Свойства конструкционной стали для проектирования и строительства стальных конструкций

Проектирование и строительство стальных конструкций зависит от свойств конструкционной стали. Обсуждаются различные свойства стали и их значение для проектирования и строительства стальных конструкций.

Проектирование и строительство из конструкционной стали

Свойства конструкционной стали включают:

свойства при растяжении
сдвиговые свойства
Твердость
Ползучесть
Релаксация
Усталость

Растягивающие свойства конструкционной стали

Существуют различные категории стальных конструкций, которые могут быть использованы при строительстве стальных зданий. Типичные кривые деформации напряжения для различных классов конструкционной стали, полученные в результате испытания стали на растяжение, показаны на рисунке 2.
Начальная часть кривой представляет собой предел упругости стали. В этом диапазоне деформация стальной конструкции не является постоянной, и сталь восстанавливает свою первоначальную форму после снятия нагрузки.

Типичная кривая деформации напряжения для различных классов конструкционной стали

Сайт модуль упругости всех классов стали одинаков и равен 200000 МПа или 2х106 МПа. По мере увеличения нагрузки на сталь, она будет выходить из строя в определенный момент, после чего будет достигнут пластический предел.
Предел текучести – это точка, в которой стальной образец достигает деформации 0,002 под действием определенного напряжения (предел текучести).
Пластичность стальной конструкции, как показано на рисунке 3, является важнейшим свойством, которое позволяет перераспределять напряжение в непрерывных стальных элементах. Пластичность выражается в процентах уменьшения поперечного сечения стали.

Кривая деформации напряжения конструкционной стали

В зависимости от коэффициент ядовитости Это отношение поперечной деформации к осевой деформации, которое составляет примерно 0,30 и 0,50 в упругом и пластическом диапазоне, соответственно.
Что касается холодной обработки конструкционной сталиэто процесс, при котором различные формы стальной конструкции изготавливаются при комнатной температуре.
Следовательно, пластичность стальной конструкции увеличивается, но ее упругость уменьшается. Остаточное напряжение это напряжение, которое остается в стальном элементе после его изготовления.
Необходимо учитывать скорость деформации при проведении испытания на растяжение, поскольку она изменяет свойства стали при растяжении.
Если стальная конструкция используется для динамических нагрузок, то необходимо учитывать высокую скорость деформации. Однако для стали, используемой в конструкции, предназначенной для статических нагрузок, принята нормальная скорость деформации.
Способность стальной конструкции воспринимать энергию называется вязкость стали.

Свойства конструкционной стали на сдвиг

Прочность на сдвиг стальной конструкции определяется при разрушении под действием напряжения сдвига и составляет около 0,57 предела текучести конструкционной стали.
Что касается модуля упругого сдвига, то он выражается как отношение напряжения сдвига к деформации сдвига в упругом диапазоне стальной конструкции.
Обычно модуль упругого сдвига стальной конструкции принимается равным 75,84Gpa, а для расчета модуля упругого сдвига можно использовать следующую формулу.

Где:
G: модуль упругости при сдвиге стальной конструкции
E: модуль упругости стальной конструкции
: Коэффициент положения

Твердость конструкционной стали

Твердость – это мера способности стальной конструкции противостоять неупругой деформации. Стандартные методы испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий (A370-05) определяют три различных испытания для оценки твердости стали, а именно: Бринелля, Роквелла и переносной.
Любое из этих испытаний может быть использовано для оценки твердости стальной конструкции. Твердость стальной конструкции используется не только для исследования однородности различных изделий, но и для оценки прочности стали на разрыв.

Испытание по Роквеллу для оценки твердости конструкционной стали

Релаксация ползучести конструкционной стали

Ползучесть – это постепенное изменение деформации стальной конструкции под действием постоянного напряжения. Она возникает из-за влияния постоянного напряжения и воздействия огня.
Свойство ползучести несущественно для проектирования и строительства каркасов из конструкционной стали, за исключением случаев, когда необходимо учитывать влияние огня.

Ослабление структурной стали

Это поэтапное снижение прочности конструкционной стали под действием постоянного напряжения. Обычно предел текучести стальной конструкции увеличивается примерно на 5% по сравнению со снятием напряжения, и стальная конструкция будет страдать от пластического удлинения, которое составляет около 0,01.

Усталость конструкционной стали

Усталость – это разрушение стальной конструкции вследствие возникновения и развития трещин под воздействием циклической нагрузки. Для оценки усталости конструкционной стали существуют различные испытания, такие как испытание на изгиб, испытание вращающейся балкой и испытание осевой нагрузкой.

Испытание на усталость конструкционной стали

Читать далее:
Строительство стальной каркасной конструкции Фундаменты, колонны, балки и перекрытия
Каковы типы каркасных систем из конструкционной стали?
Различные профили стального проката – формы, размеры и свойства для строительства
Типы систем перекрытий для многоэтажных стальных конструкций

Ссылки:

AU Workshop Autodesk. Проектирование структурной стали. 2014. Cited on: 28 Sep. 2017.
Beverly Steel. Закаленная и отпущенная конструкционная сталь. 2017. Cited on: 28 Sep. 2017.
Дмитрий Копелиович. Свойства и испытания металлов. 2014. Cited on: 29 set. 2017.
Фредерик С. Мерритт, Джонатан Т. Рикеттс. Справочник по проектированию и строительству зданий. 6-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2001.
Роджер Л. Брокенброу. Свойства конструкционных сталей и влияние сталеплавильного производства и изготовления. 2017. Cited on: 29 Sep. 2017.

Читайте далее: