7.6. Термическая обработка стали

Изменения физико-механических свойств стали можно добиться не только меняя ее состав, но и путем направленной термической обработки. При этом у стали меняется структура. В основе этого лежит то, что при одном и том же составе при разных температурах устойчи­выми оказываются различные кристаллические модификации и, меняя режим нагрева, можно фиксировать ту или иную структуру стали.

Наиболее часто применяют закалку, отпуск и нормализацию сталей.

Закалка стали заключается в нагреве стали до 800...1000° С (темпе­ратура зависит от состава стали) и быстром охлаждении в воде или в масле. При закалке в стали образуется мартенситовая структура, ха­рактеризующаяся высокой твердостью и прочностью, но при этом снижается пластичность и ударная вязкость.

Нормализация — нагрев стали с последующим охлаждением на воздухе. При этом образуется однородная мелкозернистая структура с повышенными механическими свойствами (особенно увеличиваются пластичность и ударная вязкость). Нормализация производится обыч­но на изделиях, полученных прокаткой, ковкой или отливкой.

Отпуск— медленный нагрев стали до 250...350°С, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение на воздухе. Отпуск произ­водится для снижения уровня внутренних напряжений и перевода стали в ферритно-цементитную структуру. Этот процесс как бы обратный закалке. Основная задача отпуска — повышение пластичности стали с сохранением высокой прочности.

7.7. Стальной прокат и стальные конструкции

Большое количество стали используют для изготовления строитель­ных стальных конструкций — крупноразмерных элементов зданий и сооружений. Стальные конструкции изготовляют из стального проката, соединяемого сваркой, заклепками и болтами. Начало применения стальных конструкций в строительстве относится к концу XIX в., когда было освоено промышленное производство стали. Стальные конструк­ции надежны в эксплуатации, обладают небольшой массой и габари­тами по сравнению с каменными и железобетонными конструкциями. В современном строительстве стальные конструкции используют в качестве несущих конструкций для высотных жилых зданий, уникаль­ных общественных зданий, промышленных предприятий, а также при строительстве мостов, телевизионных башен и т. п. Чаще всего сталь­ные конструкции воспринимают изгибающие и растягивающие усилия, реже сжимающие. Наиболее рационально применять стальные конст­рукции для перекрытия больших пролетов в зданиях (цехи, зрительные залы, Дворцы спорта), для каркасов высотных зданий и промышленных цехов с тяжелым крановым хозяйством.

Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню — сор­таменту), трубчатых и гнутых профилей, полосовой и листовой стали. В строительстве чаще всего применяют следующие прокатные и гнутые профили: двутавровые балки, швеллеры, уголки равно- и неравнопо-лочные, квадратные и прямоугольные трубы (рис. 7.4). Каждый про­филь выпускают нескольких типоразмеров, регламентированных стан­дартами.

Балки двутавровые изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер указывает высоту балки в см), длиной от 4 до 13 м; швеллеры

I — 22 типоразмеров от № 5 до № 40 и длиной от 4 до 13 м. Помимо | двутавровых балок и швеллеров указанных типоразмеров выпускают i широкополочные двутавры и швеллеры, которые отличаются от обыч-[ ных большей шириной полки и меньшей общей высотой профиля, при I этом несущая способность элемента сохраняется. Широкополочные профили применяют, когда необходимо сократить высоту металлокон­струкции.

Прокатную угловую равнополочную сталь выпускают 84 типоразме-[ ров с шириной полок 20...250 мм и толщиной 3...30 мм, а нвравнопо-\ лонную— 50 типоразмеров с шириной большей полки 25...250 мм и ! толщиной полок 3...20 мм.

Гнутые профили — более рациональные металлические изделия, чем стальной прокат, так как они имеют более тонкие стенки и соответст­венно меньшие массу и расход металла при той же несущей способ­ности. Гнутые профили выпускают в виде квадратных (размером от 40 х 40 до 180 х 180 мм) и прямоугольных (от 60 х 20 до 200 х 160 мм) груб, швеллеров (от 40 х 25 до 300 х 100 мм) и С-образных профилей. Стальные прокатные и гнутые профили используют как самостоя­тельно, так и для получения составных металлических конструкций большой несущей способности: колонн, балок, ферм. Для изготовления стальных конструкций используют также листовую и широкополосную сталь толщиной 6...20 мм.

