1.19 Унификация диаграмм работы стали

Диаграммы работы разных сталей при растяжении существенно различаются (рис. 1.12, а) по значениям параметров. Если же построить эти диаграммы в относительных координатах /_o2 и /_o2 , где _o2 и _o2 - соответственно предел текучести и относительные деформации в начале площадки текучести, то различия будут достаточно малы (рис. 1.12, б), что позволяет использовать такую диаграмму как унифицированную.

Рис. 1.12 - Унификация диаграмм работы стали

В целях упрощения расчетных предпосылок при работе конструкций в упругопластической области диаграмму работы стали без большой погрешности с некоторым запасом можно заменить идеализированной диаграммой упругопластического тела. При описании работы сталей с выраженной площадкой текучести используют диаграмму Прандтля (рис. 1.13, а), рассматривая материал совершенно упругим до предела текучести и совершенно пластичным после него. При отсутствии площадки текучести можно использовать диаграмму с линейным упрочнением (рис. 1.13, б). В этом случае до предела текучести сталь работает с начальным модулем упругости Е = tg , а при напряжениях   _y - с модулем Е₁ = tg .

а - Прандтля; б - с линейным упрочнением; в - криволинейная

Рис. 1.13 - Идеализированные диаграммы работы стали

При сжатии (имеется в виду сжатие коротких образцов, которые не могут потерять устойчивость) сталь ведет себя так же, как и при растяжении, т.е. предел пропорциональности, предел текучести и модуль упругости совпадают. Однако разрушить при сжатии короткие образцы, изготовленные из пластичной стали, и определить временное сопротивление лабораторным путем невозможно, поскольку образец сжимается и в результате расплющивается. Повышенная несущая способность при сжатии коротких образцов в области самоупрочнения учитывают при работе стали на смятие.

1.20 Коррозия и методы борьбы с ней

Коррозия – это разрушение поверхности металла вследствие химического, электрохимического и биохимического воздействий окружающей среды. Различают следующие виды коррозии: почвенная, структурная, электрокоррозия, контактная, щелевая, под напряжением, при трении, коррозионная кавитация, биокоррозия.

Строительные стальные конструкции подвержены главным образом электрохимической, атмосферной коррозии, которая определяется электрохимическими процессами на поверхности стали в присутствии влаги.

Для определения долговечности строительных конструкций важно знать не только скорость протекания, но и характер коррозионных разрушений. Коррозионное разрушение может иметь сплошной (общий) характер или сосредоточиваться на отдельных участках (местная коррозия). Сплошная коррозия распространяется по всей поверхности металла либо с одинаковой (равномерной коррозией) или неодинаковой (неравномерной коррозией) скоростью на различных участках.

Местная коррозия может быть: пятнами, язвами, точечная, питтинговая - разрушение может быть весьма глубоким и даже перейти в сквозное; подповерхностная - разрушение начинается с поверхности, но в дальнейшем распространяется преимущественно под поверхностью металла; избирательная - разрушение отдельных структурных составляющих или одного из компонентов стали; межкристаллитная - разрушение происходит по границам зерен; внутрикристаллитная - разрушение распространяется в глубь металла по телу зерен. Общая сплошная коррозия приводит к ослаблению сечения элемента конструкции и повышению уровня напряжений. Местная коррозия помимо ослабления сечения вызывает концентрацию напряжений, что повышает вероятность хрупкого разрушения стали. Поэтому местные коррозионные повреждения представляют особую опасность, особенно для конструкций, эксплуатируемых при пониженных температурах.

Кроме агрессивности эксплуатационной среды скорость коррозии зависит от химического состава стали. По коррозионной стойкости строительные стали можно разделить на три группы: 1) марганцовистые стали и сталь 14ГСМФР; 2) все стали, кроме входящих в первую и третью группы; 3) медистые и атмосферостойкие стали.

Стали 09Г2, 14Г2 и 14ГСМФР, входящие в первую группу, имеют пониженную коррозионную стойкость, их не следует применять в сильно - и среднеагрессивных средах.

Стали 09Г2С, 10Г2С1, 15Г2СФ по коррозионной стойкости аналогичны низкоуглеродистой стали.

Медистые стали (10ХСНД, 15ХСНД, 10ХНДП) имеют повышенную коррозионную стойкость и корродируют почти в 1,5 раза медленнее низкоуглеродистой стали. Атмосферостойкая сталь (10ХНДП) может быть применена без антикоррозионной защиты для открытых конструкций, расположенных в сухой климатической зоне.

При положительных температурах коррозионный износ практически не влияет на механические свойства стали. Снижение прочности корродирующих конструкций происходит за счет потери толщины сечений.

Более интенсивно снижаются прочностные характеристики строительных сталей из-за коррозии при отрицательных температурах. При - 60° С для стали 09Г2С снижение предела текучести достигает 15...20 %.

Местные коррозионные повреждения являются концентраторами напряжений и снижают ударную вязкость (рис. 2.2.3).

____ эталонные образцы; ------- образцы после 12 месяцев коррозии

Рис. 2.2.3. Зависимость ударной вязкости от температуры

для сталей 09Г2 и Ст3сп5

Обеспечение долговечной эксплуатации стальных конструкций возможно только при надежной защите их от разрушающего воздействия агрессивных сред. Способы защиты конструкций от коррозии можно разделить на три группы: воздействия на металл, воздействия на среду, комбинированные.

Для строительных конструкций широкое распространение получили методы нанесения защитных покрытий. В настоящее время из всех видов покрытий наиболее распространенными, доступными и достаточно эффективными являются лакокрасочные. Для защиты строительных конструкций от коррозии рекомендуют более 70 различных марок лакокрасочных материалов.

Выбор состава покрытий является технико-экономической задачей, при решении которой учитываются стоимость защитного покрытия, его долговечность, трудоемкость нанесения и другие факторы. Долговечность защитного покрытия в условиях производственной среды устанавливают обычно из опыта эксплуатации покрытий в аналогичных средах или экспериментальным путем.

Защитные свойства покрытия определяются тремя факторами: механическими и химическими свойствами пленки покрытия, сцеплением пленки с защищаемой поверхностью и коррозионной стойкостью конструкционного материала. Покрытие должно состоять из шпатлевки, грунтовки и покрывных слоев. Грунтовка предназначена для обеспечения прочного сцепления (адгезии) лакокрасочной пленки с поверхностью металла. Адгезия зависит от качества подготовки поверхности элементов под окраску.

По типу пленкообразователя лакокрасочные покрытия подразделяют на:

1. Лаки и краски на основе битумов, лаков и смол (БТ), например краска БТ-177, битумно-масляный лак БТ-783. Применяются для закрытых конструкций в слабоагрессивных средах при повышенной влажности.

2. Перхлорвиниловые лаки и эмали (ХВ), например эмали ХВ -1100, ХВ-124, грунтовка ХВ-050, лак ХС-724. Рекомендуются для средне- и сильноагрессивных сред при повышенных требованиях к водостойкости, а также стойкости против растворов кислот, щелочей.

3. Эпоксидные эмали (ЭП), например эмали ЭП-733 и ЭП-575, грунтовка ЭП-0200, шпатлевка ЭП-ЭП10 и др. Применяются для слабо- и среднеагрессивных сред.

4. Кремнийорганические эмали (КО), например эмаль КО-811 (наносится без грунтовки), краска КО-042 и др. Рекомендуются для открытых конструкций, эксплуатируемых в среднеагрессивной среде.

5. Масляные краски (МА), например, масляная черная МА-011, белила цинковые МА-012, железный сурик на олифе-оксоль. Могут быть применены для защиты конструкций в закрытых помещениях при слабоагрессивных средах. Не рекомендуются для производственных сельскохозяйственных зданий.

6. Глифталевые покрытия (ГФ). Грунтовки ГФ-021, ГФ-017 и другие применимы почти для всех видов покрытий. Грунтовка ГФ-017 рекомендуется для конструкций, монтируемых или эксплуатируемых при расчетной температуре -40 ⁰С.