Arkiston asiantuntijasisältö: artikkeli säilyttää historialliset nimitykset, taulukot ja väitteet teräksen koostumuksesta ja mekaanisista ominaisuuksista, mutta se ei ole voimassa oleva standardi, materiaalispesifikaatio, sertifikaatti, rakennelaskelma tai lämpökäsittely- ja testausohje. Suunnitteluarvot riippuvat tarkasti tunnistetusta terästyypistä ja -erästä, valmistusolosuhteista, paksuudesta, lämpötilasta, hitsattavuudesta, sitkeydestä, väsymisestä ja sovellettavasta standardista. Laakerimateriaalilla on oltava jäljitettävä dokumentaatio, ja sen on valittava ja tarkastettava vastuullinen asiantuntija.
Nykyään Savo Kusić keskittyy puisiin ikkunoihin, puu-alumiini-ikkunat, muokatut ikkunat, ovi ja tarjouspyynnöt. Tämä artikkeli säilyy historiallisena arkistona, eikä se ole tarjous teräsrakenteiden raudoituksen valmistukseen, suunnitteluun tai testaukseen.
Rakennusteräksen koostumus ja historialliset merkit
Rautarautaa saadaan sulattamalla polttoaineisiin sekoitettuja rautamalmeja ja lisäämällä epäpuhtauksia - yleensä kalkkikiveä - sekä syöttämällä lämmitettyä ilmaa paineen alaisena masuuniin. Harkkorauta sisältää yli 1,7% hiiltä; sitä ei voi takoa, valssata, talttaa tai puristaa - siksi sitä ei voi muotoilla eri tavoin. Takorautaa valmistetaan harkkoraudasta puhaltamalla ilmaa peruskonvertterissa tai romuraudasta ja harkkoraudasta uunissa (Siemens-Martin-uuni). Siitä voidaan luoda erilaisia muotoja valssaamalla, puristamalla ja takomalla. Kaikkea takorautaa kutsutaan teräkseksi.
Historialliset taulukot: Näytetyissä taulukoissa olevia vanhoja teräsmerkintöjä, standardeja, lisäyksiä ja taivutusmenetelmiä ei saa käyttää nykypäivän materiaalin hankinnassa, tunnistamisessa tai mitoituksessa. Vain toimitetun erän etiketti ja asiakirjat ovat voimassa, ja vastaavuus on tarkistettu sovitun ja voimassa olevan standardin mukaisesti.
Rakennusteräksen kemiallinen koostumus
Tekninen rauta ei ole puhdasta rautaa, vaan peruselementtien raudan ja hiilen seos, useimmiten lisättynä mangaania, piitä, fosforia, sumboria ja kuparia ja harvemmin alumiinia, kromia, nikkeliä, molybdeeniä jne. Tärkein lisäaine on hiili. Sulan teräksen myötöraja ja vetolujuus kasvavat hiilipitoisuuden kasvaessa, kunnes saavutetaan noin 0,9% hiiltä; murtovenymä pienenee hiilipitoisuuden kasvaessa. Korkean hiilipitoisuuden omaavaa terästä on käsiteltävä varovaisemmin suoristuksen, taivutuksen, nurjahduksen jne. aikana.
Rakennusteräs St37.12pääsääntöisesti ne sisältävät0,08-0,15%hiiltä, sitten n0,5%mangaani, enintään0,3%piitä. Fosfori- ja rikkipitoisuuden on oltava alhainen; se vastaa vastaavasti0,09%ja0,05%. Yleensä kuparia on enemmän0,2%.
Kemiallisten analyysien tuloksia arvioitaessa on huomioitava, ovatko ne analyysejä sulatuksista vai valssattujen tavaroiden analyyseja; jälkimmäiselle on tärkeää, viittaavatko näytetiedot näytteisiin, jotka ovat peräisin koko leikeestä vai tietystä paikasta otettuihin näytteisiin (ytimestä, reunasta, toisesta päästä).
Teräsrakenne, karkaisu, karkaisu ja hehkutus
Rakenteen tarkkailu suoritetaan tasaisilla, huolellisesti käsitellyillä, hiotuilla ja kiillotetuilla pinnoilla, jotka pääsääntöisesti ovat happojen syöpymiä. Tietyissä tapauksissa (esim. ylikuumennetussa teräksessä) teräsrakeita voidaan tunnistaa valmistetuista näytteistä paljaalla silmällä.
Kuvassa 1 näkyy hitaasti jäähdytetyn teräksen rakenne, jonka hiilipitoisuus on noin 0,1%, ja kuvassa 2 näkyy hitaasti jäähdytetyn teräksen rakenne, jonka hiilipitoisuus on noin 0,3%. Kevyet rakeet ovat hiilettömiä ja koostuvat pääosin puhtaasta raudasta (siis nimi ferriitti); suurella suurennuksella tummat alueet näyttävät raidallisilta (perliitti). Mikroskoopilla voidaan tunnistaa, että tummat täplät koostuvat kovemmista ja pehmeämmistä kerroksista; kovemmat kerrokset ovat rautakarbidia (Fe3C), jota kutsutaan sementiitiksi ja joka on upotettu pehmeämpään ferriittiin. Paikalliset - korkeassa lämpötilassa muodostuneet kiteet hajoavat asteittain jäähtyessään. Kuuman teräksen äkillinen jäähtyminen estää kiteitä hajoamasta. Jos toisaalta suoritetaan äkillinen jäähdytys ennen kuin kiinteän liuoksen muunnos alkaa, niin liuos - joka muuten voi olla olemassa vain korkeissa lämpötiloissa - pysyy edelleen huoneenlämpötilassa. Tässä tapauksessa emme saa materiaalia, jonka hiili on jakautunut täplinä, vaan materiaalia, jossa on tasaisesti jakautunut hiili. Teräksellä on siinä kunnossa paljon korkeampi myötöraja ja suurempi vetolujuus kuin hitaasti jäähdytetyllä teräksellä, jolla on sama kemiallinen koostumus, mutta sillä on myös vähemmän työstettävyyttä; tällaista terästä kutsutaan karkaistuksi teräkseksi.
On luonnollista, että jäähdytysvaikutus tulee voimakkaimmin pinnoille, kun taas se heikkenee sisäänpäin, mikä on erittäin tärkeää teräksen käytön kannalta. Karkaistu teräs sisältää suuria sisäisiä jännityksiä.
Laboratorio- ja lämpömenetelmät: metallografinen happoetsaus, kuumennus, karkaisu ja hehkutus edellyttävät valvottua laboratoriota tai työpajaa, tunnistettua materiaalia, asianmukaisia laitteita ja suojausta. Väärä lämpökäsittely voi aiheuttaa halkeamia, muodonmuutoksia, sitkeyden heikkenemistä ja suuria jäännösjännityksiä.
Teräksen käyttäytyminen vetokokeen aikana
1. Tavalliset rakenneteräkset valssatussa kunnossa
Vetokokeesta voidaan ensinnäkin määrittää kimmomoduuli E sekä kokonais- että kimmovenymille. Teräksen kimmomoduuli on 200 GPa.
Matalilla jännitteillä esiintyy pysyviä venymiä, mutta niillä ei ole rakentamisessa erityistä merkitystä. Tavallinen teräs alkaa “virrata” kuormien alla, jotka kaupallisella rakennusteräksellä St 37 ja betoniteräksellä I enimmäkseen ylittävät arvon 0,24 GPa, ja suurissa osissa tämä arvo voi laskea arvoon 0,18 GPa. Virtauksen seurauksena syntyy suuria pysyviä muodonmuutoksia ja “tuottolinjoja”. Teräksen venymäkaavion viiva (kuva alla) osoittaa, että myötöraja on ylitetty (vetokuormituksessa tätä rajaa kutsutaan myös myötörajaksi).
