автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность сталей в замкнутых гнутосварных профилях для строительных металлоконструкций

Г 5 ОД 5 ДЕК 192';

Центральны;! ордена .Трудового Красного Знамени научно-исследовательский .и проектный институт. строительных -металлоконструкций имени Н. II Мельникова ЕНЯИПСК юл. Мельникова

аа правах рукописи

АРТИКОВ Гулом АОдуратаонович-----

УДК 624. 014: 691-42. 5: 539. 4

ПРОЧНОСТЬ СТАЛЕЙ В ЗАМКНУТЫХ ГНУТОСЗАРНЫХ ПРОФИЛЯХ дЛ5 СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТ.ШОКСЕСГРУГ-ЗШ

Специальности: 05. 23.01 - строительные ' конструкции,

здания е сооружения 05.16.01 - металловедение'и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических р.аук

Москва 1594

Работа выполнена в центральном научно-исследовательском и

проектном- "институте-.....строительных • • метаиоконструкойй

км. Е П. Мельникова. "

Научные руководители - кандидат технических наук, с. н. с.

" Беляез В. Ф. доктор технических наук, с. е. с. Гладштейн ЛИ.

Официальные оппоненты - доктор технический наук,профессор Москалев,Е С.

доктор технических' наук, с. е. с.

' Одесский. И Л. кандидат технически наук, с. н. с. Кудкшн ЬИ.

Ведущая организация - 1&шэдечненский завод легких

металлоконструкций У Зашла диссертации состоится в часов на заседание диссертационного -совета Л'ОЗЗ. 12.01"

по защите докторскга диссертапии по спеииалъностк"Строительные . конструкции, здания и сооружения" при ДНИИШК им. Мельникова по адресу: Шсква, В-293, ул. Архитектора Власова, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института, йэосим Вас принять участие в защите и направить Ваш'1 отзыв в 2-х экземплярах по адресу: -117393,Москва,В-393,ул. Архитектора Власова," 49, ЦгШЕКЖ им. Шльникова, диссертационный Совет. Автореферат разослан ., .• Ученый- секретар- Диссертационного Совета-. .Д 033.12.01, -кандидат технических наук Т) . . Р Т. С. Волкова

- 3 -

Обшая характеристика работы

у

Актуальность .работы. ,В настоящий период перехода к новым ■ экономическим отношениям все больше; значение з строительстве приобретают легкие стальные конструкции в силу :и универсаль-• ности, экономической эффективности, быстрота возведения, мо-•бшЕости к по ряду других причин. Наиболее эффективными из этих конструкций является конструкции с элементам из замкнутых гнутосварных профилей. Однако, на территории стран СНГ резервы повышения эффективности таких конструкций использованы'

- не полностью_____Важным, дополнительным резервом при определении

несущей способности элементов является учет упрочнения стали, получаемого при холодной формовке профилей. В мировой практике имеются примеры успешного использования этого упрочнения.

Цель работы. Экспериментальное , обоснование повышенных расчетных прочностных характеристик сталей замкнутых гнутое-• варных профилей и разработка рекомендаций по учету упрочнения сталей профилей при проектировании легких строительных стальных "конструкций."'

Для обоснования повышения расчетной прочности стали замкнутых гнутосварных профилей необходимым было проведение экспериментального исследования, в котором решались следующие задачи: .

- изучение' влияния металлургических и технологических факторов изготовления замкнутых гнутосварных профилей на изменение физико-механически*-характеристик, горячекатаной широкополосной стали, включая сопротивление, вязкому и хрупкому раз- .

- рушению;

- исследование распределения пластических деформаций' и механических' свойств стали в разных участках поперечного еече-

. ния профиля, а также связи этих свойств с несущей способностью целых профилей;

'- изучение влияявд .'сварки при изготовлении и монтаж конструкции на прочностные свойства и кладостойхость стали . профилей; ..

Научная нодазка работы заключается в следующем:"-'

- систематически исследовано изменение фнзжо-мехаяичес-

-.4 - .

