 |
Сортамент металла применяемые в мостостроении.
|
|
|
|
Стали применяемые в мостах.
В современные металлические мосты выполняют из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25% углерода. При таком содержании углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться.
С повышением содержания углерода увеличиваются прочность и предел текучести стали. Вместе с тем уменьшается удлинение, повышается хрупкость, ухудшается способность сваривания и увеличивается трудность механической обработки металла. Поэтому для мостов, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях конструкции, сталь с высоким содержанием углерода не применяется.
Кроме углерода, сталь всегда содержит марганец и кремний, благоприятно влияющие на ее механические свойства. Марганец и кремний увеличивают прочность стали и повышают предел ее текучести, однако, кремний в то же время несколько понижает стойкость стали против ржавления. Полезной присадкой является медь, которая в количестве до 0,5% повышает стойкость стали против ржавления и несколько улучшает ее механические свойства.
Сталь, содержащую повышенное количество примесей, благоприятно влияющих на ее механические качества, называют легированной. При этом для мостов используют в основном так называемые низколегированные стали, содержащие сравнительно небольшой процент полезных примесей.
Сталь всегда содержит также и вредные примеси: серу, фосфор, кислород и азот. Сера, образуя с железом легкоплавкое сернистое железо, делает сталь красноломкой, плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии. Фосфор вызывает хладноломкость, т. е. хрупкость стали при низких температурах. Поэтому в строительных сталях и особенно в сталях, применяемых для мостов, содержание серы и фосфора строго ограничивается. Кислород так же, как и сера, делает сталь красноломкой. Азот способствует развитию хрупкости стали с течением времени (старение). Сталь выплавляется металлургическими заводами в мартеновских или конверторных печах. Мартеновская сталь имеет более высокие механические качества, и поэтому ее предпочитают применять для металлических мостов.
|
|
|
В зависимости от способа выплавки различают кипящую и спок о й н у ю сталь. Спокойной называют сталь, в которой процесс раскисления, выражаемый реакцией FeO + C = Fe + CO, доведен до конца, что обеспечивает твердение стали в изложницах, без выделения газов. Поэтому спокойная (раскисленная) сталь обладает высокой плотностью и однородностью строения. Раскисление производят добавлением в сталь в конце процесса ее варки (в печь, ковш, или изложницу) раскислителей: кремния, марганца, алюминия. Кипящей называют сталь, в которой процесс раскисления не доведен до конца. В такой стали при ее остывании и твердении продолжается процесс выгорания углерода — «кипения», сопровождающийся выделением газов (СО). Не имея свободного выхода из остывающей стали, газы образуют в ней пузырьки. Сталь приобретает неоднородное строение с сильно развитой ликвацией.
Поверхность слитка, затвердевающая первой, содержит меньше углерода и других примесей, чем центральная его часть.
Ликвационные явления сильно проявляются и в выделении фосфора, серы и других примесей на стенках образующихся в стали пузырьков. Неоднородность стали в отливках переходит в прокат. При этом ликвационные выделения в пузырьках при прокате превращаются в тончайшие прослойки с резко повышенным содержанием серы и фосфора. Эти прослойки могут явиться причиной появления трещин при термических воздействиях на сталь (например, при сварке).
|
|
|
Кипящая сталь дешевле спокойной, но вследствие неоднородности строения уступает ей по своим строительным качествам. Промежуточные свойства между кипящей и спокойной сталью имеет полуспокойная сталь, также выпускаемая нашей металлургической промышленностью.
Для мостов, являющихся сооружениями, работающими на динамическую нагрузку, а также подвергающимися действию низких температур, желательно применение спокойной стали. Для мостов со сварными соединениями применение спокойной стали обязательно.
Сталь для изготовления металлических мостов используется в виде проката различного профиля: листового, углового, двутаврового, швеллерного и др. Для отдельных элементов (опорных частей, шарниров) применяют стальное литье.
В мостах для основных элементов стальных конструкций в настоящее время используют углеродистую мартеновскую сталь двух видов, выпускаемых нашей металлургической промышленностью.
