МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Мосты и тоннели» Г. Д. Ляхевич Г. П. Пастушков СТАЛИ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ Методическое пособие Минск БНТУ 2013 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Мосты и тоннели» Г. Д. Ляхевич Г. П. Пастушков СТАЛИ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ Методическое пособие для студентов специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» Минск БНТУ 2013 2 УДК 669.14.018.29(075.8) ББК 38.3я7 Л98 Р е ц е н з е н т ы : д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технология бетона и строительные материалы» Э. И. Батяновский; канд. техн. наук, заведующий лабораторией НИЛ МИС НИЧ С. Н. Свиридович Ляхевич, Г. Д. Стали для конструкций мостов и тоннелей : методическое посо- бие для студентов специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» / Г. Д. Ляхевич, Г. П. Пастушков. – Минск : БНТУ, 2013. – 64 с. ISBN 978-985-525-870-5. Методическое пособие необходимо для освоения и закрепления студентами кур- са «Технология производства конструкций мостов и тоннелей» (ТПКМиТ) для сту- дентов специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены». Составлено в соответствии с учебной программой дисциплины ТПКМиТ и наце- ливает студентов на приобретение знаний по свойствам сталей для строительных конструкций, используемых в металлических и железобетонных мостах и в других сооружениях, а также по методам диагностирования коррозии сталей. УДК 669.14.018.29(075.8) ББК 38.3я7 ISBN 978-985-525-870-5 © Ляхевич Г. Д., Пастушков Г. П., 2013 © Белорусский национальный технический университет, 2013 Л98 3 Содержание Введение ........................................................................................ 4 Практическое занятие № 1 СТАЛИ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ ...... 6 Практическое занятие № 2 СТРУКТУРА СТАЛИ ................................................................. 27 Практическое занятие № 3 АРМАТУРА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ .......... 32 Практическое занятие № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНО-СТЫКОВОГО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ........................................................................... 51 Практическое занятие № 5 МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ ................................................................................ 58 Литература и нормативные документы ............................... 62 4 Введение Стальные конструкции широко используют в различных инженерных сооружениях. В мостах металлическими изготав- ливают в основном пролетные строения. Благодаря высокой прочности современных строительных сталей металлическими пролетными строениями можно перекрывать значительно боль- шие пролеты, чем железобетонными. Современные металличе- ские мосты имеют пролеты, превышающие 1 км. Применяемые системы и конструкции металлических мостов отличаются ра- циональностью и экономичностью, а также простотой изготов- ления и монтажа. В настоящее время металлические мосты широко применяют во всех странах. Их изготавливают на хо- рошо оборудованных заводах и монтируют специальными кра- нами, позволяющими собирать конструкцию быстрыми темпа- ми. Системы и конструкции металлических мостов непрерывно совершенствуются. Улучшаются методы изготовления и мон- тажа. Все шире применяют стали повышенного качества. Мо- сты из металла могут быть различных систем. Наиболее широко применяют балочные мосты со сплош- ными балками или решетчатыми фермами. Нередко устраи- вают мосты рамных систем, а для перекрытия больших проле- тов – арочных и висячих систем. Экономические преимуще- ства металлических мостов проявляются больше с увеличением пролетов. Однако индустриальность изготовле- ния и быстрые темпы монтажа часто оправдывают примене- ние металлических мостов и для сравнительно небольших пролетов, порядка 40–60 м. Современные строительные кон- струкции изготавливают из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25 % углерода. При таком количестве углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязко- стью, пластичностью и способностью свариваться. Бетон плохо работает на изгиб и растяжение, однако в соче- тании с арматурой его физико-механические свойства значи- 5 тельно улучшаются. Этому способствует хорошее сцепление его с арматурой, обеспечивающее рациональное распределе- ние нагрузки между материалами. Температурное расширение стали и бетона, близкое по значению, сводит к минимуму внутренние напряжения в зоне контакта при изменении тем- пературы. В свою очередь, бетон надежно защищает арматуру от коррозии. Для повышения сцепления применяют арматуру периодического профиля, а также сварные сетки и каркасы. Важным в работе является проведение практических заня- тий, обеспечивающих овладение студентами методики оценки коррозионной стойкости сталей, определение углеродного эк- вивалента, указывающего на свариваемость арматуры различ- ного химического состава, а также расчет прочности состыко- ванных сваркой и целостных арматурных элементов. 6 Практическое занятие № 1 СТАЛИ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ Цель работы: ознакомиться с конструкционными и арма- турными сталями. Содержание работы Сталь – это сплав железа с углеродом (углерода до 2 %) и незначительным количеством примесей (которые не вводят- ся преднамеренно, а попадают из руды или образуются в про- цессе выплавки) и легирующих компонентов (которые вво- дятся для улучшения свойств стали). Строительные стали в зависимости от назначения делятся на стали для строительных конструкций (конструкционные) и арматурные. Основные достоинства металлических конструкций: 1) высокая несущая способность. Металлические кон- струкции могут воспринимать значительные усилия при отно- сительно небольших сечениях вследствие большой прочности металла; 2) высокая надежность. Благодаря однородности структу- ры металла и его упругим свойствам металлические кон- струкции можно рассчитывать наиболее точно, что позволяет обеспечить надежность работы проектируемого сооружения; 3) легкость и транспортабельность по сравнению с кон- струкциями из железобетона, камня и дерева. Высокие меха- нические качества металла позволяют допустить в нем высо- кие напряжения, и по сравнению с сечениями из других мате- риалов сечения металлических конструкций получаются более легкими при одних и тех же усилиях. Показателем конструк- ционных качеств материала может быть отношение его удель- ного веса к расчетному сопротивлению c = /R (размерность 1/м). Этот показатель имеет наименьшее значение для алюми- 7 ниевых сплавов с = 1,1  104 1/м, для стали с = 3,7  10-4 1/м, в то время как для дерева с = 4,5  104 1/м, а для бетона с = 24  104 1/м; 4) сплошность материала и соединений, позволяющая осуществлять водонепроницаемые и газонепроницаемые кон- струкции; 5) индустриальность, достигаемая изготовлением кон- струкций на специализированных заводах и их высокомехани- зи-рованным монтажом на месте возведения сооружения. Кроме того, металлические конструкции удобны в эксплуа- тации, так как легко могут быть усилены при увеличении нагрузок, наиболее полно используются при реконструкциях, легко ремонтируются. Недостатками металлических конструкций являются: 1) подверженность стальных конструкций воздействию коррозии, что требует специальных мероприятий по защите; 2) малая огнестойкость. При температурах свыше 400 °С для сталей и свыше 200 °С для алюминиевых сплавов начина- ется ползучесть материала (существенное развитие пластиче- ских деформаций при постоянной нагрузке). В строительных металлических конструкциях применяются прокатная сталь (более 95 %), отливки из стали и серого чугу- на для опорных устройств тяжелых конструкций (менее 1 %) и алюминиевые сплавы (менее 5 %). Стали производятся уг- леродистые и легированные. Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется: – на низкоуглеродистую с содержанием углерода до 0,25 %; – среднеуглеродистую с содержанием углерода 0,25–0,6 %; – высокоуглеродистую с содержанием углерода 0,6–2 %. В зависимости от содержания легирующих компонентов стали делятся на группы: – низколегированные – суммарное содержание легирую- щих элементов до 2,5 %; 8 – среднелегированные – легирующих компонентов 2,5–10 %; – высоколегированные – легирующих компонентов более 10 %). По способу выплавки стали подразделяются на мартенов- ские и конверторные. Современные методы выплавки конвер- торной стали с продувкой кислородом позволяют получить сталь, близкую по качеству к мартеновской. Поэтому при по- ставке углеродистых сталей способу их выплавки не придают существенного значения. Для оценки свойств и качества ста- лей основными техническими характеристиками являются их механические свойства и химический состав. Химический состав стали характеризуется процентным содержанием в ней различных компонентов и примесей. Углерод (У) – повышает предел текучести и временное со- противление стали. Однако пластичность и свариваемость стали уменьшаются. Поэтому в строительных конструкциях применяют преимущественно низкоуглеродистые стали с со- держанием углерода до 0,22 %. Кремний (С) – раскисляет сталь, поэтому его количество возрастает от кипящей к спокойной стали, он, как и углерод, но в меньшей степени увеличивает предел текучести и вре- менное сопротивление, однако несколько ухудшает сваривае- мость, стойкость против коррозии и сильно снижает ударную вязкость. Вредное влияние кремния может компенсироваться повышенным содержанием марганца. Марганец (Г) – увеличивает предел текучести и временное сопротивление стали, незначительно снижая ее пластические свойства и мало влияя на свариваемость. Медь (Д) – несколько повышает прочность стали и увеличи- вает стойкость ее против коррозии. Избыточное (более 0,7 %) содержание меди способствует старению стали. Алюминий (Ю) – хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, несколько повышает ее ударную вязкость. 