Соколовский П.И. Арматурные стали
Подождите немного. Документ загружается.
...
I
I
". '1
.....
1
.....
-;'
J
[/
l'
11
~
1
J
I
J
1{
1
з»
eI
I
I
~
j'p
v
I
11
-----_.
J~
~ ~
~
...
zни/г)(·
)/ОН')
t"-.
<,
-,
<,
J r'\.
1"-.
~
Л
t;:::)-
""
""
~
1J'1\,F
1"\."
~~
~~~
"
Г'I
J.
-,
"-"
r"."J
IJ
,,"
г-,
"'~
1Jr\
~
~
1\
,,"~
1(
l)~
t\.
~~
i"\
1'-"
i)'f
г.
'"
1'\
"'
i'-.
1'-..11
1'\
l)
~
t\.
~I
')
I'\.U
t\.
~
~
~
~
~
~
zww/гн'
:JHDN'f)
150
11
!
~
I
I
)
~
I
I
J
~
.....
I
1
,
}J
•
I
I~
J
1/"'1
I J
'о
I
.
J 1/
11
Г)
{)""'
~ ~
ZHH
/2)/
•
ЗJfDНs-
I
1
I
• t
..
/
~
..
I
~-
r7
I1
IC'\
1/
i
~
11
If
Ij
~
,
'~
I I
~
~
~
~
,WW/2J1
',:)НйН
9
изгибом,
при
котором
напря
женное
состояние
резко
не
равномерно
как
по
радиусу
стержня,
так
и
по
окружно
му
периметру.
При
этом
на
иболее
напряженным
оказы
вается
диаметральное
сече
ние,
лежащее
в
плоскости
изгиба,
а
наиболее
напря
женными
зонами
-
участки
поверхности
стержня
вдоль
линии
пересечения
с
диамет
ральной
плоскостью
изгиба.
Поэтому
перед
началом
испытания
заданный
эле
мент
профиля
совмещали
с
ПЛ1ОСКОСТЬЮ
наибольшего
из
гиба,
что
обеспечивало
воз
никновение
очага
усталост
ного
разрушения
в
заранее
определенном
участке
про
филя.
Были
проведены
испы
тания
на
выносливость
стержней
отечественного
и
зарубежного
изготовления,
пяти
различных
типов
пе
риодического
профиля.
На
первом
этапе
работы
иапытание
арматуры
на
вы
носливость
проводили
осе
вым
растяжением
с
целью
получения
пределов
вынос
ливости
исследованных
ста
лей
общепринятым
методом.
На
втором
этапе
стержне
вую
арматуру
испытывали
на
выносливость
попереч
ным
'Изгибом
В
двухположе
ниях:
при
совмещении
с
плоскостью
максимального
излиба
наиболее
опасного
элемента
профиля.
выявлен
ного
на
первом
этапе
растя
жен.ием,
и
при
совмещении
с
плоскостью
максимально
го
изгиба
элемента
профиля,
151
•
1
I
"
(
J
-"';'-
I _
I
1/
I
-
~
J
..
I
I
I
/
I
J
•
I
I
'l
(
I
J
I I
I
I
1
,
'1 J
'{
J
II
~~
,
~
~1
f-
f-
~
~-
.......
'r;'
lL
I
j
Z
1-
"
~
~
• v
~
,
/
~
,
_[/
v /
~
'/
j"
1I
~I
~V
I
~
расположенного
по
отношению
к
опасному
под
углом
вращения
900.
В
дальнейшем
испытание
'стержней
на
выносливость
при
совмещении
наиболее
опасного
элемента
'с
плоскостью
макси
мального
изгиба
обозначали
как
испытание
«в
плоскости
про
дольных
ребер»
и
'положение
'стержня,
достигаемое
его
враще
нием
на
900-
испытанием
«из
плоскости
ребер».
Испытание
на
выносливость
поперечным
изгибом
произво
ДЯТ
на
усталостной
'машине
на
кручение
'с
силовоэбуждением
от
кривошипного
механизма;
машина
снабжена
приспособлени
ем
для
испытания
на
изтиб
с
частотой
1400
ЦИКЛ/МИН.
По.переч
ный
.изтиб
стержней
'крупных
диаметров
осуществляется
на
ма
шине
ГМРМ-l.
Образцы
малых
диаметров
испытывают
изги
бом
'НО
знакопеременному
симметричному
циклу
изменения
н;
..
··
грузок,
т,
е
.
при
р
= 1,
а
больших
-
при
знакопеременных
цик
лах
изменения
нагру.зок
при
р
= 0,2.
