Термомеханически упрочненный стальной прокат класса Ат1200 для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций

Размещено на http://allbest.ru

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления (ВСГУТУ)

УДК 691.87:691.714

Термомеханически упрочненный стальной прокат класса Ат1200 для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций

Кауров А.И., доцент

г. Улан-Удэ, Россия

Термомеханически упрочненная арматурная сталь класса Ат1200 (Ат-VII), опытно-промышленные партии которой в полном сортаменте (диаметром 10…32 мм) впервые были прокатаны автором на Западно-Сибирском и Криворожском металлургических комбинатах из стали марок 30ХС2 и 30ХГС2 [1,2,3], и до настоящего времени является наиболее высокопрочным отечественным видом стержневой арматуры с условным пределом текучести 1150 Н/мм² и временным сопротивлением ? 1450 Н/мм².

Наряду с высокой прочностью исследуемая сталь обладает и высокой пластичностью - среднестатистические значения относительного удлинения составляют и , что существенно выше нормируемых величин.

Основные, нормируемые ГОСТ 10884-94, физико-механические характеристики исследуемой стали приводятся в таблице № 1.

Таблица 1 - Основные характеристики высокопрочной арматурной стали класса Ат1200 (Ат-YII)

Среднестатистическая диаграмма условно-мгновенного растяжения стали класса Ат1200 (Ат-VII) в состоянии поставки приводится на рис.1.

На основе обширного экспериментального материала [2], установлено, что при предварительном напряжении наблюдается существенное повышение характеристик сопротивления ( ; ; и т.д.) исследуемой стали малым пластическим деформациям.

Кооперативное взаимодействие системы «нагрузка + время + температура» приводит к изменениям характеристик физико-механических свойств и диаграммы деформирования стали как последствие деформационно-температурного упрочнения и реологических процессов.

Фрагмент результатов испытаний на кратковременное осевое растяжение исходных образцов стали и соответствующих им образцов, подвергнутых предварительному напряжению механическим способом на специальном силовом стенде, а также характерный вид "упрочненной" диаграммы на примере арматуры диаметром 25 мм приводятся в таблице 2.

прокат высокопрочный деформирование сталь

Таблица 2 -

Экспериментальные значения средних относительных приращений характеристик прочностных свойств стали класса Ат1200 (Ат-VII ) диаметром 25 мм при предварительном напряжении

Выявленный эффект деформационного упрочнения носит при этом стабильный и закономерный характер, что позволило обосновать и экспериментально проверить возможность применения расчетного аппарата технической теории упрочнения [4] к арматурной стали класса Ат1200 (Ат-VII ).

Согласно результатам исследований в области теории пластичности и ползучести, современной металофизики и теории прочности металлов пластические деформации относятся к классу термодинамических неравновесных процессов, характеризующихся конечным набором измеряемых макроскопических параметров и «историей» нагружения, и поэтому рассматриваются как диссипативное состояние.

На этом основании определение параметров "упрочненной" в результате преднапряжения диаграммы осуществляется исходя из условия:

где - условно-мгновенная пластическая деформация (УМПД) от преднапряжения,

- допуск на величину УМПД для искомого параметра (так для

и т.п.),

- деформации ползучести,

- функция, описывающая исходную диаграмму УМПД.

Очевидно, что важным условием решения задачи в постановке (1) является выбор наиболее корректного способа аналитического описания диаграммы растяжения стали и оценка деформаций ползучести при длительном действии нагрузки.

В рамках данной работы на основе многочисленных результатов испытаний на кратковременное осевое растяжение опытных образцов обоснована возможность использования для аппроксимации диаграммы растяжения стали класса Ат -1200 (Ат -VII ) метода, основанного на использовании многоинтервальной (сплайн) интерполяции.

В нашем случае функция, аппроксимирующая исходную диаграмму УМПД, представляется как сплайн-функция общего вида:

Где ,

- номер интервала нелинейной части, на котором оценивается параметр ,

- относительный уровень загружения стали.

Для высокопрочных сталей функция приближения (2) в развернутом виде записывается следующим образом:

Численный анализ системы (3) также показал, что сплайн-функция общего вида легко формализуется в различных вариантах, упрощенных и более удобных для конкретного практического применения , сохраняя при этом высокую точность приближения. Так, в данной работе в порядке численного эксперимента производилась аппроксимация опытной диаграммы стали Ат -1200 (Ат -VII) сплайнами невысоких степеней с постоянными значениями коэффициентов степени , а именно сплайном первого порядка, посредством квадратичной сплайн-интерполяции и кубическим сплайном. Анализ результатов показывает, что приближение нелинейной части диаграммы наиболее естественным образом обеспечивается при использовании кубического сплайна.

