
- •Часть I
- •1. Введение
- •1.1Исторический очерк развития металлических конструкций
- •1.2Номенклатура и область применения металлических конструкций
- •1.3Основные особенности металлических конструкций
- •1.4Принципы проектирования металлических конструкций
- •1.5 Организация проектирования
- •Раздел 1 элементы металлических конструкций
- •Глава 1 Материалы для строительных металлических конструкций. Основные свойства и работа материалов в конструкциях.
- •Сортамент для стальных конструкций
- •2Основы расчета металлических конструкций
- •2.1Группы предельных состояний
- •2.2Нагрузки, действующие на сооружение
- •2.3Предельное сопротивление материала
- •3Работа материалов и элементов металлических конструкций и основы норм расчета элементов. Виды напряжений и их учет при расчете элементов конструкций
- •3.1Работа и расчет на прочность центрально растянутых или сжатых элементов.
- •Работа стали при неравномерном распределении напряжения.
- •2.3.4 Работа стержней при кручении
- •2.3.5.Устойчивость элементов металлических конструкций.
- •Основы работы и расчета на устойчивость центрально сжатых стержней
- •Основы работы и расчета на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней.
- •Потеря устойчивости изгибаемых элементов
- •Потеря местной устойчивости элементов металлических конструкций
- •Глава 3. Сварка и сварные соединения металлических конструкций
- •3.3 Термо–механический класс сварки
- •Особенности расчета сварных соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов.
- •Конструктивные требования к сварным соединениям.
- •Глава 4 Болтовые и заклепочные соединения. Виды болтов, применяемых в строительстве
- •Повышенной точности
- •Высокопрочные
- •Анкерные
- •3.1.1Болты грубой, нормальной точности (класс точности с и в)
- •3.1.2Болты повышенной точности (класс точности а)
- •3.1.3Высокопрочные болты (нормальной точности, класс точности в)
- •3.1.4Анкерные болты
- •3.1.5Самонарезающиеся болты
- •3.2Заклепочные соединения
- •3.3Болтовые соединения
- •3.4Расчет болтовых соединений без контролируемого натяжения болта
- •Фрикционные соединения на высокопрочных болтах
- •Конструирование болтовых соединений
- •Колонны,работающие на центральное сжатие
- •Сплошные колонны
- •Сквозные колонны
- •Конструирование базы центрально сжатой колонны
- •3.4.1.1Расчет базы центрально-сжатой колонны
- •Конструирование и расчет оголовка колонны
- •4Балки и балочные конструкции
- •4.1 Балочные клетки
- •4.2 Плоский стальной настил балочных клеток
- •4.2.2Расчет прокатной балки
- •4.2.3Расчет разрезных составных балок
- •4.2.3.1Предварительный подбор сечения балки.
- •4.2.3.2Компоновка сечения балки
- •4.2.3.3Проверка прочности балки
- •4.2.3.4Проверка жесткости балки
- •4.2.3.5Изменение сечения по длине балки
- •4.2.3.6Проверка общей устойчивости балки
- •4.2.3.7Расчет поясных швов.
- •4.2.3.8Расчет опорного ребра
- •4.2.3.9Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах
- •4.2.3.9.1Расчет поясных накладок
- •4.2.3.9.2Расчет накладок стенки
- •5.1 Компоновка ферм
- •5.2Расчет ферм
- •5.2.1Основные нагрузки на фермы
- •5.2.2Определение усилий в стержнях фермы.
- •5.2.3Расчетные длины стержней ферм
- •5.2.4Обеспечение обшей устойчивости ферм в системе покрытия
- •5.2.5Выбор типа сечения
- •5.2.6Подбор сечения сжатых стержней
- •5.2.7Подбор сечения растянутых стержней
- •5.2.8Подбор сечения стержней по предельной гибкости
- •Общие требования конструирования и расчет узлов ферм
1.4Принципы проектирования металлических конструкций
При проектировании МК, как и всяких других, должны учитываться следующие основные требования.
Условия эксплуатации в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.
Экономия металла. В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов нерациональна. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности и относительно высокой стоимостью.
Транспортабельность. В связи с изготовлением МК, как правило, на заводах с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.
Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.
Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования.
Долговечность конструкций. Определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ МК связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации.
Эстетичность. Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.
Типизация конструктивных элементов и целых сооружений. Разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов – колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжений. Для некоторых элементов разработаны стандарты.
Разработаны типовые решения таких сооружений, как радиомачты, башни, опоры линий электропередачи, резервуары, газгольдеры, пролетные строения мостов, некоторые виды промышленных зданий, сооружений и т. п.
Субъективный фактор.
1.5 Организация проектирования
Проектирование зданий и сооружений производится на основании задания на проектирование. Проектирование выполняется в две стадии – проектное задание и рабочие чертежи.
В проектном задании устанавливается экономическая целесообразность и техническая возможность строительства. На этой стадии проектирования обосновывается применение МК, определяется основная конструктивная схема сооружения и подбираются соответствующие типовые конструкции.
Рабочий проект состоит из 2-х частей: КМ и КМД.
Проект КМ выполняет проектная организация. Пояснительная записка, расчеты, компоновочная схема, чертежи важных узлов, спецификация на металл.
Проект КМД выполняет КБ завода на основании КМ с учетом технологических особенностей завода
Раздел 1 элементы металлических конструкций
Глава 1 Материалы для строительных металлических конструкций. Основные свойства и работа материалов в конструкциях.
В строительстве в основном используется
- сталь;
- алюминиевые сплавы.
Стали для строительных конструкций
Общая характеристика сталей.
Сталь – сплав железа с углеродом (углерода до 2%), содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки.
Структура стали
В твердом состоянии является поликристаллическим телом, состоящим из различно ориентированных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы расположены упорядоченно, в узлах пространственной решетки. Различают объемно-центрированную (ОЦК) и гранецентрированную (ГЦК) кубические кристаллические решетки.
Каждое зерно имеет различные свойства по разным направлениям (т.е. анизотропно), но при большом числе различно ориентированных зерен свойства становятся одинаковыми по всем направлениям.
Структура стали зависит от условий кристаллизации, химического состава, режима термообработки и прокатки.
tплавл. чистого железа 1535С.
tплавл стали (Fe + 0,2%C) = 1520С
При понижении температуры (твердении) меняются виды кристаллической решетки и, следовательно, свойства стали.
при остывании образуется твердый раствор углерода в железе - аустенит, в котором атомы углерода располагаются в центре ГЦК решетки
при t ниже 910С часть аустенита распадается на феррит (чистое железо) и углерод
при t = 723C образуется перлит, который является смесью феррита и карбида железа
(цементита).
Таким образом, при нормальной температуре сталь состоит из двух фаз: феррита и цементита, которые образуют самостоятельные зерна, а также входят в состав перлита.
Феррит мягок, пластичен, предел текучести σy=10кН/см2, предел прочности σu=25-30кН/см2
Цементит тверд, прочен, упруг, предел прочности σu=80-100кН/см2
Перлит – смесь цементита и феррита, имеет средние показатели.
Перлитный жесткий скелет, обволакивающий мягкие зерна феррита, играет роль армирующей сетки, предающей стали необходимую прочность. Такое строение стали объясняет работу стали под нагрузкой и её пластические свойства:
упругая стадия – работа решетки из перлита
площадка текучести – разрушение решетки из перлита и включение в работу феррита.
Величина зерен феррита и перлита зависит от числа очагов кристаллизации, условий охлаждения и влияет на механические свойства. (Чем меньше зерно, тем выше качество стали).
Классификация сталей.
1.По прочностным свойствам
Обычной прочности (σy < 29 кН/см2)
Повышенной прочности (σy = 29-40 кН/см2)
Высокой прочности (σy ≥ 40 кН/см2)
Повышение прочности достигается легированием и термической обработкой.
2.По химическому составу.
2.1.Углеродистые (с некоторой добавкой кремния или алюминия и марганца, прочие добавки специально не вводятся)
Малоуглеродистые, содержание углерода 0,09-0,22%. Применяются в строительстве.
Среднеуглеродистые, содержание углерода 0,22-0,6%. Применяются в машиностроении.
Высокоуглеродистые, содержание углерода 0,6-2%. Инстументальные.
2.2.Легированные, в которых кроме железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие качество. (см. табл.)
В строительстве применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%, так как они снижают свариваемость.
3. В зависимости от вида поставки
Горячекатаные
Термически обработанные (нормализованные или термически улучшенные)
4.В зависимости от способа производства
В мартеновских печах
В конвертерах с продувкой кислородом (дешевле, свойства те же.)
В электропечах путем электрошлакового переплава (ЭШП), отличаются высоким качеством, низким содержанием вредных примесей)
5.По степени раскисления (для малоуглеродистых)
Кипящие кп (не раскисленные)
Полуспокойные пс, раскисляются кремнием Si 0,05-0,15%
Спокойные сп, раскисляются алюминием Al (до 0.1%) или кремнием Si (0.12-0.3%)
а) Нераскисленные стали кипят при разливке в изложницы вследствие выделения газов и называются кипящими (кп), они менее однородны, загрязнены газами. При разливке в изложницы головная часть слитка получается наиболее рыхлой вследствие усадки и насыщения газами, поэтому 5% головной части обрезают. Кипящие стали плохо сопротивляются хрупкому разрушению.
б) Чтобы повысить качество стали, её раскисляют добавками кремния (0,12-0,3%) или алюминия (до 0,1%), при этом образуются силикаты или алюминаты, увеличивающие число очагов кристаллизации и, следовательно, способствующие образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали не кипят, их называют спокойными (сп). От головной части слитка отрезают 15%. Они однородны, лучше свариваются, лучше сопротивляются динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. На 12% дороже кипящих.
в) Полуспокойные (пс) стали раскисляются меньшим количеством кремния (0,05-0,15%), редко – алюминием. От головной части отрезают 8%. По качеству и стоимости они находятся между КП и СП.
Механические свойства стали
Механические свойства материалов:
Прочность – сопротивляемость материала внешним силовым воздействиям без разрушения.
Упругость – свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок.
Пластичность – свойство материала сохранять деформированное состояние после снятия нагрузки, т.е. получать остаточные деформации без разрушения.
Хрупкость – способность разрушаться при малых деформациях.
Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки.
Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопротивляться упругой и пластической деформациям или разрушению при внедрении в него другого, более твердого материала.
Рассмотрим подробнее свойства стали.
Прочность металла
при его статическом нагружении, его
упругие и пластические свойства
определяются растяжением стандартных
образцов (прямоугольного или круглого
сечения) длиной lo
c
записью диаграмм зависимости между
напряжением
и относительным удлинением
.
Основными прочностными характеристиками являются:
σu – временное сопротивление – наибольшее условное напряжение в роцессе разрушения образца (предельная разрушающая нагрузка, отнесенная к первоначвальной площади сечения А).
σy - предел текучести – напряжение, при котором деформации образца растут без изменения нагрузки. Для металлов, не имеющих площадки текучести (высокопрочные стали), определяется условный предел текучести σo2, т.е. напряжение, при котором остаточное относительное удлинение = 0,2%.
Мерой пластичности являются:
Относительное остаточное удлинение образца при разрыве, которое складывается из равномерного удлинения по всей длине равн. и локального удлинения лок в зоне т.н. «шейки»;
относительное сужение при разрыве, %
Упругие свойства определяются модулем упругости E = tg и пределом упругости e, т.е. таким максимальным напряжением, при котором деформации после снятия нагрузки исчезают.
Несколько ниже e на диаграмме находится предел пропорциональности р – напряжение, при котором материал работает по закону Гука ( = ).
Склонность металла к хрупкому разрушению оценивается при испытаниях на ударную вязкость, которая определяется работой маятникового копра, затраченной на разрушение образца (Дж/см2).
Испытания проводят на стандартных образцах при определенных температурах. В образцах делают надрез или трещину, напряжения резко возрастают, что способствует переходу металла в хрупкое состояние. Один и тот же материал может разрушаться как вязко, т.е. с развитием пластических деформаций, так и хрупко, в зависимости от различных факторов. В изломе разрушенного образца можно выделить 2 зоны – с волокнистой структурой – пластическая составляющая и с кристаллической – хрупкая составляющая.
Т.о., ударная вязкость является комплексным показателем, характеризующим:
а) состояние металла (хрупкое или вязкое);
б) сопротивление динамическим воздействиям;
в) чувствительность к концентрации напряжений
Ползучесть наблюдается при высоких to.
Важнейшее требование к металлическим конструкциям – свариваемость т.к. сварка – основной способ соединения элементов металлических конструкций. Оценка свариваемости производится по химическому составу (углеродному эквиваленту) или специальными технологическими пробами.
Долговечность – определяется в основном коррозийной стойкостью, которая зависит от химического состава, определяется скоростью коррозии в мм/год (по толщине металла).
Физические характеристики материалов, применяемых для металлических конструкций .
|
Условные обозначения |
Прокатная сталь |
Алюминиевые сплавы |
Объемный вес |
кН/см3 |
7,7 10-5 |
2,65 10-5 |
Плотность |
кг/м3 |
7,85 103 |
2,7 103 |
Коэффициент линейного расширения |
см-1 |
0,12 10-4 |
0,23 10-4 |
Модуль упругости |
Е кН/см2 |
2,06 104 |
0,71 104 |
Модуль сдвига |
G кН/см2 |
0,78 104 |
0,27 104 |
Коэффициент поперечной деформации (при упругой работе) |
|
0,3 |
0,3 |
Влияние химического состава на механические свойства стали.
Мический состав стали характеризуется процентным содержанием в ней различных компонентов и примесей.
Углерод (У) – повышает предел текучести и временное сопротивление стали, однако пластичность и свариваемость стали уменьшаются. Поэтому в строительных конструкциях применяют только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,22%.
Кремний (С) – раскисляет сталь, увеличивает предел текучести и временное сопротивление, ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и сильно снижает ударную вязкость.
Марганец (Г) – увеличивает предел текучести и временное сопротивление стали.
Медь (Д) – повышает прочность стали, и увеличивает стойкость её против коррозии. Избыточное (более 0,7%) содержание меди способствует старению стали.
Алюминий (Ю) – хорошо раскисляет сталь, повышает её ударную вязкость.
Азот (А) – увеличивает хрупкость стали, особенно при низких температурах, и способствует её старению.
Никель (Н), хром (Х), ванадий (Ф), молибден (М), титан (Т), бор (Р) являются легирующими компонентами, улучшающими механические свойства стали, применение их сталей, используемых в строительстве, ограничивается дефицитностью и высокой стоимостью. Ряд примесей является вредными для сталей, сильно ухудшая её конструкционные качества;
Фосфор (II) – резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, а также делает её хладноломкой (хрупкой при отрицательных температурах);
Сера – несколько уменьшает прочностные характеристики стали и, главное, делает её красноломкой (хрупкой и склонной к образованию трещин при температуре 800-1000С), что влечет за собой появление сварочных трещин.
Кислород, водород и азот, которые могут попасть в расплавленный металл из воздуха и остаться там, ухудшают структуру стали и способствую увеличению её хрупкости.
Повышение механических свойств стали.
А. Термообработка.
Под влиянием термической обработки изменяется структура стали, величина зерна, растворимость легирующих элементов, поэтому термообработка приводит к изменению механических свойств.
Виды термической обработки:
1. Нормализация (разновидность отжига) нагрев проката свыше 910C -930C с последующим охлаждением на воздухе. Это приводит, к уплотнению структуры стали и снятию внутренних напряжений. Нормализация, являясь простейшим видом термической обработки, стали, применяется довольно часто.
2. Закалка заключается, в нагреве стали выше 910C -930C с последующим быстрым охлаждением. В зависимости от скорости охлаждения могут быть получены различные структуры – более или менее твердые и мелкозернистые, пластичность снижается.
3. Отпуск заключается в нагреве проката до t = 723C, выдержке в течение необходимого времени с последующим медленным охлаждением для получения более однородного и устойчивого структурного строения сплава. Различают высокий, средний и низкий отпуск.
Б. Прокатка.
При прокатке в результате обжатия структура стали меняется. Происходит размельчение зерен и различное их ориентирование вдоль и поперек проката. Существенное влияние оказывает температура прокатки и скорость охлаждения. Чем толще прокат, тем меньше степень обжатия и скорость охлаждения. Поэтому с увеличением толщины проката прочностные характеристики снижаются.
В. Изменение химического состава.
Улучшение прочностных характеристик достигается введением тех или иных легирующих добавок.
Влияние различных факторов на свойства стали.
Старение.
Старением называется
изменение свойсв материалов во времени
без существенного изменения его
макроструктуры. В процессе старения
свойства стали изменяются: увеличиваются
пределы упругости, текучести и прочности,
снижается относительное удлинение
,
уменьшуется ударная вязкость, сталь
становиться более хрупкой. Причина
старения – постепенный переход металла
в более устойчивую структуру. Сталь в
целом становиться более прочной, но
менее пластичной. Различают два вида
старения – термическое (дисперсионное
твердение) и деформационное.
Термическое старение происходит после нагрева до сравнительно невысоких температур (искусственное старение), либо протекает при комнатной температуре (естественное старение).
Деформационное старение происходит после пластического деформирования при температурах ниже температуры рекристаллизации (150-200ºС).
Время старения весьма неопределенно – от нескольких дней до десятилетий. Оно зависит от структуры стали ( величина зерна), её загрязненности, температуры и механических воздействий. При пластическом деформировании и последующем нагреве до 150-200ºС скорость старения резко возрастает. Старению наиболее подвержены кипящие стали.
При расчетах металлоконструкций естественное старение стали не учитывается, так как повышению пределов текучести и прочности сопутствуют снижение пластичности и увеличение хрупкости. В алюминиевых сплавах старение используется для упрочнения материала.
Наклеп.
Повторные загружения
образца в предепах зоны упругих деформаций
(до предела упругости) не изменяет вид
диаграммы работы стали. Если образец
загрузить до пластического состояния,
а затем нагрузки снять, появиться
остаточная деформация
.
При повторном загружении после отдыха
материал работает упруго до уровня
предыдущего загружения.
Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации называется наклепом.
В результате наклепа снижается пластичность, повышается опасность хрупкого разрушения (при холодной гибке, резке ножницами, пробивке отверстий).
Влияние температуры.
Механические
свойства малоуглеродистой стали при
нагревнии её до температуры t=200-250ºC
сравнительно мало меняется, но уже при
t=300-350ºC
сталь в изломе получает крупнозернистое
строение и становится более хрупкой –
синеломкой. При этой температуре не
рекомендуется деформировать или
подвергать сталь ударным воздействиям.
Пи дальнейшем возрастании это свойство
пропаает, но начинаетс быстрое падение
значений предела текучести
и временного сопротивления
.
При температурах близких к 600ºС, несущая
способность стали практически
исчерпывается.. При проектировании
стальных конструкций принимается, что
до температуры 400ºС механические
характеристики стали остаются постоянными,
а при более высоких температурах сталь
становиться ненесущеспособной. Длительный
нагрев при t>700ºC
(вишнево красный цвет) содействует росту
кристаллов и образованию крупнозернистой
структура. При длительном нагреве на
воздухе до температуры, близкой к
температуре плавления (яркий желтовато-белый
цвет), возможен пережег металла. При
отрицательных температурах и с увеличением
толщины проката повышается хрупкость
и прочность стали.
Строительные стали становятся хрупкими при температурах:
t=-(30-35ºC) – малоуглеродистые кипящие стали;
t=-(45-50ºC) – малоуглеродистые спокойные;
t=-(55-60ºC) – низколегированные.
Исходя из этого нормами проектирования предесмотрено применение различных сталей с учетом толщины проката и температуры, при которой будет эксплуатироваться сооружение.
Коррозия стали.
Коррозия может быть химической, вызванной непосредственным воздействием на металл агрессивных жидкостей или газов, и электрохимической, вызваноой воздействием влаги и атмосферы на поверхностный слой металла.