9 Азот (А) – в несвязанном состоянии увеличивает хрупкость стали, особенно при низких температурах, и способствует ее старению. В химически связанном состоянии с алюминием, ванадием, титаном и ниобием азот, образуя нитриды, стано- вится легирующим элементом, улучшающим структуру стали и ее механические свойства. Никель (Н), хром (X), ванадий (Ф), вольфрам (В), молибден (М), титан (Т), бор (Р) являются легирующими компонентами, улучшающими те или иные механические свойства стали; при- менение их для сталей, используемых в строительстве, огра- ничивается дефицитностью и высокой стоимостью. Ряд примесей является вредными для сталей, сильно ухуд- шая ее качество. Фосфор (Р) – резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, а также делает ее хладноломкой (хрупкой при отрицательных температурах). Сера (S) – несколько уменьшает прочностные характеристи- ки стали и, главное, делает ее красноломкой (хрупкой и склон- ной к образованию трещин при температуре 800–1000 °С), что влечет за собой появление сварочных трещин. Кислород, водород и азот, которые могут попасть в рас- плавленный металл из воздуха и остаться там, ухудшают структуру стали и способствуют увеличению ее хрупкости. Служебные свойства стали. Надежность и долговечность металлических конструкций во многом зависит от свойств ма- териала. Наиболее важными для работы конструкций являют- ся механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к хрупкому разрушению, ползучесть, твердость, а также свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и технологичность. 10 Рис. 1.1. Образец и диаграмма растяжения сталей и чугуна: а – образец для испытания на растяжение; б – диаграммы растяжения сталей и чугуна (1 – низкоуглеродистая сталь; 2 – чугун; 3 – высокопрочная сталь 12ГН2МФАЮ) Прочность характеризуется сопротивлением материала внешним силовым воздействиям без разрушения. Упругость – свойство материала восстанавливать свою пер- воначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность – свойство материала сохранять несущую способность в процессе деформирования. Хрупкость – склонность к разрушению при малых дефор- мациях. Ползучесть – свойство материала непрерывно деформиро- ваться во времени без увеличения нагрузки. Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопро- тивляться деформации или разрушению при внедрении в него индентора из более твердого материала. Прочность металла при статическом нагружении, а также его упругие и пластические свойства определяют испытанием стандартных образцов (прямоугольного или круглого сечения) на растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением  и относительным удлинением  (рис. 1.1, б): а б 11 ;F A   0 100 %,l l    где F – нагрузка; А – первоначальная площадь поперечного сечения образца; l – удлинение рабочей части образца (рис. 1.1, а); l0 – первоначальная длина рабочей части образца. Основными прочностными характеристиками металла (рис. 1.1, б) являются временное сопротивление и и предел текучести у. Временное сопротивление – это предельная разрушающая нагрузка, отнесенная к первоначальной площади поперечного сечения образца. Предел текучести у – напряжение, которое соответствует остаточному относительному удлинению после разгрузки, равному 0,2 %. В мягких сталях при таком напряжении начи- нается интенсивный процесс развития деформаций, они рас- тут без изменения нагрузки с образованием площадки текуче- сти – металл «течет». Для сталей, не имеющих площадки те- кучести, вводят понятие условного предела текучести 0,2, величину которого определяют по тем же правилам. Если металл подвергается действию циклических напряже- ний (например, чередующихся растяжения и сжатия), то при достаточно большом числе циклов разрушение может произой- ти при напряжении меньше временного сопротивления и даже предела текучести. Это явление называют усталостью метал- ла. Склонность металла к усталостному разрушению устанав- ливают на основании результатов вибрационных испытаний. Мерой пластичности материала служит относительное остаточное удлинение при разрыве . Перед разрушением в образце в месте разрыва образуется «шейка», поперечное се- чение образца уменьшается и в зоне шейки развиваются большие местные пластические деформации. Относительное удли-нение при разрыве складывается из равномерного удли- нения на всей длине образца и r локального удлинения в зоне 12 шейки loc. Последнее зависит от размеров и формы образца, наличия местных дефектов и других случайных факторов, по- этому более показательной характеристикой пластичности яв- ляется равномерное относительное удлинение r. Мерой пла- стичности может служить также относительное сужение при разрыве 0 ( )A A A    (А и А0 – первоначальная и конечная по- сле разрыва площади сечения образца). В соответствии с гос- ударственным стандартом на испытание остаточное относи- тельное удлинение при разрыве определяют, как правило, на стандартных плоских образцах с рабочей длиной 5,65I A (А – площадь поперечного сечения). Получаемую при этом ве- личину относительного остаточного удлинения обозначают s. Упругие свойства материала характеризуют модулем упругости Е = tg ( – угол наклона начального участка диа- граммы работы стали к оси абсцисс) и пределом упругости с, таким максимальным напряжением, после снятия которого остаточные деформации отсутствуют. Рис. 1.2. Схема испытаний и типы образцов для испытаний на ударную вязкость: а – схема испытаний; б – образец с полукруглым надрезом (Менаже); в – образец с V-образным надрезом (Шарпи); г – образец с трещиной (Дроздовского) а б в г 13 Несколько ниже с находится предел пропорциональности р – напряжение, до которого материал работает линейно по закону Гука: p E   . В известной степени с и р являются условными напряже- ниями, их значения зависят от точности определения. Обычно принимают, что предел пропорциональности соответствует напряжениям, при которых Е = tg уменьшается в 1,5 раза, а предел упругости – напряжениям, при которых относительная остаточная деформация составляет 0,05 % . Склонность металла к хрупкому разрушению оценивают по результатам испытания на ударную вязкость на специальных маятниковых копрах. Под действием удара молота копра об- разец разрушается. Ударную вязкость КС измеряют работой, затраченной на разрушение образца. Эта работа, отнесенная к площади поперечного сечения, имеет размерность Дж/см2. Один и тот же материал может разрушаться как вязко, т. е. с развитием значительных пластических деформаций, так и хрупко, в зависимости от целого ряда факторов. Для ужесто- чения условий испытаний и повышения концентрации напря- жений в образцах делают надрез (U-образный, V-образный), или создают трещину (трещина выращивается с помощью специального вибратора с предварительно нанесенного остро- го надреза). Для конструкций, эксплуатирующихся в обычных условиях, испытания проводят на образцах Менаже. Для от- ветственных конструкций, эксплуатирующихся в условиях динамического нагружения и низких отрицательных темпера- тур (например, подкраново-подстропильные фермы, резервуа- ры большого объема и т. д.), для испытания используют об- разцы Шарпи и Дроздовского. В местах надреза напряжения резко повышаются (возникает концентрация напряжений), что способствует переходу металла в хрупкое состояние. 14 Таким образом, ударная вязкость является комплексным показателем, характеризующим состояние материала (хрупкое или вязкое), сопротивление динамическим (ударным) воздей- ствиям, чувствительность к концентрации напряжений. Она служит для сравнительной оценки качества стали. В сечении разрушенного образца можно выделить две зо- ны: первая зона с волокнистой структурой характеризует пла- стическую составляющую, вторая зона с кристаллическим из- ломом – хрупкую. Чем более пластичен материал, тем больше пластическая составляющая. Качественной характеристикой состояния материала служит процент волокнистости в изломе. Ползучесть в металлах, применяемых в строительных кон- струкциях, проявляется при высоких температурах. Оценку степени ползучести производят по результатам длительных испытаний образцов на растяжение. Основной способ соединения элементов стальных кон- струкций – сварка, поэтому важнейшим требованием, предъ- являемым к сталям для строительных конструкций, является свариваемость. Оценку свариваемости производят по хими- ческому составу, а также путем применения специальных тех- нологических проб. Оценку свариваемости стали проводят по углеродному эк- виваленту (%), для определения которого используют специ- альные технологические пробы и их химический состав. Для проверки сплошности металла и предупреждения рас- слоя в необходимых случаях по требованию заказчика прово- дят ультразвуковой контроль. Долговечность стальных конструкций определяется в первую очередь их коррозионной стойкостью. Сопротивляе- мость стали коррозионному разрушению зависит от химиче- ского состава, ее проверяют путем длительной выдержки об- разцов в агрессивной среде. Мерой коррозионной стойкости служит скорость коррозии по толщине металла в мм/год. При изготовлении и монтаже