Расчетная диаграмма стали класса Ат -1200 (Ат -V II) , приведенная на рис.1, получена как раз с использованием системы (3) при = т.е. посредством кубического сплайна. Это значительно упрощает алгоритм решения, хотя и вызывает некоторую погрешность (в данном случае не более 1,5%), не превышающую допустимых в практике инженерных расчетов значений.

При задании функции в виде кубического сплайна выражение (1) приобретает вид:

(4)

где - исходное (до преднапряжения) значение условного предела текучести.

Результаты определения основных параметров «упрочненной» (рис.2) диаграммы класса Ат -1200 (Ат -V II) по выражению (4) свидетельствуют о высокой сходимости опытных и расчетных данных.

Экспериментально выявленный эффект упрочнения стали класса Ат -1200 (Ат -VII ) достоверно оценивается с использованием расчетного аппарата, основу которого составляет выражение (1), при аппроксимации исходной и «упрочненной» диаграмм деформирования посредством многоинтервальной (сплайн) интерполяции.

Экономическая эффективность результатов проведенных исследований, достигается при их внедрении, как на металлургических предприятиях, так и в строительной индустрии.

Экономический эффект в черной металлургии при производстве данного вида экономнолегированной стали обеспечивается вследствие снижения расхода дорогостоящих легирующих добавок (ферросплавов и т.д.), так как заданные высокие прочностные и пластические свойства достигаются большей частью посредством термической обработки в технологическом потоке прокатных станов без дополнительных технологических переделов.

Наибольший экономический эффект обеспечивается в строительной индустрии, как основном потребителе арматурной стали. Переход от стержневой арматуры более низкой прочности - классов Ат-600, Ат-800, Ат-1000 и др. на высокопрочную сталь Ат-1200 позволяет значительно ( от одного до нескольких диаметров) сократить сечение рабочей арматуры, обеспечивая тем самым снижения металлоемкости предварительно напряженных конструкций.

Список использованных источников

1. Кауров А.И. Механические свойства и диаграмма растяжения новой термомеханически упрочненной арматурной стали класса Ат-YII марки 30ХГС2 // Сб. науч. тр./ НИИЖБ. - 1988. - Повышение качества и эффективности применения бетона и железобетонных изделий и конструкций. - С.58-62.

2. Исследовать свойства и особенности работы в изгибаемых железобетонных элементах арматурной стали класса Ат-YII диаметром 10…25мм и подготовить предложения по расчету и проектированию: Научно-технический отчет/ НИИЖБ; Руководитель С.А. Мадатян. - Госзаказ №05-0062-87. - М.1989. - 142с.

3. Кауров А.И. Новая высокопрочная арматурная сталь класса Ат-YII диаметром 10…25мм // Бетон и железобетон. - 1990. - № 6. - С. 11-13.

4. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. - М.: Воентехлит, 2000. - 256 с.

Аннотация

УДК 691.87:691.714

Термомеханически упрочненный стальной прокат класса Ат1200 (Ат-YII) для армирования предварительнонапряженных железобетонных конструкций. Кауров А.И., доцент, ВСГУТУ, г. Улан-Удэ, Россия

Кооперативное взаимодействие системы «нагрузка+время+температура» приводит к изменениям характеристик физико-механических свойств и диаграммы деформирования стали как последствие деформационно-температурного упрочнения и реологических процессов. В данной работе механизм такого взаимодействия исследован на примере высокопрочной арматурной стали марки 30ХГС2 класса Ат1200 (Ат -VII ). Экспериментально установлено, что при предварительном напряжении наблюдается существенное повышение характеристик сопротивления ( ; ; и т.д.) стали малым пластическим деформациям. Предложенный метод расчета деформационно-температурного упрочнения стали при аппроксимации диаграммы деформирования посредством многоинтервальной (сплайн) интерполяции носит универсальный характер и может быть использован для учета напряженно-деформированного состояния элементов конструкций при прочностных расчетах.

Annotation

Cooperative interaction of the system “load + time + temperature” results in changes of the characteristics of the physico-mechanical properties and reinforced steel deformation diagramme as a result of the deformation-temperature strengthening and reological processes. In the given paper the mechanics of such interaction has been investigated on the examples of the highly strengt-hened reinforced steel 30ХГС2 type of А_Т-VII class .

It has been experimentally established that under pretension the important increase of the steel resistance characteristics by small plastic deformations у_si (у_0,05; у_0,1; у_0,2 etc ) takes place. The proposed method of the estimate of the deformation-temperature steel strengthening under approximation of the deformation diagramme by means of multi-interval (spline) interpolation has an universal nature and can be used for consideration of the actual stressed- deformation states of the construction elements.

Размещено на Allbest.ru