Краткие сведения о материалах

К основным материалам, из которых изготавливаются элементы несущих конструкций, относятся сталь, алюминиевые сплавы, древесина, пластмассы и др.

Сталь чаще других материалов используется в конст­рукциях промышленных и общественных зданий, мостов, резервуаров, башен и т. п. Она представляет собой сплав железа с углеродом. По содержанию углерода стали де­лятся на низкоуглеродистые (0,09...0,25%), среднеуглеродистые (0,25...0,46%) и высокоуглеродистые (0,46...0,75%). Сплавы с содержанием углерода свыше 2% относятся к чугунам. Для улучшения различных физико-механических свойств стали в их состав добавляют леги­рующие элементы — кремний (С), молибден (М), мар­ганец (Г), никель (Н), хром (X) и др. Такие стали называ­ют легированными. По количеству легирующих примесей они подразделяются на низколегированные (сумма леги­рующих элементов — 1,8...2,5%), среднелегированные (2,5...8%) и высоколегированные (свыше 8%).

Углеродистая сталь обычного качества поставляется по трем группам — А, Б и В, при этом в несущих стро­ительных конструкциях применяются стали группы В: А — по механическим свойствам; Б — по химическому составу; В — по механическим свойствам и химическому составу.

Сталь применяют при изготовлении листового и про­фильного проката. В стальном прокате используют раз­личные марки углеродистой и низколегированной сталей. Наиболее широко в строительных конструкциях приме­няются сталь прокатная угловая равнополочная и неравнополочная, двутавры, швеллеры и другие профили. Сор­тамент на эти виды проката приводятся в справочниках.

Цветные металлы и их сплавы играют второстепен­ную роль и применяются в тех случаях, когда это эконо­мически целесообразно или невозможно применение ста­ли. В строительных конструкциях чаще используются алюминиевые сплавы, в которые добавляются легирован­ные элементы из магния, марганца, кремния, цинка и др.; менее широкое применение находят титановые сплавы.

Древесина — древнейший строительный материал. В основных элементах строительных конструкций испо­льзуют хвойную древесину, так как она содержит меньше пороков, чем лиственная древесина, а также содержит смолы, что оказывает лучшее сопротивление увлажнению и загниванию.

Конструкции из пластмасс начали применяться в на­шей стране и за рубежом с середины XX в. Конструкционные пластмассы используют в составе элементов несу­щих и ограждающих строительных конструкций. Из на­иболее прочных стеклопластиков выполняют основные элементы несущих конструкций. Прозрачные стеклопла­стики применяют в элементах ограждающих конструкций зданий. Сверхлегкие пенопласты используют в средних слоях легких ограждений покрытий и стен.

Испытания материалов на растяжение и сжатие

При проектировании ма­шин и механизмов необходимо знать значения величин, характеризующих прочностные и деформативные свойства материалов.

Рис. 1

Испытания на растяжение. Наибольшую информацию о механических свойствах металлов можно получить из статических испытаний на растяжение. Для испытания на растяжение применяют образцы специальной формы — цилиндрические (рис. 1, а) или плоские (рис. 1, б). Образцы имеют рабочую часть с начальной длиной l₀, на которой определяется удлине­ние, и головки с переходным участком, форма и размеры которых зависят от способов их крепления в захватах машины. Различают длинные образцы с отношением l_o/d₀ =10 и короткие — l_o/d_o = 5. Размеры образцов делают стандартными для того, чтобы результаты испытаний, полученные в разных лабораториях, были сравнимы.

Испытания проводят на разрывных или универсаль­ных машинах. Все машины снабжены устройством для автоматической записи в определенном масштабе диаграммы растяжения, т. е. графика зависимости меж­ду растягивающей силой F и удлинением образца Δl.

В настоящее время начинают широко применяться испытательные машины нового поколения — универ­сальные машины с использованием современной микро­электроники, которая позволяет полностью автоматизи­ровать ход испытаний и управлять им, начиная от пуска машины до вывода полученных результатов измерений на дисплей и графопостроитель.

Испытания на сжатие. Для испытания металлов на сжатие применяются цилиндрические образцы с отноше­нием высоты к диаметру в пределах 1,5...3. Применение более длинных образцов недопустимо, так как такие об­разцы могут искривляться и тем самым искажать резуль­таты испытаний. Испытание на сжатие осуществляется обычно при по­мощи тех же испытательных машин с применением спе­циальных приспособлений (реверсоров).