Isi Pakar Arsip: artikel mempertahankan sebutan historis, tabel, dan klaim tentang komposisi dan sifat mekanik baja, tetapi bukan merupakan standar, spesifikasi material, sertifikat, perhitungan konstruksi, atau instruksi perlakuan panas dan pengujian yang valid. Nilai desain bergantung pada jenis dan batch baja yang diidentifikasi secara akurat, kondisi produksi, ketebalan, suhu, kemampuan las, ketangguhan, kelelahan, dan standar yang berlaku. Bahan bantalan harus memiliki dokumentasi yang dapat ditelusuri dan dipilih serta diperiksa oleh ahli yang bertanggung jawab.
Savo Kusić hari ini berfokus pada jendela kayu, jendela kayu-aluminium, jendela khusus, pintu dan permintaan penawaran. Artikel ini tetap sebagai arsip sejarah dan tidak mewakili tawaran pembuatan tulangan, desain atau pengujian struktur baja.
Komposisi dan tanda sejarah baja konstruksi
Dengan melebur bijih besi yang dicampur dengan bahan bakar, dan dengan penambahan pengotor - biasanya batu kapur - serta dengan memasukkan udara panas bertekanan ke dalam tanur tinggi, diperoleh besi kasar. Besi kasar mengandung lebih dari 1,7% karbon; tidak dapat ditempa, digulung, dipahat atau ditekan - oleh karena itu, tidak dapat dibentuk dengan berbagai cara. Besi tempa dihasilkan dari besi kasar dengan cara meniupkan udara dalam konverter dasar, atau dari besi tua dan besi kasar dalam tungku (tungku Siemens-Martin). Berbagai bentuk dapat dibuat darinya dengan cara digulung, ditekan dan ditempa. Semua besi tempa disebut baja.
Tabel Riwayat: Nilai baja lama, standar, nilai yang diizinkan, dan prosedur pembengkokan dalam tabel yang ditampilkan tidak boleh digunakan untuk mencari, mengidentifikasi, atau mengukur material saat ini. Hanya label dan dokumentasi batch yang dikirimkan yang sah, dengan pemeriksaan ekuivalen sesuai standar yang disepakati dan berlaku.
Komposisi kimia baja konstruksi
Besi teknis bukanlah besi murni, melainkan paduan unsur dasar besi dan karbon, paling sering dengan penambahan mangan, silikon, fosfor, sumbor dan tembaga, dan lebih jarang dengan aluminium, kromium, nikel, molibdenum, dll. Kekuatan luluh dan kekuatan tarik baja cair meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan karbon hingga tercapai sekitar 0,9% karbon; perpanjangan putus berkurang dengan meningkatnya kandungan karbon. Baja dengan kandungan karbon tinggi harus ditangani dengan lebih hati-hati saat diluruskan, ditekuk, ditekuk, dll.
Baja konstruksi St 37.12 biasanya mengandung 0,08-0,15% karbon, kemudian sekitar 0,5% mangan, hingga 0,3% silikon. Kandungan fosfor dan belerang harus rendah; jumlahnya masing-masing adalah 0,09% dan 0,05%. Biasanya, ada tembaga di atas 0,2%.
Saat mengevaluasi hasil analisis kimia, harus diperhatikan apakah analisis tersebut berasal dari lelehan atau analisis dari barang canai; untuk yang terakhir, penting apakah data sampel mengacu pada sampel yang berasal dari seluruh bagian, atau sampel yang diambil dari tempat tertentu (dari inti, dari tepi, dari satu ujung).
Struktur baja, pengerasan, tempering dan anil
Pengamatan struktur dilakukan pada permukaan datar, diproses dengan hati-hati, digiling dan dipoles, yang biasanya terkorosi oleh asam. Dalam kasus tertentu (misalnya pada baja yang terlalu panas), butiran baja dapat dikenali dengan mata telanjang pada sampel yang telah disiapkan.
Gambar 1 menunjukkan struktur baja yang didinginkan perlahan dengan kandungan karbon sekitar 0,1%, dan gambar 2 menunjukkan struktur baja yang didinginkan perlahan dengan kandungan karbon sekitar 0,3%. Butiran ringan bebas karbon dan sebagian besar terdiri dari besi murni (karena itu dinamakan ferit); di bawah perbesaran tinggi, area gelap tampak bergaris (perlit). Di bawah mikroskop, dapat diketahui bahwa bintik hitam terdiri dari lapisan yang lebih keras dan lebih lembut; lapisan yang lebih keras adalah besi karbida (Fe3C), disebut sementit, yang tertanam dalam ferit yang lebih lunak. Lokal - kristal yang terbentuk pada suhu tinggi hancur ketika didinginkan secara bertahap. Pendinginan tiba-tiba pada baja panas mencegah kristal hancur. Sebaliknya, jika pendinginan mendadak dilakukan sebelum transformasi larutan padat dimulai, maka larutan – yang jika tidak, hanya dapat ada pada suhu tinggi – akan terus dipertahankan pada suhu kamar. Dalam hal ini kita tidak memperoleh material yang karbonnya terdistribusi dalam bentuk bintik-bintik, melainkan material yang karbonnya tersebar merata. Baja dalam kondisi tersebut menunjukkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik yang jauh lebih tinggi dibandingkan baja dengan pendinginan lambat dengan komposisi kimia yang sama, tetapi juga menunjukkan kemampuan mesin yang lebih rendah; baja seperti itu disebut baja yang dikeraskan.
