Рис. 5.1. Образцы для испытания на растяжение
Прочностные и деформативные свойства стали
Прочность и деформативность стали устанавливают испытаниями образцов на растяжение.
Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму (рис. 3.1).
Между расчетной длиной образца l о и размерами поперечного сечения Ао (или d о для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:
- у длинных образцов (или);
- у коротких образцов (или).
По результатам испытаний строится диаграмма растяжения (рис. 5.2), характеризующая поведение конкретного образца.
σ, МПа |
На рисунке 5.2 приведена зависимость между напряжениями σ и деформациями εдля малоуглеродистой стали (кривая 1) и для сталей высокой прочности (кривая 2). Прочностными характеристиками являются предел текучести σт и временное сопротивление разрыву σ вр.
ε,% |
Для сталей, у которых график σ – ε соответствует кривой 2 на рисунке 5.2, в качестве условного предела текучести принимают напряжения, при которых возникают остаточные удлинения 0,2% (σ0,2).
Рис. 5. 2. Диаграмма зависимости между напряжениями σ и деформациями ε для образца из малоуглеродистой стали 1 и из твердой стали 2
До напряжений, близких к пределу текучести, зависимость между напряжениями и деформациями определяется законом Гука:
(5.1)
где Е – модуль упругости, равный 210000 МПа.
Относительное удлинение при разрыве εР дает возможность оценить пластичность стали.
Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при достижении которых конструкции или соединения не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним в процессе эксплуатации или возведения. Предельные состояния разделяются на две группы:
- по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации (ввиду потери устойчивости, прочности; вязкого, хрупкого, усталостного или иного характера разрушений;
- по непригодности к нормальной эксплуатации, вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний, трещин и т. д.
Расчет строительных конструкций состоит в определении в них усилий от действующих нагрузок и назначении необходимых размеров поперечных сечений элементов, соединительных деталей и стыковых соединений, которые обеспечивают удовлетворение расчетным условиям указанных двух групп предельных состояний
При расчете по первой группе предельных состояний должно удовлетворяться условие:
(5.2)
где – расчетная нагрузка, определяемая суммированием принаиболее неблагоприятном сочетании нормативных нагрузок, умноженных на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке, а при учете нескольких временных нагрузок учитывают также коэффициент сочетаний;
– фактическая (минимально возможная), расчетная несущая способность элемента, характеризуемая расчетным сопротивлением материала R и геометрическими размерами сечения S.