Upload
truongdat
View
231
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Stal sprężająca ĆWICZENIE 1 – określenie parametrów mechanicznych stali sprężającej
Politechnika KrakowskaWydział Inżynierii LądowejInstytut Materiałów i Konstrukcji BudowlanychZakład Konstrukcji Sprężonych
LABORATORIUM zajęcia 3Z KONSTRUKCJI BETONOWYCH
FORMOWANIE WYROBÓW STALOWYCH
OBRÓBKA NA GORĄCOWALCOWANIE
OBRÓBKA NA ZIMNOPRZECIĄGANIE
autor: mgr inż. Mateusz Surma 2
1. Formowanie stali sprężającej - podział
ELEMENTY WALCOWANE
ELEMENTY CIĄGNIONE
PRĘTY SPRĘŻAJĄCE
DRUTY I SPLOTY SPRĘŻAJĄCE
autor: mgr inż. Mateusz Surma 3
2. Formowanie stali sprężającej - produkty
autor: mgr inż. Mateusz Surma 4
2. Formowanie stali sprężającej - produkty
Stal wysokiej wytrzymałości – to znaczy jakiej?
1. Sploty trójdrutowe (5,2-7,5mm) – nominalna wytrzymałość Rm = 1860 – 2160 MPa,
2. Sploty trójdrutowe (8,85-18mm) – nominalna wytrzymałość Rm = 1700 – 2160 Mpa
3. Druty:Rm = 1860 MPa, dla średnic z zakresu 3,0 ÷ 5,0 mmRm = 1770 MPa, dla średnic z zakresu 3,2 ÷ 6,0 mmRm = 1670 MPa, dla średnic z zakresu 6,9 ÷ 8,0 mmRm = 1570 MPa, dla średnic z zakresu 9,4 ÷ 10,0 mm
4. PrętyRm=1030 – 1230 MPa, dla średnic z zakresu 15 – 20 mm.
a) Stal wysokowęglowa ciągniona na zimno
• druty gładkie z wysokowęglowej stali o średnicach od 2 do 10 mm,
• wiązki drutów gładkich (kable wielodrutowe),
• druty profilowane, nagniatane lub falowane,
• sploty 2, 3, 7 lub 19 drutów 2 do 7 mm,
• sploty 7-drutowe „zagęszczone”, mające w przekroju jeden prosty drut kołowy i 6 drutów spłaszczonych,
• wiązki równoległe splotów (kable wielosplotowe),
• liny z drutów o przekroju kołowym otwartym lub zamkniętym,
b) Pręty ze stali stopowych walcowych• pręty gładkie ze stali wysokostopowej 1050
mm,
• pręty ze stali wysokostopowej profilowane, o przekroju kołowym lub soczewkowym, użebrowane lub skręcane.
autor: mgr inż. Mateusz Surma 5
2. Formowanie stali sprężającej - produkty
Stal wysokowęglowa przeciągana na zimno
Stal o zwiększonej zawartości węgla (do ok., 0,9%) oraz domieszki manganu, krzemu, chromu, niklu, miedzi, molibdenu i wanadu. Stale te charakteryzują się wysoką wytrzymałością, ale też większą kruchością.
Stal stopowa walcowana na gorąco
Charakteryzuje się niższą wytrzymałością od stali wysokowęglowej ale za to lepszą odpornością na korozję oraz podwyższone temperatury.
autor: mgr inż. Mateusz Surma 6
3. Formowanie stali sprężającej - właściwości
ftk ftkfyk fyk
euk euk
Stal formowana na gorąco Stal formowana na zimno
s s
e e
autor: mgr inż. Mateusz Surma 7
3. Formowanie stali sprężającej - zależność d - e
Wysoka wytrzymałość stali sprężającej otrzymywana jest w wyniku:
• Zwiększonej zawartości węgla od 0.1% do 0.9% (zwiększenie wytrzymałości 4 do 5 razy)
• Obróbka termiczna w postaci hartowania, patentowania (kąpiel w roztopionym ołowiu lub soli, ze wstępnym naciągiem w celu zmniejszenia relaksacji); zwiększenie wytrzymałości 2 do 3 razy
• Obróbka mechaniczna. Kilkakrotne przeciąganie na zimno przez dyszę, powodujące powstanie laminarnej struktury, zwiększa wytrzymałość nawet dwukrotnie. (przeciąganie na zimno przez dyszę kalibrującą z twardych spieków węgla i zgniatanie powierzchniowe)
Uwaga. Zawartość węgla (ponad 0.7%) powoduje kruchość, pogorszenie właściwości plastycznych oraz istotnie zmniejsza odporność korozyjną
autor: mgr inż. Mateusz Surma 8
4. Wysoka wytrzymałość stali sprężającej
GEOMETRYCZNE
Wymiary przekroju
Średnica,
• Druty:2,5 mm < < 10 mm
• Sploty z 3 lub 7 drutów: 5,2 mm < < 16 mm
• Pręty:15 mm < < 50 mm
Pole przekroju
TECHNOLOGICZNE
Własności powierzchni-owepowłoki, dopuszczalne naloty,
MECHANICZNE
Charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie fpk
Siła zrywająca pręty Fpk ( 190 kN Fpk 1500 kN ),
Moduł sprężystości stali drutów i prętów Ep=200GPa,dla stali splotów Ep=190 GPa,
Charakterystyczna granica plastyczności fp0,1k > 0,85 fpk ,
Charakterystyczne odkształcenie stali euk 3,5%odpowiadające maksymalnej sile rozciągającej,
Charakterystyka relaksacji stali w ciągu 1000 h :klasa 1 – wysoka relaksacja drutów i splotów, klasa 2 – niska relaksacja drutów i splotów,klasa 3 – niska relaksacja prętów,
Wytrzymałość zmęczeniowa, określana jako minimalnyzakres zmian naprężeń σ przy górnym poziomie naprężenia σp = 0,7 fpk i 2106 cykli obciążeń:σ 170 MPa – dla splotów z drutów nagniatanych,σ 180 MPa – dla drutów nagniatanych i prętów żebrowanychσ 190 MPa – dla splotów z drutów gładkich,σ 200 MPa – dla drutów i prętów gładkich,
Wytrzymałość w skrajnych temperaturach,
Odporność na korozjęnaprężeniową, badaną przy naprężeniu 0,8 fpk w roztworzerodanku amonowego NH4SCN.
Miarą odporności jest czas t odzerwania:pojedynczej próbkit > 1,5h oraz t > 4 h dla 50% ogólnej liczby próbek podda-nych badaniu
Rozszerzalność termicznaw zakresie od -20ºC do100ºC
5. Właściwości stali sprężającej
ZBYT DUŻA ZAWARTOŚĆ WĘGLA (POWYŻEJ 0,7%) POWODUJE:
• WZROST KRUCHOŚCI (tj. zmniejszenie wydłużenia przy max. sile)
• ZMIANĘ WYTRZYMAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ
• ISTOTNE ZMNIEJSZENIE ODPORNOŚCI KOROZYJNEJ
autor: mgr inż. Mateusz Surma 10
autor: mgr inż. Mateusz Surma 11
6. Średnica stali sprężającej a jej wytrzymałość
autor: mgr inż. Mateusz Surma 12
7. Siła sprężająca splotu i drutu
splot
drut lub pręt
• PROSTOLINIOWOŚĆ WYKRESU σ-ε, tj. CHARAKTERYSTYCZNA WARTOŚĆ UMOWNEJ GRANICY SPRĘŻYSTOŚCI fp0,1k
• Analiza chemiczna - TRWAŁOŚĆ W WARUNKACH BADAŃ KOROZYJNYCH W ROZTWORZE NH4SCN
• WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA
• OBNIŻENIE WYTRZYMAŁOŚCI PRZY BADANIU SPLOTÓW NA ROZCIĄGANIE W ZŁOŻONYM STANIE NAPRĘŻENIA – rozciąganie próbek odgiętych
autor: mgr inż. Mateusz Surma 13
8. Badania stali sprężającej wg normy PrEN ISO 15630-3
• Określenie wymiarów cięgna, charakterystyki geometrycznej
•Pomiar właściwości wytrzymałościowych
•Próba zginania i przeginania
•Pomiar relaksacji w warunkach izotermicznych
s - es = P/A e = DL/L
autor: mgr inż. Mateusz Surma 14
9. Wyznaczenie zależności s - e
euk
fpk
fp,0.1k
0.1%
s
eautor: mgr inż. Mateusz Surma 15
9. Wyznaczenie zależności s - e
16
9. Wyznaczenie zależności s - e
BADANIE W 20% ROZTWORZE NH4SCN I TEMP 50OC
MIARĄ TRWAŁOŚCI JEST CZAS DO CHWILI ZRWANIA CIĘGIEN NAPRĘŻONYCH DO 0,8Rm
autor: mgr inż. Mateusz Surma 17
10. Trwałość w warunkach badań korozyjnych w roztworze NH4SCN
Inicjacja zniszczenia
Wzrost rysyPenetracja NH4SCN
Przyspieszone pękanie
Nagłe zerwanie obciążeniem
Korona zerwanego przekroju; brak przewężenia (redukcji) przekroju
Defekt powierzchniowy
Analiza faktograficzna zerwania drutu
• DUTY I PRĘTY PODDAJE SIĘ ZMIENNYM NAPRĘŻENIOM PRZY CZĘSTOTLIOŚCI 120cykli/s, ZAŚ SPLOTY 20cykli/s.
