Efni skjalasérfræðinga: Greinin varðveitir sögulegar merkingar, töflur og fullyrðingar um samsetningu og vélræna eiginleika stáls, en er ekki gildur staðall, efnislýsing, vottorð, byggingarútreikningar, eða hitameðhöndlun og prófunarleiðbeiningar. Hönnunargildi eru háð nákvæmlega auðkenndri gerð og lotu af stáli, framleiðsluástandi, þykkt, hitastigi, suðuhæfni, hörku, þreytu og viðeigandi staðli. Burðarefnið skal vera með rekjanlegum gögnum og vera valið og athugað af ábyrgum sérfræðingi.
Í dag einbeitir Savo Kusić sér að viðargluggum, viðar-ál gluggar, sérsniðnir gluggar, hurð og tilboðsbeiðnir. Þessi grein er áfram sem söguleg skjalasafn og táknar ekki tilboð um framleiðslu á styrkingu, hönnun eða prófun á stálvirkjum.
Samsetning og söguleg merki byggingarstáls
Með því að bræða járngrýti í bland við eldsneyti, og með því að bæta við óhreinindum - oftast kalksteini - sem og með því að koma upphituðu lofti undir þrýstingi inn í háofn, fæst grájárn. Grájárn inniheldur yfir 1,7% kolefni; það er ekki hægt að smíða, rúlla, meita eða pressa - þess vegna er ekki hægt að móta það á ýmsan hátt. Unna járn er framleitt úr járni með því að blása lofti í grunnbreyti, eða úr brotajárni og járni í ofni (Siemens-Martin ofni). Hægt er að búa til ýmis form úr því með því að rúlla, pressa og smíða. Allt bárujárn heitir stál.
Sögulegar töflur: Gömlu stálmerkingar, staðlar, heimildir og beygjuaðferðir í töflunum sem sýndar eru má ekki nota til að útvega, auðkenna eða stærðargreina efni í dag. Aðeins merkimiði og skjöl afhentrar lotu eru í gildi, með jafngildisprófun samkvæmt samþykktum og gildandi staðli.
Efnasamsetning byggingarstáls
Tæknilegt járn er ekki hreint járn, heldur málmblöndur grunnþáttanna járns og kolefnis, oftast að viðbættum mangani, sílikoni, fosfór, sumbor og kopar og sjaldnar með áli, krómi, nikkeli, mólýbdeni o.fl. Mikilvægasta íblöndunin er kolefni. Flutningsstyrkur og togstyrkur bráðins stáls aukast með auknu kolefnisinnihaldi þar til um 0,9% kolefni er náð; roflenging minnkar eftir því sem kolefnisinnihald eykst. Fara verður varlega með stál með hátt kolefnisinnihald þegar rétt er rétt, beygt, beygt osfrv.
Byggingarstál St37.12að jafnaði innihalda þær0,08-0,15%af kolefni, þá u.þ.b0,5%mangan, allt að0,3%sílikon. Innihald fosfórs og brennisteins verður að vera lágt; það nemur í sömu röð0,09%og0,05%. Að jafnaði er meira kopar0,2%.
Við mat á niðurstöðum efnagreininga þarf að gæta þess hvort um sé að ræða greiningar úr bræðslu eða greiningar á valsvörum; fyrir hið síðarnefnda skiptir máli hvort úrtaksgögnin eiga við sýni sem eru upprunnin úr öllu hlutanum eða sýni sem tekin eru frá ákveðnum stað (frá kjarna, frá brún, frá einum enda).
Stálbygging, herðing, temprun og glæðing
Athugun á burðarvirki fer fram á flötum, vandlega unnum, slípuðum og fáguðum flötum sem að jafnaði eru tærðar af sýrum. Í vissum tilfellum (td á ofhitnuðu stáli) er hægt að þekkja stálkorn með berum augum á tilbúnum sýnum.
Myndin 1 sýnir uppbyggingu hæga kældu stáls með kolefnisinnihald um 0,1% og myndin 2 sýnir uppbyggingu hægt kælts stáls með kolefnisinnihald um 0,3%. Létt korn eru kolefnislaus og samanstanda aðallega af hreinu járni (þar af leiðandi nafnið ferrít); við mikla stækkun virðast dökku svæðin röndótt (perlít). Í smásjánni má greina að dökku blettirnir samanstanda af harðari og mýkri lögum; harðari lögin eru járnkarbíð (Fe3C), kallað sementít, sem er innbyggt í mýkra ferrítið. Heimamenn - kristallar sem myndast við háan hita sundrast við hægfara kælingu. Skyndileg kæling á heita stálinu kemur í veg fyrir að kristallarnir sundrast. Ef hins vegar er framkvæmt skyndileg kæling áður en umbreyting á föstu lausninni hefst, þá mun lausninni - sem annars getur aðeins verið til við háan hita - haldið áfram við stofuhita. Í þessu tilviki fáum við ekki efni þar sem kolefni er dreift í formi bletta, heldur efni með jafndreifðu kolefni. Stál í því ástandi sýnir mun hærri flæðistyrk og meiri togþol en hægkælt stál af sömu efnasamsetningu, en það sýnir einnig minni vélhæfni; slíkt stál er kallað hert stál.
Eðlilegt er að kæliáhrifin séu mest áberandi á yfirborðinu á meðan hún veikist inn á við, sem skiptir miklu máli fyrir stálnotkun. Hert stál inniheldur mikla innri spennu.
Aðferðir við rannsóknarstofu og hitauppstreymi: Málmsýruæting, hitun, temprun og glæðing krefst stýrðrar rannsóknarstofu eða verkstæðis, auðkenndu efnis, viðeigandi búnaðar og verndar. Óviðeigandi hitameðhöndlun getur valdið sprungum, aflögun, tapi á hörku og mikilli afgangsspennu.
Hegðun stáls við togprófun
1. Venjulegt burðarstál í valsað ástandi
Út frá togprófinu er í fyrsta lagi hægt að ákvarða teygjustuðulinn E bæði fyrir heildar- og teygjulengingar. Mýktarstuðull stáls er 200 GPa.
Varanlegar teygingar verða við lágspennu, en þær skipta engu máli í byggingu. Venjulegt stál byrjar að „flæða“ undir álagi sem fyrir byggingarstál St 37 og steypustál I fer að mestu yfir 0,24 GPa og í stórum köflum getur þetta gildi farið niður í 0,18 GPa. Vegna straumsins verða miklar varanlegar aflöganir og „flæðilínur“. Línan á stállengingarmyndinni (mynd hér að neðan) sýnir að farið hefur verið yfir viðmiðunarmark (í spennuhleðslu eru þessi mörk einnig kölluð álagsmark).
Þegar, þegar um er að ræða járnbenta steinsteypubita, er farið yfir teygjumörk styrkingar á togsvæðinu, verða verulegar lengingar í stálinu, þar sem sprungur og beygjur myndast í togsvæði bjálkans sem skerða burðarþol bjálkans. Á stáli með hátt kolefnisinnihald, á hertu stáli og almennt á málmum sem ekki eru úr járni, kemur ekki fram einkennismörkin sem sýnd er á myndinni hér að ofan; varanleg lenging eykst almennt og það er enginn sérstakur ávöxtunarpunktur. Í slíkum tilfellum er að jafnaði gert ráð fyrir að slökkviliðsstyrkurinn sé jafn álaginu þar sem varanleg lenging 0,2%.
Gildi eru ekki hönnunargögn: teygjanleikastuðull, flæðistyrkur, styrkur og lenging í textanum eru flutt úr sögulegri heimild. Við útreikninginn eru einkennis- og hönnunargildi nákvæmlega nútímaflokks, þykktar og afhendingarástands tekin, ásamt viðeigandi hlutaþáttum, vikmörkum og kröfum um hörku, suðuhæfni og þreytu.
2. Kald dregið stál
Í hverri stálstöng sem er réttur eða beygður kemur fyrir staðbundið kalt dregið stál. Við það er stálið staðbundið stressað út fyrir viðmiðunarmörk; á teiknaða hlutanum eru dráttarmörkin aukin. Ef slétt stálstöng er hlaðin í spennu þar til farið er yfir flæðistyrk, kemur í ljós við endurhleðslu að gildi flæðistyrks hefur aukist. Því lengur sem „hlé“ tíminn er á milli tveggja álags, því meira eykst flæðistyrkurinn.
Þar að auki, þar sem við kalda teygjur minnkar þvermálið einnig í hlutfalli við lengingu stöngarinnar, þannig að stálið sem var útsett fyrir verulegri teygju fyrir prófun mun sýna marktækt hærri flæðistyrk og togþol en stál sem ekki hefur verið teygt; á sama tíma mun það sýna minni höggþol.
Kaldteikning er notuð við framleiðslu á steinsteyptum stálum IIb, IIIb, og IVb (tor-stáli, stálbyggingarmöskum), sem og við framleiðslu á vírum fyrir forspennta styrkingu og reipi hengibrúa.
Köld vinna og styrking: Söguleg kalddregin einkunn og lýsingar eru ekki til marks um nútíma vöru. Beygja, rétta, beygja aftur, suða eða hita styrkinguna getur breytt eiginleikum og er aðeins leyfilegt ef leyfilegt er samkvæmt vörugögnum, hönnun og viðeigandi staðli.
