Ноамноя точка

резиса, характеризуемые шириной полупетель б,, 62 и т. д. Ширина этих полупетель от цикла к циклу может изменяться. Если ширина полупете.1Ь гистерезиса от цикла к циклу растет, то происходит накопление суммарной десЬопмации Металлы, имеющие такую диаграмму циклической работы, называются циклически разупрочияемыми. Разрушение циклически разупрочняемых метаттов происходит, когда накопленная деформация станет равной соответствующей деформации при разрушении однократной нагрузкой. При разрушении образуется шейка, и оно называется квазистатическим.

Если ширина полупетель при циклическом нагружении уменьшается, то накопленная деформация стремится к постоянной величине. Металлы с такой диаграммой работы называются циклически упрочняющимися. От цикла к циклу в них накапливаются усталостные повреждения, и разрушение их является усталостным, без образования шейки.

Если ширина петель гистерезиса при иагружениях остается постоянной, то металл относится к цикличе-чески стабильным. При этом, если ширина полупетель сжатия и растяжения равна, то накопленная деформация постоянна и разрушение будет усталостным. Если ширина полупетель четного и нечетного циклов будет разной (например, при асимметричных циклах загружения), то происходит одностороннее накопление деформации и квазистатическое разрушение, когда накопленная деформация станет равной деформации однократного разрушения.

Строительные низкоуглеродистые стали относятся к циклически стабиль-

Рис. П.П. Работа стали при циклических нагружениях выше предела текучести

ным металлам, которые в области малоцикловой прочности могут иметь как хрупкое усталостное разрушение, так и квазистатическое. Алюминиевые сплавы в зависимости от своего состава могут относиться к циклически упрочняющимся и к циклически стабильным.

При расчете строительных конструкций на циклические воздействия регламентируется работа металла в упругой стадии, где явления разрушения от малоцикловой усталости, казалось бы, должны быть исключены. Однако действительные напряжения в элементах конструкций часто существенно отличаются от определенных расчетом вследствие идеализации расчетных схем, несовершенства методов расчета, наличия концентраторов напряжений, собственных напряжений и т. д. Особенно это относится к местным зонам и участкам конструкций с усложненной формой, концентраторами напряжений, нечеткой передачей усилий. Поэтому необходимо анализировать возможность разрушения от малоцикловой усталости и обеспечивать соответствующие конструктивные мероприятия, снижающие циклические напряжения. Аппарат для расчета малоцикловой прочности в настоящее время еще недостаточно разработан.

4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Механические характеристики стали зависят от температуры, при которой она работает.

При повышенных положительных температурах механические характеристики стали сначала изменяются незначительно.

примерно при 250° С наблюдается небольшое местное увеличение предела прочности и уменьшение относительного удлинения. При-температурах выше 400°С резко падают упругость и прочность, а при температурах, близких к 600° С, несущая способность стали практически исчерпывается.

При проектировании стальных конструкций принимается, что до температуры 400°С механические характеристики стали остаются постоянными, а при более высоких температурах сталь становится ненесущеспособной.

При отрицательных температурах и с увеличением толщины проката повышается хрупкость стали, что особенно важно учитывать при строительстве в районах Крайнего Севера.

Строительные стали становятся хрупкими при температурах: малоуглеродистые кипящие при минус 30-35° С, малоуглеродистые спокойные при 45-50° С и низколегированные при минус 55-60° С.

Исходя из этого нормами проектирования предусмотрено применение различных сталей с учетом толщины проката и температуры, при которой будет эксплуатироваться сооружение.

5. СТАРЕНИЕ СТАЛИ

С течением времени свойства стали несколько изменяются: увеличиваются пределы упругости, текучести и прочности, снижается относительное удлинение, уменьшается ударная вязкость, сталь становится белее хрупкой. Это явление называется старением стали. Причина старения - постепенный переход металла в более устойчивую структуру. В кристаллитах феррита остаются растворенными углерод, азот и карбиды других элементов. Эти примеси с течением времени выделяются из твердого раствора и укрепляют прослойки между зернами феррита. Сталь в целом становится более прочной, но менее пластичной. Время старения весьма неопределенно-от нескольких дней до десятилетий. Оно зависит от структуры стали (величина зерна), ее загрязненности, температуры и механических воздействий. Старению наиболее подвержены кипящие стали.

При расчетах металлоконструкций естественное старение стали не учитывается, так как повышению пределов текучести и прочности сопутствуют снижение пластичности и увеличение хрупкости. В алюминиевых сплавах старение используется для упрочнения материала.

6. КОРРОЗИЯ СТАЛИ

в процессе работы стальные конструкции, особенно при недостаточной их защите, подвергаются воздействию коррозии.

Коррозия может быть химической, вызванной непосредственным воздействием на металл агрессивных жидкостей или газов, и электрохимической, вызванной воздействием влаги и атмосферы на поверхностный слой металла.

Скорость коррозии в чистом воздухе при небольшой его относительной влажности невелика и составляет сотые доли миллиметра толщины в год. Г) условиях агрессивных сред промышленных предприятий она увеличивается н может быть очень интенсивной. Известны случаи выхода пз строя стальных конструкций перекрытий зданий с агрессивной средой через 15-20 лет работы, нижних частей колонн зданий через 30 лет работы.

Разрушение может быть от общей поверхностной коррозии, когда рабочая площадь уменьшается и происходит перенапряжение элемента, и от .%!сстиой коррозии.

3* 35

Продукт коррозии - ржавчина, имеет значительно больший объем, чем металл, из которого она образовалась. Кроме того, увлажнение вызывает разбухание ржавчины и еще большее увеличение ее объема. Ржавчина, заполняя трещины на поверхности металла, являющиеся следствием прокатки, сварки дефектов структуры, усталости металла и других причин, и затем, увеличиваясь в объеме, расширяет и углубляет их, ослабляя сечение конструкции и образуя концентраторы напряжений. Развиваясь между склепанными элементами, ржавчина вызывает местные вздутия и даже отрыв головок заклепок.

В узких щелях конструкций при наличии в них влаги и пыли возможно образование коррозии в виде раковины, заполненной ржавчиной. Такие раковины могут иметь довольно большие размеры и представлять опасность для несущей способности элемента.

Основными мероприятиями по борьбе с коррозией металлоконструкций являются:

1) проектирование металлических конструкций без узких щелей, пазух, с формой сечений элементов, хорошо обтекаемой воздушными струями, не удерживающих пыли, открытых для окраски;

2) высококачественная огрунтовка изготовленных конструкций и последующая их окраска правильно выбранными лакокрасочными покрытиями;

3) периодическая окраска металлических конструкций в процессе эксплуатации (обычно через 3-6 лет работы).

§ 7. ПОНЯТИЕ ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Исчерпание несущей способности в элементах металлических конструкций может произойти не только в результате разрушения материала, но и в результате потери ими устойчивости. Потеря устойчивости свойственна относительно тонким и гибким элементам при наличии в них сжимающих напряжений.

Явление потери устойчивости характеризуется тем, что при увеличении нагрузки после достижения в элементе определенной величины напряжений происходит резкое нарастание искривления элемента, отклонение его от первоначальной формы равновесия, сопровождающееся падением несущей способности.

Те силовые воздействия или напряжения, при которых происходит отклонение от первоначальной устойчивой формы равновесия, называются критическими; Ркр, Мкр, акр.

Вопросы потери устойчивости в металлических конструкциях имеют очень большое значение. Падение несущей способности элементов при потере устойчивости происходит весьма быстро, без заметных предварительных деформаций, что затрудняет принятие мер по усилению. Неправильный учет критических усилий в металлических конструкциях - одна из наиболее распространенных причин их повреждепий и аварий.

/. УСТОЙЧИВОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ

Рассмотрим прямой, относительно длинный стержень, сжатый центрально приложенной силой Р (рис. 11.12, а). При увеличении силы Р стержень вначале будет оставаться прямым, и, если ему