Конструкционные строительные стали
Конструкционные стали, используемые в строительстве, по химическому составу относятся к низкоуглеродистым и низколегированным, а в равновесном состоянии — к доэвтектоидным. Кроме комплекса высоких механических свойств (св, а0>2, 8, |/, KCU, К]С, НВ), определяемых при стандартных испытаниях, они должны иметь высокую конструктивную прочность, т. е. соответствовать служебным свойствам конкретных изделий и конструкций. К свойствам стали, определяющим надежность конструкций, относятся К)С, KCU и температура порога хладноломкости, а долговечности — сопротивление усталости, коррозии и износу. Кроме того, конструкционные стали должны легко обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться, прокаливаться, иметь малую склонность к деформациям, короблению и трещинообразованию при закалке.
Углеродистые стали выпускают обыкновенного и повышенного качества, по степени раскисления, спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Спокойные стали полностью раскислены и содержат минимальное количество FeO; кипящие нераскислены. Полуспокойные занимают промежуточное положение. Кипящие стали склонны к старению, хладноломкости, хуже свариваются, но пластичны.
Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б и В. Стали обозначают марками Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб, добавляя спереди букву группы стали, а после — индекс раскисления, сп, пс и кп, например АСтЗсп, ВСт4пс. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б — химическими и по группе В — с теми и другими одновременно. С возрастанием номера стали растет и содержание углерода в ней, повышаются ав, о0>2, НВ и снижаются 8, у, KCU, К[С (рис. 7.8).
Сталь для строительных конструкций, учитывая вышеуказанные требования к ней, изготовляется по группе ВСтЗсп (пс) и ВСтЗГпс. Она содержит обычно углерода 0,14-0,22%, марганца 0,4-0,65%, кремния 0,05-0,17% сп или 0,12-0,3% пс. Сталь марки ВСтЗГпс содержит марганца 0,8-1,1% и кремния до 0,15%.
^0,2* МПа &,%>
Рис. 7.8. Зависимость временного сопротивления ав, предела текучести о0,2 и относительного удлинения 8 от марки углеродистой стали |
По требованиям ударной вязкости в зависимости от температурных условий эксплуатации и назначения конструкций, углеродистые стали разделены на 6 категорий. Кипящая сталь изготовляется по 2-й категории ВСтЗкп2, полуспокойная — по 6-й — ВСтЗпсб, спокойная и полуспокойная с повышенным содержанием марганца — по 5-й категории — ВСтЗсп5 и ВСтЗГпс5. Категория стали, как видно из приведенных данных, указывается в конце марки и находит отражение в обозначении марок стали стержневой горячекатанной арматуры А-I (А-240), A-II (А-300)[6] и закладных деталей бетонных и железобетонных конструкций, рекомендуемых для различных условий эксплуатации и работы конструкций.
Стали повышенного качества получают путем легирования и термической обработки. В зависимости от нормируемых свойств они подразделяются на 15 категорий. Атмосферостойкие стали повышенной коррозионной стойкости выпускают легированными хромом, никелем, медью или большим количеством фосфора. Учитывая, однако, ухудшение свариваемости и хладостойкости сталей с фосфором, толщину проката ограничивают 16 мм, а при большей толщине применяют сталь 12ХГДАФ.
В конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции (мембранные покрытия), применяют тонколистовой прокат из нержавеющей хромистой безуглеродистой стали без никеля — ОХ18Т1Ф2 (ов = 500 МПа, о0>2 = 360 МПа, 55> 33%), которая при толщине до 2 мм сохраняет пластические свойства при расчетных температурах до -40 °С.
Рациональные марки сталей для строительных конструкций выбирают исходя из их вида, назначения, ответственное™, режима и условий работы и эксплуатации. Все виды стальных строительных конструкций разделены на 4 группы. Для каждой из них в табл. 7.1 приведены рекомендуемые марки стали. За нормативные сопротивления стали и алюминиевых сплавов принимают значения
предела текучести Rj - ат или временного сопротивления
Rв = ат (для сталей и сплавов высокой прочное™ при отсутствии площадки текучести) с обеспеченностью соответственно 0,95; 0,995. Расчетаые сопротивления определяют делением нормативных со - протавлений на коэффициенты надежности по материалу, учитывающие отклонения от действительной работы металла в конструкциях и нормативного сопротивления.
Марки и механические характеристики
строительных сталей разных групп прочности
|
К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях динамического нагружения под крановые балки, эстакады и др.). Для этих конструкций применяют высокопрочные низколегированные стали типа 18Г2АФпс, І2ГН2МФАЮ, а также ВСтЗГпс5, 09ГС12.
Ко второй группе отнесены сварные конструкции, работающие в условиях статической нагрузки, — фермы, ригели, рамы,
балки перекрытий и покрытий и др. Для этих конструкций рекомендуются низкоуглеродистые и низколегированные стали повышенной и высокой прочности — ВСтЗсп5, 09Г2С, 10ХСНД и др.
К третьей группе отнесены сварные конструкции, работающие преимущественно на сжатие, — колонны, стойки, опоры под оборудование и др. Для них могут использоваться наряду с вышеуказанными для второй группы низкоуглеродистые стали — ЗСтЗкп2.
В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы (связи, фахверк, лестницы, ограждения и др.). Для них рекомендуются обычные низкоуглеродистые кипящие, по - луспокойные и спокойные стали группы ВстЗкп (пс, сп)2(5).
В табл. 7.1 приведены основные марки и механические характеристики строительных сталей для указанных групп конструкций.