Arkivexpertinnehåll: Artikeln bevarar historiska beteckningar, tabeller och påståenden om stålets sammansättning och mekaniska egenskaper, men är inte en giltig standard, materialspecifikation, certifikat, strukturell beräkning eller värmebehandlings- och testinstruktion. Designvärden beror på den exakt identifierade typen och satsen av stål, tillverkningsskick, tjocklek, temperatur, svetsbarhet, seghet, utmattning och tillämplig standard. Lagermaterialet ska ha spårbar dokumentation och vara utvalt och kontrollerat av ansvarig expert.
Idag är Savo Kusić fokuserad på träfönster, trä-aluminiumfönster, anpassade fönster, dörr och offertförfrågningar. Denna artikel finns kvar som ett historiskt arkiv och representerar inte ett erbjudande om tillverkning av armering, design eller provning av stålkonstruktioner.
Sammansättning och historiska märken av konstruktionsstål
Genom att smälta järnmalmer blandade med bränslen, och med tillsats av föroreningar - vanligtvis kalksten - samt genom att införa uppvärmd luft under tryck i en masugn, erhålls tackjärn. Tackjärn innehåller över 1,7% kol; den kan inte smidas, rullas, mejslas eller pressas - därför kan den inte formas på olika sätt. Smide tillverkas av tackjärn genom att blåsa luft i en basomvandlare, eller från skrot och tackjärn i en ugn (Siemens-Martin-ugn). Olika former kan skapas av den genom att rulla, pressa och smida. Allt smide heter stål.
Historiska tabeller: De gamla stålkvaliteterna, standarderna, tillåtna värdena och böjningsprocedurerna i de visade tabellerna får inte användas för att hämta, identifiera eller dimensionera dagens material. Endast etiketten och dokumentationen för den levererade satsen är giltiga, med kontroll av likvärdighet enligt överenskommen och giltig standard.
Kemisk sammansättning av konstruktionsstål
Tekniskt järn är inte rent järn, utan en legering av grundämnena järn och kol, oftast med tillsats av mangan, kisel, fosfor, sumbor och koppar, och mer sällan med aluminium, krom, nickel, molybden etc. Den viktigaste inblandningen är kol. Sträckgränsen och draghållfastheten hos smält stål ökar med ökande kolhalt tills cirka 0,9% kol uppnås; brottöjningen minskar när kolhalten ökar. Stål med hög kolhalt måste hanteras mer försiktigt vid rätning, bockning, buckling etc.
Konstruktionsstål St37.12som regel innehåller de0,08-0,15%av kol, sedan ca0,5%mangan, upp till0,3%kisel. Innehållet av fosfor och svavel måste vara lågt; det uppgår till respektive0,09%och0,05%. Som regel finns det mer koppar0,2%.
Vid utvärdering av resultaten av kemiska analyser måste man se till om det är analyser från smältor eller analyser av valsat gods; för det senare är det viktigt om provdatan avser prover som härrör från hela sektionen eller till prover tagna från en specifik plats (från kärnan, från kanten, från ena änden).
Stålstruktur, härdning, härdning och glödgning
Observation av strukturen utförs på plana, noggrant bearbetade, slipade och polerade ytor som i regel är korroderade av syror. I vissa fall (t.ex. på överhettat stål) kan stålkorn kännas igen med blotta ögat på preparerade prover.
Bilden 1 visar strukturen hos ett långsamt kylt stål med en kolhalt på cirka 0,1%, och bilden 2 visar strukturen hos ett långsamt kylt stål med en kolhalt på cirka 0,3%. Lätta korn är kolfria och består huvudsakligen av rent järn (därav namnet ferrit); under hög förstoring verkar mörka områden randiga (perlit). Under mikroskopet kan man känna igen att de mörka fläckarna består av hårdare och mjukare lager; de hårdare skikten är järnkarbid (Fe3C), kallad cementit, inbäddad i den mjukare ferriten. Lokalbefolkningen - kristaller som bildas vid hög temperatur sönderfaller vid gradvis avkylning. Plötslig kylning av det varma stålet förhindrar att kristallerna sönderfaller. Om å andra sidan plötslig kylning genomförs innan omvandlingen av den fasta lösningen påbörjas, så kommer lösningen - som annars bara kan existera vid höga temperaturer - att fortsätta att hållas vid rumstemperatur. I det här fallet får vi inte ett material vars kol är fördelat i form av fläckar, utan ett material med jämnt fördelat kol. Stål i det tillståndet visar en mycket högre sträckgräns och högre draghållfasthet än långsamt kylt stål med samma kemiska sammansättning, men det visar också mindre bearbetbarhet; sådant stål kallas härdat stål.