конструкций широко исполь- зуют такие операции, как гибка, резка, строжка, сверление от- 15 верстий и т. д. Они связаны с процессами упругопластическо- го изгиба, скалывания, обработки резанием, термическим воз- действием. Для качественного выполнения этих операций ме- талл должен иметь соответствующие технологические свой- ства. Так, повышенная твердость затрудняет сверление и механическую резку, недостаточная вязкость приводит к воз- никновению в гнутых деталях трещин, термическое воздей- ствие ускоряет процесс старения металла и способствует его переходу в хрупкое состояние. Оценку технологических свойств металла производят по химическому составу. В зави- симости от содержания отдельных элементов устанавливают также режим огневой резки и сварки. Влияние пластических деформаций и термического воздей- ствия на охрупчивание металла определяют по результатам испытаний на ударную вязкость после искусственного старе- ния. Для этого образец подвергают растяжению до остаточно- го удлинения в 10 % с последующим отпуском в печи при температуре 250 °С. Для предотвращения возникновения трещин при изготов- лении гнутых деталей проводят испытания на холодный из- гиб. Плоский образец (рис. 1.3) загибают на 180° вокруг оправки определенного диаметра, при этом на внешней сто- роне образца не должны появляться трещины. Испытание дает качественную оценку вязкости металла. Диаметр оправки устанавливают в зависимости от толщины образца. Рис. 1.3. Образец испытаний на холодный изгиб: 1 – оправка; 2 – образец 16 При расчете конструкций за основу принимают минималь- ные значения прочностных характеристик. Оборудование же для выполнения механической обработки металла (сверление, строжка, механическая резка и т. д.) должно быть рассчитано на максимальные значения этих характеристик. Для сокращения затрат на увеличение мощности оборудо- вания и повышения скорости обработки целесообразно огра- ничить также и верхние границы прочностных характеристик и, прежде всего, временного сопротивления. Значения механических характеристик стали устанавлива- ют в государственных стандартах (ГОСТ) и технических условиях (ТУ). В необходимых случаях при заказе металла оговаривают дополнительные требования по тем или иным свойствам. Физические характеристики стали и чугуна приве- дены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Физические характеристики материалов для стальных конструкций Характеристика Условные обозначения Единица измерения Прокатная сталь Чугун Объемный вес (плотность)  () кН/см3; кгс/м3 7,85  10-5 (7,85  103) 7,2  10-5 (7,2  103) Коэффициент линейного рас- ширения  оС–1 0,12  10-4 0,1–0,12  10-4 Модуль упругости Е кН/см2 2,06  104 0,83  104–1,3  104 Модуль сдвига G кН/см2 0,81  104 0,36 + 0,5  104 Коэффициент по- перечной дефор- мации (при упру- гой работе мате- риала) V – 0,3 0,25 + 0,35 17 Нормирование сталей. Основным стандартом, регламен- тирующим характеристики сталей для строительных металличе- ских конструкций, является ГОСТ 27772–88. Согласно ГОСТ, фасонный прокат изготовляют из сталей С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345к, С375, для листового и универсаль- ного проката и гнутых профилей используются также стали С390, С390К, С440 и С590К. Стали С345, С375, С390 и С440 могут поставляться с повышенным содержанием меди (для улучшения коррозионной стойкости) при этом к обозначению стали добавляют букву Д. Буква С в наименовании означает сталь строительную, циф- ра показывает значение предела текучести в МПа, буква К – вариант химического состава. Химический состав сталей и механические свойства пред- ставлены в табл. 1.2. Прокат поставляют как в горячекатаном, так и в термооб- работанном состоянии. Выбор варианта химического состава и вида термообработки определяется заводом. Главное – обеспечение требуемых свойств. Так, листовой прокат стали С345 может изготовляться из стали с химическим составом С245 с термическим улучшением. В этом случае к обозначе- нию стали добавляют букву Т, например С345Т. В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и степени опасности хрупкого разрушения испытания на ударную вязкость для сталей С345 и С375 проводятся при разных температурах, поэтому они поставляются четырех ка- тегорий, а к обозначению стали добавляют номер категории, например, С345-1, С375-2. Отличительной особенностью ГОСТ 27772–88 является ис- пользование для некоторых сталей (С275, С285, С375) стати- стических методов контроля, что гарантирует обеспеченность нормативных значений предела текучести и временного со- противления. 1 Таблица 1.2 Химический состав сталей (ГОСТ 27772–88) Наиме- нование стали Массовая доля элементов, % углерода, не более марганца кремния серы, не более фосфора хрома никеля меди ванадия других элементов С235 С245 С275 С345* С375Т 0,22 0,22 < 0,60 < 0,65 < 0,05 0,05–0,15 0,050 0,050 < 0,040 < 0,40 < 0,30 < 0,30 < 0,30 < 0,30 < 0,30 < 0,30 – – С255 С285 С345Т* С375Т* 0,22 < 0,65 – 0,8–1,10 0,15–0,30 0,05–0,15 0,15–0,30 0,50 0,050 0,050 < 0,040 < 0,30 < 0,30 < 0,30 – – – – С345 С375 С390Т** 0,15 1,30–1,70 < 0,80 0,040 < 0,035 < 0,30 < 0,30 <0,30 – – С345К 0,12 0,30–0,60 0,17–0,37 0,040 0,070– 0,120 0,50–0,80 0,30–0,60 0,30–0,50 _ Алюминий С390 0,18 1,20–1,60 < 0,60 0,040 < 0,035 < 0,40 < 0,30 <0,30 0,07–0,12 Азот С390К 0,18 1,20–1,60 < 0,17 0,040 < 0,035 < 0,30 <0,30 0,20–0,40 0,08–0,15 » С440 0,20 1,30–1,70 < 0,60 0,040 < 0,035 < 0,30 <0,30 < 0,30 0,08–0,14 С590К 0,14 0,90–1,40 0,20–0,50 0,035 < 0,035 0,20–0,50 1,40-1,75 < 0,30 0,05–0,10 Молибден, азот, алюминий 1 8 19 Строительные металлические конструкции изготовляют так- же из сталей, поставляемых по ГОСТ 380–88* «Сталь углеро- дистая обыкновенного качества», ГОСТ 19281–89 «Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия» и другим стандартам. Принципиальных различий между свойствами стали, имею- щими одинаковый химический состав, но поставляемым по разным стандартам, нет. Разница в способах контроля и обо- значениях. Так, по ГОСТ 380–88* в обозначении марки стали указываются группа поставки, способ раскисления и категория. При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б – химический состав, по группе В – ме- ханические свойства и химический состав. Степень раскисления обозначается буквами: кп – кипящая; сп – спокойная; пс – полуспокойная. Для низкоуглеродистых сталей, в зависимости от вида ис- пытаний на ударную вязкость, установлено 6 категорий: кате- гории 1,2 – испытания на ударную вязкость не проводят, 3 – проводят при t = +20 °С, 4 – при –20 °С, 5 – при –20 °С и после механического старения, 6 – после механического старения. Все эти факторы указывают в марке стали. Так, например, ВСтЗпсб – это сталь 3, полуспокойная, с гарантией в пределах величин, установленных стандартом для этой стали, механи- ческих характеристик, химического состава и ударной вязко- сти после механического старения. В строительстве в основ- ном используют стали марок ВСтЗкп2, ВСтЗпсб и ВСтЗсп5, а также сталь с повышенным содержанием марганца ВСтЗГпс5. Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменя- емы. Так, сталь С235 соответствует стали ВСтЗкп2, сталь С245 – ВСтЗпсб, сталь С255 – ВСтЗсп5. Свойства металлопроката зависят от химического состава исходного сырья, способа выплавки и объема плавильных аг- регатов, усилия обжатия и температуры при прокатке, усло- вий охлаждения готового проката и т. д. При столь многооб- 20 разных факторах, влияющих на качество стали, вполне есте- ственно, что показатели прочности и других свойств имеют определенный разброс и их можно рассматривать как случай- ные величины. Указанные в стандартах на поставку металла значения предела текучести имеют обеспеченность не ниже 0,95. По этим значениям производят отбраковку металла на металлургических заводах. При этом значительная часть ме- талла (свыше 95 %) имеет прочностные характеристики выше установленных в стандартах. Для более полного использования прочностных свойств стали и экономии металла можно по результатам испытаний дифференцировать прокат из одной стали на несколько групп прочности. В ГОСТ 27772–88 такой подход используют для проката толщиной до 20 мм из сталей С245 и С275, а также С255 и С285, С345 и С375. Стали обычной прочности (у < 29 кН/см2). К этой группе относят низкоуглеродистые стали (С235 – С285) различной степени раскисления, поставляемые в горячекатаном состоя- нии. Обладая относительно небольшой прочностью, эти стали очень пластичны: протяженность площадки текучести состав- ляет 2,5 % и больше, соотношения у, и 0,6–0,7. Хорошая сва- риваемость обеспечивается низким содержанием углерода (не более 0,22 %) и кремния. Коррозионная стойкость – средняя, поэтому конструкции, выполненные из сталей обычной проч- ности, следует защищать с помощью лакокрасочных и других покрытий. Однако благодаря невысокой стоимости и хорошим технологическим свойствам стали обычной прочности очень широко применяют для строительных металлических кон- струкций. Потребление этих сталей составляет свыше 50 % от общего объема. Недостатком низкоуглеродистых сталей явля- ется склонность к хрупкому разрушению при низких темпера- турах (особенно для кипящей стали С235), поэтому их приме- нение в конструкциях, эксплуатирующихся при низких отрица- тельных температурах, ограничено. 21 Стали повышенной прочности (29 кН/см2 < у < 40 кН/см2). Стали повышенной прочности (С345–С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих добавок, в основ- ном марганца и кремния, реже никеля и хрома, либо термо- упрочнением низкоуглеродистой стали (С345Т). Пластичность стали при этом несколько снижается и протяженность пло- щадки текучести уменьшается до 1–1,5 %. Стали повышенной прочности несколько хуже свариваются (особенно стали с высоким содержанием кремния) и требуют иногда использования специальных технологических меро- приятий для предотвращения образования горячих трещин. По коррозионной стойкости большинство сталей этой груп- пы близки к низкоуглеродистым сталям. Более высокой кор- розионной стойкостью обладают стали с повышенным содер- жанием меди (С345Д, С375Д, С390Д). Мелкозернистая структура низколегированных сталей поз- воляет значительно повысить их сопротивление хрупкому разрушению. Высокое значение ударной вязкости сохраняется при темпе- ратуре –40 °С и ниже, что позволяет использовать эти стали для конструкций, эксплуатируемых в северных районах. За счет бо- лее высоких прочностных свойств применение сталей повышен- ной прочности приводит к экономии металла до 20–25 %. Стали высокой прочности (у > 40 кН/см2). Прокат из стали высокой прочности (С440–С590) получают, как прави- ло, путем легирования и термической обработки. Для легиро- вания используют нитридообразующие элементы, способ- ствующие образованию мелкозернистой структуры. Стали высокой прочности могут не иметь площадки теку- чести (при у > 50 кН/см2), и их пластичность (относительное удлинение) снижается до 14 % и ниже. Отношение у/и уве- личивается до 0,8 – 0,9, что не позволяет учитывать при рас- чете конструкций из этих сталей пластические деформации. Подбор химического состава и режима термообработки позволяет значительно повысить сопротивление хрупкому 22 разрушению и обеспечить высокую ударную вязкость при температурах до –70 °С. Определенные трудности возникают при изготовлении конструкций. Высокая прочность и низкая пластичность требуют более мощного оборудования для рез- ки, правки, сверления и других операций. При сварке термообработанных сталей, вследствие нерав- номерного нагрева и быстрого охлаждения в разных зонах сварного соединения, происходят различные структурные пре- вращения. На одних участках образуются закалочные струк- туры, обладающие повышенной прочностью и хрупкостью (жесткие прослойки), на других металл подвергается высоко- му отпуску и имеет пониженную прочность и высокую пла- стичность (мягкие прослойки). Разупрочнение стали в околошовной зоне может достигать 5–30 %, что необходимо учитывать при проектировании свар- ных конструкций из термообработанных сталей. Введение в состав стали некоторых карбидообразующих эле- ментов (молибден, ванадий) снижает эффект разупрочнения. Применение сталей высокой прочности приводит к эконо- мии металла до 25–30 % по сравнению с конструкциями из низкоуглеродистых сталей и особенно целесообразно в боль- шепролетных и тяжелонагруженных конструкциях. Атмосферостойкие стали. Для повышения коррозионной стойкости металлических конструкций применяют низколеги- рованные стали, содержащие в небольшом количестве (доли процента) такие элементы, как хром, никель и медь. В конструкциях, подвергающихся атмосферным воздей- ствиям, весьма эффективны стали с добавкой фосфора (например, сталь С345к). На поверхности таких сталей обра- зуется тонкая оксидная пленка, обладающая достаточной прочностью и защищающая металл от развития коррозии. Од- нако свариваемость стали при наличии фосфора ухудшается. Кроме того, в прокате больших толщин металл обладает по- ниженной хладостойкостью, поэтому применение стали С345к рекомендуют при толщинах не более 10 мм. 23 В конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции (например, мембранные покрытия), широко использу- ют тонколистовой прокат. Для повышения долговечности таких конструкций целесообразно применение нержавеющей хроми- стой стали марки 0Х18Т1Ф2, не содержащей никеля. Механиче- ские свойства стали 0Х18Т1Ф2: и = 50 кН/см2, у = 36 кН/см2. Выбор стали для стальных конструкций производят на основе вариантного проектирования и технико-экономиче- ского анализа с учетом требований норм. В целях упрощения заказа металла при выборе стали следует стремиться к боль- шей унификации конструкций, сокращению количества ста- лей и профилей. Выбор стали зависит от следующих факто- ров, влияющих на работу материала: – температуры среды, в которой монтируется и эксплуати- руется конструкция. Этот фактор учитывает повышенную опас- ность хрупкого разрушения при пониженных температурах; – характера нагружения, определяющего особенность рабо- ты материала и конструкций при динамической, вибрацион- ной и переменной нагрузках; – вида напряженного состояния (одноосное сжатие или рас- тяжение, плоское или объемное напряженное состояние) и уровня возникающих напряжений (сильно или слабо нагру- женные элементы); – способа соединения элементов, определяющего уровень собственных напряжений, степень концентрации напряжений и свойства материала в зоне соединения; – толщины проката, применяемого в элементах. Этот фактор учитывает изменение свойств стали с увеличением толщины. При выборе стали необходимо учитывать группу кон- струкций. К первой группе относят сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосред- ственному воздействию динамических, вибрационных или по- движных нагрузок (например, подкрановые балки, балки рабо- 24 чих площадок или элементы эстакад, непосредственно воспри- нимающих нагрузку от подвижных составов, фасонки ферм и т. д.). Напряженное состояние таких конструкций характери- зуется высоким уровнем и большой частотой нагружения. Конструкции первой группы работают в наиболее сложных условиях, способствующих возможности их хрупкого или усталостного разрушения, поэтому к свойствам сталей для этих конструкций предъявляются наиболее высокие требова- ния. Ко второй группе относят сварные конструкции, работаю- щие на статическую нагрузку при воздействии одноосного и однозначного двухосного поля растягивающих напряжений (например, фермы, ригели рам, балки перекрытий и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы), а также конструкции второй группы при отсутствии сварных соединений. Общим для конструкций этой группы является повышенная опасность хрупкого разрушения, связанная с наличием поля растягивающих напряжений. Вероятность усталостного раз- рушения здесь меньше, чем для конструкций первой группы. К третьей группе относят сварные конструкции, работаю- щие при преимущественном воздействии сжимающих напря- жений (например, колонны, стойки, опоры под оборудование и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы), а также кон- струкции второй группы при отсутствии сварных соединений. В четвертую группу включены вспомогательные кон- струкции и элементы (связи, элементы фахверка, лестницы, ограждения и т. п.), а также конструкции третьей группы при отсутствии сварных соединений. Если для конструкций третьей и четвертой групп достаточ- но ограничиться требованиями к прочности при статических нагрузках, то для конструкций первой и второй групп важным является оценка сопротивления стали динамическим воздей- ствиям и хрупкому разрушению. 25 В материалах для сварных конструкций обязательно следует оценивать свариваемость. Требования к элементам конструкций, не имеющим сварных соединений, могут быть снижены, там как отсутствие полей сварочных напряжений, более низкая концен- трация напряжений и другие факторы улучшают их работу. В пределах каждой группы конструкций, в зависимости от температуры эксплуатации, к сталям предъявляют требования по ударной вязкости при различных температурах. В нормах содержится перечень сталей в зависимости от группы конструкций и климатического района строительства. Окончательный выбор стали в пределах каждой группы должен выполняться на основании сравнения технико-эконо- мических показателей (расхода стали и стоимости конструк- ций), а также с учетом заказа металла и технологических воз- можностей завода-изготовителя. В составных конструкциях (например, составных балках, фермах и т. п.) экономически целесообразно применение двух сталей – более высокой проч- ности для сильно нагруженных элементов (пояса ферм, балок) и меньшей прочности для слабо нагруженных элементов (ре- шетка ферм, стенки балок). Приведенный подход к выбору сталей используют для кон- струкций массового применения. Для особо ответственных уникальных сооружений с высокой степенью обеспеченности надежности (атомные реакторы АЭС, сосуды давления, газ- гольдеры и резервуары большого объема) требования к каче- ству, а следовательно, и к выбору стали могут быть значи- тельно более жесткими. Задачи, решаемые на практическом занятии 1. Ознакомление с достоинствами и недостатками металли- ческих конструкций. 2. Ознакомление с химическим составом и служебными свойствами стали. 26 3. Обоснование выбора стали для заданной стальной кон- струкции. Контрольные вопросы 1. Что такое сталь? 2. Как классифицируются строительные стали? 3. Назовите основные достоинства и недостатки металличе- ских конструкций, химический состав и служебные свойства стали. 4. Как определить предел текучести и временное сопротив- ление арматурной стали? 5. С какой целью проводят технологические испытания ар- матурной стали? 6. Какие группы конструкций учитываются при выборе стали? 