Wajar jika efek pendinginan paling terasa di permukaan, sementara melemah di bagian dalam, yang sangat penting dalam penggunaan baja. Baja yang dikeraskan mengandung tekanan internal yang tinggi.
Laboratorium dan Prosedur Termal: Pengetsaan asam metalografi, pemanasan, tempering, dan anil memerlukan laboratorium atau bengkel yang terkontrol, bahan yang teridentifikasi, peralatan dan perlindungan yang sesuai. Perlakuan panas yang tidak tepat dapat menyebabkan keretakan, deformasi, hilangnya ketangguhan, dan tegangan sisa yang tinggi.
Perilaku baja selama pengujian tarik
1. Baja struktural biasa dalam kondisi canai
Dari uji tarik pertama-tama dapat ditentukan modulus elastisitas E baik untuk perpanjangan total maupun perpanjangan elastis. Modulus elastisitas baja adalah 200 GPa.
Perpanjangan permanen terjadi pada tegangan rendah, namun tidak terlalu penting dalam konstruksi. Baja biasa mulai “mengalir” di bawah beban yang untuk baja konstruksi komersial St 37 dan baja beton I sebagian besar melebihi 0,24 GPa, dan di sebagian besar bagian nilai ini bisa turun hingga 0,18 GPa. Akibat leleh, terjadi deformasi permanen yang besar dan “garis hasil”. Garis diagram perpanjangan baja (gambar di bawah) menunjukkan bahwa titik leleh telah terlampaui (pada pembebanan tarik, batas ini disebut juga titik leleh).
Bila, dalam kasus balok beton bertulang, batas regangan tulangan terlampaui pada zona tarik, maka terjadi pemanjangan yang signifikan pada baja, sehingga terjadi keretakan dan tekukan pada zona tarik balok, sehingga mengganggu daya dukung balok. Pada baja dengan kandungan karbon tinggi, pada baja yang diperkeras dan pada umumnya pada logam non-ferrous, karakteristik titik leleh seperti pada gambar di atas tidak muncul; perpanjangan permanen umumnya meningkat, dan tidak ada titik luluh yang jelas. Dalam kasus seperti ini, sebagai aturan, kekuatan luluh diasumsikan sama dengan beban dimana terjadi perpanjangan permanen sebesar 0,2%.
Nilai bukan data desain: modulus elastisitas, kekuatan luluh, kekuatan dan perpanjangan dalam teks ditransfer dari sumber sejarah. Untuk perhitungannya, diambil nilai karakteristik dan desain dari kelas modern yang tepat, ketebalan dan kondisi pengiriman, bersama dengan faktor parsial yang relevan, toleransi dan persyaratan untuk ketangguhan, kemampuan las dan kelelahan.
2. Baja tarik dingin
Pada setiap batang baja yang diluruskan atau dibengkokkan, terjadi penarikan baja dingin lokal. Dengan melakukan hal ini, baja mendapat tekanan lokal melebihi titik lelehnya; pada bagian yang ditarik, batas gambar dinaikkan. Jika suatu batang baja polos dibebani dalam keadaan tarik sampai kuat luluhnya terlampaui, maka pada pembebanan ulang terlihat nilai kuat luluhnya bertambah. Semakin lama interval waktu “jeda” antara dua beban maka kekuatan luluh akan semakin meningkat.
Selain itu, karena pada saat tarik dingin diameternya juga berkurang sebanding dengan pemanjangan batang, sehingga baja yang mengalami tarikan yang signifikan sebelum pengujian akan menunjukkan kekuatan luluh dan kekuatan tarik yang jauh lebih tinggi dibandingkan baja yang tidak diregangkan; pada saat yang sama, ketahanan terhadap benturan akan berkurang.
Gambar dingin digunakan dalam produksi baja beton IIb, IIIb, dan IVb (baja tor, jaring konstruksi baja), serta dalam produksi kawat untuk tulangan pratekan dan tali jembatan gantung.
Pekerjaan Dingin dan Penguatan: Nilai dan deskripsi cold drawing historis tidak menunjukkan produk modern. Membengkokkan, meluruskan, membengkokkan kembali, mengelas atau memanaskan tulangan dapat mengubah sifat dan hanya diperbolehkan jika diizinkan oleh dokumentasi produk, desain dan standar yang berlaku.