Скорость коррозии в чистом воздухе при небольшой его относительной влажности невелика и составляет сотые доли миллиметора толщины в год. В условиях агрессивных сред промышленных предприятий она увеличивается и может быть очень интенсивной. Известны случаи выхода из строя стальных конструкций перекрытий зданий с агрессивной средой через 15-20 лет работы, нижних частей колонн зданий через 30 лет работы.
Разрушение может быть от общей поверхности коррозии, когда рабочая площадь уменьшается и происходит перенапряжение элемента, и от местной коррозии. Продукт коррозии – ржавчина, имеет значительно больший объем, чем металл, из которого она образовалась. Кроме того, увлажнение вызывает разбухание ржавчины и ещё большее увеличение ее объема. Ржавчина, заполняя трещины на поверхности металла, являющиеся следствием прокатки, сварки, дефектов структуры, усталости металла и других причин, и затем, увеличиваясьв объеме расширяет и углубляет их, ослабляя сечение конструкции и образуя концентраторы напряжений. Развиваясь между склепанными элементами, ржавчина вызывает местные вздутия и даже отрыв головок заклепок.
А узких щелях конструкций при наличии в них влаги и пыли возможно образование коррозии в виде раковины, заполненной ржавчиной. Такие раковины могут иметь довольно большие размеры и представлять опасность для несущей способности элемента.
Основными мероприятиями по борьбе с коррозией мкталлоконструкций являются:
проектирование металлических конструкций без узких щелей, пазух, с формой сечений элементов, хорошо обтекаемой воздушными струями, не удерживающих пыли, открытых для окраски;
высококачественная огрунтовка изготовленных конструкций и последующая их окраска правильно выбранными лакокрасочными покрытиями;
периодическая окраска металлических конструкций в процессе эксплуатации (обычно через 3-6 лет работы).
Нормирование сталей
Основным стандартом, регламентирующим характеристики сталей для строительных конструкций, является ГОСТ 27772-88.
Согласно ГОСТ 27772-88:
фасонный прокат изготавливается из сталей С 235, С 245, С 255, С 275, С 285, С 345, С 345 К, С 375;
листовой, универсальный прокат и гнутые профили – также из стали С 390, С 390К, С 440, С 590, С 590К.
Прокат может поставляться как в горячекатаном, так и в термообработанном состоянии. Выбор варианта химического состава и вида термообработки определяется заводом. Главное – обеспечение требуемых свойств. Так листовой прокат С 345 может изготавливаться из стали с химическим составом С 245 с термическим улучшением. Обозначение стали в этом случае будит С 345 Т.
Стали С 345 и С 375 в зависимости от температуры эксплуатации конструкций и испытания на ударную вязкость поставляются 4-х категорий: С345-1; С345-2; С345-3; С345-4.
Прокат поставляется партиями. Партия состоит из проката одного размера, одной плавки-ковша, одного режима термообработки. При проверке качества металла от партии отбираются случайным образом 2 пробы. Из каждой пробы изготавливают :
1 образец – для испытания на растяжение
1 образец – для испытания на изгиб
по 2 образца – для определения ударной вязкости при каждой температуре (t = -40; -70C; после механического старения)
Если результаты исследований не соответствуют требованиям ГОСТ, проводят повторные испытания на удвоенном числе образцов. Если опять неудовлетворительные результаты – партия бракуется.
Оценку свариваемости стали проводят по углеродному эквиваленту Сэ, %, то есть по суммарной массовой доле углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора в %. При Сэ ≤0,4%, сварка не вызывает затруднений, при 0.4<Сэ ≤0,55%, сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению трещин. При Сэ≥0,55% опасность появления трещин резко возрастает.
Для проверки сплошности металла по требованию заказчика проводится ультразвуковой контроль.
Показатели прочности и др. свойств имеют определенный разброс. В стандартах приводятся показатели обеспеченностью не ниже 95%. При этом значительная часть металла (свыше 95%)имеет прочностные характеристики выше указанных в стандартах.
