Arhiivieksperdi sisu: artikkel säilitab ajaloolised tähised, tabelid ja väited terase koostise ja mehaaniliste omaduste kohta, kuid see ei ole kehtiv standard, materjali spetsifikatsioon, sertifikaat, konstruktsiooniarvutus ega kuumtöötlemise ja katsetamise juhend. Projekteerimisväärtused sõltuvad täpselt tuvastatud terase tüübist ja partiist, tootmistingimustest, paksusest, temperatuurist, keevitatavusest, sitkusest, väsimusest ja kohaldatavast standardist. Kandematerjalil peab olema jälgitav dokumentatsioon ning seda peab valima ja kontrollima vastutav ekspert.
Tänapäeval on Savo Kusić keskendunud puitakendele, puit-alumiinium aknad, kohandatud aknad, uks ja hinnapakkumise taotlused. See artikkel jääb ajalooarhiiviks ega kujuta endast pakkumist teraskonstruktsioonide armatuuri tootmiseks, projekteerimiseks ega katsetamiseks.
Ehitusterase koostis ja ajaloolised märgid
Küttega segatud rauamaakide sulatamisel ja lisandite – tavaliselt lubjakivi – lisamisel, samuti kõrgahju rõhu all kuumutatud õhu juhtimisel saadakse malm. Malm sisaldab üle 1,7% süsiniku; seda ei saa sepistada, rullida, meiseldada ega pressida – seetõttu ei saa seda mitmel viisil vormida. Sepist toodetakse malmist põhikonverteris õhku puhudes või vanarauast ja malmist ahjus (Siemens-Martini ahi). Sellest saab rullides, pressides ja sepistades luua erinevaid kujundeid. Kogu sepistatud rauda nimetatakse teraseks.
Ajaloolised tabelid: Näidatud tabelites olevaid vanu terase tähistusi, standardeid, varusid ja painutusprotseduure ei tohi kasutada tänapäevase materjali hankimiseks, identifitseerimiseks ega suuruse määramiseks. Kehtivad ainult tarnitud partii etikett ja dokumentatsioon koos vastavuskontrolliga vastavalt kokkulepitud ja kehtivale standardile.
Ehitusterase keemiline koostis
Tehniline raud ei ole puhas raud, vaid põhielementide raua ja süsiniku sulam, millele on enamasti lisatud mangaani, räni, fosforit, sumborit ja vaske, harvem aga alumiiniumi, kroomi, niklit, molübdeeni jne. Kõige olulisem on süsiniku segu. Sula terase voolavuspiir ja tõmbetugevus suurenevad süsinikusisalduse suurenemisega, kuni saavutatakse ligikaudu 0,9% süsinik; murdepikenemine väheneb süsinikusisalduse suurenedes. Kõrge süsinikusisaldusega terast tuleb sirgendamisel, painutamisel, paindumisel jne ettevaatlikumalt käsitseda.
Ehitusteras St37.12reeglina sisaldavad need0,08-0,15%süsinikust, siis ca0,5%mangaan, kuni0,3%räni. Fosfori ja väävli sisaldus peab olema madal; summad vastavalt0,09%ja0,05%. Vaske on reeglina rohkem0,2%.
Keemiliste analüüside tulemuste hindamisel tuleb jälgida, kas tegemist on sulandite analüüsidega või valtsitud kauba analüüsidega; viimaste puhul on oluline, kas prooviandmed viitavad proovidele, mis pärinevad tervest lõigust või konkreetsest kohast võetud proovidele (südamikust, servast, ühest otsast).
Terastruktuur, karastamine, karastamine ja lõõmutamine
Konstruktsiooni vaatlemine toimub tasastel, hoolikalt töödeldud, lihvitud ja poleeritud pindadel, mis reeglina on hapetest korrodeerunud. Teatud juhtudel (nt ülekuumenenud terasel) saab ettevalmistatud proovidel terase terad palja silmaga ära tunda.
Pilt 1 näitab umbes 0,1% süsinikusisaldusega aeglaselt jahutatud terase struktuuri ja pildil 2 aeglaselt jahutatud terase struktuuri, mille süsinikusisaldus on umbes 0,3%. Kerged terad on süsinikuvabad ja koosnevad peamiselt puhtast rauast (sellest ka nimetus ferriit); suure suurenduse korral paistavad tumedad alad triibulised (perliit). Mikroskoobi all võib ära tunda, et tumedad laigud koosnevad kõvematest ja pehmematest kihtidest; kõvemad kihid on raudkarbiid (Fe3C), mida nimetatakse tsementiidiks ja mis on põimitud pehmemasse ferriiti. Kohalikud – kõrgel temperatuuril moodustunud kristallid lagunevad järk-järgult jahtudes. Kuuma terase järsk jahutamine takistab kristallide lagunemist. Kui aga enne tahke lahuse muundumise algust viiakse läbi äkkjahutus, siis lahust, mis muidu saab eksisteerida ainult kõrgetel temperatuuridel, hoitakse jätkuvalt toatemperatuuril. Sel juhul ei saa me materjali, mille süsinik jaotub laigudena, vaid materjali, mille süsinik on ühtlaselt jaotunud. Sellises seisukorras terasel on palju suurem voolavuspiir ja suurem tõmbetugevus kui sama keemilise koostisega aeglaselt jahutatud terasel, kuid sellel on ka väiksem töödeldavus; sellist terast nimetatakse karastatud teraseks.
On loomulik, et jahutusefekt avaldub kõige enam pindadel, samas kui see nõrgeneb seestpoolt, mis on terase kasutamisel väga oluline. Karastatud teras sisaldab suuri sisepingeid.
Laboratoorsed ja termilised protseduurid: metallograafiline happesöövitus, kuumutamine, karastamine ja lõõmutamine nõuavad kontrollitud laborit või töökoda, identifitseeritud materjali, sobivat varustust ja kaitset. Vale kuumtöötlus võib põhjustada pragusid, deformatsioone, tugevuse kaotust ja suuri jääkpingeid.
Terase käitumine tõmbekatse ajal
1. Tavalised valtsitud konstruktsiooniterased
Tõmbekatsest saab esiteks määrata elastsusmooduli E nii kogu- kui ka elastsuspikenemise korral. Terase elastsusmoodul on 200 GPa.
Püsipikenemine toimub madalal pingel, kuid ehituses pole neil erilist tähtsust. Tavaline teras hakkab “voolama” koormuse all, mis kaubandusliku ehitusterase St 37 ja betoonterase puhul ületab enamasti 0,24 GPa ja suurtes lõikudes võib see väärtus langeda kuni 0,18 GPa. Järeleandumise tulemusena tekivad suured jäävdeformatsioonid ja “voolavusjooned”. Terase pikenemisdiagrammi joon (allpool olev pilt) näitab voolavuspiiri ületamist (tõmbekoormuse korral nimetatakse seda piiri ka voolavuspiiriks).
Armatuuri venituspiiri ületamisel raudbetoontalade puhul tõmbetsoonis tekivad terases olulised pikenemised, mistõttu tekivad tala pingetsoonis praod ja painded, mis halvendavad tala kandevõimet. Kõrge süsinikusisaldusega terastel, karastatud terastel ja üldiselt värvilistel metallidel ei ilmne ülaltoodud pildil kujutatud iseloomulik voolavuspiir; püsipikenemine üldiselt suureneb ja selget voolavuspiiri ei ole. Sellistel juhtudel eeldatakse, et voolavuspiir on reeglina võrdne koormusega, mille korral tekib 0,2%.
Väärtused ei ole projekteerimisandmed: elastsusmoodul, voolavuspiir, tugevus ja pikenemine tekstis on üle kantud ajaloolisest allikast. Arvutamiseks võetakse täpse kaasaegse klassi, paksuse ja tarneseisundi karakteristikud ja arvutuslikud väärtused koos asjakohaste osategurite, tolerantside ja sitkuse, keevitatavuse ja väsimuse nõuetega.
2. Külmtõmmatud terased
Igas sirgendatud või painutatud terasvarras esineb lokaalselt külmtõmmatud terast. Seejuures pingestatakse teras lokaalselt üle voolavuspiiri; tõmmatud osal suurendatakse joonise limiiti. Kui tavalist terasvarda koormatakse pinges kuni voolavuspiiri ületamiseni, siis ümberlaadimisel täheldatakse, et voolavuspiiri väärtus on tõusnud. Mida pikem on “pausi” ajavahemik kahe koormuse vahel, seda rohkem voolavuspiir suureneb.
Lisaks, kuna külmvenitamise ajal väheneb ka läbimõõt proportsionaalselt varda pikenemisega, on enne katset olulisel määral venitatud terasel oluliselt suurem voolavuspiir ja tõmbetugevus kui venitamata teras; samal ajal näitab see väiksemat löögikindlust.
Külmtõmbamist kasutatakse betoonteraste IIb, IIIb ja IVb (tor-teras, teraskonstruktsioonivõrk) tootmisel, samuti eelpingestatud armatuuri ja rippsildade trosside tootmisel.
Külmtöö ja tugevdamine: Ajaloolised külmtõmmatud klassid ja kirjeldused ei viita tänapäevasele tootele. Armatuuri painutamine, sirgendamine, uuesti painutamine, keevitamine või kuumutamine võib muuta selle omadusi ja see on lubatud ainult siis, kui see on lubatud toote dokumentatsiooni, disaini ja kohaldatava standardiga.
