7.6. Термическая обработка стали

ИРрЙёния физико-механических свойств стали можно добиться ■'ЩРюпъко 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 модификаций и, ме­няя режим нагрева, можно фиксировать ту или иную структуру стали.

Наиболее часто применяют закалку, отпуск и нормализацию сталей.

Закалка 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 достаточно высокой прочности.

1 7.7. Стальной прокат и стальные конструкции

Большое количество стали используют для изготовления строи­тельных стальных конструкций — крупноразмерных элементов здаг ний 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.

I 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 r,№v„ | зрительные залы, дворцы спорта), для каркасов высотных зданий « промышленных цехов с тяжелым крановым хозяйством

Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элемен тов различного профиля (выпускаемых по определенному пеоеч~ ню - 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 неравнополочные, квадратные и прямоугольные трубы (рис 7.4). Каждый профиль выпускают нескольких типоразмеров, регламентированных стандартами.

I Балки двутавровые изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер указывает высоту балки в см), длиной от 4 до 13 м; швеллеры — 22 типоразмеров от № 5 до № 40 и длиной от 4 до 13 м. Помимо двутавровых балок и швеллеров указанных типоразмеров выпускают широкополочные двутавры и швеллеры, которые отличаются от обычных большей шириной полки и меньшей общей высотой профиля, при этом несущая способность элемента сохраняется. Широкополочные профили применяют, когда необходимо сократить высоту металлоконструкции.

Прокатную угловую равнополонную сталь выпускают 84 типоразмеров с шириной полок 20...250 мм и толщиной 3...30 мм, а неравнопо-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 спо-

Рис. 7.4. Основные виды прокатных профилей:

1 — неравнополочный уголок; б — равнополочный уголок; в — швеллер; г — дву^р' ногнутые трубчатые профили; ж — стальной профильный настил

эдбмости.ТнутШЙЙрофили 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 самосто-[ятельно, 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.

I 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.

I 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). I Фермы — плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина ферм 18; 24; 30,ч36 м и более) -- изготовля­ют обычно из угловой стали с креплением сборочных единиц листо­вой сталью (косынками).

Перспективно применение пространственных металлических кон­струкций для перекрытия больших пролетов.

Все стальные конструкции, поступающие на стройки, должны быть огрунтованы. Места соединений и повреждения огрунтовки ог-рунтовывают после монтажа. Необходимо помнить, что стальные [конструкции, имеющие большую несущую способность в рабочем положении, могут легко деформироваться от небольших усилий во |д?ремя транспортирования и хранения. Поэтому транспортируют и | их в соответствии стребованиями к данной конструкции. Гиб-

кие элементы при транспортировании раскрепляют.

7.8. СТАЛЬНАЯ АРМАТУРА

Большое количество стали используют в качестве арматуры в же лезобетоне. В среднем для получения 1 м³ железобетона требуется 50... 100 кг стали. Для армирования железобетона применяют сталь ные стержни и проволоку как непосредственно, так и в виде сеток и каркасов, изготовляемых в основном заводским 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 классы (табл. 7.3) от А240 до А1000 (в старых обозначениях от A-I до А-VI). С повышением класса увеличивается прочность и сни­жается относительное удлинение при разрыве арматурной стали.

Таблица 7.3. Характеристика наиболее применяемых классов стержневой арматурной стали

Класс	Вид	Марка	Диаметр % мм	Предел текучести, МПа, не менее	Временное сопротивление разрыву, МПа, не менее	Относительное удлинение, %, не менее	Испытание на изгиб в холодном состоянии, угол загиба, град
А240 A-I АЗОО А-II А400 A-III А600 А-IV А800 A-V А1000 A-VI	Круглая гладкая Периодического про­филя То же » | 9	СтЗ Ст5 18Г2С 25Г2С 35 ГС 30ХГ2Ц 80С 23Х2Г2Т 2Х2Г2АЮ 22Х2Г2Р 20Х2Г2СР	6...40 8...40 40...80 6...40 10...22 10...18 10...22 10...22	235 294 392 590 785 980	375 490 590 883 1030 1230	25 19 14 6 7 6	180°; С = 0,5</ 180°; С = 3d 90°; С= 3d 45°; С= Sd 45°; С = 5d 45°; С =Sd

Примечание. С — толщина оправки; d — диаметр арматурного стержня. ш

J55

Арматуру класса А240 (А-1) вырабатывают из низкоуглеродистой стали СТЗ в виде гладких стержней; арматура класса АЗОО и выше имеет периодический профиль и вырабатывается из легированных сталей (рис. 7.5, а, б).

Арматурные стержни класса А240 гладкие, АЗОО..Л1000 — периодического профиля (см. рис. 7.5, а, б), что улучшает их сцепление с бетоном. Стержневую арматуру диаметром более 10 мм поставляют в виде прутковдлиной отбдо 18 м; диаметром 6..,9 мм (называемуюкатанкой) — в бухтах; ее выпрямляют в стержни на месте применения. I Стальную арматурную проволоку изготовляют двух классов: B-I — из низкоуглеродистой стали (предел прочности 550...580 МПа) и B-II — 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 армирования бетона без предварительного напряжения, а В-Н — для предварительно напряженного армирования. Если на

Р и с. 7.5. Стальная арматура для железобетона:

1 горячекатаные стержни периодического профиля; в — холоднотянутая профилированная проволока; г — арматурная сетка; д — арматурный каркас

проволоке делают рифления для улучшения сцепления с бетоном (см. рис. 7.5, tf), то в обозначение добавляют букву р (например, Вр-I или Вр-И).

Из стальной проволоки изготовляют также арматурные сетки и каркасы (см. рис. 7.5, г, д), нераскручивающиеся пряди (трех-, семи- и двенадцатипроволоч-ные) 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 А240. Диаметр стержня определяют расчетом петли на разрыв под действием силы тяжести бетонного элемента.

Рис. 7.6. Закладные детали для сборных железобетонных конструкций

7.9. СОЕДИНЕНИЕ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Соединения деталей и элементов металлических, железобетонных и других конструкций бывают неразъемными (сварные и заклепочные) и разъемными (болтовые). Все соединения конструкций, выполняемые на строительстве, называют монтажными.

Сварные соединения. На строительстве применяют, как правило, ручную дуговую сварку с помощью стальных электродов со специальным покрытием. Вещества, входящие в состав покрытий, способствуют горению электрической дуги и при плавлении образуют шлаки и газы, которые защищают расплавленный металл сварного шва от окисления. Электроды изготовляют диаметром 1,5...4,0 мм, длиной 250...450 мм. Каждому виду металла соответствует свой тип электрода с определенным покрытием.

Заклепочные соединения предназначены для конструкций, воспринимающих большие динамические нагрузки. Заклепка представ ляет собой круглый стержень с головкой. Стержень вводят в подготов-

157

ленное отверстие в соединяемых деталях, головку прижимают поддержкой, а выступающую часть стержня ударами обжимки рас­плющивают, образуя замыкающую головку. При этом стержень утол­щается, полностью заполняет высверленное отверстие и элементы конструкции соединяются наглухо. Заклепки обычно изготовляют из низкоуглеродистой пластичной стали Ст2 и СтЗ.

Болтовые соединения нетрудоемки и достаточно надежны даже в особо нагруженных конструкциях. Болты для монтажных соедине­ний изготовляют диаметром 6. ..24 мм с интервалом 2 мм. Завертыва­ют их так, чтобы в теле болта создалось напряжение 150...200 МПа. При этом используются упругие свойства стали: благодаря напряже­нию в теле болта соединяемые элементы сжимаются очень плотно.