Матеріали металевих конструкцій

Загальні відомості про матеріали металевих конструкцій

95 % всього обсягу металевих конструкцій виготовляється з прокатної сталі, близько 5 % з алюмінієвих сплавів.

Обсяг використання алюмінієвих сплавів у будівництві зростає з року в рік. Перевага алюмінієвих сплавів – ширша сировинна база, менша густина, вища корозійна стійкість, простота формоутворення профілів.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем і незначними домішками, які вносяться з рудою та пальним або які вводяться спеціально для покращення властивостей.

Ці компоненти, які вводять спеціально, називають легуючими компонентами.

Сталі поділяють на:

1. Вуглецеві, де легуючі компоненти не вводяться.

2. Низьколеговані – сумарний вміст легуючих компонентів не перевищує 2,5%.

3. Середньолеговані – 2,5 – 10% легуючих елементів.

4. Високолеговані – легуючих домішок понад 10%.

Найчастіше у будівництві застосовують вуглецеві та низьколеговані сталі.

Вуглецеву сталь поділяють на

· маловуглецеву з вмістом вуглецю до 0,25%;

· середньовуглецеву – 0,25 – 0,6 %;

· високовуглецеву – 0,6 – 2 %.

У будівництві застосовують маловуглецеві сталі. Середньовуглецеві та високовуглецеві сталі дуже широко використовують у машинобудуванні як конструкційну та інструментальну.

Кількість вуглецю має вирішальний вплив на механічні властивості сталей. Збільшення вмісту вуглецю зумовляє зростання міцності, але знижує пластичність та зварюваність сталі. Підвищує міцність без зниження пластичності марганець. Його кількість становить 0,3 … 0,65 %. Кремній підвищує міцність, але зменшує зварюваність і стійкість до корозії. Вміст кремнію не повинен перевищувати 0,3 %. Леговані сталі додатково містять такі домішки, як мідь, нікель, хром, ванадій, вольфрам, молібден, титан, бор. Вартість легованих сталей висока.

Поряд з корисними домішками до складу сталей входять і шкідливі, які надходять з рудою та паливом. Це сірка, фосфор, кисень, водень та вільний азот. Ці домішки роблять сталь крихкою.

Для кожної конкретної конструкції марку визначають згідно з призначенням споруди, видом напруженого стану, способом виготовлення і умовами експлуатації.

За цими показниками конструкції поділяють на чотири групи.

До першої групи належать зварні конструкції, які працюють в особливо важких умовах при несприятливих напружених станах.

Остання, четверта, група об¢єднує другорядні та допоміжні елементи.

З метою спрощення значень механічних характеристик сталей і створення передумов для їх взаємозаміни у нормативних документах (СНиП II-23-81*) марки сталей згруповані.

За ГОСТ 27772-88 сталі позначаються так: С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345Т, С375, С375Т, С390, С390Т, С440, С590 і С590К.

У назвах буква “С” – скорочення слова “сталь”, а подальші цифри вказують на найбільше значення нормативного опору сталі за межею текучості при розтягові (у мегапаскалях).

Якість сталі оцінюють за:

· механічними властивостями;

· хімічним складом;

До механічних властивостей належать:

· опір статичним навантаженням (межа міцності, межа текучості при розтязі);

· опір динамічним навантаженням та крихкому руйнуванню (ударна в¢язкість при різних температурах);

· показники пластичності (відносне подовження);

· здатність сталі пластично деформуватися при звичайних температурах без утворення тріщин. Оцінку ведуть при згинанні стрічкового зразка, навколо, круглої оправи. Показником є найменший діаметр круглої оправи, навколо якої зразок згинається на 180° без утворення тріщин;

· опір багаторазовим навантаженням (втомна міцність сталі).

Усі ці показники регламентуються стандартами.

Механічні властивості сталі та її здатність добре зварюватись залежать від хімічного складу, способу термічної обробки та технології прокатування.

Хімічний склад сталей також регламентується стандартами. Хімічний склад характеризується процентним вмістом у ній різних домішок. Особлива увага приділяється кількості шкідливих домішок. Так сірки у сталях повинно бути не більш 0,05%, фосфору не більш 0,04%, азоту 0,008%.

Сортамент профілів зі сталі

Металеві конструкції виготовляються з профілів, які виробляються металургійною промисловістю. Наявність готових профілів, їх оброблення механізованими способами забезпечують індустріальне виготовлення металевих конструкцій.

Перелік прокатних профілів, в якому зазначені їх форма, розміри, маса одиниці довжини профілю, геометричні характеристики перерізів, умови постачання, називається сортаментом.

Для металевих конструкцій зараз використовують прокатні, пресовані, гнуті та гнуто-зварні профілі.

Перший сортамент прокатної сталі в Росії був створений професором– мостобудівельником Белелюбським Н. А. у 1900 році.

Усі профілі за умовами використання поділяють на дві групи: профілі загального і спеціального призначення.

До профілів загального призначення належать двотаврові балки, швелери, кутники рівнополичкові і нерівнополичкові, труби круглі, прямокутні, квадратні, профілі таврові, зетові, листи, круг, квадрат, сталеві канати.

До профілів спеціального призначення належать профілі, які визначаються особливостями конструкції. Це гофровані профілі, профілі вікон, дверей, кранові рейки.

Більшість профілів виготовляються методом гарячого прокатування. Але зараз все більше поширюється використання гнутих та гнутозварних профілів.

Гнуті профілі відкритого типу виготовляють методом безперервного холодного профілювання з листової сталі. Замкнуті і гнутозварні профілі виготовляють так само з подальшим зварюванням замикального шва. Сюди належать електрозварні труби круглого перерізу, профілі квадратного і прямокутного перерізів.

Прокатна сталь поділяється на листову та профільну.

Листова сталь класифікується так:

а) сталь товстолистова. До цієї сталі належать листи товщиною від 4 до 160 мм, шириною від 600 до 3800 мм. Довжина досягає 12 м.

б) сталь тонколистова товщиною до 4 мм.

в) сталь універсальна. Має чотири прокатні кромки. Товщина 6 – 60 мм, ширина 200 – 1050 мм, довжина від 5 до 18 м.

До профільної сталі належать:

1) Кутники рівнополичкові та нерівнополичкові. Розміри кутників змінюють в досить великих межах. Найчастіше використовуються кутники з розміром від 50 до 200 мм (площа перерізу відповідно змінюється від 5 до 110 см ).

2) Швелери. Геометричні характеристики перерізу швелерів визначаються його номером, котрий відповідає висоті стінки швелера в сантиметрах. У сортаменті вміщені швелери від 5 до 40 номера.

3) Балки двотаврові звичайні, з паралельними гранями полиць [широкополичні (Ш) колонні (К) та нормальні (Б)]

4) Труби. Горячекатані безшовні труби мають діаметр 25 – 550 мм з товщиною стінок 2,5 – 75 мм. Дуже часто ці труби використовуються у телевізійних баштах. Труби сталеві електрозварні діаметром від 8 до 1620 мм з товщиною стінок від 1 до 16 мм. До електрозварних труб належать профілі замкнуті зварні прямокутні (розміром від 60´100 до 200´160) та квадратного перерізу (розміри 80-180).

У будівництві використовують скорочені сортаменти профілів загального призначення. Вони складені на основі аналізу конструкцій масового будівництва, кількості й профілів, які використовувались.

Скорочені сортаменти містять найвживаніші профілі і при проектуванні їх необхідно застосовувати в першу чергу.

 

Рис. 2.1. Основні види прокатних профілів:

а) сталь листова товста або тонка (завтовшки до 4 мм) і універсальна;

Профільна сталь:

б) рівнобокі кутники; в) нерівнобокі кутники; г) швелери; д) двотаври; е) таври; є) труби