви. У цьому випадку спостерігається розрив міжатомних зв'язків кристалічних граток зерен при дуже незначних зсувах в окремих зернах.
Робота сталі на стиск
При роботі на стиск метал поводить себе, як і при розтягові.
Значення межі текучості, модуля пружності та довжини ділянки текучості дорівнюють показникам при розтягові.
Тобто, сталі гарно працюють як на розтяг, так і на стиск. Це дуже важлива особливість.
Нормативні та розрахункові опори
Основними показниками опору металу силовим впливам є нормативні опори Rynта Run, встановлені відповідно до межі текучості (чи умовної межі текучості) та межі міцності.
Значення Rynта Run регламентуються нормами проектування. При цьому враховується статистична мінливість опорів. Треба, щоб забезпеченість становила не менш 0,95.
Гістограма розподілу міцностей металу |
Рис. 2.3. Гістограма розподілу міцностей металу. |
Значення нормативного опору приймають залежно від характеру роботи конструкції і властивостей сталі.
У більшості випадків при обчисленнях користуються нормативним опором за межею текучості, тому що при перевищенні напруженнями межі текучості в елементах, що згинаються чи розтягуються, розвиваються пластичні деформації і спостерігаються великі переміщення. Стиснуті елементи втрачають стійкість. У випадках, коли застосовуються пластичні сплави і згідно з характером роботи конструкції допускаються значні деформації, нормативний опір приймають за межею міцності.
Розрахунковий опір визначають шляхом ділення нормативних опорів на коефіцієнт надійності за матеріалом m.
Цей коефіцієнт враховує:
те, що механічні властивості металів перевіряються на металургійних заводах шляхом вибіркових випробувань і в конструкції може потрапити метал з властивостями нижчими, ніж встановлені стандартами;
механічні властивості контролюють при осьовому розтягові на невеликих зразках, а в дійсності метал працює у великорозмірних конструкціях при складних напружених станах;
сортамент металопрокату може мати відємні (мінусові) допуски до розмірів.
Значення коефіцієнта надійності за матеріалом m залежить від статистичних даних про однорідність металу. Для вуглецевих сталей, які масово випускаються тривалий час за добре опрацьованою технологією і для яких добре відомо, як вони поводять себе у конструкціях, значення m найменші m=1,025. Адже відносно нових сталей m=1,15. Значення нормативних Ryn, Run і розрахункових Ry, Ru опорів та коефіцієнтів надійності за матеріалом вміщені у СНиП II-23-81*. Зазначені опори служать для оцінки міцності елементів конструкцій на дію розтягу, стиску, згину.
Для інших напружених станів: зсув (Rs), зминання торцевої поверхні (Rp), розтяг поперек товщини прокату (Rth) – нормативні документи встановлюють інші значення опору.