Тема 1 Лекции №№ 1 - 4
1. Строительные стали и алюминиевые сплавы
Металлические конструкции изготавливают из:
1) строительных конструкционных сталей;
2) алюминиевых сплавов.
Чугун применяют только в исключительных случаях (в элементах, работающих на сжатие под статической нагрузкой). Например, в опорных частях балочных мостов.
Основные физические характеристики
и механические свойства строительных сталей.
Основные физические характеристики строительных сталей |
Наименование |
Обозна-чение |
Величина |
Единицы измерения |
- модуль продольной упругости; - коэффициент поперечной деформации - коэффициент температурного расширения; - удельный вес |
Е
|
2,1 . 105 0,3 1,2 . 10-5 78 |
МПа - град-1 кН/м3 |
Основные физические характеристики принимаются величинами постоянными для любых реальных условий эксплуатации металлических конструкций.
К основным механическим свойствам строительных сталей относятся прочность, упругость, пластичность, хрупкость.
Прочность – способность сталей сохранять свою целостность под нагрузкой. |
Упругость – способность сталей восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки. |
Пластичность – свойство сталей, связанное с появлением остаточных деформаций после снятия нагрузки. |
Хрупкость – свойство сталей, определяемое их разрушением при малых деформациях. |
Для количественного выражения механических свойств используют механические характеристики.
Основные механические характеристики строительных сталей |
Наименование |
Обозначение |
Единицы измерения |
- временное сопротивление разрыву; - предел текучести; - относительное остаточное удлинение при разрыве. |
|
МПа МПа % |
т
*
* - в сертификатах
сталей относительно остаточное удлинение
обозначают
и
.
Основные механические характеристики являются величинами, зависящими от марки стали (химического состава), её термической и механической обработки, а также реальных условий эксплуатации (температуры, характера нагружения и т.д.).
Испытание стали на растяжение.
Основные механические характеристики определяются на стандартных испытательных машинах, стандартных образцах по стандартной методике.
Важнейшим из механических испытаний сталей является испытания на разрыв, которые позволяют не только определить все основные механических характеристики ( , т, ) для каждой марки стали, но и описать характер её поведения под растущей нагрузкой вплоть до момента разрушения по диаграмме растяжения
Диаграмма растяжения ( - ) – зависимость нормального напряжения ( ), возникающего в стандартном образце от его деформации ( ) при растяжении на стандартных испытательных машинах по стандартной методике. |
Характерная диаграмма растяжения для малоуглеродистой стали представлена на рис.1.1.
|
Рис.1.1 |
в – предел прочности на разрыв; т – предел текучести; у – предел упругости; пц – предел пропорциональности. Участки диаграммы: I – упругие деформации; II – площадка текучести; III – самоупрочнение. Пластичность сталей характеризует остаточное удлинение . Для мягких (малоуглеродистых) сталей: = 22 … 26 %. |
|---|---|---|
|
Строительные стали должны быть достаточно пластичными. |
|
Стали с < 13 % в несущих элементах металлических конструкций не применяют. |
||
В практических расчетах металлоконструкций используют диаграмму Прандтля.
Диаграмма Прандтля – идеализированная диаграмма растяжения - (для идеального упруго-пластического материала), согласно которой до предела текучести ( т) материал деформируется абсолютно упруго, а по достижении предела текучести – абсолютно пластически. |
|
При нормальной работе в металлических конструкциях должны быть только упругие деформации. Пластические деформации допускаются в строго оговоренных случаях.
Площадка текучести наглядна в мягких сталях, содержащих 0,1…0,3 % углерода. В более прочных сталях она сокращается, а у высокопрочных – отсутствует. В этом случае используют понятие условного предела текучести.
Условный предел текучести ( 0,2) – механическая характеристика для сталей, у которых при испытании на разрыв отсутствует видимая площадка текучести, численно равная напряжению, соответствующему остаточному удлинению образца = 0,2 %. |