Arkivekspertinnhold: Artikkelen bevarer historiske betegnelser, tabeller og påstander om sammensetningen og mekaniske egenskaper til stål, men er ikke en gyldig standard, materialspesifikasjon, sertifikat, strukturell beregning eller varmebehandlings- og testinstruksjoner. Designverdier avhenger av nøyaktig identifisert ståltype og -parti, produksjonstilstand, tykkelse, temperatur, sveisbarhet, seighet, tretthet og gjeldende standard. Bærematerialet skal ha sporbar dokumentasjon og velges og kontrolleres av ansvarlig sakkyndig.
I dag er Savo Kusić fokusert på trevinduer, tre-aluminium vinduer, egendefinerte vinduer, dør og forespørsler om tilbud. Denne artikkelen forblir som et historisk arkiv og representerer ikke et tilbud om produksjon av armering, design eller testing av stålkonstruksjoner.
Sammensetning og historiske merker av konstruksjonsstål
Ved å smelte jernmalm blandet med brensel, og med tilsetning av urenheter - vanligvis kalkstein - samt ved å føre oppvarmet luft under trykk inn i en masovn, oppnås råjern. Råjern inneholder over 1,7% karbon; den kan ikke smies, rulles, meisles eller presses - derfor kan den ikke formes på ulike måter. Smijern produseres av råjern ved å blåse luft i en basisomformer, eller fra skrapjern og råjern i en ovn (Siemens-Martin-ovn). Ulike former kan lages av den ved å rulle, presse og smi. Alt smijern heter stål.
Historiske tabeller: De gamle stålbetegnelsene, standardene, tillatelsene og bøyeprosedyrene i de viste tabellene må ikke brukes til å hente, identifisere eller dimensjonere dagens materiale. Kun etikett og dokumentasjon på levert parti er gyldig, med sjekk av ekvivalens i henhold til avtalt og gyldig standard.
Kjemisk sammensetning av konstruksjonsstål
Teknisk jern er ikke rent jern, men en legering av grunnelementene jern og karbon, oftest med tilsetning av mangan, silisium, fosfor, sumbor og kobber, og sjeldnere med aluminium, krom, nikkel, molybden osv. Den viktigste innblandingen er karbon. Flytegrensen og strekkstyrken til smeltet stål øker med økende karboninnhold til ca. 0,9% karbon er nådd; bruddforlengelsen avtar når karboninnholdet øker. Stål med høyt karboninnhold må håndteres mer forsiktig ved retting, bøying, knekking osv.
Konstruksjonsstål St37.12som regel inneholder de0,08-0,15%av karbon, deretter ca0,5%mangan, opp til0,3%silisium. Innholdet av fosfor og svovel skal være lavt; den utgjør hhv0,09%og0,05%. Som regel er det mer kobber0,2%.
Ved evaluering av resultatene av kjemiske analyser må det tas hensyn til om det er analyser fra smelter eller analyser av valsede varer; for sistnevnte er det viktig om prøvedataene refererer til prøver som stammer fra hele seksjonen, eller til prøver tatt fra et bestemt sted (fra kjernen, fra kanten, fra den ene enden).
Stålstruktur, herding, herding og gløding
Observasjon av strukturen utføres på flate, nøye bearbeidede, slipte og polerte overflater som som regel er korrodert av syrer. I visse tilfeller (f.eks. på overopphetet stål) kan stålkorn gjenkjennes med det blotte øye på forberedte prøver.
Bildet 1 viser strukturen til et sakte avkjølt stål med et karboninnhold på omtrent 0,1%, og bildet 2 viser strukturen til et sakte avkjølt stål med et karboninnhold på omtrent 0,3%. Lette korn er karbonfrie og består hovedsakelig av rent jern (derav navnet ferritt); under høy forstørrelse vises mørke områder stripete (perlitt). Under mikroskopet kan man gjenkjenne at de mørke flekkene består av hardere og mykere lag; de hardere lagene er jernkarbid (Fe3C), kalt sementitt, som er innebygd i den mykere ferritten. Lokalbefolkningen - krystaller dannet ved høy temperatur går i oppløsning ved gradvis avkjøling. Plutselig avkjøling av det varme stålet hindrer krystallene i å gå i oppløsning. Hvis det derimot foretas en brå avkjøling før omdanningen av den faste løsningen starter, vil løsningen - som ellers bare kan eksistere ved høye temperaturer - fortsatt holdes i romtemperatur. I dette tilfellet får vi ikke et materiale hvis karbon er fordelt i form av flekker, men et materiale med jevnt fordelt karbon. Stål i den tilstanden viser en langt høyere flytegrense og høyere strekkfasthet enn saktekjølt stål med samme kjemiske sammensetning, men det viser også mindre bearbeidbarhet; slikt stål kalles herdet stål.