Для пролетных строений с клепаными соединениями применяют углеродистую мартеновскую горячекатаную сталь 3 мостовую (Ст. 3 мост.), специально предназначенную для изготовления мостовых конструкций.
Для стальных пролетных строений со сварными соединениями предназначена специальная сталь М16С. Стали Ст. 3 мост и М16С легко поддаются механической обработке: сверлению, проколке, строжке. В горячем состоянии сталь этих марок хорошо принимает кузнечную обработку: выгибы, высадки. Оба вида стали хорошо свариваются.
сортамент металла применяемые в мостостроении.
В целях унификации поставок стали с заданной формой, размерами и способом изготовления в нашей стране принят стандартный сортамент металла. В основном для изготовления мостовых металлических конструкций используется прокатная сталь, разновидности которой показаны на ниже представленной схеме.
В мостостроении широко используется листовой прокат, который может быть двух видов: толстолистовой и универсальный (широкополосный).
Толстолистовая сталь получается прокаткой предварительно разогретых заготовок (чушек) между группами из двух горизонтально расположенных валков (Рис. 3.1). Края такой стали имеют неровные кромки и требуют последующей обрезки (обычно огневой).
|
|
|
Если при прокатке чушки дополнительно обжимают вертикально расположенными валками, то получают широкополосную универсальную сталь.
Листовой прокат по толщине подразделяется на:
· тонколистовой до 4 мм;
· толстолистовой 4…60 мм;
· плита более 60 мм.
Для изготовления основных элементов пролётных строений толстолистовой прокат можно заказывать толщиной 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32,36,40, 50 мм.
Горячекатаная листовая сталь подразделяется:
1. по точности прокатки в зависимости от толщины и ширины листа, а также поля допуска:
А – повышенной точности,
Б – нормальной точности;
2. по плоскостности:
ПО – особо высокой плоскостности,
ПВ – высокой плоскостности,
ПУ – улучшенной плоскостности,
ПН – нормальной плоскостности;
3. по характеру кромки:
НО – с не обрезной кромкой,
О – с обрезной кромкой;
4. по серповидности:
СП – пониженная серповидность (до 0,2% от длины листа),
СН – нормальная серповидность (до 0,3% от длины листа).
Точности проката по толщине определяет три поля допуска:
1. двухстороннее с переменным (в зависимости от толщины и ширины) нижним (минусовым) отклонением, превышающим по численному значению верхнее предельное отклонение;
2. двустороннее с постоянным нижним предельным отклонением, равным минус 0,3 мм;
3. симметричное.
В зависимости от назначения прокат делится на группы:
I – для применения без обработки поверхности;
II – для холодной механической обработки резанием;
III – для горячей обработки давлением.
Прокат толщиной до 12 мм может поставляться в рулонах. Для упорядоченного складирования листовой стали она маркируется специальным клеймом на поверхности листа и нанесением краски на торцах каждого листа: жёлтой для стали 16Д; синей для стали 15ХСНД; белой для стали 10ХСНД и т.д.
Качество толстолистовой стали с увеличением её толщины ухудшается. Это обусловлено меньшим обжатием срединных слоев при прокатке, более развитой неоднородностью (ликвацией) прежде всего по содержанию углерода, серы и фосфора, меньшей скоростью охлаждения и, как следствие, более крупнозернистой структурой. Увеличение толщины листа малоуглеродистой и низколегированной сталей приводит к смещению порога хладноломкости, что неизбежно связано с необходимостью улучшения показателей ударной вязкости.
|
|
|
1983 г. в Германии и Франции освоено производство стального горячекатаного листового проката переменной толщины (Рис. 3.3). Получение такого вида проката стало возможным благодаря появлению прокатных станов с гидравлическим механизмом изменения положения валков и микропроцессорному управлению этими механизмами.
Листовой прокат переменной толщины выпускают длиной от 6 м до 25 м, шириной до 1,5 м, с градиентом 4 мм/м. Листовой прокат подобного вида позволяет существенно сократить расход металла и свести к минимуму влияние концентрации напряжений в поясах стальных балок.
Сортовой и фасонный прокат составляют особый вид сортамента профильный.