27 Практическое занятие № 2 СТРУКТУРА СТАЛИ Цель работы: ознакомиться со структурой стали, приме- няемой в строительстве. Содержание работы В твердом состоянии сталь является поликристаллическим телом, состоящим из множества различно ориентированных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы (точнее – по- ложительно заряженные ионы) расположены упорядоченно в узлах пространственной решетки. Для стали характерны объемно-центрированная (ОЦК) и гранецентрированная (ГЦК) кубическая кристаллическая решетки (рис. 2.1). Каждое зерно как кристаллическое образование резко анизотропно и имеет различные свойства по разным направлениям. При большом числе хаотично ориентированных зерен эти различия сглажи- ваются и статистически в среднем по всем направлениям свой- ства становятся одинаковыми. Рис. 2.1. Кубическая кристаллическая решетка: а – объемно-центрированная; б – гранецентрированная Структура стали зависит от условий кристаллизации, хими- ческого состава, режима термообработки и прокатки. Темпе- ратура плавления чистого железа равна 1539 °С, при тверде- а б 28 нии образуются кристаллы -железа с объемно-центрирован- ной решеткой (рис. 2.1, а), при температуре 1490 °С происхо- дит перекристаллизация и -железо переходит в -железо с гранецентрированной решеткой (рис. 2.1, б). При 910 °С и ниже кристаллы -железа вновь превращаются в объемно- центрированные с сохранением такого состояния в обычных условиях. Последнюю модификацию называют -железом. После завершения процесса кристаллизации при остывании стали образуется твердый раствор углерода в -железе, назы- ваемый аустенитом, в котором атомы углерода располагаются в центре ГЦК-решетки. При температуре ниже 910 °С начина- ется распад аустенита. Образующееся -железо с ОЦК-решет- кой (феррит) плохо растворяет углерод. По мере выделения феррита аустенит обогащается углеродом и при температуре 727 °С превращается в перлит – смесь феррита и карбида же- леза Fe3C, называемого цементитом. Таким образом, при нор- мальной температуре сталь состоит из двух основных фаз – феррита и цементита, которые образуют самостоятельные зерна, а также входят в виде пластинок в состав перлита. Величина зерен феррита и перлита зависит от числа очагов кристаллизации и условий охлаждения. Размер зерна суще- ственно влияет на механические свойства стали (чем мельче зерно, тем выше качество металла). Легирующие добавки, растворяясь в феррите, упрочняют его. Кроме того, некоторые из них, образуя карбиды и нитри- ды, увеличивают число очагов кристаллизации и способству- ют образованию мелкозернистой структуры. Микроанализ позволяет определять величину и форму зе- рен, а также расположение элементов (фаз), составляющих сплав, что дает возможность прогнозировать его свойства. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов – феррита, цементита, аустенита, перлита, ледебурита – можно рассмотреть под микроскопом на полированном травленном шлифе, а именно, на зеркально отполированной поверхности стальных образцов, обработанных кислотой. 29 Феррит – твердый раствор углерода в -железе. Он мягкий (твердость по Бринеллю НВ 65–130), пластичный (относи- тельное удлинение  – 40 %, сильно магнитен, хорошо прово- дит теплоту и электрический ток. Под микроскопом просмат- ривается в виде светлых зерен или сетки, окаймляющей участки перлита (рис. 2.2, а, б, в). Рис. 2.2. Микроструктура углеродистых сталей: а – доэвтектоидная; б – эвтектоидная (пластинчатый перлит); в – заэвтектоидная; 1 – феррит; 2 – перлит; 3 – цементит Цементит – карбид железа F3C – химическое соединение железа и углерода. Цементит имеет металлический блеск, об- ладает большей твердостью (НВ 800) и хрупкостью, слабо магнитен, плохо проводит электрический ток и теплоту. Раз- личают три структурные формы цементита: первичную, вто- ричную и третичную. Аустенит – твердый раствор углерода в -железе. Аустенит немагнитен, сравнительно мягкий (НВ 170–200). Под микроско- пом хорошо видна зернистая структура аустенита (рис. 2,2, а). Перлит – механическая смесь (эвтектика), состоящая из очень тонких пластинок или зерен цементита в ферритовой основе. Перлит бывает пластинчатый и зернистый, что определяется формой цементита (пластинки или шарообразные зерна). Ме- ханические свойства перлита зависят от размеров и формы це- ментита – пластинчатого или зернистого (относительное удли- нение около 15 %, твердость НВ 150–170). Под микроскопом а б в 30 при среднем увеличении перлит после обычного травления об- наруживается в виде темных участков (рис. 2.2, в). При 1000- кратном увеличении выявляется эвтектоидное строение перли- та – две равномерно распределенные фазы: феррит и цементит. Ледебурит – механическая смесь, состоящая в интервале температур 727–1147 °С из аустенита и цементита, а ниже 727 °С – из феррита и вторичного цементита. При температуре ниже 727 °С стали с содержанием углеро- да менее 0,8 % имеют структуру феррита и перлита (феррито- цементитной смеси) и называются доэвтектоидными, с содер- жанием углерода 0,8 % – структуру перлита и называются эв- тектоидными и с содержанием углерода 0,8–2,14 % – струк- туру вторичного цементита и перлита и называются заэвтек- тоидными. Под микроскопом вторичный цементит имеет вид светлой или темной тонкой сетки, окаймляющей зерна перли- та (рис. 2.2, в). Для изучения микроструктуры применяют микрошлифы, изготовленные тонким шлифованием и полированием. После полирования поверхность шлифа подвергают травлению 4 % – ным раствором азотной кислоты в спирте. Схема металлографического микроскопа представлена на рис. 2.3. Рис. 2.3. Схема металлографического микроскопа: 1 – окуляр; 2 – изучаемый микрошлиф; 3 – столик; 4 – источник света; 5 – призмы 31 Образец (микрошлиф) стали 2 устанавливают на столик 3 микроскопа. От источника света 4 луч преломляется призмой 5 на зеркальную поверхность образца под углом . Отраженный от зеркальной поверхности луч второй призмой преломляется в окуляр 1. Так как поверхность имеет микрорельеф, то при падении луча на поверхность образца под угломер от высту- пающих компонентов образца, в данном случае от цементита, на поверхность будут падать тени, которые можно наблюдать в поле зрения микроскопа. Так как тени будут располагаться по границам структурных составляющих сплава, то по ним можно судить о структуре металла. Задачи, решаемые на практическом занятии 1. Ознакомление с основными элементами микроструктуры углеродистой стали. 2. Ознакомление с устройством металлографического мик- роскопа. 3. Зарисовка в журнал структуры изучаемого микрошлифа. 4. Определение типа структуры, представленной на мик- рошлифе. Контрольные вопросы 1. Что такое сталь? 2. Как классифицируются строительные стали? 3. Назовите структурные составляющие стали. 4. Что дает микроанализ сплавов стали? 5. Как влияет различное содержание углерода в стали на ее структуру? 6. Назовите химический состав стали. 32 Практическое занятие № 3 АРМАТУРА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Цель работы: ознакомиться с классификацией, свойствами, назначением основных видов арматуры железобетонных кон- струкций. Научиться определять их по внешнему признаку. Содержание работы Классификация арматурных сталей Отечественная промышленность выпускает арматурные ста- ли с различными физико-механическими свойствами (табл. 3.1) диаметром 3–90 мм. Арматурные стали хорошо ведут себя в эксплуатации, например при многократно изменяющихся нагрузках, изменениях температуры и т. п. Для армирования бетона используют в основном стальную арматуру из углеродистых и низколегированных сталей. Стальную арматуру классифицируют: – по основной технологии – на горячекатаную, термически упрочненную и холоднотянутую; – условиям применения ее в конструкциях – на ненапряга- емую и напрягаемую; – профилю – на гладкую и периодического профиля; – химическому составу – на марки, определяемые содер- жанием основных химических элементов; – свойствам – на мягкие и твердые; – условиям поставки – на прутковую и бухтовую арматур- ную сталь. Прутковую сталь доставляют в виде стержней длиной 6–12 м, а по особому заказу – до 18 и даже до 25 м диаметром более 10 мм в пачках массой до 5 т. В бухтах до- ставляют арматурную сталь диаметром менее – 10 мм и дли- ной до 200 м, а также витую проволочную арматуру. 33 Арматуру, применяемую в железобетонных конструкциях, делят на арматурные изделия (стержни, проволоку, плоские и рулонные сетки, канаты, пространственные каркасы), заклад- ные детали, фиксаторы арматуры и закладных деталей, стро- повочные устройства. Арматурную сталь разделяют на классы, в зависимости от механических свойств и технологии изготовления и обозна- чают следующими буквами: стержневая арматура – А, прово- лочная – В и канаты – К. Основные виды арматурных сталей представлены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Основные виды арматурных сталей Вид арматуры Класс арматуры Марка стали Диаметр, мм Стержневая горячекатаная гладкая A-I; (А240)*; (S240)** СтЗспЗ 6–40 СтЗпсЗ 6–40 СтЗкпЗ 6–40 ВСтЗпс2 6–40 ВСтЗкп2 6–40 18Г2С 40–80 Стержневая горячекатаная периодического профиля А-II(A300) ВСт5сп2 10–40 ВСт5пс2 10–16 ВСт5пс2 18–40 18Г2С 40–18 10ГТ 10–32 А-III(А400)*; (S400)** 35ГС 6–40 25Г2С 6–40 A-IV(А600)*; (S500)** 80С 10–18 20ХГ2Ц 10–22 A-V(А800)*; (S800)** 23Х2Г2Т 10–22 A-VI(А1000)*; (S1200)** 20Х2Г2АЮ, 20Х2Г2Р, 20ХС2 10–32 34 Окончание табл. 3.1 Вид арматуры Класс арматуры Марка стали Диаметр, мм Стержневая термически упрочненная периодиче- ского профиля AT-IV(Ат600) – 10–25 AT-V(Ат800) – 10–25 AT-VI(Ат1000) – 10–25 Обыкновенная арматурная проволока гладкая B-I – 3–5 Обыкновенная арматурная проволока периодического профиля Bp-I – 3–5 Высокопрочная арматурная проволока гладкая B-II – 3–8 Высокопрочная арматурная проволока периодического профиля Bp-II – 3–8 Арматурные канаты K-7 – 4,5–15 K-9 – 14 (по ТУ14-4-22-71) Стержневая арматурная сталь подразделяется на: – горячекатаную – гладкую класса А-I; – периодического профиля классов А-II, А-III, A-IV, A-V, А-VI; – термически и термомеханически упрочненную периоди- ческого профиля классов Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. В обозначении классов термически и термомеханически упрочненной стержневой арматуры повышенной стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением добавляет- ся буква К (например, A-IVK); свариваемой и повышенной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряже- нием – буквой СК (например, Ат-VCK). В обозначении горячекатаной стержневой арматуры буква «в» употребляется для арматуры упрочненной вытяжкой (например, Ат-Шв). Характерные профили стержневой арматуры представлены на рис. 3.1, 3.2, 3.3. 