В целях более полного использования прочностных свойств стали и экономии металла можно по результатам испытаний дифференцировать прокат из одной стали на несколько групп прочности. В ГОСТ 277772-88 такой подход используется для проката толщиной до 20 мм из сталей С245, 255, 275, 285, 345, 375.
В строительстве используется также стали по ГОСТ 380-88 «Сталь углеродистая обыкновенного качества», ГОСТ 19281-73 «Сталь низколегированная листовая и фасонная» и др. Принципиальных различий между свойствами сталей, имеющих одинаковый химический состав, но поставляемых по разным стандартам, нет. Разница состоит в способах контроля и обозначениях .
по ГОСТ 380-88
Вст3кп2 Вст3пс6 Вст3сп5 Вст3Гпс5
(с повышенным содержанием марганца)
группа В гарантирует мех. свойства и
хим. состав
условный порядковый номер марки по
хим. составу
степень раскисления
категория указывает вид испытаний на
ударную вязкость
По ГОСТ 19281-73, 19282-73 в обозначении марок низколегированных сталей указывается содержание основных элементов:
первые цифры – количество углерода в сотых долях %.
Буквы – наличие легирующих элементов (если легирующего компонента 0,3 %, он в обозначение марки не вводится).
Цифры после букв обозначают количество легирующего элемента в целых %, цифра «1» не ставится.
Группы сталей по прочности.
Стали обычной прочности
С235 – С285 (σy 29 кН/см2 )
Это низкоуглеродистые стали различной степени раскисления (поставляются в горячекатаном состоянии), составляют 50% общего объема поставок.
Свойства:
небольшая прочность;
очень пластичны (площадка текучести 2,5% и больше),
;
хорошая свариваемость;
средняя коррозийная стойкость;
хрупкое разрушение при низких t.
Стали повышенной прочности
(29 кН/см2 σy 40 кН/ см2)
С345 – С390, получают введением легирующих добавок (в основном, Mn и Si), либо термоупрочнением низкоуглеродистой стали ( С345Т)
Свойства:
пластичность снижается (площадка текучести 1-1,5%);
хуже свариваемость (особенно с высоким содержанием кремния);
коррозионная стойкость близка к низкоуглеродистым сталям, более высокой коррозийной стойкостью обладают стали с повышенным содержанием меди С345Д, С375Д, С390Д;
более высокое сопротивление хрупкому разрушению;
дают экономию металла 20-25% за счёт высоких прочностных свойств.
Стали высокой прочности
σy 40 кН/см2 С440 – С590, прокат получают путем легирования и термической обработки
могут не иметь площадки текучести (при Gy 50 кН/см2);
, что не позволяет учитывать в расчётах пластические деформации;
высокая ударная вязкость и сопротивление хрупкому разрушению;
«минусы» - при сварке происходят различные структурные превращения, что приводит к разупрочнению стали в околошлаковой зоне;
экономия металла 25-30%.
1.2.6. Атмосферостойкие стали
Атмосферостойкие стали получают путем введения легирующих компонентов:
хрома Cr; никеля Ni; меди Cu в небольшом количестве (доли %);
фосфора Р(например, С345К) – образуется тонкая оксидная пленка на поверхности, но ухудшаются свариваемость и хладостойкость.
Выбор сталей для строительных конструкций
В зависимости от характера нагружения (статическое или динамическое), вида напряженного состояния, способа соединения, все конструкции разделяются на 4 группы (см. приложение В СП 16.13330.2011):
І гр. – особо тяжелые условия работы – динамические, вибрационные нагрузки.
ІІ гр. – сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку при одно- или двуосных растягивающих напряжениях, а также конструкции І гр. при отсутствии сварных соединений.
ІІІ гр. – сварные конструкции, работающие при преимущественном воздействии сжимающих напряжений, а также конструкции ІІ гр. при отсутствии сварных соединений.
ІV гр. – вспомогательные конструкции и элементы.
В пределах каждой группы, в зависимости от tC эксплуатации и монтажа производим выбор класса стали для кождой конкретной проектируемой конструкции. (таблица В.1 СП 16.13330.2011)