Det er naturlig at kjøleeffekten er mest uttalt på overflatene, mens den svekkes mot innsiden, noe som har stor betydning for bruk av stål. Herdet stål inneholder høye indre spenninger.
Laboratorie- og termiske prosedyrer: metallografisk syreetsing, oppvarming, herding og utglødning krever et kontrollert laboratorium eller verksted, identifisert materiale, passende utstyr og beskyttelse. Feil varmebehandling kan forårsake sprekker, deformasjoner, tap av seighet og høye restspenninger.
Oppførsel av stål under strekktesting
1. Vanlige konstruksjonsstål i valset tilstand
Fra strekktesten kan i første omgang elastisitetsmodulen E bestemmes både for totale og elastiske forlengelser. Elastisitetsmodulen til stål er 200 GPa.
Permanente forlengelser forekommer ved lave spenninger, men de har ingen spesiell betydning i konstruksjon. Vanlig stål begynner å “flyte” under belastninger som for kommersielle konstruksjonsstål St 37 og betongstål I stort sett overstiger 0,24 GPa, og i store seksjoner kan denne verdien gå ned til 0,18 GPa. Som følge av strømmen oppstår det store permanente deformasjoner og “flytelinjer”. Linjen i stålforlengelsesdiagrammet (bilde under) viser at flytegrensen er overskredet (ved strekkbelastning kalles denne grensen også flytegrensen).
Når det for armerte betongbjelker er overskridelse av armeringens strekkgrense i strekksonen, oppstår det betydelige forlengelser i stålet, hvorved det oppstår sprekker og bøyninger i bjelkens strekksone, noe som svekker bjelkens bæreevne. På stål med høyt karboninnhold, på herdet stål og generelt på ikke-jernholdige metaller, vises ikke det karakteristiske flytegrensen vist på bildet over; permanente forlengelser øker generelt, og det er ingen tydelig flytegrense. I slike tilfeller antas flytegrensen som regel å være lik belastningen der det oppstår en permanent forlengelse på 0,2%.
Verdier er ikke designdata: elastisitetsmodul, flytestyrke, styrke og forlengelse i teksten er overført fra en historisk kilde. For beregningen tas karakteristikk- og designverdiene for den eksakte moderne klassen, tykkelsen og leveringsbetingelsen, sammen med relevante partialfaktorer, toleranser og krav til seighet, sveisbarhet og utmatting.
2. Kaldtrukne stål
In every steel rod that is straightened or bent, locally cold drawn steel occurs. Ved å gjøre dette belastes stålet lokalt utover flytegrensen; on the drawn part, the drawing limit is increased. Hvis en vanlig stålstang belastes i strekk til flytegrensen overskrides, observeres det ved omlasting at verdien av flytegrensen har økt. Jo lengre “pause”-tidsintervallet er mellom to belastninger, jo mer vil flytegrensen øke.
I tillegg, siden under kald strekking også diameteren avtar proporsjonalt med forlengelsen av stangen, så vil stålet som ble utsatt for betydelig strekking før testen vise en betydelig høyere flytegrense og strekkfasthet enn stål som ikke er strukket; samtidig vil den vise mindre slagfasthet.
Kaldtrekking brukes i produksjon av betongstål IIb, IIIb, og IVb (tor-stål, stålkonstruksjonsnett), samt i produksjon av wirer for spennarmering og tau til hengebroer.
Kaldarbeid og forsterkning: Historiske kaldtrukne karakterer og beskrivelser er ikke en indikasjon på moderne produkter. Bøying, retting, gjenbøying, sveising eller oppvarming av armeringen kan endre egenskapene og er kun tillatt når det er tillatt av produktdokumentasjonen, design og gjeldende standard.