35 Рис. 3.1. Периодические профили стержневой арматуры: а – класса А-11; б – остальных классов Рис. 3.2. Серповидный профиль стержневой арматуры а б 36 Рис. 3.3. Винтовой профиль стержневой арматуры Механические свойства стержневой и проволочной арма- турной стали показаны в табл. 3.2. Таблица 3.2 Механические свойства стержневой арматурной стали Класс арматурной стали Предел текучести физиче- ский или условный Времен- ное со- против- ление, Н/мм2 Относительное удли- нение после разрыва Испытание на из- гиб в холодном со- стоянии (С – тол- щина оправки, d – диаметр стержня) полное, % равномер- ное, % A-I (А240) 235 375 25 - 180°, C = ld A-II (А300) 295 490 19 - 180°, C = 3d Ас-III (Ас300) 295 440 25 . 180°, C = ld А-Ш (А400) 390 590 14 - 90°, C = 3d Ат-III (Ат400) 400 500 16 - 90°, C = 3d А500С 500 600 14 - 90°, C = 3d А1У(А600) 590 885 6 2 45°, C = 5d Ат1У (Атб00) 600 800 12 4 –"– Ат1УС(Ат600С) 600 800 12 4 –"– АтУК(Атб00К) 600 800 12 4 –"– А-У (А800) 785 1030 7 2 –"– Ат-У (А800) 800 100 8 2 –"– Ат-УК (А800К) 800 100 8 2 –"– АУ1(А1000) 980 1230 6 2 –"– Ат-У1 (Ат1000) 1000 1250 7 2 –"– АтУIК(Ат1000К) 1000 1250 7 2 –"– 37 Диаграммы деформаций арматурной стали при растяжении показаны на рис. 3.4. Рис. 3.4. Диаграмма деформаций арматурных сталей при растяжении: 1 – сталь горячекатаная круглая класса A-I (Ст. 3); 2 – сталь горячекатаная периодического профиля класса А-II (Ст. 5); 3 – то же, подвергнутая упрочнению вытяжкой; 4 – обыкновенная арматурная проволока класса B-I диаметром 3–5,5 мм; 5 – сталь горячекатаная низколегированная периоди- ческого профиля класса А-III (марок 35ГС и 25Г2С); 6 – то же, подвергну- тая упрочнению вытяжкой; 7 – сталь горячекатаная низколегированная периодического профиля класса A-IV (марки 20ХГ2Ц и др.); 8 – сталь горя- чекатаная периодического профиля, термически упрочненная, класса А-VI; 9 – высокопрочная проволока периодического профиля класса Вр-II; 10 – то же круглая класса В-II диаметром 1 мм; 11 – то же диаметром 2,5 мм; 12 – то же диаметром 2 мм 38 С увеличением класса арматуры повышается ее прочность при растяжении и резко снижается относительная деформация. Арматурные стали разных классов с одинаковым рисунком пе- риодического профиля различают по цвету окрашенных концов стержней. Маркировка покраски представлена в табл. 3.3. Таблица 3.3 Маркировка покраской стержневой арматурной стали Класс арматуры Цвет покраски концов стержней Число поперечных ребер между маркировочными знаками А-III – 3 Ат-III Белый 3 А500С Белый и синий 1 A-IV Красный 4 AT-IV Желтый 4 AT-IVC Желтый и белый 4 AT-IVK Желтый и красный 4 A-V Красный и зеленый 5 Ат-V Зеленый 5 Ат-VK Зеленый и красный 5 A-VI Красный и синий 6 Ат-VI Синий 6 AT-VIK Синий и красный 6 AT-VII Черный 7 Холоднотянутая проволочная арматурная сталь подразде- ляется на арматурную проволоку гладкую класса B-I, перио- дического профиля класса Вр-I, высокопрочную гладкую клас- са В-II, периодического профиля класса Вр-II. Разновидности проволочной арматуры показаны на рис. 3.5–3.8. 39 Рис. 3.5. Разновидности проволочной арматуры: а – арматурная проволока классов B-I и В-П; б – то же, класса Вр-П; в – витая проволочная арматура класса П-7 (арматурная прядь); г – то же, класса К2Х7 (арматурный канат) Рис. 3.6. Периодические профили низкоуглеродистой арматурной проволоки: а – класса Вр 400; б – класса Вр 600 а б в г а б 40 Рис. 3.7. Новые периодические профили арматурной проволоки: а – с трехсторонними вмятинами; б – с четырехсторонними вмятинами Рис. 3.8. Периодический профиль высокопрочной арматурной проволоки б а 41 Таблица 3.4 Механические характеристики холоднотянутой проволоки Класс арматурной проволоки, ГОСТ или ТУ Класс проч- ности Номина- льный диаметр, мм Разрыв- ное уси- лие F, кН Усилие, со- ответствую- щее услов- ному пределу текучести, кН Относитель- ное удлине- ние после разрыва , %, не менее Число пере- гибов на 180° Вр-1 ГОСТ 6727 СТБ 1341 400 3 3,9 3,5 2,0 4 400 4 7,1 6,2 2,5 4 400 5 10,6 9,7 3,0 4 Вр ТУ 14-4- 1323-83 600 4 10,5 8 2,5 4 600 4,5 13,2 10,2 2,7 4 600 5 16,4 12,5 3 5 600 6 22,6 18 4 6 ВиВр ГОСТ 7342 1500 3 12,6 10,6 4 9 1400 4 22,4 18 4 7 1400 5 32,8 27,5 4 5 1400 6 47,3 39,7 5 – 1300 7 60,4 50,7 6 – 1200 « 74 62 6 – Для лучшего использования прочностных свойств прово- локи в канате шаг свивки принимают максимальным, обеспе- чивающим нераскручиваемость канатов, обычно в пределах 10–16 диаметров каната. Рис. 3.9. Поперечное сечение арматурных канатов: а – семипроволочных; б – девятнадцатипроволочных В условном обозначении арматурных канатов кроме буквы К указывается число проволок в канате (К7, К19). Для закладных б а 42 деталей и соединительных накладок применяются, как правило, прокатная углеродистая сталь соответствующих марок, приве- денных в табл. 3.5. Выбор арматурной стали следует произво- дить в зависимости от типа конструкции, наличия предвари- тельного натяжения, а также от условий эксплуатации. Таблица 3.5 Область применения углеродистой стали для закладных деталей железобетонных и бетонных конструкций Характеристика закладных деталей Расчетная температура, С до минус 30 включ. ниже минус 30 до минус 40 включ. марка стали по ГОСТ 380–71 толщина проката, мм марка стали по ГОСТ 380–71 толщина проката, мм 1. Рассчитываемые уси- лия от нагрузок: а) статических б) динамических и многократно повто- ряющихся ВСтЗкп2 4–30 ВСтЗпс6 4–25 ВСтЗпс6 4–10 ВСтЗпс6 4–10 ВСтЗГпс5 11–30 ВСтЗГпс5 11–30 ВСтЗсп5 11–25 ВСтЗсп5 11–25 2. Конструктивные (не рассчитываемые на силовые воздействия) БСтЗкп2 4–10 БСтЗкп2 4–10 ВСтЗкп2 4–30 ВСтЗкп2 4–30 Примечания: 1. Расчетная температура принимается согласно указаниям п. 1.8. 2. При применении низколегированной стали, например марок 10Г2С1, 09Г2С, а также при расчетной температуре ниже минус 40 °С выбор марки стали и электроводов для закладных деталей следует производить как для стальных сварных конструкций в соответствии требованиям СНиП П-23–81. 3. Расчетные сопротивления стали указанных марок принимаются со- гласно СНиП 2.03.01–84*. Сетки для армирования железобетонных конструкций в за- висимости от поставки применяют рулонные (при диаметре продольных стержней до 7 мм) или плоские (при диаметре 43 продольных стержней 8 и более мм). Сетки изготавливают с прямоугольным контуром и взаимно перпендикулярным расположением стержней. Допустимое расстояние между ося- ми стержней одного направления должно быть 50 мм. Шири- на в рулонных сетках в осях крайних продольных стержней не превышает 3500 мм, плоских – 2500 мм. Длина плоских сеток не превышает 9 м (рис. 3.10). Рис. 3.10. Рулонная (а) и плоская (б) сварные сетки армирования железобетонных конструкций Пространственные арматурные каркасы для армирова- ния линейных элементов типа колонн, балок, свай и т. п. изго- тавливают из плоских или гнутых сеток, стержней и спираль- ной арматуры (рис. 3.11, а–и), которые соединяют с помощью сварки. б а 44 Рис. 3.11. Примеры устройства арматурных каркасов: а – из плоских сеток, соединенных стержнями; б – объединением сеток сваркой; в–г – из гнутых сеток; д – из широких сеток и продольных стержней; е – из продольных стержней и хомутов; ж, з, и – из продольных стержней с поперечной спиральной арматурой; 1 – сетки; 2 – соединительные стержни; 3 – хомуты; 4 – стержни продольной арматуры Пространственные каркасы для армирования плоских же- лезобетонных элементов типа плит, стеновых панелей и т. п. изготавливают следующим образом. Плоские сетки, состоя- щие из двух продольных и расчетного количества поперечных стержней типа «лесенка», соединяются посредством стержней, привариваемых контактной сваркой (рис. 3.12, а). Плоские сет- ки типа «лесенка» располагают также во взаимно перпендику- лярных плоскостях, а их пересечения соединяют контактной сваркой или вязкой (рис. 3.12, б). Пространственный каркас ребристых или плоских элемен- тов собирают из сеток типа «лесенка» и дополняют одной или а б в г д е ж з и 45 двумя плоскими сетками, соединяя пересечения сваркой или вязкой (рис. 3.12, в). а б в Рис. 3.12. Примеры конструкций пространственных каркасов плоских элементов: а – из плоских сеток типа «лесенка» и соединительных стержней; б – то же одного направления и таких же сеток другого направления и меньшей высоты; в – то же с добавлением одной или двух плоских сеток Закладные детали. Для соединения железобетонных кон- струкций между собой и крепления к ним элементов различ- ного назначения – ограждений, элементов сетей, оборудова- ния и т. п. – применяют закладные детали. Они состоят из од- ного или нескольких стальных элементов и устанавливаются в опалубочные формы до бетонирования. Закладные детали ан- керуют в бетоне с помощью анкерных стержней или привари- вают к рабочей арматуре. Применяют закладные детали двух типов: из листового, сортового или фасонного проката с приваренными анкерами (рис. 3.13). Закладные детали могут иметь устройства для крепления к формам (например, отверстия в пластинах), упоры для рабо- ты на сдвиг, арматурные коротыши. Для закладных и наклад- ных деталей применяют прокатанную углеродистую сталь класса С 38/23 по ГОСТ 380–71. 