Nội dung chuyên gia lưu trữ: bài viết bảo lưu các ký hiệu, bảng biểu và tuyên bố lịch sử về thành phần và tính chất cơ học của thép, nhưng không phải là tiêu chuẩn, thông số kỹ thuật vật liệu, chứng chỉ, tính toán xây dựng hoặc hướng dẫn thử nghiệm và xử lý nhiệt hợp lệ. Giá trị thiết kế phụ thuộc vào loại và lô thép được xác định chính xác, điều kiện sản xuất, độ dày, nhiệt độ, khả năng hàn, độ bền, độ mỏi và tiêu chuẩn áp dụng. Vật liệu ổ trục phải có tài liệu có thể truy nguyên và được chuyên gia có trách nhiệm lựa chọn và kiểm tra.
Savo Kusić ngày nay tập trung vào cửa sổ gỗ, cửa sổ nhôm-gỗ, cửa sổ tùy chỉnh, cửa ra vào và yêu cầu báo giá. Bài viết này vẫn là một kho lưu trữ lịch sử và không đưa ra lời đề nghị sản xuất cốt thép, thiết kế hoặc thử nghiệm kết cấu thép.
Thành phần và dấu ấn lịch sử của thép xây dựng
Bằng cách nấu chảy quặng sắt trộn với nhiên liệu và thêm tạp chất - thường là đá vôi - cũng như bằng cách đưa không khí nóng dưới áp suất vào lò cao, người ta thu được gang. Gang chứa hơn 1,7% cacbon; nó không thể được rèn, cuộn, đục hoặc ép - do đó, nó không thể được tạo hình theo nhiều cách khác nhau. Gang rèn được sản xuất từ gang bằng cách thổi không khí trong máy chuyển cơ bản, hoặc từ sắt vụn và gang trong lò nung (lò Siemens-Martin). Nhiều hình dạng khác nhau có thể được tạo ra từ nó bằng cách lăn, ép và rèn. Tất cả sắt rèn đều được gọi là thép.
Bảng lịch sử: Không được sử dụng các loại thép cũ, tiêu chuẩn, giá trị cho phép và quy trình uốn trong các bảng được hiển thị để tìm nguồn, xác định hoặc định cỡ vật liệu ngày nay. Chỉ có nhãn và tài liệu của lô hàng được giao là hợp lệ, có kiểm tra tính tương đương theo tiêu chuẩn hợp lệ và đã thống nhất.
Thành phần hóa học của thép xây dựng
Sắt kỹ thuật không phải là sắt nguyên chất mà là hợp kim của các nguyên tố cơ bản là sắt và cacbon, thường có thêm mangan, silicon, phốt pho, sumbor và đồng, và ít thường xuyên hơn với nhôm, crom, niken, molypden, v.v. Phụ gia quan trọng nhất là cacbon. Cường độ chảy và độ bền kéo của thép nóng chảy tăng khi hàm lượng cacbon tăng cho đến khi đạt được khoảng 0,9% cacbon; độ giãn dài khi đứt giảm khi hàm lượng carbon tăng. Thép có hàm lượng carbon cao phải được xử lý cẩn thận hơn khi làm thẳng, uốn, oằn, v.v.
Thép xây dựng St 37.12 theo quy tắc chứa 0,08-0,15% carbon, sau đó khoảng 0,5% mangan, lên đến 0,3% silicon. Hàm lượng phốt pho, lưu huỳnh phải thấp; số tiền tương ứng là 0,09% và 0,05%. Theo quy định, có đồng trên 0,2%.
Khi đánh giá kết quả phân tích hóa học, phải cẩn thận xem đó là phân tích từ sự tan chảy hay phân tích hàng hóa hợp lệ; đối với phần sau, điều quan trọng là dữ liệu mẫu đề cập đến các mẫu có nguồn gốc từ toàn bộ phần hay đến các mẫu được lấy từ một vị trí cụ thể (từ lõi, từ cạnh, từ một đầu).
