P3040905

2 9 Nośność konstrukcji w aspekcie różnych właściwości stali

2.9.4. Przystosowanie się, konsolidacja stali.

Rozciągana próbka sUli sprężystej może być wielokrotnie obciążana i odciążana, a kształt krzywej nie ulegnie zmianie i będzie powtarzać się <rv$.2.11a) Jeżeli próbkę ze stali sprężysto-plastycznej poddać rozciąganiu aż do stanu uplastycznienia, a potem odciążyć, to pojawi się odkształcenie trwało (resztkowe) rys.2.11b, c, d. Krzywe przerywane oznaczają „ścieżkę** pierwszego obciążenia. Przy ponownym obciążeniu próbki, po pewnym „odpoczynku” materiału, stal znów zachowpje się sprężyście, a w charakterystyce powtarza się prosta odciążania, a dalej krzywa ma kształt jak przy pierwotnym rozciąganiu. Krzywa obciążenia będzie mieć również taki sam kształt, jeśli naprężenia osiągną wartość odpowiadającą początkowi wzmocnienia stali (rys.2.11c). Widoczne jest, że w tym przypadku przy powtórnym obciążeniu materiał nie będzie już zawierał wyraźnych odkształceń plastycznych. W przypadku zachowania się materiału jak na rys.2.11b. c nastąpiło tzw. przystosowanie się konstrukcji do pracy sprężystej. Na rys.2.11d pokazano wykres odkształcenia plastycznego i wzmocnienia, a zniszczenie odbyło się podczas wtórnego obciążenia w zakresie sprężystego zachowania się przy niedużych odkształceniach. Takie zwiększanie zakresu sprężystości nazywamy konsolidacją lub zgniotem.

a)    b)    c)    d)

Rys.2.11. Konsolidacja stali

Konsolidacja przyczynia się do podwyższenia kruchości, co jest niewskazane dla stalowych konstrukcji budowlanych. Konsolidacja następuje w procesie zgniatania materiału. W niektórych przypadkach, gdy wydłużenie nie ma tak wielkiego znaczenia, konsolidację wykorzystuje się dla podniesienia granicy wytrzymałości, np. w cienkich prętach kablowych stosowanych w konstrukcjach sprężonych. Zgniot także powstąje podczas zginania elementu, przebijania otworów, cięcia nożycami itp. Problem przystosowania się i konsolidacji materiału ma bardzo istotne znaczenie przy projektowaniu konstrukcji o przekrojach zakwalifikowanych do klasy 1 i 2. W przypadku projektowania konstrukcji z wykorzystaniem metody plastycznej redystrybucji momentów zginąjących, a więc dopuszczenia do tworzenia się przegubów plastycznych w ustrojach statycznie niewyznaczal nych, wymaga się przy obciążeniach zmiennych (niskocyklowych) przystosowania się konstrukcji do sprężystego zachowania. Dopuszczenie do konsolidacji przekrojów uplastycznionych może doprowadzić do katastrofy wzniesionej konstrukcji budowlanej.

2.9.5- Starzenie metali

Starzeniem nazywamy zmiany właściwości materiału w czasie, bez istotnych zmian jego makrostruktury. W czasie starzenia następuje wzmocnienie materiału, jednocześnie obniża się plastyczność, lepkość, a podnosi kruchość.

Rozróżnia się dwie postacie starzenia: termiczną i odkształceniową. Starzenie termiczne następuje po nagrzewaniu do niewysokich temperatur (starzenie sztuczne) albo odbywa się w temperaturze pokojowej (starzenie naturalne).

Starzenie odkształceniowe odbywa się po plastycznych odkształceniach przy temperaturach niższych od temperatury rekrystalizacji. W wyniku starzenia stali zmniejsząją się; własności plastyczne, a polepszają sprężyste, czyli zwiększa się kruchość. Proces starzenia zależy od składu stali i technologii jej wytwarzania.

Zgodnie z normą ZN-S6/1232-20602 środki ograniczające lub eliminujące starzenie to:

□    stosowanie stali konwertorową) (do świeżenia stali w tym procesie stosuje się czysty tlen, a nie powietrze jak w procesie marteno-wsłrim);

□    wprowadzanie do stali aluminium (do 0,02%), które wiąże azot w sposób trwały. Występujący w stali martenowskiej azot w stanie wolnym jest czynnikiem wpływąjącym na starzenie się lej stali;

O usuwanie skutków zgniotu przez wyżarzanie (w temperaturze austenitu).

2.9.6. Wytrzymałość w złożonym stanie naprężenia

Podczas doświadczalnego badania próbki na rozciąganie ustala się wartość granicy plastyczności R_e przy jednoosiowym stanie naprężenia. W przypadku złożonego stanu naprężenia przejście w stan plastyczności, zgodnie z teorią energetyczną, charakteryzuje się określoną granicą jednostkowej pracy odkształcenia elementu. Przejście materiału w stan plastyczny wyrażone jest zwykle przez podanie naprężenia zastępczego, przyrównanego do granicy plastyczności próbki jednoosiowo rozciąganej. Przy wprowadzaniu warunku plastyczności w złożonym stanie naprężenia wykorzystuje się najczęściej hipotezę Hubera-Misesa-Hencky ego. W budownictwie rzadko jednak występują elementy stalowe znajdujące się w przestrzennym stanie naprężenia.

Wytrzymałość elementu konstrukcyjnego obciążonego płaskim stanem naprężenia należy obliczać wg wzoru:

(2.19)

w którym:

<jy, g_z — składowe naprężenia normalne i styczne. fa — wytrzymałość obliczeniowa.

117