•MIARĄ POPRAWNŚCI WYNIKÓW JEST PRZETRWANIE PRZEZ PRÓBKĘ LICZBY CYKLI 2*106
Zmęczenie materiału jest postępującym, zlokalizowanym procesem kumulowania się trwałych zmian mikrostrukturalnych zachodzących w materiale poddanym wielokrotnie powtarzanym lub pulsacyjnym odkształceniom w zakresie naprężenia, którego maksimum jest mniejsze od granicy plastyczności materiału. Zmiany mikrostrukturalne spowodowane zmęczeniem mogą przekształcić się w zarodki pęknięć, które po przekroczeniu wielkości krytycznej wzrastają i mogą prowadzić do makropęknięć i zniszczenia materiałuDo powstania i rozrostu mikropęknięć konieczne jest występowanie rozciągającej składowej naprężenia. Większość pęknięć zmęczeniowych powstaje w obszarze koncentratorów naprężeń, np. wad materiałowych.
autor: mgr inż. Mateusz Surma 18
11. Wytrzymałość zmęczeniowa
• OBCIĄŻENIE PRZYKŁADANE JEST STOPNIOWO PRZEZ 10min, A BADANIE ROZPOCZYNA SIĘ PO 2min UTRZYMANIA STAŁEJ WARTOŚCI OBCIĄŻENIA
• SPADEK NAPRĘZENIA REJSTRUJE SIĘ W KOLEJNYCH KROKACH CZASOYCH: 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60 minutach, DALEJ CO 2, 4, 6, 24, 48, 96, 120 godzin I NASTĘPNIE CO TYDZIEŃ
• KLASA 1 – druty i sploty normalne, tj. o wysokiej relaksacji
• KLASA 2 – stabilizowanych termicznie, tj. o niskiej relaksacji
• KLASA 3 – pośrednia co do wielkości - prętów
autor: mgr inż. Mateusz Surma 19
12. Relaksacja stali
autor: mgr inż. Mateusz Surma 20
12. Relaksacja drutów i splotów w zależności od początkowego naprężenia
Stal normalna
Stale o małej relaksacji
Badanie wykonuje się na szablonie i związane jest z koniecznością określenia zmian właściwości splotów w złożonym stanie naprężenia:
•przy odgięciu w zakotwieniu (20o)•w przypadku odgięcia cięgien zewnętrznych na łożysku lub w cięgnach mostów
autor: mgr inż. Mateusz Surma 21
12. Obniżona wytrzymałość w złożonym stanie naprężeń
autor: mgr inż. Mateusz Surma 22
13. Wartości mechaniczne splotów sprężających wg PrEN-10138
autor: mgr inż. Mateusz Surma 23
13. Wartości mechaniczne drutów sprężających wg PrEN-10138
autor: mgr inż. Mateusz Surma 24
13. Wartości mechaniczne prętów sprężających wg PrEN-10138
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się procedurą określania granicy plastyczności stali sprężającej w maszynie (………..).
14. ĆWICZENIE 1 – określenie parametrów mechanicznych stali sprężającej -Cel ćwiczenia i program
autor: mgr inż. Mateusz Surma 25
1. Skład osobowy zespołu i numer grupy laboratoryjnej.
2. Dziennik pomiarów (wyniki z maszyny wytrzymałościowej) - ksero.
3. Opis przebiegu doświadczenia (historia obciążenia) ze szkicem stanowiska badawczego.
4. Wnioski.
autor: mgr inż. Mateusz Surma 26
8. Przygotowanie SPRAWOZDANIA 3
1. Ajdukiewicz A., Mames J., Konstrukcje sprężone
2. Norma PN-EN 1992-1-1:2008. Projektowanie konstrukcji z betonu.
3. Norma prEN-10138:2000, Stale sprężające, cz. 1-4 (wymagania ogólne, druty, sploty, pręty)
4. Garbarz B., Stal sprężająca, typy i rodzaje cięgien sprężających, XVII Ogólnopolska Konferencja Warsztaty Prac
Projektanta Konstrukcji, Ustroń 2002.
autor: mgr inż. Mateusz Surma 27
9. Literatura