ких свойств горячекатаной рулонной широкополосной стали при холодной формовке замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного ^ поперечного сечения;,*, повышение предела текучести и временного сопротивления, снижение пластичности и вязкости определены в ■ связи . с. действием . ряда. металлургических и технологических факторов: химического состава (марки) стали, размеров поперечного сёчения и толщины профиля, места расположения участка, полосы в рулоне, положения фибры в профиле;

- выявлена связь между изменением механических свойств при формовке и микроструктурой стали исходной полосы; установлено, что наблюдаемое различие в поведении при формовке_ стали, в разных участках по длине полосы в рулоне обусловлено неодно-■ родноетью микроструктуры;

- с помощью разработанной методики измерения больших пластических деформаций ( .с использованием границ зерен в качестве естественной координатной сетки) выявлена картина неоднородного распределения деформаций в наиболее деформированных-участках поперечного сечения профиля;

- исследована свариваемость стали гнутосварных профилей, - включая сопротивление локальному разупрочнению и снижению хла-

достойкости " в околошовной зоне, определена прочность сварных ' соединений металла йрофйлей;.......

- определена несущая способность замкнутых гнутосварных профилей на образцах с . полноразмерным поперечным сечением, произведено ее сравнение с "фибровыми" характеристиками прочности стали профилей;

- на основании результатов проведенных экспериментов разработаны предложения по учету упрочнения стали замкнутых гнутосварных профилей при "выборе расчетных сопротивлений.

Практическое значение. Использование предлагаемых повышенных значений расчетных сопротивлений стали замкнутых гнутосварных профилей .в практике, проектирования.позволит повысить: технико-экономическую эффективность: металлоконструкций за счет снижения" их массы иди повышение несущей способности.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международной научно-технической конференции' "Сварка и родственные процессы в строительстве и стройиндустрии" в Москве (16

- о -

-17 июня 1994 г.)

Публикации. Основные положения диссертации отважны в двух'печатных работах,- ..... • ■ • .....

Структура м объем работы. Диссертация состоит лз введения, четырех глав, приложений, изложена на 75 страницах машинописного текста и содержит 21 таблиц, 32 рисунка и слисок ли' тературы,. включающей 104 наименований. '

Оснозное содержание работы

Во каедакш обосновывается актуальность темы, дается общая характеристика работы, ее научная новизна, практическое значение, ставятся цель и задачи работ

В шаге первой рассматривается современное состояние воп-. роса о влиянии технологических и других факторов на свойства стали гнутых и замкнутых гнутосварных профилей. Рассматривают* ся особенности технологии изготовления замкнуты:-: гнутосварных .. профилей и влияния условий их прокатки на физико-механические свойства стали сначала исходной горячекатаной полосы, а затем и готовых профилей. Наиболее совершенный непрерывна процесс изготовления замкнутых гнутосварных профилей используется на Молодечненском ЭШ и Первоуральском заЕоде '"Трубопрокат". Эта технология предусматривает на первом этапе' непрерывную холодную формовку круглой трубы из рулонной стали с последующей ■ сваркой кромок, ■ и изготовление профиля прямоугольного' сеченая из круглой трубы на втором этапе с последующей разрезкой на мерные длины. (Рис. 1).

При этом металл в несколько проходов подвергается пластической деформации, в результате которой изменяются механические свойства стали и геометрическая форма профиля.

Рассмотрены существующие представления об упрочнение стали при холодной пластической деформации а также методы оценки упрочнен^ и.хладостойкосги, в том числе в элементах из гнутых профилей.

..■: Изучением особенностей ,'работы.тнутых ■ профилей занимались Карман, Е 3. Власов, В.Ц.Ероуде, Д. Винтер, А. Р. Ржаншш, В. в. Пинаджян, ККаррен, С. К Мулин, Бшьфингер, А.В.Гекмерлинг,

- б -

Ж С. Тришевский и др. Были предложены расчетное формулы для определения коэффициента упрочнения в местах гиба профиля с

• • учетом-нелинейной диаграммы работы материала........- • • •■ ■ -■

Шханические свойства гнутых профилей различной Форш из стали разной толшны исследовали Й. Е Тихенко, ■ В. и. Новиков, Э. Ф. Гарф, Г. Г. Голенко, Я А. Березенскйй.'В. В. Клепанда, Л. А. Шапиро, А. В. Манько, Л. И. Гладштэйн, С. С. Кармилов, Э. Л. Айрумян, В. Ф. Беляев и др. В их работах исследовались вопросы злияния различных факторов (радиуса л угла гиба, толщины металла, их соотношения и др.) на прочность стали гнутых профилей. На основании результатов испытаний механических свойств стали толщиной 3-6 мм с учетом упрочнения в местах гиба были сделаны предлогения о повышении расчетных сопротивлений стали гнутых профилей на величину до б X.

