Во-первых, каковы характеристики стальных конструкций:
1. Высокая прочность материала и малый вес. Сталь обладает высокой прочностью и высоким модулем упругости. По сравнению с бетоном и древесиной, ее отношение плотности к пределу текучести относительно низкое. Поэтому при одинаковых условиях напряжений стальная конструкция имеет малое поперечное сечение, малый вес, удобна для транспортировки и монтажа и подходит для конструкций с большими пролетами, большой высотой и тяжелыми нагрузками.
2. Сталь обладает хорошей ударной вязкостью, пластичностью, однородностью материала и высокой структурной надежностью. Она подходит для восприятия ударных и динамических нагрузок и обладает хорошей сейсмостойкостью. Внутренняя структура стали однородна и близка к изотропному однородному телу. Фактические рабочие характеристики стальных конструкций в большей степени соответствуют расчетной теории. Поэтому стальные конструкции обладают высокой надежностью.
3. Степень механизации производства и монтажа стальных конструкций высока. Компоненты стальных конструкций легко изготавливаются на заводах и собираются на месте. Готовая продукция, изготовленная на заводах с использованием механизированных компонентов стальных конструкций, отличается высокой точностью, высокой производительностью, быстрой скоростью сборки на месте и коротким сроком строительства. Стальные конструкции являются конструкцией с наивысшей степенью индустриализации.
4. Стальные конструкции обладают хорошими герметизирующими свойствами. Поскольку сварная конструкция может быть полностью герметичной, из нее можно изготавливать емкости высокого давления, большие нефтехранилища, напорные трубопроводы и т.д. с хорошей воздухо- и водонепроницаемостью.
5. Стальные конструкции обладают высокой термостойкостью, но не огнестойкостью. При температуре ниже 150 °C свойства стали изменяются незначительно. Поэтому стальные конструкции подходят для жарких цехов, но при воздействии на поверхность конструкции теплового излучения температурой около 150 °C необходимо защищать их теплоизоляционными плитами. При температуре 300–400 °C прочность и модуль упругости стали значительно снижаются. При температуре около 600 °C прочность стали стремится к нулю. В зданиях со специальными требованиями к огнезащите стальные конструкции должны быть защищены огнеупорными материалами для повышения уровня огнестойкости.
6. Стальные конструкции обладают низкой коррозионной стойкостью, особенно во влажных и агрессивных средах, и склонны к ржавчине. Как правило, стальные конструкции нуждаются в антикоррозийной обработке, гальванизации или покраске, а также в регулярном техническом обслуживании. Для конструкций морских платформ, работающих в морской воде, требуются специальные меры, такие как «защита цинковым блоком», для предотвращения коррозии.
7. Низкий уровень выбросов углерода, энергосбережение, экологичность и возможность повторного использования. Демонтаж зданий со стальными конструкциями практически не приводит к образованию строительных отходов, а сталь может быть переработана и использована повторно.
Во-вторых, требования к материалам для стальных конструкций:
1. Прочность: Показатель прочности стали состоит из предела упругости σe, предела текучести σy и предела прочности на растяжение σu. Проектирование основывается на пределе текучести стали. Высокий предел текучести позволяет уменьшить вес конструкции, сэкономить сталь и снизить затраты на строительство. Предел прочности на растяжение σu — это максимальное напряжение, которое сталь может выдержать до разрушения. В этот момент конструкция теряет свою работоспособность из-за большой пластической деформации, но она деформируется значительно, не разрушаясь, и должна соответствовать требованиям к сопротивлению редким землетрясениям.
2. Пластичность: Пластичность стали обычно относится к свойству, позволяющему ей подвергаться значительной пластической деформации без разрушения после того, как напряжение превысит предел текучести. Основными показателями для измерения способности стали к пластической деформации являются относительное удлинение δ и усадка поперечного сечения ψ.
3. Характеристики холодной гибки: Характеристики холодной гибки стали измеряются путем определения сопротивления стали образованию трещин при пластической деформации, возникающей в результате процесса гибки при комнатной температуре. Для оценки характеристик холодной гибки стали используются испытания на холодную гибку, позволяющие определить деформационную способность стали при заданной степени изгиба.
4. Ударная вязкость: Ударная вязкость стали — это способность стали поглощать механическую кинетическую энергию в процессе разрушения под воздействием ударной нагрузки. Это механическое свойство, измеряющее сопротивление стали ударной нагрузке и предотвращающее хрупкое разрушение из-за низкой температуры и концентрации напряжений. Показатель ударной вязкости стали обычно определяется путем испытаний на ударную вязкость стандартных образцов.
5. Сварочные свойства: Сварочные свойства стали определяются способностью получать сварное соединение с хорошими характеристиками при определенных условиях сварки. Сварочные свойства можно разделить на свойства в процессе сварки и свойства с точки зрения пригодности к использованию. Сварочные свойства в процессе сварки относятся к чувствительности сварного шва и металла вблизи него, что предотвращает образование термических трещин или трещин от усадки при охлаждении во время сварки. Хорошие сварочные свойства означают, что при определенных условиях сварки в металле сварного шва и прилегающем основном материале не образуются трещины. Сварочные свойства с точки зрения пригодности к использованию относятся к ударной вязкости в сварном шве и пластичности в зоне термического воздействия. Требуется, чтобы механические свойства стали в сварном шве и зоне термического воздействия были не ниже, чем у основного материала. В нашей стране используется метод испытания сварочных свойств в процессе сварки, а также метод испытания сварочных свойств с точки зрения пригодности к использованию.
6. Долговечность: На долговечность стали влияет множество факторов. Во-первых, коррозионная стойкость стали низкая, поэтому необходимо принимать защитные меры для предотвращения коррозии и ржавления стали. К таким мерам относятся: регулярное обслуживание лакокрасочного покрытия стали, использование оцинкованной стали и специальные защитные меры в условиях сильно коррозионных сред, таких как кислоты, щелочи и соли. Например, в конструкциях морских платформ применяются меры «анодной защиты» для предотвращения коррозии опорной конструкции. Цинковые слитки крепятся к опорной конструкции, и электролит морской воды автоматически сначала вызывает коррозию цинковых слитков, тем самым обеспечивая функцию защиты стальной опорной конструкции. Во-вторых, поскольку разрушающая способность стали значительно ниже, чем кратковременная прочность при высоких температурах и длительной нагрузке, необходимо измерять прочность стали при длительной высокой температуре. Со временем сталь автоматически становится твердой и хрупкой, что является явлением «старения». Необходимо проверять ударную вязкость стали при низкотемпературной нагрузке.
Дата публикации: 22 января 2025 г.