Kết cấu thép, làm cứng, ủ và ủ
Việc quan sát cấu trúc được thực hiện trên các bề mặt phẳng, được xử lý cẩn thận, được mài và đánh bóng, theo quy luật, bị ăn mòn bởi axit. Trong một số trường hợp nhất định (ví dụ trên thép quá nhiệt), hạt thép có thể được nhận biết bằng mắt thường trên các mẫu đã chuẩn bị.
Hình ảnh 1 thể hiện cấu trúc của thép được làm nguội chậm với hàm lượng carbon khoảng 0,1%, và hình ảnh 2 thể hiện cấu trúc của thép được làm nguội chậm với hàm lượng carbon khoảng 0,3%. Các hạt nhẹ không chứa carbon và bao gồm chủ yếu là sắt nguyên chất (do đó có tên là ferit); dưới độ phóng đại cao, vùng tối xuất hiện sọc (đá trân châu). Dưới kính hiển vi có thể nhận thấy các vết đen gồm có các lớp cứng hơn và mềm hơn; các lớp cứng hơn là cacbua sắt (Fe3C), được gọi là xi măng, được nhúng trong ferit mềm hơn. Cục bộ - tinh thể hình thành ở nhiệt độ cao tan rã khi làm mát dần dần. Việc làm nguội đột ngột thép nóng sẽ ngăn các tinh thể tan rã. Mặt khác, nếu thực hiện làm mát đột ngột trước khi quá trình biến đổi dung dịch rắn bắt đầu, thì dung dịch - nếu không thì chỉ có thể tồn tại ở nhiệt độ cao - sẽ tiếp tục được duy trì ở nhiệt độ phòng. Trong trường hợp này, chúng ta không thu được vật liệu có cacbon được phân bố ở dạng đốm, mà là vật liệu có cacbon phân bố đều. Thép ở điều kiện đó cho thấy cường độ chảy cao hơn và độ bền kéo cao hơn thép được làm nguội chậm có cùng thành phần hóa học, nhưng nó cũng cho thấy khả năng gia công kém hơn; thép như vậy được gọi là thép cứng.
Điều đương nhiên là hiệu ứng làm mát thể hiện rõ nhất trên các bề mặt, đồng thời yếu dần về phía bên trong, điều này có tầm quan trọng lớn đối với việc sử dụng thép. Thép cứng có ứng suất bên trong cao.
Quy trình trong phòng thí nghiệm và nhiệt: khắc axit kim loại, gia nhiệt, ủ và ủ yêu cầu phòng thí nghiệm hoặc xưởng được kiểm soát, vật liệu được xác định, thiết bị và biện pháp bảo vệ phù hợp. Xử lý nhiệt không đúng cách có thể gây ra các vết nứt, biến dạng, mất độ dẻo dai và ứng suất dư cao.
Ứng xử của thép trong quá trình thử kéo
1. Thép kết cấu thông thường ở trạng thái cán
Từ phép thử kéo, trước hết mô đun đàn hồi E có thể được xác định cho cả độ giãn dài tổng và độ giãn dài đàn hồi. Mô đun đàn hồi của thép là 200 GPa.
Độ giãn dài vĩnh viễn xảy ra ở điện áp thấp, nhưng chúng không có tầm quan trọng đặc biệt trong xây dựng. Thép thông thường bắt đầu “chảy” dưới tải trọng mà đối với thép xây dựng thương mại St 37 và thép bê tông I hầu hết vượt quá 0,24 GPa, và ở những mặt cắt lớn, giá trị này có thể giảm xuống 0,18 GPa. Kết quả của dòng chảy là xuất hiện các biến dạng vĩnh viễn lớn và “đường chảy dẻo”. Đường biểu đồ độ giãn dài của thép (hình bên dưới) thể hiện sự vượt quá giới hạn chảy (trong tải trọng kéo, giới hạn này còn được gọi là giới hạn chảy).
Trong trường hợp dầm bê tông cốt thép, khi vượt quá giới hạn kéo dài của cốt thép trong vùng chịu kéo, độ giãn dài đáng kể sẽ xảy ra trong thép, theo đó các vết nứt và uốn cong được tạo ra trong vùng chịu kéo của dầm, làm giảm khả năng chịu tải của dầm. Trên các loại thép có hàm lượng cacbon cao, trên thép cứng và nói chung trên kim loại màu, điểm chảy đặc trưng thể hiện trong hình trên không xuất hiện; độ giãn dài vĩnh viễn thường tăng lên và không có điểm chảy dẻo rõ rệt. Trong những trường hợp như vậy, theo quy luật, cường độ chảy được giả định bằng tải trọng tại đó xảy ra độ giãn dài vĩnh viễn 0,2%.