Проведен анализ _ отечественных и зарубежных норм и других материалов, допускающих повышение несущей способности гнутых профилей с учетом упрочнения в местах гиба. При этом выявлены значительные расхождение в величине расчетных характеристик прочности стали, рекомендуемых для гнутых профилей в разных нормах. В ряде исследований отрицается значительное влияния упрочнения в местах гиба на_ несущую способность элемента в. це- . лом. В отечественной практике, е связи с отсутствием достоверных данных о фактических свойствах сталей гнутосварных профилей, при проектировании конструкций используются только расчетные' характеристики металла исходной листовой заготовки.

Ээрмы некоторых стран допускают увеличение расчетного сопротивления стали гнужОго профиля за счет усреднения предела текучести на плоских и закругленных участках (нормы США, Канады, Франции, Китая, Чехии, Еврокод-3). 1

В заключении главы на основе выполненного анализа литературных данных обосновываются задачи данного исследования.

'. В главе второй рассмотрены " методики,- использованные в данной работе для экспериментальных исследований служебных свойств стали замкнутых гнутосварных профилейу прямоугольного ■сечениа, изготовленных н^ Шлрдещенском-ЗЛЗЖ..-.Для исследования быжи отобраны рулоны горячекатаной широкополосной стали марки 14Г2 шести плавок, марки ВСтЗсп трех плавок, марки Ч-ЗЗ

девяти плавок, а также марки 09Г2С трех плавок - все производства Череповецкого' МК. Толщина стали - 4, 5 и 6 мм. Изготовленные из этих" сталей замкнутые гнутосварныз профили имели сечение 120x120 и 140x140 мм.

Для испытаний на растяжение и ударный изгиб быта изготовлены из рулонной стали 384 стандартных образца и 533 образца -из гнутосварных профилей. Образцы вырезались из разных частей ("фибр") поперечного сечения профиля. В соответствия с работой профилей в конструкциях (направление главных напряжений) все-образцы вырезали вдоль направления прокатки (рис.2). При этом отбор образцов из полосы и 1тро4йлей производился на разных участках по длине полосы, соответствующих началу и концу рулона

Механические испытания на растяжение проводит при-ком^ натной температуре на машине "1пз1гоп - 1185" с максимальным усилием 10 тс с записью диаграмм растяжения при скорости деформации в пределах (0,9-1,2)х10 сек"'. Определяли предел текучести, -временное сопротивление., относительное, сужензк,- относительное 'удлинение. Часть образцов . была испытана с последовательной разгрузкой и промежуточными измерениями для получения истинных диаграмм растяжении. По результата).! испытаний были определены количественные параметры диаграмм, представленных в известной форме степенной функции'

. к-еп , (1)

удобной для последующего использования.

Испытание на ударный изгиб проводили на маятниковом копре РБУ-ЗО с запасом работы 300 Дж в диапазоне температур, охвати-вагащих критический интервал хрупкости.

Микроструктуру стали в полосе и. профиле исследовали с помощью мзталлсмикроскопа "НеорЬой 21"при увеличении от 400 до 1600 раз. Методами количественной'металлографии определяли фазовый состав микроструктуры, размеры видимого зерна феррита и выделений Еторой фазы, (перлита/ поевтрзвтектоида, бейнита, мартенсита), объемную долю вторую фазы. Измерения производили методом секущих.

PllC. I. С ¡тема изготовлении замкнутых гнутосВарных. профилей

1-с1арочный а&томат ■ 2- контактные Saui/лаки^ 3 - dapuoa и/08• М-нажимные ролики у 5-<рормо-Ьоянче ролики• 6 - профиль.

Рис.1. Схема Вырезки oSpaiyoS и} прогриля ..