Для устройства перекрытий в промышленных зданиях выпускают стальной профилированный настил из листовой стали толщиной 0,8... 1 мм. Ширина листов настила 680 и 782 мм, длина 6,9 и 12 м, высота гофра 60 и 72 мм.

Стальные конструкции изготовляют на специализированных заво­дах индустриальными методами и поставляют в виде отдельных круп­ных сборочных единиц или целиком. При монтаже их соединяют друг с другом болтами или сваркой.

По назначению стальные конструкции подразделяют на колонны, прогоны, фермы.

Колонны бывают сплошные, состоящие: из одного или нескольких профилей, или решетчатые, которые состоят из двух или четырех ветвей, соединенных между собой решеткой. Верхняя часть колонны называется оголовком, нижняя — башмаком. Колонна воспринимает ■сжимающие нагрузки.

Прогоны (балки) обычно двутаврового сечения изготовляют или из двутавровых балок, или в случае перекрытия больших пролетов сварными из стального листа (высота балки при этом может достигать 2 м).

Фермы — плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина ферм 18; 24; 30; 36 м и более) — изготовляют

обычно из угловой стали с креплением сборочных единиц листовой

сталью.

Перспективно применение пространственных металлических кон­струкций для перекрытия больших пролетов.

Все стальные конструкции, поступающие на стройки, должны быть огрунтованы. Места соединений и повреждения огрунтовки огрунто-вывают после монтажа. Необходимо помнить, что стальные конструк­ции, имеющие большую несущую способность в рабочем положении, могут легко деформировагься от небольших усилий во время транс портировагага и хранения. Поэтому транспортируют и хранят их в соответствии с требованиями к данной конструкции. Гибкие элементы при транспортировании раскрепляют.

7.8. СТАЛЬНАЯ АРМАТУРА

Большое количество стали используют в качестве" арматуры в железобетоне. В среднем для получения 1 м³ железобетона требуется 50...100 кг стали. Для армирования железобетона применяют стальные стержни и проволоку как непосредственно, так и в виде сеток и каркасов, изготовляемых в основном заво/дским методом.

В зависимости от условий применения арматуру подразделяют на ненапрягаемую — для обычного армирования и напрягаемую, исполь­зуемую в предварительно напряженном железобетоне.

Стержневая арматурная сталь представляет собой горячекатаные стержни диаметром 6...80 мм. В зависимости от марки стали и соот­ветственно физико-механических показателей стержневую арматуру делят на шесть классов (табл. 7.3). С повышением класса увеличивается предел прочности и снижается относительное удлинение при разрыве арматурной стали.

! Арматурные стержни класса A-I гладкие, A-II...A-VI — периодиче­ского профиля (рис. 7.5, а, б), что улучшает их сцепление с бетоном. Стержневую арматуру диаметром более 10 мм поставляют в виде прутков длиной от 6 до 18 м; диаметром 6...9 мм (называемую катанкой)

— в бухтах и выпрямляют в стержни на месте применения.

Стальную арматурную проволоку изготовляют двух классов: B-I — из низкоуглеродистой стали (предел прочности 550...580 МПа) и В-П

— из высокоуглеродистой или легированной стали (предел прочности \ 1300... 1900 МПа). Проволоку получают из стальных прутьев путем

вытяжки; при этом она упрочняется в результате изменения структуры металла (явление наклепа). Проволока класса B-I предназначена для I армирования бетона без предварительного напряжения, а В-П — для ^предварительно напряженного армирования. Если на проволоке дела-!ют рифления для улучшения сцепления с бетоном (см. рис. 7.5, в), то JB обозначение добавляют букву р (например, Вр-I или Вр-П). |» Из стальной проволоки изготовляют также арматурные сетки и рсаркасы (см. рис. 7.5, г, д), нераскручивающиеся пряди (трех-, семи-

и двенаддатипроволочные) марок П-3, П-7 и П-12 и стальные канаты. Канаты и пряди используют для напряженной арматуры.

Закладные детали (рис. 7.6) предназ­начены для соединения железобетонных элементов между собой. Изготовляют их из стали СтЗ в виде пластин с приварен­ными к ним анкерами из стержневой стали Ст5 периодического профиля. Пластины располагаются на поверхно­сти железобетонного элемента, а анкеры — в его теле. В некоторых случаях для более прочной связи анкеры соединяют с арматурой изделия.

Монтажные петли, закладываемые в железобетонные элементы, изготовляют из арматурной стали класса А-1. Диаметр

стержня определяют расчетом петли на разрыв под действием силы тяжести бетонного элемента.