Terase käitumine survekatse ajal
Elastsuse ja sulaterase tõmbepiiri kohta öeldu kehtib vastavas mõttes ka survekoormuse kohta. Konstruktsiooniterase voolavuspiiri (rõhu korral nimetatakse seda voolavuspiiriks) väärtused, mis on saadud survekatse ja tõmbekatse käigus, ei erine palju. Kuid surve all on koormuse suurenemine üle muljumispiiri võimalik ainult väga lühikeste elementidega.
Peenikeste varraste puhul kehtivad paindumise seadused. Samas tuleks eelkõige arvestada asjakohaste eeldustega, olgu need siis varda otste toetamise ja pigistamise viisi või varda telje kõrvalekaldeid väljakujunenud asendist.
Presitud elemendid: ainult materjali tugevus ei määra varda kandevõimet. Betoonelemendi arvutamisel tuleb arvesse võtta sihvakust, algkõverust, jääkpingeid, lokaalset ja globaalset paindumist, tugesid, liitekohti ja defekte.
Terase käitumine paindekatses
Mis puudutab voolavuspiiri (mis on väljastpoolt jälgitav tugede suurte läbipainete või voolavusjoonte järgi), on oluline, et see toimuks paindekatse ajal veidi väiksemate, kuid suuremate pingetega, kui need, mis saadi katsevarda tõmbetugevuse testimisel. Pärast terase voolavuspiiri ületamist tugede pingutustsoonides saab koormusi suurendada, kui toed on piisavalt kindlustatud paindumise või väändumise vastu.
Painutustest: fotol on laboratoorsed protseduurid, mitte toote vastuvõtmise kriteeriumid. Proovi geomeetria, toed, kiirus, temperatuur, valtsimissuund ja liigituskriteeriumid peavad vastama kohaldatavale standardile ja täpsele terase tüübile.
Terase väsimustugevus
Tavaliste pingutus-, surve- või paindekatsete käigus määratud tugevusomadused annavad üksikasjalikku teavet terase käitumise kohta staatilise koormuse korral. Samas tuleb arvestada, et voolavuspiir on pikaajalisel staatilisel koormusel kuni rikkeni veidi madalam kui tavapärasel katsetamisel saadud piir. Kui staatilistele koormustele järgnevad sagedased koormused (nt sillad, kraanarajad, sõidukid) või kui üldse toimivad ainult sagedased koormused, siis saab materjali kohta andmeid ainult selle käitumise põhjal praktilistele tingimustele kõige enam vastavates tingimustes. Seetõttu testitakse konstruktsioonielementide teraseid, mis puutuvad kokku peamiselt liikuva koormusega, sagedase koormusega.
Kõige sagedamini esinevad paigalseisvad ja liikuvad koormused korraga. Järgmised näited kirjeldavad probleemi olemust. Pildil näidatud vardad1need on valmistatud samast materjalist ja valatud samast vardast. Alumine varras painutatakse järk-järgult järk-järgult; seetõttu võib seda painutada. Ülemine varras on korduvalt allutatud korduvale koormusele, kusjuures pinged on palju väiksemad kui esimeses varras. Mõne aja pärast purunes ülemine varras, ilma et murru ümber oleks olnud püsivat deformatsiooni. Selle järgi sõltub materjali käitumine purunemisel oluliselt koormuse rakendamise viisist. Ülaltoodud näide, mis viitab paindekoormusele, on tüüpiline ka teist tüüpi koormustele. Piltidel2ja3on näidatud tõmbekatsete näited; pilt2viitab pisaratesti lihtsale näitele ja joonis fig3ühesuunaliste muutuva pinge katseteks.
Nende asjaolude rakendamisel on oluline, et lisaks tavapärasel rebenemiskatsel ilmnevale käitumisele tuleb hinnata eelkõige konstruktsioonielemendi väärtust, mis on puuritud või mille ristlõige on muudetud. Puuritud varda vastupidavus sagedastele koormustele on palju väiksem kui puurimata varda takistus, kuna ava servadesse ilmuvad pingeläved. Sagedastest koormustest põhjustatud pinge augu servas on alati keskmisest pingest oluliselt suurem. Tagajärjeks on see, et sagedase koormuse all puuritud ehituselemendid on palju väiksema tugevusega kui puurimata elemendid.
Lõplik märkus väsimuse kohta: väsimuspragunemine võib tekkida pingete korral, mis on väiksemad kui need, mis põhjustavad nähtavat plastilist deformatsiooni. Avad, keevitatud detailid, äkilised lõikemuutused, korrosioon ja kahjustused muudavad detailide kategooriat ja eluiga. Korduva koormuse all olevad konstruktsioonid nõuavad spetsiaalset väsimusarvutust, kontrolliplaani ja iga avastatud prao eksperthinnangut.