Stálhegðun við þrýstiprófun
Það sem sagt var um mýkt og um togmörk bráðna stálsins á við í samsvarandi skilningi um þrýstiálagið. Gildin á flæðistyrk burðarstáls (ef um þrýsting er að ræða er það kallað flæðistyrkur) sem fæst við þjöppunarprófið og spennuprófið er ekki mikið frábrugðið. Hins vegar, undir þrýstingi, er aukning á álagi umfram mulningsmörk aðeins möguleg með mjög stuttum þáttum.
Lögmál buckling gilda um mjóar stangir. Jafnframt, í fyrsta lagi, ætti að taka tillit til viðeigandi forsendna, hvort sem þær vísa til þess hvernig staðið er að stuðningi og klemmu á endum stangarinnar, eða til frávika áss stangarinnar frá staðfestri stöðu.
Pressaðir þættir: styrkur efnisins einn og sér ræður ekki burðargetu stangarinnar. Mjótt, upphafssveigja, afgangsspenna, staðbundin og alþjóðleg buckling, stoðir, samskeyti og ófullkomleika verða að vera með í útreikningi á steypuhlutanum.
Hegðun stáls í beygjuprófi
Varðandi viðmiðunarmarkið (sem sést utan frá með mikilli sveigju stoðanna eða með sviglínunum), þá er mikilvægt að það komi fram við beygjuprófið við aðeins lægri en meiri álag en þau sem fæst þegar togstyrkur prófunarstangarinnar er prófaður. Eftir að farið er yfir flæðistyrk stálsins á spennusvæðum stoðanna er hægt að auka álagið ef stoðirnar eru nægilega tryggðar gegn beygju eða snúningi.
Beygjupróf: mynd sýnir rannsóknarstofuaðferð, ekki viðmið um samþykki vöru. Rúmfræði sýnisins, undirstöður, hraði, hitastig, veltistefnu og flokkunarviðmið verða að samsvara beittum staðli og nákvæmri gerð stáls.
Þreytustyrkur stáls
Styrkeiginleikar sem ákvarðaðir eru við venjulegar spennu-, þjöppunar- eða beygjuprófanir veita nákvæmar upplýsingar um hegðun stáls við truflanir. Jafnframt ber að taka tillit til þess að uppskeruþol við langtímastöðuhleðslu verður aðeins lægri en þau mörk sem fæst með venjulegum prófunum þar til bilun. Ef kyrrstæðum álagi fylgir oft álag (t.d. brýr, kranabrautir, farartæki), eða ef aðeins tíðar álagar virka yfirleitt, þá er aðeins hægt að afla gagna um efnið út frá hegðun þess við aðstæður sem passa best við hagkvæmar aðstæður. Þess vegna eru stál fyrir byggingarhluta, sem verða aðallega fyrir álagi á hreyfingu, prófuð með tíðri hleðslu.
Oftast kemur kyrrstætt og hreyfanlegt álag fram á sama tíma. Eftirfarandi dæmi lýsa kjarna vandans. Stangir sýndir á myndinni1þær eru úr sama efni, og steyptar úr sama stönginni. Neðri stöngin er hægt sveigð með hægfara hleðslu; þess vegna gæti það verið beygt. Efri stöngin er endurtekið fyrir endurtekinni álagi, með miklu minni álagi en ríkjandi í fyrstu stönginni. Eftir nokkurn tíma brotnaði efri stöngin án þess að sýna varanlega aflögun í kringum brotið. Samkvæmt þessu fer hegðun efnisins við bilun verulega eftir því hvernig álaginu er beitt. Uppgefið dæmi, sem vísar til beygjuálags, er einnig einkennandi fyrir aðrar tegundir álags. Á myndunum2og3sýnd eru dæmi um togpróf; mynd2vísar í einfalt dæmi um tárpróf og mynd3til einstefnubreytilegra spennuprófa.
Varðandi beitingu þessara staðreynda er mikilvægt að - fyrir utan þá hegðun sem sýnd er við venjulegt rifprófun - þarf sérstaklega að meta verðmæti byggingarhlutans, sem hefur verið borað eða þversniðið hefur tekið öðrum breytingum. Viðnám boraðrar stangar gegn tíðum álagi er mun lægra en viðnám óboraðrar stangar, þar sem spennuþröskuldar koma fram við brúnir holunnar. Álagið á holubrúninni, ef það stafar af tíðum álagi, verður alltaf umtalsvert hærra en meðalálagið. Afleiðingin er sú að boraðir byggingareiningar undir tíðu álagi sýna mun minni styrk en óboraðir þættir.
Að lokum um þreytu: þreytusprungur geta komið fram við lægri álag en þær sem valda sýnilegri plastaflögun. Göt, soðin smáatriði, skyndilegar breytingar á hluta, tæringu og skemmdir breyta flokki smáatriða og líftíma. Mannvirki undir endurtekinni álagi þurfa sérstakan þreytuútreikning, skoðunaráætlun og sérfræðimat á hverri sprungu sem greinist.