К сортовому прокату относят такой, у которого касательная к любой точке контура поперечного сечения не пересекает само сечение. К этой группе относится прокат: круглый, квадратный, шестигранный, полосовой.
Если касательная, проведенная хотя бы к одной точке контура поперечного сечения проката, пересекает данное сечение, то такой прокат относят к фасонному это угловой прокат, двутавры, швеллеры и профили специального назначения. Фасонный прокат изготавливается только 1-й группы по назначению (без обработки поверхности).
В мостостроении наиболее широко используется угловой прокат, который выпускается двух видов равнополочный и неравно-полочный (Рис 3.5). Угловой прокат, как правило, используется в основных конструкциях в качестве связующих элементов.
В равнополочном угловом прокате ширины полок одинаковы, в неравно-полочных одна из полок углового проката примерно в полтора раза шире другой. Толщина полки одинакова по её ширине, т.е. плоскости полок параллельны.
Угловой прокат (уголки) характеризуется тремя размерами: шириной полок () и толщиной полки (t) –. В равнополочных уголках возможна запись. Для основных элементов автодорожных мостов допускаются уголки с минимальными размерами 100×100x10 мм, для элементов связей 80×80x70 мм. Для второстепенных элементов перильного ограждения, смотровых проходов и т.д. допускается применение уголков меньших размеров.
Угловой прокат выпускается длиной до 12 м (по дополнительному заказу до 18 м). Но следует иметь в виду, что в силу особенностей технологии прокатки на концевых участках уголков размеры полок получаются уменьшенными (Рис. 3.7), а потому не могут быть использованы в деле. Это обстоятельство следует учитывать при заказе углового проката. В этом случае иногда целесообразно заказывать уголки мерной или кратной длины, но стоимость такого заказа несколько выше.
|
|
|
Для изгибаемых элементов часто используется специальный вид проката нормальные и широкополочные двутавры с параллельными плоскостями полок (Рис. 3.8). Широкополочные двутавры (часто называемые балками) имеют более широкие полки. Выпускаются и обыкновенные двутавры с уклоном внутренних плоскостей полок 1:12, но такие двутавры сложно стыковать по длине и поэтому они используются для перекрытия малых пролётов.
Основной характеристикой двутавра является его высота, определяющая номер двутавра (высота принимается в сантиметрах). Для нормальных двутавров рядом с цифрой, указывающей значение номера двутавра, пишется буква Б нормальный двутавр №70 Б-1 или №70 Б-2. Для двутавра с индексом Б-2 высота равна его номеру, умноженному на 10, минус 1…3 мм. При определении высоты двутавра с индексом Б-1 вычитается 4...10 мм. Для обозначения широкополочных двутавров используется индекс Ш. Наибольший номер двутавров, предусмотренный сортаментом, №100 Б и №100 Ш.
Иногда используются колонные двутавры разновидность широкополочных двутавров с более толстыми полками.
Для изготовления элементов решётчатых ферм, элементов связей и др. часто используется швеллерный прокат (Рис. 3.9), отличающийся от двутаврового проката наличием односторонних, но с большим свесом, полок. Так же, как и для двутавров, основной характеристикой швеллеров является его номер высота в сантиметрах. Внутренние плоскости швеллеров имеют уклон примерно равным 10%, что следует учитывать при конструировании стыков швеллеров.
Для устройства опор, арок и стоек надарочного строения, а также ряда других элементов пролётных строений, иногда используют горячекатаные бесшовные трубы (Рис. 3.10), выпускаемые диаметром до 1420 мм. Допускается выпуск труб большего диаметра по специальному заказу. Толщина стенки трубы зависит от диаметра. Например, для наиболее часто применяемой трубы диаметром 1020 мм толщина стенки составляет 12 мм.
Выпускают прокат и специального назначения:
· рельсы для устройства железнодорожного пути или путей под кран, используемые при монтаже мостовых конструкций (обозначение, например, рельс – Р65, где цифра 65 обозначает вес одного погонного метра рельса в кгс);
· рифлёный лист – для устройства временных проходов и т.п.;
· стальной шпунт типа Ларсен IV и Ларсен V – для устройства ограждений котлованов.
|
|
|
