Определение ударной вязкости

Таблица 3.1.

Группа прочности	Марки сталей	Предел текучести, σтек, мПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Мдж/м^2, при температурах
t = -20°С	t = - 40°С	t = -70°С	После механич. старения
Обычной	ВСт3кл, -3пс, -3сп	185÷285	25÷27	0,3÷0,5	-	-	0,3÷0,5
Повышенной	ВСтТпс, 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2, 10Г2С1, 14Г2АФ	295÷390	19÷20	-	0,3÷0,5	0,25÷0,35	0,3
Высокой	16Г2АФ, 18Г2АФпс, 15Г2СФт.о. 12ГН2МФ	>440	14÷20	-	0,4÷0,5	0,30÷0,35	0,3

Браковочные значения ударной вязкости установлены в стандартах на сталь.

О сопротивлении стали разрушению судят по виду поверхности излома. Бархатистая часть излома свидетельствует о вязком изломе, фасеточная часть – о хрупком разрушении. Чем больше бархатистой части излома, тем лучше сталь сопротивляется хрупкому разрушению.

Краткая характеристика предельных состояний стальных конструкций: пластическое, хрупкое, усталостное разрушения; потеря устойчивости формы, ограничение перемещений, сдвигов, колебаний. Методы расчёта металлоконструкций по предельным состояниям и их сущность

Методы проверки стальных конструкций по предельным состояниям разработаны с учётом свойства сталей, назначения и условий эксплуатации конструкций, вида их работы, характера внешних нагрузок и воздействий, а также технологии изготовления и монтажа.

· Пластическое разрушение элементов сопровождается значительным развитием пластических деформаций и в ряде случаев предполагает работу стали в области самоупрочнения. В соответствии со СНиП ІІ-23-81* проверку пластического разрушения необходимо выполнять при расчёте на прочность следующих элементов из пластических сталей с отношением

σ_u = σ_вр и σ_y = σ_тек по ГОСТ 380-71*,

σ_вр – временное сопротивление стали на разрыв;

σ_тек – предел текучести.

К данным элементам, несущих статистическую нагрузку, можно отнести:

а) растянутые элементы, нормальная эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести (например, листовые конструкции – трубопроводы, резервуары, газгольдеры, ёмкостные сооружения и пр.);

б) элементы, имеющих сечения, ослабленных отверстиями для болтовых соединений, а также стыки стальных конструкций, выполняемых на болтах (кроме высокопрочных и заклёпочных соединений);

в) одиночные растянутые уголки, прикрепляемых одной полкой болтами;

г) стенки перфорированных балок;

д) к пластическому разрушению следует отнести предельные состояния при повторяющихся знакопеременных нагрузках (например, ПБ) по условиям переменной текучести и прогрессирующего разрушения (на уровне кристаллической решётки происходит упрочнение, наклёп и разупрочнение, что приводит к разрушению материала в условиях динамических воздействий).

· Хрупкое разрушение сопровождается малой деформацией, как правило, при локальной концентрации напряжений, низких температурах или ударных нагрузках. Противостоять хрупкому разрушению можно правильным подбором стали по химическому составу (группа Б).

· Усталостное разрушение сопровождается образованием и развитием трещин от внешних динамических воздействий (вибрация, динамика, знакопеременные нагрузки). Проверка этого состояния выполняется расчётом элементов на выносливость в пределах упругих деформаций стали от эксплуатационных нагрузок с учётом технологии обработки деталей и числа циклов нагружений.

· Потеря устойчивости формы или положения характеризуется тем, что элемент утрачивает способность сохранять своё равновесное состояние. Проверку устойчивости выполняют для системы в целом или для отдельного конструктивного элемента. Согласно СНиП ІІ-23-81* проверка устойчивости формы заключается в установлении величины максимальной нагрузки, которая может быть воспринята элементом, имеющего к тому же, как правило, начальные несовершенства (сгибы, вмятины, надрезы и пр. дефекты), при расчёте по деформированной схеме с учётом неупругих деформаций стали.

· Предельные состояния по ограничению перемещений, сдвигов, колебаний, изменений положения конструкций (2-я группа состояний) характеризуется тем, что нарушаются условия нормальной эксплуатации, связанные с пребыванием людей, работой технологического оборудования, сохранностью ограждающих конструкций. Значения указанных деформаций не должны превышать допустимых значений, установленных нормами в процессе работы конструкций при действии эксплуатационных (нормативных) нагрузок.

Сущность метода расчёта стальных конструкций по предельным состояниям. Цель расчёта строительных конструкций – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальных затратах материальных и трудовых ресурсов в процессе изготовления и монтажа стальных конструкций.

Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям при производстве работ. В расчётах стальных конструкций на действие статических и динамических воздействий и нагрузок, которым они могут подвергаться в течение заданного срока службы или в процессе строительства, учитываются следующие предельные состояния:

- первой группы – по потере несущей способности и полной непригодности к эксплуатации конструкций;

- второй группы – по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

К предельным состояниям 1-й группы относятся: потеря устойчивости формы и положения конструкции; разрушения элемента любого характера; переход конструкции в изменяемую систему; недопустимые сдвиги в соединениях, чрезмерное раскрытие трещин и т.д.

К предельным состояниям 2-й группы относятся состояния, затрудняющую нормальную эксплуатацию или снижающих долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, трещин, колебаний и т.п.).

Предельные состояния 1-й группы проверяются на расчётные нагрузки и воздействия, а предельные состояния 2-й группы – на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия.

В общем виде это условие для 1-й группы предельных состояний можно записать:

– как функция от расчётных нагрузок (усилие);

– предельное усилие, который может воспринять элемент;

γ_ƒ – коэффициент надёжности по нагрузке;

γ_n – коэффициент надёжности конструкций по назначению

β – коэффициент, учитывающий предельное состояние и работу стали за пределами упругости (это могут быть коэффициенты φ, φ_e, φ_b, С и др.);

- геометрическая характеристика сечения (в обобщённом виде это могут быть I_x-x, W_x-x, A_i – моменты инерции, сопротивления и площадь сечения).

R_n – нормативное сопротивление материала;

γ_с – коэффициент условий работы;

γ_m – коэффициент надёжности по материалу (для стали γ_m = 1,025 и 1,05 в зависимости от марки стали и вида проката).

При расчёте конструкций по предельным состояниям 2-й группы перемещения, параметры колебаний и изменение положения от эксплуатационных нагрузок не должны превышать предельно допустимых значений этих перемещений, установленных СНиП ІІ-23-81*, т.е. имеем в обобщённом виде

ƒ – перемещения, колебания, изменения положения, возникающие в конструкциях от эксплуатационных нагрузок;

ƒ_u – предельно допустимые перемещения;

γ_n – коэффициент надёжности по назначению (1, 2, 3 классы сооружений).

Для первого класса сооружений γ_n = 1,0

Для второго класса сооружений γ_n = 0,95

Для третьего класса сооружений γ_n = 0,90

Рассматривая диаграмму σ-ε (рис. 4.1.) следует отметить, что основными характерными показателями работы стали на растяжение, является предел текучести, характеризующий начало развития больших деформаций; временное сопротивление, отвечающее предельной нагрузке, воспринимаемой элементом (образцом), и относительное удлинение, характеризующее пластические свойства материала.

Показатели этих трёх характеристик устанавливаются в стандартах на сталь. У углеродистой стали Ст3 запас работы материала от предела текучести до временного сопротивления

т.е. довольно большой, что даёт возможность широко использовать пластические свойства стали при расчётах.

}

}

Рис. 4.1. Диаграмма растяжения стали σ-ε

1 – зона неупругих информаций;

2 – зона упругих деформаций

У высокопрочных сталей предел текучести близко подходит к временному сопротивлению

что ограничивает использование работы материала в упруго-пластической стадии. Стадию работы материала, в которой происходит повышение сопротивления материала внешним воздействиям на участке после площадки текучести до временного сопротивления σ_вр называют стадией самоупрочнения. В этой стадии материал работает как упруго-пластический.

Дата добавления: 2015-07-19