Perilaku baja selama pengujian tekanan
Apa yang telah dikatakan tentang elastisitas dan batas tarik baja cair berlaku dalam arti yang sesuai dengan beban tekanan. Nilai kuat luluh baja struktur (dalam hal tekanan disebut kuat luluh) yang diperoleh pada uji tekan dan uji tarik tidak berbeda jauh. Namun, di bawah tekanan, peningkatan beban melebihi batas penghancuran hanya mungkin terjadi pada elemen yang sangat pendek.
Hukum tekuk berlaku pada batang ramping. Pada saat yang sama, pertama-tama, asumsi-asumsi yang tepat harus diperhitungkan, apakah asumsi-asumsi tersebut mengacu pada cara menopang dan menjepit ujung-ujung batang, atau pada penyimpangan sumbu batang dari posisi yang ditetapkan.
Elemen yang ditekan: kekuatan material saja tidak menentukan daya dukung batang. Kerampingan, kelengkungan awal, tegangan sisa, tekuk lokal dan global, tumpuan, sambungan dan ketidaksempurnaan harus dimasukkan dalam perhitungan elemen beton.
Perilaku baja dalam uji lentur
Mengenai titik leleh (dilihat dari luar dengan besarnya defleksi tumpuan atau garis leleh), penting bahwa hal ini akan terjadi selama uji tekuk pada tegangan yang sedikit lebih rendah tetapi lebih tinggi daripada tegangan yang diperoleh saat menguji kuat tarik batang uji. Setelah kekuatan luluh baja di zona tarik tumpuan terlampaui, beban dapat ditingkatkan jika tumpuan cukup kokoh terhadap tekuk atau puntir.
Uji lentur: foto menunjukkan prosedur laboratorium, bukan kriteria penerimaan produk. Geometri benda uji, tumpuan, kecepatan, suhu, arah penggulungan, dan kriteria penilaian harus sesuai dengan standar yang diterapkan dan jenis baja yang tepat.
Kekuatan lelah baja
Sifat kekuatan yang ditentukan selama uji tarik, tekan, atau tekuk biasa memberikan informasi rinci tentang perilaku baja di bawah pembebanan statis. Pada saat yang sama, harus diperhitungkan bahwa kekuatan luluh selama pembebanan statis jangka panjang akan sedikit lebih rendah dari batas yang diperoleh dari pengujian biasa hingga terjadi kegagalan. Jika beban statis diikuti oleh beban sering (misalnya jembatan, jalur derek, kendaraan), atau jika hanya beban sering yang bekerja, maka data mengenai material hanya dapat diperoleh berdasarkan perilakunya dalam kondisi yang paling mendekati kondisi praktis. Oleh karena itu, baja untuk elemen konstruksi, yang sebagian besar akan terkena beban bergerak, diuji dengan pembebanan yang sering.
Paling sering, beban diam dan bergerak terjadi secara bersamaan. Contoh berikut menguraikan inti masalahnya. Batang ditunjukkan pada gambar1mereka terbuat dari bahan yang sama, dan dicetak dari batangan yang sama. Batang bawah ditekuk secara perlahan dengan pembebanan bertahap; oleh karena itu, bisa saja bengkok. Batang atas berulang kali mengalami pembebanan berulang-ulang, dengan tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan batang pertama. Setelah beberapa waktu, batang atas patah tanpa menunjukkan adanya deformasi permanen di sekitar patahan. Oleh karena itu, perilaku material pada saat terjadi keruntuhan sangat bergantung pada cara pemberian beban. Contoh di atas, yang mengacu pada beban lentur, juga merupakan karakteristik dari jenis beban lainnya. Dalam gambar2Dan3contoh uji tarik ditampilkan; gambar2mengacu pada contoh sederhana dari tes air mata, dan Gambar3untuk uji tegangan variabel searah.
Mengenai penerapan fakta-fakta ini, penting bahwa - terlepas dari perilaku yang ditunjukkan selama uji sobek biasa - nilai elemen konstruksi, yang telah dibor atau yang penampangnya telah mengalami perubahan lain, harus dievaluasi secara khusus. Ketahanan batang yang dibor terhadap beban yang sering jauh lebih rendah daripada ketahanan batang yang tidak dibor, karena ambang tegangan muncul di tepi lubang. Tegangan di tepi lubang, jika disebabkan oleh beban yang sering, akan selalu jauh lebih tinggi daripada tegangan rata-rata. Konsekuensinya adalah elemen konstruksi yang dibor di bawah beban yang sering menunjukkan kekuatan yang jauh lebih kecil dibandingkan elemen konstruksi yang tidak dibor.
Catatan terakhir mengenai kelelahan: Retak akibat kelelahan dapat terjadi pada tegangan yang lebih rendah dibandingkan tegangan yang menyebabkan deformasi plastis. Lubang, detail yang dilas, perubahan bagian yang tiba-tiba, korosi dan kerusakan mengubah kategori detail dan umur pakai. Struktur yang mengalami pembebanan berulang memerlukan perhitungan kelelahan khusus, rencana inspeksi, dan penilaian ahli terhadap setiap retakan yang terdeteksi.