Величины
действительных
пределов
'ВЫ1НОСЛИВОСТИ,
полученные
.при
других
коэффициентах
асимметрии.
пересчитывали
на
условные,
соответствуюшие
р
=
--1
с
помощью
формулы
Гудмана
Гафа
,{101].
База
испы
таний
на
выносливость
поперечным
изгибом
принята
для
стержней
малых
диаметров
- 5 ·
106,
для
'стержней
больших
диаметров
(40-70
ММ).
-
2·
106.
Испытанию
на
выносливость
поперечным
изгибом
подвер
гали
стержни
из
'стали
Ст.5,
25Г2С,
35ГС
и
30ХГ2С.
По
результатам
испытаний
строились
линии
выносливости
(рис,
51).
Особенность устапостных
изломов
состоит
в
том,
что
разру
шение
арматуры
.периодического
профиля
начинается
'в
уэле
пересечения
продольного
и
наклонных
ребер.
При
наличии
не"
скольких
у.ЗЛОВ
наиболее
опасным
является
тот
иэ
них,
где
пере
секаегся
большее
число
ребер.
Трещины
усталости
появляются
быстрее
в
зоне
тупого
угла,
чем
в
области
острых
углов,
Раз
рушение
арматуры
начинается
в
галтели
сопряжения
ребра
с
телом
стержня.
Характерный
излом
стержня
диаметром
40
"ИМ
из
стали
35ГС
при
изгибе
из
плоскости
продольных
ребер
приведен
на
рис.
52.
В
результате
данной
рабсты
установлено,
что
наиболее
опас
ными
элементами
профиля
являются
узлы
пересечения
ребер.
При
конструировании
периодического
профиля
их
следует.
по
'возможности,
избегать
и
не
допускать
узлы
более
чем
с
дву
мя
пересекающимися
ребрами.
При
этом
ребра
профиля
целесообразно
располагать
на
поверхности
стержня
по
винтовым
линиям
С
максимально
воз
можным
УГЛОМ
'подъема
витка,
Т. е.
'с
минимальным
углом
к
оси
стержня.
Обязательно
должен
.бытъ
предусмотрен,
особенно
у
профч
лей
малого
диаметра,
достаточный
радиус
сопряжения
между
ребром
и
телом
стержня,
поскольку
галтель
является
одной
из
152
возможных
зон
зарождения
усталостной
трещины,
Увеличения
сцепления
арматуры
с
.бетоном
следует
добиваться
не
уменьше
нием
угла
подъема
вингового
ребра,
а
увеличением
числа
захо
дов
ребер
по
стержню.
Рис.
52.
Излом
стержня
диамегром
4()
ии
из
ста
ли
35
ГС
(при
изгибе
из
плоскости
продольных
ребер)
4.
ВЛИЯНИЕ
НАКЛЕПА
Влияние
степени
наклепа
на
'величину
предела
выносливости
определяли
на
образцах
стали
Ст.3
*.
О'браЗ1ЦЫ
подвергали
на
клепу
растяжением
при
изменении
степени
остаточной
дефор
маЦ1ИИ
от
О
до
100/0.
Наклепанные
образцы
подвергали
испыта
нию
'на
выносливость
после
естественного
старения
в
течение
15
суток.
Испытание
на
выносливость
производили
методом
изгиба
при
вращении
на
базе
2·
106
циклов.
Обработка
данных
испытаний
ПРОИЗВОД1ИЛЗ'СЬ
'по
методу,
предложенному
в
работе
[102].
Результаты
испытания
предсгавлены
в
виде
кривых
вы
носливости
(рис.
53).
Из
полученных
данных
следует,
что
предел
выносливости
'с
увеличением
степени
наклепа
повышается:
при
2
О/О
наклепа
предел
выносливости
повышается
до
5
О/О,
при
большей
степени
наклепа
(до
8
о/о)
'повышение
'предела
вынос
ливости
достигает
6
о/о.
Закономерность,
установленная
на
сгали
*
По
данным
автора.
153
~~
2%
5~
ь,
"'<о
К
t<:
t--~
~
а5%.
870
101
г-,
г-,
.........
r'
"
~
г-,
~
г-,
~
~
~
.........
г-,
~g
~"'~
~
о
~
-
-<:
~~
<,
~
-,
'"""j'....
г-,
g
г-,
~
г-
i'"",
~
<,
8'
~
~
"
+Q
О
~
"-
~
~
~~
~
i'
"~
~
Q
г-;
~~
г"'---
""'-...
<,
~~
~~
<;
.........
r--..t'"---
~G1o
:
tl5%~'
()OQ
...
с
.-
ел
~
d.нз/ии
l
29
28
27
2$
25
2/1
23
22
21
20
19
18
17
18
15
IDm6/(,'
20
JO 1/0 50
ВО
708090
IllJm6/c
200
JOO
4IJ(J!DIJ
6007Ш
9tJ{/1,члн.
1,5 2
~
-+-..
~
Рис.
-53.
Линии
выносливости
стали
Ст.3
после
наклепа
и
старения:
х
-
исходное
состояние;
О
- 0,5%; • - 2%; + - 5%;
~
- 8%
и
() - 10%
и
аклвп
а
Ст.3,
может
быть
распространена
на
другие
стали,
например
на
сталь
Ст.5.
Положительное
влияние
наклепа
'на
прелел
выносливости
подтверяодается
исследованиями
зарубежных
ученых
[19,
201.
Исследованная
стержневая
арматура
была
изготовлена
из
го
рячекаганой
и
холоднодеформированной
стали.
Испытание
про
изводилось
на
осевое
растяжение
при
коэффициенте
асимме
г
рии
цикла
(р
=
О,
р
= 0,5
'и
р
= +1)
на
базе
1
млн.
циклов.
Пределы
выносливости
и
механические
свойства
арматурных
сталей,
применяемых
за
рубежом,
приведены
в
табл.
29.
Пределы
выносливости
арматурных
холоднодеформирован
HЫ~
сталей по
сравнению
с
горячекатаными
сталями
'по
отно
шению
к
пределу
прочности
оказались
повышенными
из-за
по
ложительного
влияния
наклепа,
Наибольший
предел
выносли
БОСТИ
имеет
холоднодеформированная
сталь
Top-БО.
Высокий
предел
выносливости
этой
стали
объясняется
H~
только
ВЫСОКИМ1ИПРОЧНОСТНЫ:МИ
характеристиками,
но
и
более
благоприятным
типом
профиля.
5.
ВЛИЯНИЕ
ТЕРМИЧЕСКОЙ
О&РА&ОТКИ
Термическая
обработка
значительно
ПoQвышает
прочносгные
характеристики
стали
при
статическом
'растяжении.
Для
уста
новления
влияния
термического
упрочнения
на
'Величину
преде-
Рис.
54
Кривые
выносливости
стержней
из
стали
35ГС:
1 -
термически
упгочненная:
2-
горячекатавая
p-tJ.~
0\
,
\
'\
"
,
,~C
о
\
,
о
~
,
i\
\
о
~\
-
'-'
U\
,
\
\
~
,
0\
о
,
\
1""\
h
\
\
\
2
\:>
э
~
.......
-.L
•
--,
\
.
~
n-
...
~
I
~
10
~
в
15
КJ
20
10
155
сл
Q')
Таблица
2У
Пределы
выносливости
и
механические
свойства
арматурных
с
талей,
применяемых
за
рубежом
[21]
Механические
Прочность
при
пере-
Химический
сост
ав,
%
свойства
при
мен
ных
нагрузках
растяжении
O_W'
кг/мм·
Иаим
енован
ие
Марка
стали
..
~
~
..
~
Страна
~
~
~
~
и
состояние
стали
<,
<,
..........
"*-
С
Мп
SI
Cu
с\)
'\.
с\)
I
о
о
+
:с
::с
::с
~
Q.
'.1)
с)
11
"
11
11
t)
о
t)
ю
о-
о-
о.-
о-
Сталь
StN
диам.
12,
16, 18,
26,
I
0,05
[
0,4з1
0,0
I
-
140
129130
\
32130
130
136130
I
Нормальная
сталь
32
мм
St 52,
диам,
10-32
мм
I
0,21
I
о,
731
0'941
0'4515914з144127\441351461441
Высокопрочная
сталь
(горячеката-
ная)
ФРГ
StC2,
диам.
1
О-50
мм
I
0,30
1
0,71
I
0.251
о
~~816зI41
1421
25142\44148\421
Строительная
хромистая
сталь
Клекнерсталь
.StK,
циам.
10-1
0.161 0,941
0.491
0,1
155134138127138140
\451381.
Горячекатаная
50
.мАе
I
Чехосло
вакия
»
,.
Холоднодеформи
рованная
I
ФРГ
· I
Австрия
Роксорсталь,
диам.
10-50
мм
I
0.16\
0,51
1
0,761
0,33\58140
141
126141
/4з141
141
I
Д~~Л~j;льсталь,
диам
..
10-\
0,24\1,11
I
0,241
-
140
129130
1321421-1441421
Истегсталь,
диам.
8-20
мм
10o?~oIOo~~ol
0,0
I -
151
127139117139128140
\391
Каронсталь,
диам.