46 Рис. 3.13. Примеры конструкций закладных деталей: а – деталь с касательными и нормальными анкерами; б – деталь типа двойной столик; в – деталь типа «столик»; г – детали с применением угловой стали; 1, 3 – нормальные и касательные анкеры (приваренные втавр и внахлестку); 2 – отверстие для фиксации; 4 – упор, работающий в двух направлениях; 5 – упор, работающий в одном направлении Строповочные устройства. Предназначены для захвата элементов сборных железобетонных конструкций грузо- захватными приспособлениями при снятии их с формы, а так- же при погрузочно-разгрузочных и монтажных работах. Наиболее распространенные строповочные устройства – пет- ли (рис. 3.14). а б в г 47 а б в Рис. 3.14. Строповочные петли: а – из стали класса A-I и А-II, свободно размещаемые в изделии; б – из стали класса A-I, размещаемые в стесненных условиях; в – то же, из стали класса А-II Фиксаторы арматуры и закладных деталей. Для фикса- ции проектного положения арматуры и закладных деталей применяют приспособления однократного использования, остающиеся в бетонных конструкциях, инвентарные приспо- собления, извлекающиеся из бетона до и после его твердения, а также специальные детали, прикрепляемые к поверхности формы или опалубки и не препятствующие извлечению желе- зобетонного элемента из формы или снятия с него опалубки. Применяют фиксаторы (рис. 3.15), обеспечивающие задан- ную толщину защитного слоя бетона для арматуры или задан- ные расстояния между арматурными изделиями и стержнями, а также обеспечивающие одновременно оба требования. 48 Рис. 3.15. Фиксирующие устройства однократного пользования, обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя бетона: а, б, в – фиксаторы с большой поверхностью контакта с формой, изготов- ленные из цементно-песчаного раствора; г – фиксатор с минимальной по- верхностью контакта с формой, изготовленный из цементно-песчаного раствора; д – то же из асбестоцемента; е, ж, в – то же из пластмасс (перфорированные); и – то же из алюминиевой перфорированной полосы; к, л, м – то же из арматурной стали; 1 – рабочая поверхность формы; 2 – фиксаторы; 3 – фиксируемая арматура; 4 – скрутка из вязальной проволоки; 5 – вязальная проволока, заделанная в фиксатор; 6 – эластичное кольцо; 7 – упоры, привариваемые к арматуре а б в г д е ж з и к л м 49 Для изготовления строповочных петель применяют арма- турную сталь класса А-1 марок ВСтЗсп2 и ВСтЗпс2. В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных кон- струкций следует преимущественно применять: а) стержневую арматуру класса А-III; б) арматурную проволоку диаметром 3–5 мм класса Вр-I (в сварных сетках и каркасах). Допускается применять: а) стержневую арматуру класса А-II и A-I для продольной и поперечной арматуры; б) термомеханически упрочненную стержневую арматуру класса Ат-IVC для продольной арматуры сварных каркасов и сеток; в) стержневую арматуру классов A-V, А-VI, а также горя- чекатанную класса A-IV только для продольной арматуры связанных каркасов и сеток. Ненапрягаемую арматуру класса А-III, Bp-I, A-I и А-II ре- комендуется применять в виде сварных каркасов и сеток. В качестве напрягаемой арматуры предварительно напря- женных железобетонных элементов следует преимущественно применять термически и термомеханически упрочненную арма- туру класса Ат-VI И AT-V. Допускается применять арматурную проволоку классов В-II, Вр-II и арматурные канаты классов К7 и К19. Для монтажных подъемных элементов сборных железобе- тонных и бетонных конструкций применяется горячекатаная арматурная сталь класса Ас-II, марки 10ГТ и класса A-I марок ВСтЗсп2 и ВСтЗпс2. Задачи, решаемые на практическом занятии 1. Ознакомление с видами арматурой стали и их свойствами. 2. Зарисовка в журнал профилей арматурных сталей, попе- речного сечения арматурных канатов внешних видов прост- 50 ранственных арматурных каркасов, закладных деталей, стро- повочных петель, фиксаторов арматуры и закладных деталей. Контрольные вопросы 1. Назовите виды арматурных сталей. 2. Как отличить класс арматуры по внешним признакам 3. Какие классы арматурных сталей применяются в про- изводстве сборного железобетонa? 4. Как отличить различные виды арматурных сталей по их внешнему признаку? 5. Из каких сталей изготовляют строповочные устройства? 6. Назначение фиксаторов, закладных деталей и арматуры в сборных железобетонных конструкциях. 7. В чем отличие поперечных сечений канатов К7 и К19? 8. Как определить предел текучести и временное сопротив- ление арматурной стали? 51 Практическое занятие № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНО-СТЫКОВОГО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ Цель работы: ознакомиться с основными типами и кон- структивными элементами сварных соединений, применяе- мыми в железобетонных конструкциях, а также с методикой определения прочности контактно-стыкового сварного соеди- нения. Содержание работы Контактная стыковая сварка применяется для соединения арматурных стержней в непрерывную плеть с последующей резкой на мерные даны при заготовке арматуры. Контактная стыковая сварка соединений горячекатаных стержней классов А-II–А-III выполняется способом оплавления с подогревом, а соединение стержней класса A-I – способом непрерывного оплавления или способом оплавления с подогревом. Оценку свариваемости стали проводят по углеродному эк- виваленту: ý Mn Si Cr Ni Cu V P C = Ñ + + 6 24 5 40 13 14 2      , %, где С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V и Р – массовая доля углерода, мар- ганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %. Если Сэ < 0,4 %, то сварка стали не вызывает затруднений, при 4 % < Сэ < 0,55 % сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению возникновения трещин. При Сэ > 0,55 % опасность появления трещин резко возрастает. Требования к сварным соединениям предъявляются в зави- симости от их вида и назначения. Любое сварное соединение должно обеспечивать достаточную работоспособность при 52 минимальной трудоемкости его изготовления. Под достаточ- ной работоспособностью сварного соединения понимают его способность сохранять в течение срока эксплуатации необхо- димую прочность, выносливость и устойчивость при заданном виде нагружения и рабочей среды. Стыковые соединения стержней из термомеханически упроч- ненной арматурной стали, выполненные контактной сваркой, при механических испытаниях на растяжение должны разру- шаться вне зоны сплавления. При этом уменьшение исходного диаметра стержней в месте разрыва не должно быть менее 20 %. Прочность сварного соединения должна быть не ниже проч- ности основного металла. Если это правило не выполняется, то тогда необходимо регулировать технологические парамет- ры стыковочной машины (силу тока, время выдержки оплав- ления, усилие осадки). Необходимо ознакомиться с основными типами сварных соединений арматуры железобетонных конструкций и изде- лий. На рис. 4.1 приведены основные типы соединений: сты- ковое между арматурными стержнями (рис. 4.1, а), крестооб- разное между арматурными стержнями (рис. 4.1, б), нахле- сточное между арматурными стержнями и плоскими элемен- тами (рис. 4.1, в). Рассмотрим образцы сварных соединений, свариваемые раз- личным способом: контактным стыковым (рис. 4.1, а), контакт- ным точечным (рис. 4.1, б), контактным рельефным (рис. 4.1, в), дуговым шовным с нахлесткой стержней (рис. 4.1, г), дуговым точечным с накладками (рис. 4.1, е), ванным в инвентарных формах (рис. 4.1, ж). После осмотра внешнего вида сварных соединений, указывают тип соединения и способ сварки. Контактная стыковая сварка применяется для соединения арматурных стержней в непрерывную плеть с последующей резкой на мерные длины при заготовке арматуры. Требования к сварным соединениям предъявляются в зависимости от их вида и назначения. Любое сварное соединение должно обес- 53 печивать достаточную работоспособность при минимальной трудоемкости его изготовления. Под достаточной работоспо- собностью сварного соединения понимают его способность сохранять в течение срока эксплуатации необходимую проч- ность, выносливость и устойчивость при заданном виде нагружения и рабочей среды. Рис. 4.1. Внешний вид сварных соединений, получаемых при основных способах сварки, применяемых для стыкования арматуры: а – контактная стыковая; б – контактная точечная; в – контактная рельефно- точечная; г – дуговая шовная с нахлесткой стержней; д – дуговая шовная с накладками; е – дуговая точечная с накладками; ж – ванная Стыковые соединения стержней из термомеханически упроч- ненной арматурной стали, выполненные контактной сваркой, в а б г д е ж 54 при механических испытаниях на растяжение должны разру- шаться вне зоны сплавления. При этом уменьшение исходного диаметра стержней в месте разрыва не должно быть менее 20 %. Прочность сварного соединения должна быть не ниже проч- ности основного металла. Если это правило не выполняется, то тогда необходимо регулировать технологические парамет- ры стыковочной машины (силу тока, время выдержки оплав- ления, усилие осадки). Расчетное напряжение арматурных сталей от прилагаемых усилий в не должно превышать расчетного сопротивления металла R, а разрушающее усилие Np = K  в  F, МПа, где K – коэффициент запаса прочности; в – предел прочности, МПа; F – площадь сечения образца, см. Проведение испытания 1. Для определения прочности стыкового соединения изго- товляют образцы, состыкованные из двух частей (рис. 4.2). Одновременно заготавливается целостный образец из той же арматуры, что и образцы состыкованные. а б 55 Рис. 4.2. Образцы для оценки контактно-стыкового сварного соединения: а – состыкованный; б – целостный 2. Определить предел прочности состыкованного и целост- ного образцов по формуле в = Р/F, МПа, где Р – разрушающее усилие, кН; F – площадь поперечного сечения образца, см2. 