LABORATORIUM zajęcia 3 Z KONSTRUKCJI …imikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/LABORATORIUM 3 -...

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


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.



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.


3. Formowanie stali sprężającej - właściwości

ftk ftkfyk fyk

euk euk

Stal formowana na gorąco Stal formowana na zimno

s s

e e


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


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



6. Średnica stali sprężającej a jej wytrzymałość


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


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


9. Wyznaczenie zależności s - e

euk

fpk

fp,0.1k

0.1%

s

eautor: mgr inż. Mateusz Surma 15


16


BADANIE W 20% ROZTWORZE NH4SCN I TEMP 50OC

MIARĄ TRWAŁOŚCI JEST CZAS DO CHWILI ZRWANIA CIĘGIEN NAPRĘŻONYCH DO 0,8Rm


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.


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


12. Relaksacja stali


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


12. Obniżona wytrzymałość w złożonym stanie naprężeń


13. Wartości mechaniczne splotów sprężających wg PrEN-10138


13. Wartości mechaniczne drutów sprężających wg PrEN-10138


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


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.


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.


9. Literatura

LABORATORIUM zajęcia 3 Z KONSTRUKCJI …imikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/LABORATORIUM 3 -...

Documents

Transcript of LABORATORIUM zajęcia 3 Z KONSTRUKCJI …imikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/LABORATORIUM 3 -...