10-50
мм
IOO?~9106~:ol
0,0
I-
140
129130
\32\41
1зз144141
I
Тор-40,
диам.
10-50
мм.
Top-БО,
диам.
20
мм
/
'
0,071
0,451
0,0
I -
150
Iзо
140
115140
140
142140
I
- - - - 75 40 60 12 60 34 45 60
То
же
» »
» »
I
Швейца
рия
I
Австрия
ла
выносливости
'были
лроведены
испытания
'На
циклическую
прочносгь
при
.пере.менном
осевом
растяжении
'стержней
дна
метром
14
,М,М
из
стали
35ГС
после
термической
обработки
по
режиму:
закалка
при
температуре
870-8800
С
в
воде,
отпуск
при
температуре
4500
С
в
течение
одного
часа.
МехаНlические
свойства
после
термической
обработки
следующие:
аь
104
кг/,М,М2,
0'8 88
кглмм»,
бs
11,00/0.
Линии
выносливости
стержней
из
стали
35ГС
после
терми-
ческого
упрочнения
и
приведеиные
для
сравнения
линии
вынос
ливости
стержней
из
горячскатаной
стали
(рис.
54)
показали,
что
предел
выносливости
термически
упрочненных
'стержней
значительно
ниже
предела
выносливости
стержней
из
горячека-
ганой
'стали.
Это
объясняется
тем.
что
периодический
профиль
как
концентратор
напряжений
резко
снижает
выносливость
стали.
Поэтому
для
стержневой
арматуры
повышенной
прочно
сти,
работающей
в
условия
повторно-переменных
нагрузок,
необ
ходимо
разработать
тип
периодического
профиля,
не
имеющего
элементов, резко
усиливающих
концентрацию
напряжений.
6.
ВЛИЯНИЕ
СВАРКИ
Влияние
сварки
на
вибрационную
прочность
арматурных
стержней
,ИЗ
стали
Ст.Б
'и
25Г2С
лредставлено
в
Iработе
[103J.
Вибрационную
прочность
арматуры
периодического
профилч
из
горячекаганой
стали
Ст.5
определяли
при
переменном
осе
вом
растяжении
ПР1И
коэффициенте
асимметрии
цикла
Р
= 0,2.
Ограниченный
предел
выносливости
И1СХОДНОЙ
стали
Ст.Б,
ОП.ре
деленный
на
базе
испытания
2·
106
циклов,
оказался
ра'ВНЫ'\1
22
кг/мм»,
Из
стержней
этой
же
'стали
была
наготовлена
серия
контактныхстыковых
соединений
'и
испытана
на
вибрационную
прочность
в
аналогичных
условиях.
Предел
выносливости
сты
ковых
'соединений
оказался
'на
1.50/0
ниже
предела
выносливости
стержней
иэ
стали
Ст.5
в
исходном
сосгоянии.
Результаты
этих
испытаний
изображены
в
виде
линий
выносливости
на
рис.
55.
Фактором,
вызывающим
понижение
вибрационной
прочности
стыка,
является
концентрация
напряжений,
создаваемая
'Вы
давленным
тври
осадке
металлом,
который
образует
по
пери
метру
стержня
неоднородные
переходы
с
различной
концен
трацией
напряжений.
С
целью
установления
влияния
концен
тратора
напряжений
на
предел
'выносливости
'И
проверки
влия
чия
зачистки
неровностей
после
сварки
было
изготовлено
не
сколько
серий
контактно-стыковых
соединений
из
стали
Ст.5
и
25Г2С,
часть
из
которых
шодвергали
механической
обработке
с
целью
устранения
неровностей
от
.вылавленного
при
осадке
металла
н
трата.
При
этих
.испыганиях,
проведеиных
на
стыках
непосредствен
но
после
сварки,
было
установлено
почти
одинаковое
пониже-
157
ние
вибрационной
прочности
'сварных
'стыков
из
стали
Ст.5
и
25Г2С,
несмотря
на
эначительное
.р
ааличие
'в
величине пределов
выносливости
исходной
стали
(СМ.
рис.
55).
Концентрация
напряжений
значителъно
снижает
предел
вы
носливости
стали,
поэтому
более
прочная
низколегированная
сталь
25Г2С
не
дала
в
сварных
соединениях
преимуществ
по
вибрационной
прочности
в
сравнении
с
углеродистой
сталью
Ст.5.
У
сварных
сты/ков
'после
механической
зачистки
наблюдается
значительное
повышение
предела
выносливости,
приближвю
щееся
к
вибрационной
прочности
стержней
'в
исходном
состоя
нии;
механическая
зачистка
эффективно
снижает
концентрацию
напряженийсварного
стыка.