3. Результаты расчетов занести в журнал, табл. 4.1, 4.2. Таблица 4.1 Результаты испытаний целостных арматурных образцов на временное сопротивлений растяжению № п/п Вид образца Класс арматуры Диаметр образца, мм Площадь поперечного сечения, см2 Разру- шающее усилие, кН Предел прочно- сти, МПа 1 Стержневая арматура A-I 10 2 –"– А-II 10 3 –"– А-III 10 4 –"– A-IV 10 5 –"– A-V 10 6 –"– A-VI 10 7 –"– A-I 16 8 –"– А-II 16 9 –"– А-III 16 10 –"– A-IV 16 11 –"– A-V 16 12 –"– A-VI 16 56 Таблица 4.2 Результаты испытаний состыкованных арматурных образцов на временное сопротивлений растяжению № п/п Вид образца Класс арматуры Диаметр образца, мм Площадь поперечного сечения, см2 Разру- шающее усилие, кН Предел прочно- сти, МПа 1 2 Стержневая арматура A-I А-II 10 10 3 –"– А-III 10 4 –"– A-IV 10 5 –"– A-V 10 6 –"– A-VI 10 7 –"– А-I 16 8 –"– А-II 16 9 –"– А-III 16 10 –"– A-IV 16 11 –"– A-V 16 12 –"– A-VI 16 После осмотра внешнего вида сварных соединений, указы- вают тип соединения и способ сварки. Проведение работы 1. Осмотреть внешний вид представленных сварных соеди- нений. 2. Зарисовать в журнале эскизы сварных соединений арма- туры. 3. Указать тип соединений и способ сварки. 4. Определить площадь поперечного сечения арматурных образцов. 57 5. Определить предел прочности арматурных образцов в МПа. 6. Определить свариваемость сталей марок: 09Г2С; 18Г2АФпс; 15Г2СФ; 15ХГ2СМФР; 15ХСНД; 09Г2С; 15ХГ2СМФР; 14ХГСМФ; 18ХГ2АФПС; 15ХСНД; 15ХГ2СМФР. 7. По результатам испытаний сделать заключение о проч- ности сварных стыков исследуемых арматурных образцов. Контрольные вопросы 1. Как оценить свариваемость стали? 2. Какова должна быть прочность сварного шва? 3. Какие виды сварных соединений применяются при изго- товлении металлических конструкций? 4. Изложите методику испытания стыкового соединения арматуры. 58 Практическое занятие № 5 МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ Цель работы: ознакомиться с методами диагностирования, а также с практикой расчетов коррозии металлов. Содержание работы Ежегодно вследствие коррозии теряется около 12 % черных металлов и примерно 30 % производимого металла расходует- ся на восстановление конструкций. Это значительно больше, чем ежегодные потери стали с технологическими отходами, составляющие 25 % всей получаемой стали. Поэтому защита металлических конструкций от коррозии является одной из важнейших задач. Коррозия металлов и сплавов в основном зависит от следу- ющих трех факторов: химической природы металла или сплава и их структуры, химической природы окружающей среды и со- держания в ней агрессивных веществ (кислорода, воды, кислот, щелочей и др.), температуры окружающей среды. Для обнаружения коррозии металлов применяются различ- ные диагностические методы: электрохимический (анализ элект- рохимических процессов на поверхности металла); электри- ческий (по изменению электросопротивления металла); маг- нитометрический (по изменению электромагнитных свойств материала); объемный (по изменению размеров изделия); ве- совой и др. Наиболее распространенным является весовой метод, осно- ванный на определении изменения массы образцов после их взаимодействия с агрессивной средой. Группа коррозионной стойкости металла определяется по десятибалльной шкале (табл. 5.1). 59 Таблица 5.1 Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов 1 группа и характеристика стойкости Скорость коррозии, мм/год Балл I – совершенно стойкие Менее 0,001 1 II – весьма стойкие 0,001–0,005 2 0,005–0,01 3 III – стойкие 0,01–0,05 4 0,05–0,1 5 IV – пониженно-стойкие 0,1–0,5 6 0,5–1 7 V – малостойкие 1–5 8 5–10 9 VI – нестойкие Свыше 10 10 Для определения группы стойкости или коррозионной стой- кости металла в баллах необходимо вычислить скорость кор- розии (среднюю толщину прокорродировавшего слоя) по фор- муле Томашева: 3 1 2 ã ê ( ) 10m m t t At      , где m1 и m2 – масса образца до и после коррозии, кг; tг – число часов в году; А – площадь поверхности образца, м2; t – продолжительность коррозии, ч;  – плотность металла, кг/м3 . Виды коррозионных разрушений стали Разрушение металлов вследствие коррозии может быть рав- номерным по всей поверхности, неравномерным, т. е. протека- ющим с разной скоростью на различных участках поверхности, и местным – происходящим на отдельных участках поверхно- 60 сти. Различают три вида коррозии: равномерную сплош-ную, неравномерную сплошную и местную, или локальную. Равномерная сплошная коррозия наблюдается в сплавах, не образующих защитных окисных пленок или образующих неплотные, рыхлые пленки Неравномерная сплошная коррозия характерна для мно- гофазных сплавов и зависит от рода их структурных состав- ляющих и наличия дефектов на поверхности. Локальная коррозия имеет место при нарушении целост- ности покрытия и подразделяется: на коррозию пятнами – повреждения небольшой площади и глубины; точками (точечная) – повреждения малых размеров в виде отдельных точек, иногда весьма глубоких; язвами – повреждения, начинающиеся на поверхности и распространяющиеся в глубину материала, которые вызывают вспучивание и расслоение металла; межкристаллитную коррозию – повреждения на границах отдельных зерен металла, которые приводят к резкому ухуд- шению его механических свойств; избирательную – повреждение одного из материалов, со- ставляющих сплав. В некоторых случаях возможно одновременное проявление нескольких видов коррозии. Проведение работы 1. Определить группу, балл, характеристику коррозионной стойкости металла, если известна скорость коррозии (исполь- зуя формулу Томашева). 2. Определить балл коррозионной стойкости металла, если известна потеря массы образца после коррозии, площадь кор- розии металла, продолжительность коррозии, плотность ме- талла. 61 3. Определить площадь коррозии металла, если известна скорость коррозии, масса образца до коррозии и после корро- зии, продолжительность коррозии, плотность металла. Недостающие и необходимые данные для расчетов выда- ются отдельно каждому студенту для индивидуальной диа- гностики коррозионной стойкости металлов. Контрольные вопросы 1. Почему необходима защита металлических конструкций от коррозии? 2. От каких факторов зависит коррозия металлов и сплавов? 3. Назовите виды коррозионных разрушений стали. 4. Какие применяются диагностические методы обнаруже- ния коррозии металлов? 5. Как определяется скорость коррозии стали 6. Назовите группы коррозионной стойкости металла. 62 Литература и нормативные документы 1. Торопов, А. С. Арматурные работы / А. С. Торопов. – М. : Высшая школа, 1972. – 312 с. 2. Мисник, И. Б. Ручная дуговая сварка металлов / И. Б. Мис- ник. – М. : Высшая школа, 1981. – 207 с. 3. Попов, Л. Н. Лабораторные испытания строительных ма- териалов / Л. Н. Попов. – М. : Высшая школа, 1984. – 167 с. 4. Черток, Б. Е. Лабораторные работы по технологии ме- таллов и конструкционным материалам / Б. Е. Черток. – М. : Машиностроение, 1969. – 120 с. 5. Технологическое проектирование арматурного произ- водства / Б. В. Прыгаш, В. Е. Бойко, В. В. Дробот. – Киев : Будівельник, 1977. – 196 с. 6. Руководство по производству арматурных работ. – М. : Стройиздат, 1977. – 256 с. 7. Пособие по проектированию бетонных и железобетон- ных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предвари- тельного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01–84). – М. : Стройиздат, 1989. – 192 с. 8. Руководство по производству арматурных работ. – М. : Стройиздат, 1977. – 255 с. 10. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 5791–82. 11. Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 10884–94. 12. Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 734.8–81. 13. Проволока их низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 6727–80. 63 14. Канаты стальные арматурные К-7. Технические усло- вия : ГОСТ 13840–68. 15. Канаты стальные. Технические условия : ГОСТ 3241–80. 16. Сетки сварные для железобетонных конструкций. Тех- нические условия : ГОСТ 8478–81. 17. Металлы и сплавы. Методы измерения твердости по Роквеллу : ГОСТ 9013 (ИСО 6508–86). 18. Арматурные закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных кон- струкций : ГОСТ 10922–90. 19. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение : ГОСТ 12004. 20. Металлы и сплавы. Методы испытания на изгиб : ГОСТ 14019. 21. Проволока. Метод испытания на перегиб : ГОСТ 1579–80. 22. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бри- неллю : ГОСТ 9012 (ИСО 410–82, ИСО 6506–86). 23. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 5781. 24. Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры : ГОСТ 14098–91. 64 Учебное издание ЛЯХЕВИЧ Генрих Деонисьевич ПАСТУШКОВ Геннадий Павлович СТАЛИ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И ТОННЕЛЕЙ Методическое пособие для студентов специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» Редактор К. П. Юройть Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 10.01.2013. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 3,65. Уч.-изд. л. 2,91. Тираж 150. Заказ 192. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.