Ståladferd under trykktesting
Det som ble sagt om elastisiteten og om strekkgrensen til det smeltede stålet gjelder i tilsvarende betydning for trykkbelastningen. Verdiene for flytegrensen til konstruksjonsstål (i tilfelle av trykk kalles det flytegrensen) oppnådd under kompresjonstesten og strekkprøven avviker ikke mye. Men under trykk er en økning i lasten utover knusegrensen bare mulig med svært korte elementer.
For slanke stenger gjelder spennlovene. Samtidig bør det i første omgang tas hensyn til passende forutsetninger, enten de refererer til måten å støtte og klemme endene på stangen på, eller til avvik av stangens akse fra den etablerte posisjonen.
Pressede elementer: materialets styrke alene bestemmer ikke bæreevnen til stangen. Slankhet, initial krumning, restspenninger, lokal og global knekking, støtter, skjøter og ujevnheter må inkluderes i beregningen av betongelementet.
Oppførsel av stål i bøyetest
Når det gjelder flytegrensen (observert fra utsiden av støttenes store nedbøyninger eller av flytelinjene), er det viktig at det vil skje under bøyetesten ved litt lavere, men høyere spenninger enn de som oppnås ved testing av strekkfastheten til teststaven. Etter overskridelse av stålets flytegrense i støttenes strekksoner, kan belastningene økes dersom støttene er tilstrekkelig sikret mot knekking eller vridning.
Bøyetest: bildet viser laboratorieprosedyre, ikke produktgodkjenningskriterier. Prøvens geometri, støtte, hastighet, temperatur, rulleretning og graderingskriterier må samsvare med den anvendte standarden og den nøyaktige ståltypen.
Utmattingsstyrke av stål
Styrkeegenskaper bestemt under vanlige strekk-, kompresjons- eller bøyetester gir detaljert informasjon om oppførselen til stål under statisk belastning. Samtidig bør det tas hensyn til at flytegrensen ved langvarig statisk belastning vil være noe lavere enn grensen som oppnås ved ordinær testing frem til svikt. Hvis statiske belastninger følges av hyppige belastninger (f.eks. broer, kranbaner, kjøretøy), eller hvis bare hyppige belastninger virker i det hele tatt, kan det kun innhentes data om materialet basert på dets oppførsel under forhold som samsvarer mest med praktiske forhold. Derfor testes stål til konstruksjonselementer, som hovedsakelig vil bli utsatt for bevegelige laster, ved hyppig belastning.
Oftest oppstår stasjonære og bevegelige laster samtidig. Følgende eksempler skisserer essensen av problemet. Stenger vist på bildet1de er laget av samme materiale, og støpt av samme stang. Den nedre stangen bøyes sakte ved gradvis belastning; derfor kan den bøyes. Den øvre stangen utsettes gjentatte ganger for gjentatt belastning, med spenninger som er langt lavere enn de som råder i den første stangen. Etter en tid brøt den øvre stangen uten å vise noen permanent deformasjon rundt bruddet. Ifølge dette avhenger oppførselen til materialet ved brudd betydelig av måten lasten påføres på. Det gitte eksemplet, som refererer til bøyelaster, er også karakteristisk for andre typer laster. På bildene2og3eksempler på strekkprøver er vist; bilde2refererer til et enkelt eksempel på en rivetest, og fig3til enveis variabel spenningstester.
Når det gjelder anvendelsen av disse fakta, er det viktig at - bortsett fra oppførselen vist under den ordinære riveprøven - verdien av konstruksjonselementet, som er boret eller hvis tverrsnitt har gjennomgått andre endringer, må vurderes spesielt. Motstanden til en boret stang mot hyppige belastninger er mye lavere enn motstanden til en uboret stang, siden spenningsterskler vises ved kantene av hullet. Spenningen ved kanten av hullet, hvis forårsaket av hyppige belastninger, vil alltid være betydelig høyere enn gjennomsnittlig spenning. Konsekvensen er at borede bygningselementer under hyppige belastninger viser langt mindre styrke enn ikke-borede elementer.
En siste merknad om tretthet: tretthetssprekker kan oppstå ved spenninger som er lavere enn de som forårsaker synlig plastisk deformasjon. Hull, sveisede detaljer, plutselige endringer i snitt, korrosjon og skader endrer kategorien av detaljer og levetid. Konstruksjoner under gjentatt belastning krever en spesiell utmattingsberegning, en inspeksjonsplan og en sakkyndig vurdering av hver oppdaget sprekk.