в хрупкое состояние. Определить расчетом величину напряжений у очагов концентрации чрезвычайно трудно. Поэтому чтобы предотвратить разрушение от концентрации напряжений и переход стали в хрупкое состояние, необходимы конструктивные мероприятия, обеспечивающие плавное распределение силового потока.

Искажения напряженного состояния, вызванного внешней нагрузкой, вызывают также собственные или начальные напряжения, которые имеются в ненагруженном элементе. Причины возникновения собственных напряжений самые разнообразные: неравномерное остывание после сварки и прокатки, предшествующая деформация металла при правке, гибке и т. д. Собственные напряжения в пластических строительных сталях при расчетах не учитываются, так как результирующие напряжения выравниваются при развитии пластических деформаций. При проектировании сварных конструкций вредное влияние собственных напряжений в значительной степени может быть нейтрализовано конструктивными мероприятиями и правильной технологией сварки.

2. РАБОТА СТАЛИ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОВТОРНОЙ НАГРУЗКЕ.

УСТАЛОСТЬ И ВИБРАЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ

При многократной (миллионы раз) повторной нагрузке происходит явление усталости металла и его разрушение при напряжениях, меньших, чем предел прочности и даже предел текучести. Напряжение, при котором происходит такое разрушение металла, называется вибрационной прочностью Овб-

Вибрационная прочность неодинакова для различных марок сталей. Для одной и той же марки стали вибрационная прочность зависит от характера циклов нагрузки и их количества. Характер цикла определяется отношением наименьших напряжений к наибольшим р = амип/сгмлкс- Если напряжения сжатия равны напряжениям растяжения р= - 1 (с учетом знака напряжений), происходит полный симметричный цикл. Если напряжения изменяют от нуля до максимума р=0, происходит полный асимметричный цикл. Вибрационная прочность при полном симметричном цикле меньше, чем при асимметричном. Вибрационная прочность уменьшается с увеличением повторений (циклов) нагрузки. Зависимость вибрационной прочности от числа циклов нагрузки имеет гиперболический характер, асимптотически приближаясь к определенной величине напряжений, называемой пределом выносливости или пределом усталости ag. При напряжениях, меньших, чем предел выносливости, разрушения от усталости не происходит. На рис. И.9 приведены кривые вибрационной прочности для плоских образцов при полных симметричных циклах для малоуглеродистой стали 3 и низколегированной 15.ХСНД. Как видно из рис. И.9, предел выносливости og для

30 20

12 3 4

стали 3 примерно равен 17 кН/см что составляет примерно 0,4 предела прочности и 0,75 предела текучести, для низколегированной стали соответственно ag «0,35ав или og «0,6 От. При полном асимметричном цикле вибрационная прочность у обоих типов сталей близка к пределу текучести (у низкол.егированных

сталей она несколько ниже).

Разрушение от усталости имеет хрупкий характер. В течение длительного периода циклов нагрузки постепенно развиваются внутрикристаллические микротрещины. В дальнейшем эти микротрещины переходят на соседние кристаллы и образуют усталостные трещины. Трещины начинаются чаще всего с поверхности металла, где их появлению способствуют концентраторы напряжений от неровности поверхности. После образования усталостной трещины происходит быстрое ее развитие (она сама становится сильным концентратором напряжения) и металл хрупко разрушается по ослабленному трещиной сечению.

Вибрационная прочность зависит от нал.ичия концентраторов напряжений и состояния поверхности. Отношение предела выносливости гладкого плоского образца o к пределу выносливости ебразца, имеющего какие-либо концентраторы напряжений og , при полном симметричном цикле называется эффективным коэффициентом концентрации =(з lal , который всегда больше единицы.

При расчете металлоконструкций усталость металла учитывается снижением расчетного сопротивления стали, умножением ее па коэффициент значение которого зависит от рассмотрен-

ных факторов и приводится в нормах проектирования.

Рис. II.9. Кривые прочности стали

/ - низколегированной; стой

5 бхЮ

вибрационной

2 - углероди-

3. РАБОТА СТАЛИ ПРИ ПОВТОРНЫХ НАГРУЖЕНИЯХ ВЫШЕ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ. НАКЛЕП. МАЛОЦИКЛОВАЯ ПРОЧНОСТЬ

Повторные загружения в пределах упругих деформаций (до предела упругости) не изменяют вида диаграммы работы металла: нагружение и разгрузка все время будут происходить по одной линии (рис. I .10, а). Если сталь подвергнуть растяжению выше предела упругости и затем разгрузить, то разгрузка будет происходить по линии, параллельной линии упругой работы

J2

(рис. 11.10,6), и появится остаточная деформация Вост- При повторном растяжении сталь будет сначала работать упруго по линии разгрузки и затем следовать по нормальному пути диаграммы однократного растяжения. Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации

а) 6

Рис. 11.10. Работа стали при повторных нагружениях а - в упругой стадии; б, в - в пластической стадии

называется наклепом. Наклеп уменьшает пластичность стали, увеличивает ее хрупкость, поэтому для строительных конструкций он является нежелательным. Наклеп образуется при холодной гибке элементов, по краям пробиваемых отверстий, на кромках металла, резанного ножницами. В некоторых случаях наклеп все же используется для повышения пределов текучести и прочности, например в волоченой высокопрочной проволоке для висячих и предварительно-напряженных конструкций, в холоднотянутой арматурной проволоке.

При знакопеременном нагружении металла выше предела текучести предел текучести при растяжении увеличивается, однако при последующем сжатии предел текучести на сжатие снижается и вся зона упругой работы (на растяжение и сжатие) остается примерно равной удвоенному значению предела текучести (рис. 11.10,0). Это свойство работы стали носит название эффекта Баушингера.

Очень опасной для элементов металлических конструкций является работа, когда циклические напряжения растяжения-сжатия превышают предел текучести. В этом случае разрушение может произойти при малом (порядка тысяч и меньше) числе циклов нагружепия, и такое разрушение металл;) поснт название малоцикловой усталости или малоцикловой прочности.

Рассмотрим диаграмму работы металла при циклических нагружениях ьыше предела текучести (рис. ИИ). Исходное нагружение (так называемый нулевой полуцикл, соответствующий однократному нагружению, показанному па рис. П.II пунктиром) исключают из рассмотрения, и характеристики диаграммы деформирования учитывают от начальной точки При пластическом циклическом нагружении образуются петли упругопластического гисте-

.3-676