Более
ннзкую
вибрационную
прочность
покааали
стыки,
сваренные
ванным
'способом.
Вибрационные
'ис'пытания
этих
сты
ков
выявили
значительный
разброс
свойств,
Преимущественно
наблюдались
разрушения
у
нижней
части
стыка
'в
месте
сплав
ления
ванного
шва
с
подкладкой,
Улучшенная
конструкция
ванного
стыка
лала
заметное
по
вышение
вибрационной
прочносги
как
у
стыков,
выполненных
из
стали
Ст.
5,
так
и
из
стали
25Г2С
(см.
рис.
55).
Проведенными
испытаниями
установлено,
что
вибрационная
прочность
сварных
соединений
по
сравнению
с
вибрационном
прочностью
стали
в
исходном
состоянии
понижена;
особенно
это
сказывается
на
арматуре
из
низколегированной
стали,
Главным
фактором,
снижающим
вибрационную
прочность
сварных
стыков,
является
наличие
[концентраторов
напряжений,
возникающих
из-за
формы
соединения
и
наличия
переходов
на
месте
соединения
стержней.
В
результате
проведенных
иссле
дований
установлено,
что
путем
конструктивных
и
технологи
чес.ких
приемов
можно
существенно
повысить
вибрационную
прочностъ
контактных
и
ванных
стыков,
Пределы
выносливости
арматурной
стали
в
исходном
состо'·
янии
после
упрочнения
наклепом,
термической
обработкой,
J
также
сварных
соединений
из
этих
стержней
приведены
в.
табл.
30.
Установлено
[104]
влияние
контактно-точечной
сварки
на
ус
галостную
прочность
перекрестных
соединений
из
стали
Ст.5
и
25Г2С.
Влияние
сварки
на
выносливость
определяли
путем
срав
нительных
испытаний
при
переменных
нагрузках
сварных
сое
линений
и
эталонных
образцов
из
натурных
стержней
в
'состоя
нии
посгавки.
~сталостные
иопытания
производились
циклами
осевого
ра-,
стяжения
на
гидропульсационных
испытательных
машинах
од
ностороннего
действия
при
частоте
385-400
циклов
в
минуту.
Результаты
испытаний
образцов
из
стали
Ст.5
представлены
на
рис.
56
Iиз
стали
25Г2С
на
рис.
57.
Разрушение
сварных
крестообразных
соединений
происходи
,.
при
обрыве
продольных
стержней
в
сечениях
сварных
точек
.
158
.;
f
,
.....
"
30
г
г.
2
Z
2.
г.
~
2.
~i
":'..2,
С\)
2~
~,
l!l
~
/8
17
l;
15
-~
-~
-1--
"
~-~
~~
~-~
f--
....
~-
....
...
~
f---
~~~
~r--
~~
i'
'-~
--
----
10
г.
г.
2,
2G
25
"t
2,
~
2,
'{.2
~2
~
21
~
1.
"
1.
~
т
т
N
~
'"
~
~
1[
I
-,
~
I
"
НГ'.
i'
----
.....
.10
29
28
27
2&
25
2q
'" 21
~
22
",::,21
~
20
\{)19
18
17
l;
15
Рис.
55.
Линии
выносливости
сварных
стыков
ИЗ
стали:
а
-
Ст.5,
I -
основной
металл,
11-
контактные
стыки,
без
обработки,
Р
=
=
0,2;
б
-
25Г2С,
контактные
стыки,
О
-
с
обработкой
стыка;
• -
без
об
работки
стыка,
р
= 0,2;
в
-
Ст.5,
ван,
ные
стыки
улучшенной
конструкции.
• -
р
= 0.5,
О
-
р
= 0,2;
г
-
25Г2С,
ванные
стыки,
р
= 0,5;
д
-
25Г2С,
ван
ные
стыки
улучшенной
конструкции.
р
= 0,2
..--.-
....
~I--""""'
1--1-
1--1-
1--1-
1--1-
..
~
f.4
I--I-~
1--1-
~
1---
,
1--.
•
е,
,
.--
• •
>--,.....
~
"----1--
dO
21
28
27
2ь
25
"" 2'1
~
2З
~22
~
2,
\t)~
1.
l.
1.
h
l:.
,,
I
,
7
.,
r;
f
?
1
?
,
-,
'J
'1
.LL.LJ...
цш
..
$0
~
г:
2-
г.
"1
2.
~2-
~~
~2.
\ri2
2.
l.
-
ел
ц:>
~8
5
,В
О
15 2 5
tJ