Các giá trị không phải là dữ liệu thiết kế: mô đun đàn hồi, cường độ năng suất, cường độ và độ giãn dài trong văn bản được chuyển từ nguồn lịch sử. Để tính toán, các giá trị đặc tính và thiết kế của loại hiện đại, độ dày và điều kiện giao hàng chính xác được lấy, cùng với các hệ số từng phần liên quan, dung sai và yêu cầu về độ bền, khả năng hàn và độ mỏi.
2. Thép kéo nguội
Trong mỗi thanh thép được duỗi thẳng hoặc uốn cong, sẽ xuất hiện thép kéo nguội cục bộ. Khi làm như vậy, thép bị ứng suất cục bộ vượt quá điểm chảy dẻo; trên phần được vẽ, giới hạn bản vẽ được tăng lên. Nếu một thanh thép trơn được chịu kéo cho đến khi vượt quá giới hạn chảy thì khi chất tải lại, quan sát thấy giá trị giới hạn chảy đã tăng lên. Khoảng thời gian “tạm dừng” giữa hai lần tải càng dài thì cường độ năng suất sẽ càng tăng.
Ngoài ra, vì trong quá trình kéo nguội, đường kính cũng giảm tỷ lệ thuận với độ giãn dài của thanh, do đó, thép đã được kéo giãn đáng kể trước khi thử sẽ có cường độ chảy và độ bền kéo cao hơn đáng kể so với thép chưa được kéo căng; đồng thời khả năng chống va đập sẽ kém hơn.
Bản vẽ nguội được sử dụng trong sản xuất thép bê tông IIb, IIIb và IVb (thép tor, lưới thép xây dựng), cũng như sản xuất dây cốt thép dự ứng lực và dây cáp treo.
Gia công nguội và gia cố: Các cấp độ và mô tả được vẽ nguội trước đây không biểu thị sản phẩm hiện đại. Uốn, duỗi thẳng, uốn lại, hàn hoặc gia nhiệt phần gia cố có thể thay đổi các đặc tính và chỉ được phép khi tài liệu sản phẩm, thiết kế và tiêu chuẩn hiện hành cho phép.
Ứng xử của thép trong quá trình thử áp lực
Những gì đã nói về độ đàn hồi và giới hạn kéo của thép nóng chảy được áp dụng theo nghĩa tương ứng với tải trọng áp suất. Các giá trị cường độ chảy của thép kết cấu (trong trường hợp chịu áp lực được gọi là cường độ chảy) thu được trong quá trình thử nén và thử kéo không khác nhau nhiều. Tuy nhiên, dưới áp lực, chỉ có thể tăng tải vượt quá giới hạn nghiền với các phần tử rất ngắn.
Định luật oằn áp dụng cho thanh mảnh. Đồng thời, trước hết, cần phải tính đến các giả định thích hợp, cho dù chúng đề cập đến cách đỡ và kẹp các đầu của thanh hay độ lệch của trục của thanh so với vị trí đã thiết lập.
Phần tử ép: chỉ độ bền của vật liệu không quyết định khả năng chịu lực của thanh. Độ mảnh, độ cong ban đầu, ứng suất dư, mất ổn định cục bộ và tổng thể, giá đỡ, mối nối và các điểm không hoàn hảo phải được đưa vào tính toán của phần tử bê tông.
Ứng xử của thép trong thử nghiệm uốn
Đối với điểm chảy dẻo (được quan sát từ bên ngoài bởi độ lệch lớn của các gối đỡ hoặc bởi các đường chảy dẻo), điều quan trọng là nó sẽ xảy ra trong quá trình thử uốn ở ứng suất thấp hơn một chút nhưng cao hơn ứng suất thu được khi thử độ bền kéo của thanh thử. Sau khi vượt quá giới hạn chảy của thép trong vùng chịu kéo của dầm, tải trọng có thể tăng lên nếu dầm được gia cố đủ để chống oằn hoặc xoắn.