Det är naturligt att kyleffekten är mest uttalad på ytorna samtidigt som den försvagas mot insidan, vilket har stor betydelse för användningen av stål. Härdat stål innehåller höga inre spänningar.
Laboratorie- och termiska processer: metallografisk syraetsning, uppvärmning, härdning och glödgning kräver ett kontrollerat laboratorium eller verkstad, identifierat material, lämplig utrustning och skydd. Felaktig värmebehandling kan orsaka sprickor, deformationer, förlust av seghet och höga restspänningar.
Ståls beteende under dragprovning
1. Vanliga konstruktionsstål i valsat skick
Från dragtestet kan i första hand elasticitetsmodulen E bestämmas både för totala och elastiska töjningar. Elasticitetsmodulen för stål är 200 GPa.
Permanenta förlängningar förekommer vid låga spänningar, men de har ingen särskild betydelse i konstruktionen. Vanligt stål börjar “flyta” under belastningar som för kommersiella konstruktionsstål St 37och betongstål I för det mesta överstiger 0,24 GPa, och i stora sektioner kan detta värde gå ner till 0,18 GPa. Till följd av eftergivenhet uppstår stora permanenta deformationer och “flyttlinjer”. Linjen i ståltöjningsdiagrammet (bilden nedan) visar att sträckgränsen har överskridits (vid belastning kallas denna gräns även sträckgränsen).
När för armerade betongbalkar sträckgränsen för armeringen överskrids i dragzonen uppstår betydande förlängningar i stålet, varvid sprickor och böjar skapas i balkens dragzon, vilket försämrar balkens bärförmåga. På stål med hög kolhalt, på härdade stål och i allmänhet på icke-järnmetaller framträder inte den karakteristiska sträckgränsen som visas på bilden ovan; permanenta förlängningar ökar i allmänhet och det finns ingen distinkt flytgräns. I sådana fall antas som regel sträckgränsen vara lika med den belastning vid vilken en permanent förlängning av 0,2%.
Värden är inte designdata: elasticitetsmodul, sträckgräns, styrka och töjning i texten överförs från en historisk källa. För beräkningen tas egenskaperna och designvärdena för den exakta moderna klassen, tjockleken och leveransvillkoren, tillsammans med relevanta partialfaktorer, toleranser och krav på seghet, svetsbarhet och utmattning.
2. Kalldragna stål
I varje stålstång som rätas ut eller böjs förekommer lokalt kalldraget stål. Därvid belastas stålet lokalt bortom sträckgränsen; på den ritade delen ökas draggränsen. Om en slät stålstav belastas i drag tills sträckgränsen överskrids, observeras vid omladdning att värdet på sträckgränsen har ökat. Ju längre “paus”-tidsintervallet är mellan två belastningar, desto mer kommer sträckgränsen att öka.
Dessutom, eftersom vid kall sträckning även diametern minskar i proportion till stångens förlängning, så kommer stålet som utsattes för betydande sträckning före testet att visa en betydligt högre sträckgräns och draghållfasthet än stål som inte har sträckts; samtidigt kommer den att visa mindre slagtålighet.
Kalldragning används vid tillverkning av betongstål IIb, IIIb och IVb (tor-stål, stålkonstruktionsnät), samt vid tillverkning av trådar för förspänd armering och linor till hängbroar.
Kallarbete och armering: Historiska kalldragna kvaliteter och beskrivningar är inte indikativa för modern produkt. Böjning, rätning, ombökning, svetsning eller uppvärmning av armeringen kan ändra egenskaperna och är endast tillåtet när det är tillåtet av produktdokumentationen, designen och tillämplig standard.
Ståls beteende under tryckprovning
Det som sades om elasticiteten och om draggränsen för det smälta stålet gäller i motsvarande mening för tryckbelastningen. Värdena på sträckgränsen för konstruktionsstål (vid tryck kallas det sträckgräns) som erhålls under kompressionstestet och dragprovet skiljer sig inte mycket åt. Men under tryck är en ökning av belastningen över krossgränsen möjlig endast med mycket korta element.
För smala spön gäller bucklingslagarna. Samtidigt bör i första hand lämpliga antaganden tas i beaktande, oavsett om de hänvisar till sättet att stödja och klämma ändarna på staven, eller till avvikelser av stavens axel från den etablerade positionen.
Pressade element: materialets styrka ensam avgör inte stångens bärförmåga. Smalhet, initial krökning, restspänningar, lokal och global knäckning, stöd, fogar och defekter måste inkluderas i beräkningen av betongelementet.
Ståls beteende vid böjningstest
När det gäller sträckgränsen (observerad utifrån av stödens stora utböjningar eller av sträckgränserna) är det viktigt att det sker under böjprovet vid något lägre men högre spänningar än de som erhålls vid provning av provstavens draghållfasthet. Efter att ha överskridit stålets sträckgräns i stödens dragzoner kan belastningarna ökas om stöden är tillräckligt säkrade mot buckling eller vridning.
Böjningstest: fotot visar laboratorieprocedurer, inte kriterier för produktacceptans. Provets geometri, stöd, hastighet, temperatur, rullriktning och graderingskriterier måste motsvara den tillämpade standarden och den exakta typen av stål.
Stålutmattningshållfasthet
Hållfasthetsegenskaper som bestäms under vanliga drag-, tryck- eller böjtester ger detaljerad information om stålets beteende under statisk belastning. Samtidigt bör man ta hänsyn till att sträckgränsen vid långvarig statisk belastning kommer att vara något lägre än den gräns som erhålls vid ordinarie provning fram till brott. Om statiska laster följs av frekventa laster (t.ex. broar, kranbanor, fordon), eller om bara frekventa laster verkar överhuvudtaget, kan data erhållas om materialet endast baserat på dess beteende under förhållanden som bäst matchar praktiska förhållanden. Därför testas stål för konstruktionselement, som huvudsakligen kommer att utsättas för rörliga belastningar, genom frekvent belastning.
Oftast uppstår stationära och rörliga laster samtidigt. Följande exempel beskriver problemets kärna. Stavar som visas på bilden1de är gjorda av samma material och gjutna av samma stång. Den nedre stången böjs långsamt genom gradvis belastning; därför kunde den böjas. Den övre stången utsätts upprepade gånger för upprepad belastning, med spänningar som är mycket lägre än de som råder i den första stången. Efter en tid gick den övre staven sönder utan att uppvisa någon permanent deformation runt frakturen. Enligt detta beror materialets beteende vid brott väsentligt på det sätt på vilket belastningen appliceras. Ovanstående exempel, som hänvisar till böjlasten, är också typiskt för andra typer av laster. På bilderna2och3exempel på dragprover visas; bild2hänvisar till ett enkelt exempel på ett rivprov, och Fig3till enkelriktade variabla spänningstester.
Beträffande tillämpningen av dessa fakta är det viktigt att - förutom det beteende som visades vid det ordinarie rivprovet - värdet av konstruktionselementet, som har borrats eller vars tvärsnitt har genomgått andra förändringar, särskilt ska utvärderas. Motståndet hos en borrad stav mot frekventa belastningar är mycket lägre än motståndet hos en oborrad stav, eftersom spänningströsklar uppträder vid hålets kanter. Spänningen vid hålkanten, om den orsakas av frekventa belastningar, kommer alltid att vara betydligt högre än den genomsnittliga spänningen. Konsekvensen är att borrade byggnadselement under frekventa belastningar visar betydligt mindre hållfasthet än icke borrade element.
En sista anmärkning om utmattning: utmattningssprickor kan uppstå vid spänningar som är lägre än de som orsakar synlig plastisk deformation. Hål, svetsade detaljer, plötsliga sektionsförändringar, korrosion och skador förändrar kategorin av detaljer och livslängd. Konstruktioner under upprepad belastning kräver en speciell utmattningsberäkning, en inspektionsplan och en expertbedömning av varje upptäckt spricka.