Kun teräsbetonipalkeissa ylittyy raudoituksen venytysraja vetovyöhykkeellä, syntyy teräksessä merkittäviä venymiä, jolloin palkin jännitysvyöhykkeelle syntyy halkeamia ja mutkia, jotka heikentävät palkin kantokykyä. Korkeahiilipitoisilla teräksillä, karkaistuilla teräksillä ja yleensä ei-rautametalleilla yllä olevassa kuvassa näkyvä myötöraja ei näy; pysyvät venymät yleensä lisääntyvät, eikä siinä ole selkeää myötörajaa. Tällaisissa tapauksissa myötörajan oletetaan yleensä olevan yhtä suuri kuin kuormitus, jolla 0,2%.
Arvot eivät ole suunnittelutietoja: tekstin kimmokerroin, myötöraja, lujuus ja venymä on siirretty historiallisesta lähteestä. Laskennassa otetaan huomioon tarkan nykyajan luokan, paksuuden ja toimitustilan ominais- ja suunnitteluarvot sekä asiaankuuluvat osatekijät, toleranssit ja sitkeys-, hitsattavuus- ja väsymisvaatimukset.
2. Kylmävedetyt teräkset
Jokaisessa suoristetussa tai taivutetussa terästankossa esiintyy paikallisesti kylmävedettyä terästä. Tällöin teräs jännitetään paikallisesti myötörajan yli; piirretyn osan vetorajaa kasvatetaan. Jos tavallista terästankoa kuormitetaan jännityksessä myötörajan ylittymiseen asti, uudelleenkuormituksessa havaitaan myötörajan arvon nousseen. Mitä pidempi “tauko” on kahden kuormituksen välillä, sitä enemmän myötöraja kasvaa.
Lisäksi, koska kylmävenytyksen aikana myös halkaisija pienenee suhteessa tangon venymiseen, joten ennen testiä merkittävälle venymiselle altistunut teräs osoittaa huomattavasti korkeampaa myötörajaa ja vetolujuutta kuin teräs, jota ei ole venytetty; samalla se osoittaa vähemmän iskunkestävyyttä.
Kylmävetoa käytetään betoniterästen IIb, IIIb ja IVb (tor-teräs, teräsrakenneverkko) valmistuksessa sekä esijännitetyn raudoituksen lankojen ja riippusiltojen köysien valmistuksessa.
Kylmätyöstö ja vahvistus: Historialliset kylmävedetyt arvosanat ja kuvaukset eivät ole osoitus nykyaikaisesta tuotteesta. Vahvikkeen taivutus, oikaisu, uudelleen taivutus, hitsaus tai kuumennus voi muuttaa ominaisuuksia ja se on sallittua vain, jos tuotedokumentaatio, suunnittelu ja sovellettava standardi sallivat sen.
Teräksen käyttäytyminen painetestauksen aikana
Se, mitä sanottiin sulan teräksen elastisuudesta ja vetorajasta, pätee vastaavassa mielessä painekuormitukseen. Puristuskokeen ja vetokokeen aikana saadut rakenneteräksen myötörajan arvot (paineen tapauksessa sitä kutsutaan myötörajaksi) eivät eroa paljon. Kuitenkin paineen alaisena kuorman nostaminen puristusrajan yli on mahdollista vain hyvin lyhyillä elementeillä.
Nurjahduslainsäädäntö koskee ohuita sauvoja. Samanaikaisesti tulee ensinnäkin ottaa huomioon asianmukaiset oletukset, viittaavatko ne tangon päiden tukemiseen ja puristamiseen tai tangon akselin poikkeamiin vakiintuneesta asennosta.
Puristettavat elementit: Pelkästään materiaalin lujuus ei vaikuta tangon kantokykyyn. Hoikka, alkukaarevuus, jäännösjännitykset, paikallinen ja globaali nurjahdus, tuet, liitokset ja epätäydellisyydet on otettava huomioon betonielementin laskennassa.
Teräksen käyttäytyminen taivutustestissä
Myötöpisteen suhteen (ulkopuolelta havaittu tukien suurilla taipumilla tai myötörajoilla) on tärkeää, että se tapahtuu taivutuskokeen aikana hieman pienemmillä mutta korkeammilla jännityksillä kuin mitattaessa koetangon vetolujuutta. Teräksen myötörajan ylittymisen jälkeen tukien jännitysvyöhykkeillä voidaan kuormia lisätä, jos tuet on riittävästi varmistettu nurjahdusta tai vääntymistä vastaan.
