Свойства сталей

Сталь наряду с бетонами — главнейший конструкционный материал. Широкому использованию в строительстве сталь обязана высоким физико-механическим показателям, технологичности (возможности получения из нее конструкций различными методами) и большими объемами производства. Ниже рассмотрены основные технические характеристики стали и приведены численные значения некоторых характеристик сталей различного состава и строения.

Плотность стали — 7850 кг/м , что приблизительно в 3 раза выше плотности ка­менных материалов (например, обычный тяжелый бетон имеет плотность — 2400 ± 50 кг/м³).

Прочностные и деформатиеные свойства стали обычно определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма «напряжение — деформация». Сталь, как и другие металлы, ведет себя как упруго-пластичный материал (рис. 7.2).

о, МПа

В начале испытаний деформации у стали про- порциональны напряжениям. Максимальное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называется предел пропор- циональности с_у (при этом напряжении ос- таточные 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 предел текучести а_т.

Затем наступает некоторое замедление роста деформаций при подъеме напряжений («временное упрочнение»), после чего наступает разрушение образца, называется временным сопротивлением а_в, что является фактическим пределом прочности стали (R_P)-

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

£- = ((/j-/₀ )//„)■ 100%

где 1₀ — начальная длина расчетной части образца, мм;

/; — длина этой части в момент разрыва образца, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей. Модуль упругости стали составляет 2,1 • 10" МПа.

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

Рис . 7.2. Диаграмма испыта­ния стали на растяжение:

су — предел упругости; £_у — упру­гая деформация; с_в — временное сопротивление; /?_Р — предел проч­ности

о) б)

ф

в)

Рис. 7.3. Схема испытаний на загиб: о — исходное положение; б— загиб на 180° с оправкой; в — загиб на 180° без оправки

СТАЛЬНОЙ ПРОКАТ И СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

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

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

Ж)

Рис. 7.4. Основные виды прокатных профилей:

о — неравнополочный уголок; 6 — равнополочный уголок; в ~ швеллер; г — двутавр; д, е — холод­ногнутые трубчатые профили; ж —- стальной профильный настил

(цехи, зрительные залы, Дворцы спорта), для каркасов высотных зданий и промышленных цехов с тяжелым крановым хозяйством.

В угольной промышленности для крепей горных выработок применяют чугунное и стальное литье, прокатную сталь различных профилей и типоразмеров, сортовую сталь, а также готовые металлические изделия (метизы). Все сорта металлов и метизов, применяемые в качестве крепежного материала, должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов. Чугунное и стальное литье применяют в основном для тюбингов (ребристые сегменты кольцевой крепи), башмаков, фигурных накладок и других элементов крепи.

Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню — 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.

Балки двутавровые изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер