Стали, применяемые в строительстве

Конструкционные стали. Стали, применяемые в строительстве, называют конструкционными. В них содержится не более 0,5...0,6 % углерода. Они могут быть углеродистыми и легированными, обладающими высокими механическими свойствами. Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04...2 % углерода. Кроме того, в ее состав входят постоянные примеси — кремний и марганец, а также вредные — фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05...0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (до

0,25...0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %). С повышением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; ее прочность также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в ней твердого компонента — цементита. Стали разделяют на сталь общего назначения и сталь качественную.

Углеродистые стали общего назначения при плавке меньше очищают от вредных примесей, чем качественные стали, и поэтому они содержат больше серы и фосфора. Из них отливают крупные слитки, применяют для изготовления горячекатаного проката (балок, швеллеров и уголков, листов, прутков), а также строительных конструкций.

Углеродистые качественные стали имеют более высокие показатели качества и химического состава, чем стали общего назначения. Их применяют для сварных конструкций в мостостроении, судостроении, машиностроении.

По назначению углеродистые стали подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали содержат не более 0,65 % углерода. Их применяют для изготовления арматуры железобетонных конструкций.

Используемые в строительстве конструкционные углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б, В, учитывающие условия поставки. Для стали группы А нормируют механические свойства (пределы прочности и текучести, относительное удлинение, способность к изгибу в холодном состоянии), группы Б — химический состав, группы В — одновременно химический состав и механические свойства.

Каждая группа включает несколько марок стали — от СтО до Стб. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность.

Легированными или специальными называют стали, в которые вводят легирующие элементы (от греч. «лега» — сложное). Легирующими называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее структуры и свойств. Си, Si, Сг, Mo, Ni и др. повышают у стали коррозионную стойкость; Si, Cr, W, Ni, Мп и др. — твердость и прочность; V, Со, Ni — вязкость; Cr, Ni, Мп — сопротивление истиранию и т.д.

Конструкционные строительные низколегированные стали отличаются коррозионной стойкостью и применяются для изготовления строительных стальных конструкций (ферм мостов, нефтепроводов, газопроводов и др.), а также арматуры для железобетонных конструкций.

В железобетонных конструкциях применяют простые углеродистые стали и низколегированные арматурные стали в виде проволоки и стержней гладких или периодического профиля. Ненапряженные железобетонные конструкции, в которых сталь испытывает небольшие напряжения, армируют простыми углеродистыми сталями и низколегированными сталями.

Свойства сталей. Широкому использованию в строительстве сталь обязана своим высоким физико-механическим показателям, технологичности (возможности получения из нее конструкций различными методами) и большим объемом производства. Сталь обладает рядом характерных свойств.

Плотность стали 7850 кг/м3, что приблизительно в три раза выше плотности каменных материалов.

Диаграмма деформации стали при растяжении

Рис. 12.6. Диаграмма деформации стали при растяжении

Прочность и деформативные свойства обычно определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма «напряжение — деформация».

Сталь, как и другие металлы, ведет себя как упругопластичный материал (рис. 12.6). В начале испытаний деформации у стали пропорциональны напряжениям.

Максимальное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называется пределом пропорциональности ау (при этом напряжении остаточные деформации не должны превышать 0,05 %).

При дальнейшем повышении напряжения начинает проявляться текучесть стали — быстрый рост деформаций при небольшом подъеме напряжений. Напряжение, соответствующее началу течения, называют пределом текучести стт.

Затем наступает некоторое замедление роста деформаций при подъеме напряжений («временное упрочнение»), после чего происходит разрушение образца. Наибольшее напряжение называется временным сопротивлением стп, что является фактическим пределом прочности стали Rn.

Относительное удлинение стали е в момент разрыва характеризует ее пластичность. Оно рассчитывается по формуле

где 10 — начальная длина расчетной части образца, мм; 1Х — длина этой части в момент разрыва образца, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей.

Модуль упругости стали составляет 2,1-Ю5 МПа.

Твердость сталей определяют на твердомерах Бринелля (НВ) или Роквелла (HR) по величине вдавливания индентора (закаленного шарика или алмазной пирамидки) в испытуемую сталь. Твердость поверхности стали можно повышать специальной обработкой (например, цементацией — насыщением поверхностного слоя стали углеродом или закалкой токами высокой частоты).

Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ее значение определяют по величине работы, необходимой для разрушения образца на маятниковом копре. Ударная вязкость зависит от состава стали, наличия легирующих элементов и заметно меняется при изменении температуры. Так, у СтЗ ударная вязкость при +20 °С составляет 0,5... 1,0 МДж/м2, а при -20 °С — 0,3...0,41 МДж/м2. Ударная вязкость пластичных материалов выше, чем хрупких; с понижением температуры ударная вязкость падает.

С помощью технологических испытаний обнаружена способность стали принимать определенные деформации, аналогичные тем, которые стальное изделие будет иметь при дальнейшей обработке или в условиях эксплуатации. Для строительных сталей чаще всего производят пробу на холодный изгиб.

Теплопроводность стали, как и всех металлов, очень высока и составляет около 70 Вт/(м*°С).

Коэффициент линейного термического расширения стали составляет 11,7 * 10~6К.

Температура плавления стали зависит от ее состава и для обычных углеродистых сталей находится в пределах

1500... 1300 °С (чугун с содержанием углерода 4,3 % плавится при 1150 °С).

Температуроустойчивость стали связана с тем, что при нагревании в ней происходят полиморфные превращения, приводящие к снижению прочности. Небольшая потеря прочности наблюдается уже при нагреве выше 200 °С. После достижения температуры 500...600 °С обычные стали становятся мягкими и резко теряют прочность. Поэтому стальные конструкции не огнестойки и их необходимо защищать от действия огня, например, покрытием цементными растворами.

Сортамент стального проката. Сортаментом называют совокупность профилей (форм поперечного сечения изделий) и размеров изделий. Прокатом называются детали и изделия, изготовленные способом прокатки. Прокатка металла происходит при прохождении его между двумя валками прокатного стана, вращающимися в противоположные стороны. При этом металл под давлением валков обжимается, вследствие чего уменьшается толщина полосы и увеличиваются ее ширина и длина. Основную массу прокатных стальных изделий прокатывают в горячем состоянии при температуре 900... 1250 °С (горячая прокатка), небольшую их часть — в холодном состоянии (холодная прокатка). Путем прокатки изготавливают листы, квадратный и круглый профили, швеллеры, рельсы, балки и др. (рис. 12.7).

Основные профили сортовой прокатной стали

Рис. 12.7. Основные профили сортовой прокатной стали:

1 — круглая гладкая проволока; 2 — полосовой; 3 — квадратный; 4 — круглый; 5 — швеллерный; 6 — угловой; 7 — тавровый; 8 — двутавровый; 9 — рельсовый

Стальной прокат широко применяется в строительстве зданий, сооружений, мостов, на железнодорожном транспорте, в других отраслях производства.

Стальной прокат разделяют на четыре основные группы: листовая сталь, сортовая сталь, специальные виды стали и трубы.

Листовую сталь разделяют на два основных вида: тонколистовую — листы толщиной меньше 4 мм и толстолистовую — листы толщиной больше 4 мм. Эта сталь имеет разнообразное применение.

Сортовая сталь разделяется на два вида: профили общего назначения (лента, полосовая, квадратная и угловая сталь, проволока различного профиля, швеллеры, двутавровые балки и др.) и профили специального назначения (шпунты, рельсы и др.). Среди всей прокатной продукции наибольшую часть составляет сортовая сталь (около 50 %).

К специальным видам проката (рис. 12.8) относятся периодические профили (попеременное поперечное сечение по длине проката), гнутые профили, цельнокатаные колеса, бандажи и др. К периодическим профилям проката относится, в частности, применяемая в железобетоне арматурная сталь. Гнутые профили изготавливают из ленты или листа толщиной 0,2...20 мм; они весьма широко применяются в строительстве — в оконных переплетах, в строительных конструкциях и др.

Стальные трубы выпускаются бесшовные и сварные, причем в настоящее время производство сварных труб быстро увеличивается.

12.5.

Основные специальные виды стального проката

Рис. 12.8. Основные специальные виды стального проката:

1 — накатанный гнутый профиль; 2 — корытный гнутый профиль; 3 — замкнутый несварной гнутый профиль; 4 — замкнутый сварной гнутый профиль; 5 — гофрированный листовой гнутый профиль; 6 — сталь горячекатаная периодического профиля для армирования железобетонных конструкций (арматурная сталь); 7 — трубы

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >