Вплив навантажень на роботу стали, метали

Вплив навантажень на роботу стали

Під час експлуатації будівельні металоконструкції в основному працюють під навантаженням, яка складається з ваги покрівельного покриття і огороджувальних конструкцій, ваги снігового покриву, вітрового тиску, устаткування, вантажопідйомних механізмів, динамічних і вібраційних коливань за умовами роботи і т.п. Всі ці дії мають негативний вплив на міцність сталевих конструкцій і довговічність їх використання, що призводять в результаті до руйнування металу.

Найбільш небезпечно крихке руйнування, при якому відбувається розрив міжатомних зв'язків матеріалу, виникає раптово і, як правило, без зовнішніх проявів. Поширюється лавиноподібно за короткий час, починаючи з освіти мікротріщини і подальшого повного відриву. Пластичне руйнування відбувається плавнів. Досить легко виявляється під час діагностики стану конструкції, вважається менш небезпечним, так як руйнування можна вчасно попередити. Утворюється в результаті зсуву кристалів при збігу їх орієнтування по площині дотичних напружень. Згодом, при численному накопиченні пластичних деформацій з'являються тріщини, які розвиваючись, призводять до повного руйнування. Будь-який елемент металлококонструкціі в залежності від факторів, що впливають (типу навантаження, концентрації напруг, температури і т.п.) схильний як тендітному, так і пластичному руйнації.

Вплив осьового розтягування на сталь.

У будівельних сталевих конструкціях на розтягнення працюють деякі елементи ферм. зв'язку, затягування арок, підвісні елементи і т.п. При осьовому розтягу впливає навантаження збігається з центром ваги деталі і впливає в напрямі її осі. В умовах застосування розтягуючих зусиль, відбуваються упруговозвратние зміни кристалічної решітки, які зникають після зняття навантаження. Подальше збільшення сили, що розтягує призводить до пружного деформування і пластичним зрушень. Пластичні зрушення після зняття напруги залишаються незворотними і призводять до залишковим деформацій, причому на цьому етапі відбувається зміцнення матеріалу за рахунок викривлення ліній зсуву і гальмування поширення деформації по межах зерен металу. Вплив сили, що розтягує порівнянне за своїми значеннями з тимчасовим опором сталі служить причиною зосередження деформацій на найбільш слабкому ділянці елемента конструкції. Перетин матеріалу в зоні зосередження деформацій стоншується, відповідно напруга в звуженому місці збільшується, результатом чого є руйнування металу (розрив).

Вплив складного напруги на сталь.

Робота сталевого елемента при наявності двох, трьох рівномірних прямолінійних напруг, називається сложнонапряженним станом. Розрізняють два варіанти таких станів. Розглянемо перший варіант. Припустимо, на сталь впливають три однозначних сили в напрямках осей х, у і z, і ці сили діють тільки на розтягнення. У цьому випадку підвищується межа плинності металу, який ускладнює зростання пластичних деформацій, зате збільшується небезпека крихкого руйнування. У другому варіанті розглянемо додаток неоднозначних сил, при якому по одному напрямку відбувається стиснення, а по іншому розтягнення. Тут вже навпаки, спочатку починаються пластичні деформації, що виникають навіть при напружених менше межі текучості. Сталь стає більш пластичної.

Вплив нерівномірного напруги на сталь.

Основним фактором нерівномірного розподілу напружень в елементах металоконструкцій є - отвори, вирізи, проточки, по межах яких напруги концентруються. Лінії прикладених до деталей конструкцій сил, на таких ділянках змінюють свої траєкторії, обтікають їх і зосереджуються, напруги на викривлених ділянках збільшуються. У місцях викривлення сил, в площині з'являються два головних напруги, якщо деталь досить товста, то виникає і третє перпендикулярний напруга. Напруги поширюються нерівномірно і враховуються коефіцієнтом концентрації, коефіцієнт розраховується діленням максимального напруження в місцях згущення сил, на номінальне, в перетин ослабленою зони. Високі концентрації напружень на ослаблених перетинах, можуть викликати крихке руйнування сталевого елемента. Найбільш небезпечними факторами при експлуатації металоконструкцій з ділянками концентрацій напружень є динамічні дії і різкі температурні перепади.

Вплив повторних навантажень на сталь.

Робота будівельних сталей в умовах багаторазового повторюваного навантаження, може привести до руйнування матеріалу, таке руйнування називають втомним. Втома металу з кожним циклом повторних впливів накопичується, біля кордонів зерен розвиваються і накопичуються дислокації розпушують метал, підсумком чого є утворення тріщин. У зоні тріщин відбувається подальше стирання сталевий поверхні, що сприяє розвитку тріщин і остаточного розриву сталевого елемента. Межа витривалості (втомна міцність) деталей металоконструкцій сильно залежить від наявності в них отворів, конструктивних форм елементів, необроблених крайок і т.д. Концентрація напружень в таких місцях призводить до значного зниження втомної міцності матеріалу. Підвищення витривалості на ділянках концентрації напружень, досягається шляхом зниження цих концентрацій: обробляються кромки, проводиться зачистка зварних швів, здійснюється попередня витяжка конструкцій, забезпечується плавний перехід перетинів і т.п.