Thử nghiệm uốn: ảnh hiển thị quy trình trong phòng thí nghiệm, không phải tiêu chí chấp nhận sản phẩm. Các tiêu chí hình học, giá đỡ, tốc độ, nhiệt độ, hướng lăn và phân loại mẫu phải phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng và chính xác loại thép.
Độ bền mỏi của thép
Các đặc tính cường độ được xác định trong các thử nghiệm kéo, nén hoặc uốn thông thường cung cấp thông tin chi tiết về trạng thái của thép dưới tải trọng tĩnh. Đồng thời, cần lưu ý rằng cường độ chảy khi chịu tải trọng tĩnh dài hạn sẽ thấp hơn một chút so với giới hạn thu được từ thử nghiệm thông thường cho đến khi hư hỏng. Nếu tải tĩnh theo sau là tải thường xuyên (ví dụ: cầu, đường ray cần cẩu, xe cộ) hoặc nếu chỉ có tải thường xuyên tác động thì dữ liệu chỉ có thể thu được về vật liệu dựa trên hành vi của nó trong các điều kiện phù hợp nhất với điều kiện thực tế. Do đó, thép dùng cho các cấu kiện xây dựng, chủ yếu chịu tác động của tải trọng chuyển động, được kiểm tra bằng tải trọng thường xuyên.
Thông thường, tải cố định và chuyển động xảy ra cùng một lúc. Các ví dụ sau đây phác thảo bản chất của vấn đề. Thanh thể hiện trong hình ảnh1chúng được làm từ cùng một chất liệu và được đúc từ cùng một thanh. Thanh dưới bị uốn cong từ từ do tải trọng dần dần; do đó, nó có thể bị uốn cong. Thanh phía trên chịu tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần với ứng suất thấp hơn nhiều so với ứng suất phổ biến ở thanh thứ nhất. Sau một thời gian, thanh phía trên bị gãy mà không có bất kỳ biến dạng vĩnh viễn nào xung quanh vết nứt. Theo đó, trạng thái của vật liệu khi hư hỏng phụ thuộc đáng kể vào cách tác dụng tải trọng. Ví dụ đã cho đề cập đến tải trọng uốn cũng là đặc trưng của các loại tải trọng khác. Trong các bức ảnh2Và3các ví dụ về thử nghiệm độ bền kéo được trình bày; hình ảnh2đề cập đến một ví dụ đơn giản về thử nghiệm nước mắt và Hình3để kiểm tra độ căng biến đổi một chiều.
Liên quan đến việc áp dụng những thực tế này, điều quan trọng là - ngoài đặc tính thể hiện trong thử nghiệm xé thông thường - giá trị của bộ phận xây dựng đã được khoan hoặc có mặt cắt ngang đã trải qua những thay đổi khác phải được đánh giá cụ thể. Điện trở của thanh khoan trước tải thường xuyên thấp hơn nhiều so với điện trở của thanh không khoan, vì ngưỡng điện áp xuất hiện ở các cạnh của lỗ. Ứng suất tại mép lỗ nếu do tải trọng thường xuyên gây ra sẽ luôn cao hơn đáng kể so với ứng suất trung bình. Hậu quả là các cấu kiện xây dựng được khoan dưới tải trọng thường xuyên có độ bền kém hơn nhiều so với các cấu kiện không được khoan.
Lưu ý cuối cùng về độ mỏi: nứt do mỏi có thể xảy ra ở ứng suất thấp hơn ứng suất gây biến dạng dẻo nhìn thấy được. Các lỗ, các chi tiết hàn, những thay đổi đột ngột về mặt cắt, sự ăn mòn và hư hỏng làm thay đổi chủng loại và tuổi thọ của các chi tiết. Các kết cấu chịu tải trọng lặp lại yêu cầu tính toán độ mỏi đặc biệt, kế hoạch kiểm tra và đánh giá của chuyên gia đối với từng vết nứt được phát hiện.