Taivutuskoe: valokuvassa laboratoriomenettely, ei tuotteen hyväksymiskriteerit. Näytteen geometrian, tukien, nopeuden, lämpötilan, valssaussuunnan ja lajittelukriteerien on vastattava sovellettavaa standardia ja tarkkaa terästyyppiä.
Teräksen väsymislujuus
Tavallisten veto-, puristus- tai taivutustestien aikana määritetyt lujuusominaisuudet antavat yksityiskohtaista tietoa teräksen käyttäytymisestä staattisen kuormituksen alaisena. Samalla tulee ottaa huomioon, että myötöraja pitkäaikaisessa staattisessa kuormituksessa on hieman pienempi kuin normaalilla testauksella saatu raja rikkoutumiseen asti. Jos staattisia kuormia seuraa usein kuormitus (esim. sillat, nosturiradat, ajoneuvot) tai jos vain toistuvia kuormia esiintyy ollenkaan, niin materiaalista voidaan saada tietoa vain sen käyttäytymisen perusteella käytännön olosuhteita parhaiten vastaavissa olosuhteissa. Siksi rakennuselementtien teräkset, jotka joutuvat pääasiassa alttiiksi liikkuville kuormille, testataan usein kuormittamalla.
Useimmiten paikallaan olevat ja liikkuvat kuormat esiintyvät samanaikaisesti. Seuraavat esimerkit kuvaavat ongelman ydintä. Kuvassa näkyvät sauvat1ne on valmistettu samasta materiaalista ja valettu samasta tangosta. Alempi tanko taivutetaan hitaasti asteittaisella kuormituksella; siksi se voi vääntyä. Ylempään tankoon kohdistuu toistuvasti toistuvaa kuormitusta, jolloin jännitykset ovat paljon pienemmät kuin ensimmäisessä tangossa. Jonkin ajan kuluttua ylätanko murtui ilman, että murtuman ympärillä oli pysyvää muodonmuutosta. Tämän mukaan materiaalin käyttäytyminen rikkoutuessa riippuu merkittävästi tavasta, jolla kuormitus kohdistetaan. Annettu taivutuskuormiin viittaava esimerkki on luonteenomaista myös muille kuormituksille. Kuvissa2ja3esimerkkejä vetokokeista on esitetty; kuva2viittaa yksinkertaiseen esimerkkiin repeytystestistä, ja kuva 113yksisuuntaisiin muuttuvaan jännitystesteihin.
Näiden tosiseikkojen soveltamisen kannalta on tärkeää, että - tavanomaisessa repeytyskokeessa ilmenneen käyttäytymisen lisäksi - on arvioitava erityisesti sen rakennuselementin arvo, joka on porattu tai jonka poikkileikkaus on muuttanut muutoksia. Poratun tangon vastus toistuville kuormituksille on paljon pienempi kuin poraamattoman tangon vastus, koska jännitekynnykset näkyvät reiän reunoilla. Reiän reunan jännitys, jos se johtuu toistuvista kuormituksista, on aina huomattavasti suurempi kuin keskimääräinen jännitys. Seurauksena on, että usein kuormitetut poratut rakennuselementit ovat paljon vähemmän lujia kuin poraamattomat elementit.
Viimeinen huomautus väsymisestä: väsymishalkeilua voi esiintyä pienemmillä jännityksillä kuin ne, jotka aiheuttavat näkyvää plastista muodonmuutosta. Reiät, hitsatut yksityiskohdat, äkilliset poikkileikkauksen muutokset, korroosio ja vauriot muuttavat yksityiskohtien luokkaa ja käyttöikää. Toistuvan kuormituksen alaiset rakenteet vaativat erityisen väsymislaskelman, tarkastussuunnitelman ja asiantuntija-arvion jokaisesta havaitusta halkeamasta.