с1разцы для испытаний, на растя жени е.из с тетки-, & - тпо же из угла; 3 - oSpajtft,/ для испытаний на ударный изги5 из стенки^ 4 - то же. из угла-5 - Образцы для испытаний на растяжение . ил с&арного шёа.

Была разработана и использована оригинальная методика измерение главных компонент- больших пластических 'деформаций, в • который- границы ферритньн зерен служили-в-качестве..естествен-, нал сетка координат. С использованием представлений о сохранении постоянства элементарного, объема, дающих достаточное для практике приближение, была получена система кубических уравнений связиваюших главный компоненты деформаций с характеристиками микроструктуры:

О'—)* о

"де е,, г, е. - относительные деформации в направлении главных

О £

(2)

зсей;

= -' и-

(3)

> ¿у ¿г ~ средние видимый диаметры зерен, измеренные в зап-авлении осей главных деформаций в исходной микроструктуре; , с?', то не, но после деформирования. • • - • -

реформации определяли путем решения уравнений ка основами измерений на металлографических шлифах видимых диаметров грен в трех взаимно перпендикулярных направлениях. По резуль-1там измерений были построены диаграммы распределения пластинкой деформации в наиболее деформированных участках пройилей углах.

Необходимым условием реализации упрочнения стали является очзость сварных соединений. Свариваемость стали лро|илей учали методом валиковой пробы' и определением качества метал-в стыковых соединениях. Для наплавки сварного шва иепользо-яи пластины толщиной 5 мм вырезанные из плоских участков эфилей. Наплавку осуществляли механизированном способом . на ;х режимах со среднем тепловлйжэнием о>/ч 2500, 4000 и 8000 т/см. Стыковые соединения были получены полуавтоматической

сваркой в на обычных режимах в атмосфере С02 и ручной сваркой. Использовали проволоку Св08Г2 d-1,6 мм и электроды УОШ 13/55

с 'диаметром стержня' 4' мм." ' " ..... ' " ....... ' ' - •

Выявляли распределение твердости в поперечных сечениях пластин с наплавкой и сварных, соединений. Устанавливали температурные зависимости ударной, вязкости и дот волокна в изломе стали в околошовной зоне. Определяли прочность сварных соединений на-образцах с поперечными стыковими ашами. Твердость по Виккерсу измеряли на приборе "ТП-2". Все механические характеристики сравнивали с аналогичными показателями для исходного основного металла

Неоднородность распределения пластических деформации и упрочнения в поперечном- сечении профиля предопределили целесообразность выявления.несущей способности целых профилей. Испытанию на растяжение были подвергнуты образцы в виде отрезков профилей длиной 1120 мм с поперечным сечением 120x120 мм из стали толщиной 4 и 5 мм. Длина рабочей части образцов между усивднияыи.для захватов составляла-850'мм, - база.измерения деформации - 500 мм. Испытания проводили на разрывной машине ZDM -250 при нагружении ступенями. Удлинение измеряли индикаторами • . часового типа с точностью 0,01-мм вдоль, каждой грани образца. . При этом использовали также измерение деформаций тензодатчика-ми сопротивления с базой 20 мм. Нагружение продолжали до разрушения образца Для сравнения были испытаны на растяяениэ "фибровые" образцы,- вырезанные из разных участков поперечного сечения тех же профилей.

В третьей глава 'приводятся резултаты ' экспериментальных • исследований физико-механических свойств стали в широкой полосе н замкнутых гнутосварных профилях.

При растяжении образцов из горячекатаной широкополосной стали получены протяженные диаграммы с развитой плошэдкой, текучести, за исключением части образцов из стали 14Г2. Диаграммы растяжения образцов из профилей- характеризовались меньшим удлинением и не имели площадки текучести (рис.З). '-• ' Под влиянием формовки даже в. менее'деформированных участках профиля-плоских стенках'предел текучести стали повышается на 21-37 Z, временное сопротивление - на 2-15 Z, относительное

удлинение снижается на 7-13 %. В наиболее деформированных участках - углах предел текучести возрастает на 62-102 X, временное сопротивление- - на 2СИ46- X; • относительное удлинение ' уменьшается на 65-80 Z. Изменение механических-свойств зависит от юлвдны профиля и в делом с увеличением толщины от 4 до 6 т повышается.

Изменение механических свойств при формовке, а также однородность этого изменения по длине полосы зависят от зимичес-кого состава (марки) стали. Наибольшее повышение прочности и . снижение пластичности наблюдали для полос из стали 1412, причем • гораздо большее изменение свойств имело место" в конце полосы, чем в ее начале (рис. 4. а). Для полос из стали ЮтЗсп и Ч-ЗЗ этот эффект виражен слабее (рис. 4.б. в).

Удалось установить, что различие в поведении стали при 1 формовке связано с ее. микроструктурой. Повышение прочностных характеристик и снижение пластичности тем значительнее,"' чем больше з микроструктуре содерлшие второй фазы (перлита, лсев-дозвтектоида, _ нижнего бейнита, мартенсита) и чем выеэ сопротивление этой фазы деформированию. Так для полое стали 14Г2 объемная доля второй фазы составляла 37-45 %, тогда как для полос стали Ч-ЗЗ она была 20-22 X. Кроме того з стали 14Г2 в ликвационных полосах наблюдались выделения мартенсита и (или) ниинего бейнита. Находящиеся в центре рулона и остывавшие с меньшей скоростью участки полосы содержат меньше островков твердых структурных составляющих и перлит, .. з большей степени превратившийся из пластинчатого в зернистый, чем более быстро ^остызамцие наружные битки рулона. . ■

Под влиянием формовки хладостойкость металла полосы снижается. Кривые температурной зависимости ударной вязкости и доля волокна в изломе, а также, температура хрупкости Т смешается в сторону положительных температур (рис.5). При толщине полосы 5-6 мм для наименее деформированных участков профиля -плоских- стенок это смещение достигает 20-25°С, для наиболее деформированных - углов - 40-45"С. Ударная вязкость КШ -при температуре .-4р'С падает. Однако •• в подавляющем большинстве-.. случаев КСЦ,ввсе еще сохраняется на уровне, допускающей надежное использование стали в конструкциях, эксплуатируемых в

<

Н!чм1 600

воо Аоо 3оо ¿00 100

Лл.

. ..

—V )

- - ------ ------ 1

Рцс.З. Характерный .¿¿гЗ диаграмм растяжения (сталь V-33) . <-полоса ; £ _ стенка, проериля • з - у ¿о л.

есо

ТОО (00 íоо

>

3

1 1 г , >

Воо ТОО

к— • _ е а к

1

1 < I

-

1 к

,'■'' г ]

( 1

[ 1

1 к

800 700 600 500

.400 700 600 500 400 зоо ЗУ

¿5 *

т

1 !»

( ] )

' и

1 —V

< 1--1—с ¡>——ч >

( ' г

1 и-1

Рис. 4,. Влияние формовки на механические с&зйст&а металла .волос толи^иноа 4 мм аз разни* сталей: ■ МГ2 • ¿'- ЗСтЗсл ^ В- </~5Ь у И- HO.4a.Jto_ ПОЛОСЫ; * - конец покоси • /- логоса • ¿-стенка. л/х>у>иляугол.

обичных условиях (статическая нагрузка, расчетная температура не ниже -40"С). "

' ' • Неоднородность механических- свойств вызвана-- неоднород---.ностью в распределении пластических деформаций. В плоском элементе профиля'- стенке материал срединного слоя сохраняется наименее деформированным. Материал поверхностных фибр плоской стенки получает наклеп, соответствующий,' сумме деформаций двух этапов формовки: при образовании цилиндрической трубы и при её преобразовании в прямоугольный профиль. В зависимости от тол-шины и размеров поперечного сечения профиля эта суммарная де-"■ формация 'находится в .пределах 5-10 %: ■ Значительно больше деформации обнаружены металлографическими измерениями в углах профиля. Наименьшую величину имеют деформации еЛ з направлении длины профиля (рис. б). Это приближают картину деформирования к «. схеме "'плоской деформации". ..Две другие компоненты деформаций в поперечном направлении ёу и по толицше ег примерно одиноковы, но противоположны по знаку. В целом деформации ее и е„ во внутренней зоне углов в два-три раза больше, чем в наружной и достигают 30 X. Это свидетельствует о-преобладании сжатия при формировании углов, что согласуется с увеличенной в углах на 8-12 толщиной стенки. . : .. . ...

Термическое воздействие сварки, выполненной на тепловых режимах, обычных при изготовлении и монтаже конструкций из замснут'ых гнутосзарных профилей, вызивает лишь слабое локальное разупрочнение в околошовной'зоне (рис.7). Ширина- участка разупрочнения шире, чем при сварке термически улучшенных ста- _лей. Однако это разупрочнении Ьрактически не сказывается ка агрегатной прочности сварных соединений с поперечними стыковы- , ми швами, которая сохраняется на уровне прочности основного металла (рис. 8). Разрыв образцов происходит по основному металлу вдали от сварных ¡пвов. Более, заметно тепловое . влияние - сварит может сказаться в дополнительном снижали хладостойкос-•■'-"' ти стали (рис.9). Этот процесс можно регулировать выбором оптимальных режимов сварки. .

• При-растяжении натурных .-образцов«., замкну?,® гнутосзарных ■ профилей с полноразмерным поперечным сечением получены диаграммы усилие-удлинение, в которых начальный прямолинейный (уп-

в.

а

1 1 М I

1 -

1 -К т

пг "V J 1 у

У /

> г /

/ > у

7 У

1 / »

\ 1

>1 /5

/

X"

*Г V, ¿ас/с***

«О. 60 о о

. я

ао

60 Ао 20

1

41 г

г

/ ;

Г /

/ / У

} г

/ Г.1 ! /

/ г >

1« И

/ г • !»

-9о -70 -¡о -Х> -ю О (-С

Рис, 5. Злая пае холодной (рсрмоВки на темпера.я>дрьь1е зависимости ударной Дямоста и Золи волокна 6 изломе металла, полос тала^инай 5 мм из стали {а) и / - полоса ; г - стенка лрасриля * 3 - и гол .

У-33 1ео*/1/Ох£

-ло -¿о -/о +/0 -»го ч-зр Ълру'магрия^ %

ОЗ^г С , /¿0Х120Х4

_-ао -го -/£> . Г 1-го Г20

/У/?, 120Х120А5-

----- (---—--—^

-----—■ .. ------- - к <0

-30 -20 -10 ' г/0 -¡-¿о +ЛО ^

Рис. 6. Распределении пластических ¿еФор^о^ий папере-ышм сечении ¡/ала пресриля

«к. -'¡ал 4оо\ юо 200 ко

09 ПС

«Г2

- 15 -♦-зз

У 2 $

Рис,?. Сря&нение ¿ременном сопротиб-лемая " осмоЗл/ага металла стенки, проерц.гя _ (г) и с&а^нмх соединений^ ¿ыпмненнмх ручной с&аасай (г) и.. & атмаарерв СО'^(ъ).

а!

ксо А«/«*' ¡во НО во 40 о V- Во 60 ¡,0 , го о | гЛ 1

дп

и 1

К } г э- ■г. -г а- л

/

1. I

у

*

■с

У

1 --

У Л'

/ у

/ 1

/ /

/

J / I

гса '780 ¡Со

. %/Ч'ЬОСЯ) / квл/см Г \/

г- ю го лг *н

Рис.в Распределение твердости __

$ поперечном сечемш/ нагнаб.

пластин из про<рипей.

1

п J Г V -ча

/

V

/ у

г

•

/

/ > с

-

/ /

У

/1 ! 1 »

>

/1/

' н <

/ 1 I

•во -то- -¡а -го -ю о *го

~?о -эо -ю о *го ере

Рис.9. Термическое ёлийние сварки на ударную' Зрзсослп и'дояю Ьо'осна & изломе металла просрилей ил стали 09Г2С.(а) и / ~ основой метала стенгО профиля^ 2 - оголошо&нои

зона сварного соединения, ручная сЗсгр>/>а . .

ругий) участок плавно переходит в ветвь упругодластического деформирования (рис. 10). Разрушение всех образцов происходило вязко, причем.-в большинстве из них.разрыв.расдологадея. в сере-, дине рабочей длины. Сравнение результатов натурных испытаний с результатами испытаний "фибровых" образцов показало, что среднее по поперечному ееченир профиля напряжение текучести (С"«) и среднее максимальное напряжение' (5",) близки к аналогичным "фибровым" характеристикам прочности стали в наименее деформированных участках профиля - плоских стенках, но уступают характеристикам прочности в -• наиболее деформированных участках профиля - углах (тайл.1). Отчасти это может быть .вызвано наличием в профилях значительных остаточных напряжений и их влиянием на вовлечение металла профиля в процесс улругопластичес-кого деформирования,- и отчасти - малой долей участия углов в общей площади поперечного сечения профиля 10 %).

В четвертой главе на основе анализе результатов экспериментальных исследований прочности стали замкнутых гнутосварных профилей даны рекомендации по аналитическому определению предела текучести и расчетного сопротивления стали в этих'профилях, а также по выбору марок сталей для замкнутых гнутосварных профилей с учетом их хладостойкости и-упрочняющих факторов.

Анализ результатов испытаний показал, что предел текучести стали готового профили зависит в основном от марки стали исходной заготовки, ее толщины-и предела текучести стали на плоских участках стенок профиля. '

Сравнение расчетных значений предела текучести стали, полученных по зарубежных нормам и Вврокоду-3._для замкнутых гнутосварных. профилей из разных марок стали, и-экспериментальных значений предела текучести свидетельствует о том, что наиболее достоверными являются соответствующие'формулы из Еврокода-З.

Для расчетного определения предела.текучести стали замкнутых гнутосьарных профилей рекомендуется следующая формула •

ЪГ'^^^-^Ю'Т (3)

где & , предел текучести и временное сопротивление стали в МПа, принимаемый по ГОСТ или ГУ на рулонную горячекатанную

С в /О 12 "" Л/с. 40. Чшо^ра^мы у о* ого О <?з 'с/па¿с/ 0ИГ2С(а) --------- """ ---------

а_ Ю \2п ми ' ¿А

Таблица 1

Несущая способность образцов профилей с полнораз-;\ мерным поперечным сечением (Я/мм1) "

I Сталь, I N |.размеры |сер ! сечения,|

! мм I ! ! ■ I Г.

Испытание целых профилей

! Испытание фибровых ! образцов

Среднее напряжение теку чести (при удл. 0,2 %)

Среднее ¡Предел те-макси- !кучести, 5"вг мзлькое :-г;-

напряжениеI стенка | ~ол

Времен, соя I ротивлея.бв )

стенка 1 угол

| 09Г2С !А 1 ¡120x120x5¡А 2

440 423

521 511

459

514 ! 557

I ЗСтЗсп -,|Б 1 |120х120х4|Б 2

. 372 381

457 | 353 444 I

423

440

4971

I 09Г2С |В 1 |120Х120Х4|3 2

448 437

551 531

425 |

498

587|

I 14Г2 ПГ 1 |120х120х5|Г 2

441 ■ :.:.> ■439

532 530

469

505

560

555|

I Ч-ЗЗ. |Д 1 |120х120х5| Л 2

362 353

472 463

453

' 470|

сталь;

С - 7 для профилегибочной машины; 1

С - 5 для' других' способов гибки;

N --количество изгибов под углом 90°;. . ^

1 - толщина стали, мм;

А - плошадь сечения профиля, мм£; -

коэффициент, принимаемый в зависимости от маргш стали; 0,95 - для малоуглеродистых сталей; 1,0 - для сталей класса Ч-ЗЗ; 1,05 - для'низколегированных сталей;

Коэффициент ¿,не исключает использование коэффициента надежности по материалу, который используется для определения расчетного сопротивления стали по СНиП £-23-81*

Расчетные значения предела текучести, ;определенные по предлагаемой формуле, позволяют оценить повышение прочности стали замкнутых гнутосварных профилей с точностью до 5 2.

Нозыиение расчетного сопротивления для исследованных ета--лей (до-20 X) позволит' получить максимальный экономический эффект, который может быть оценен для решетчатых конструкций снижением массы до 10-12 а для растянутых и изгибаемых элементов (например, - оттяжек, прогонов, ригелей, элементов фахверка) этот эффект значительно больше. При этом следует отметить , что угол щение материала- в углах- профилей благоприятно влияет на работу сжатых и сжато-изогнутых стержней, для. которых снижение массы при учете повышения расчетного сопротивления стали достигает 2-5 X. ■ ■ ;

ОСНОВНЫЕ выводи

1. Имеющиеся предложения по учету упрочнения стали замкнутых гнутосварных профилей вследствие их противоречивости \ не позволяют с необходимой для расчетов и проектирования металлоконструкций- достоверностью определять' повышенные .расчетные характеристики этих профилей. ."Хотя отечественные нормы и допускает определять расчетные' сопротивления-стали гнутых профилей с учетом упрочнения листового проката в зоне гиба, однако. конкретные рекомендации по такому учету отсутствуют.

- 19 -

2. Проведено систематическое исследование влияние холодной формовки замкнутых гнутосварных профилей с поперечным сечением

-прямоугольной ' формы на-изменение■ физико-механических свойств .■ . исходной горячекатаной широкополосной стали. Установлено, что под влиянием холодной формовки даже в наименее деформированных участках профнля-плсских стенках предел текучести стали повышается на 21-37 %, временное сопротивление - на 2-15 %, относительное удлинение снижается на 7-13 %, в наиболее деформированных участках-углах предел текучести возрастает на 62-102 %, временное сопротивление - на 20-40 относительное удлинение уменьшается на 65-.80 %. - - -------------- --------------

3. Установлено, что величина изменения механических свойств при формовке зависит от химического состава (марки) стали,' размеров поперечного сеченйя профиля и толщины полосы, ^ а также от места расположения участка полосы в рулоне. Наибольшее повышение характеристик прочности и снижение пластичности зафиксировано для полосы из стали 14Г2, легированной марганцем, наименьшее - для_толосы из стали Ч-ЗЗ с низким содержанием ' легирующих элементов. Для участков полосы в конце рулона, как правило, обнаруживали более значительное- изменение

•■• механических свойств-при .формовке, чем для,участков в начале рулона.

4. Выявлена зависимость величины изменения механических свойств стали при' формовке профиля от микроструктуры исходной полосы. Прирост прочностных характеристик и снижение пластичности тем значительнее, чем больше в микроструктуре содержание второй фазы (перлита,<эвтегстоида, н.бейнита, мартенсита) и чем выше сопротивление этой фазы деформировании. ,

5. Для исследованных вариантов стали получены количественные характеристики истинных диаграмм- растяжения, определявшие упрочнение при пластическом -деформировании. ■ . .. '

; \' б. Хпадостойкость металла- полосы под влиянием холодной формовки снижается. Кривые- температурной зависимости ударной вязкости и доли волокна в изломе, а также температура хрупкос-.ти Г„смешаются-в. сторону положительных температур тем сильнее,, чем больше пластическая деформация, фи толщине полосы 5-6 мм для наименее деформированных участков профиля - плоских стенок

это смещение достигает 20-25°С, для наиболее деформированных участков - углов - 40-45°С. ■ ■' -7.Разработана оригинальная -методика--измерения-■ глазных кокшонентов больших пластических деформаций, в которой границы ферритных зерен микроструктуры использукгся, как естественна? сетка координат. С помощью этой методики выявлена значительная неоднородность в распределений деформаций формовки в поперечном сечении профиля. Наибольшие измеренные деформации в углах профиля достигают 30

8. Сварка на тепловых режимах, принятых при изготовлении и

монтажа легких стальных конструкций, не приводит тгзначите-ль--------

ному локальному разупрочнению металла профилей в околошовной зоне. Агрегатная прочность сварных соединений профилей сохраняется при этом на уровне прочности основного металла. Шесте

-с тем тепловое воздействие сварки мокет сопровождаться дополь- . котельным снижением сопротивления хрупкому разрушению металла профилей. ■ ;

9. Исследозака несущая способность образцов замгазутых гну-тосварных профилей с полноразмерным поперечным сечением. Установлено, что характеристики прочности целых профилей близки к характеристикам прочности стаж в наименее деформированных участках - плоских стенках, но уступают характеристикам проч-■ности е наиболее-деформированных участках- - углах профиля.

.10. Ба базе статистической обработки экспериментальных дачных получены величины приемлемого повыейния расчетных сопротивлений стали замкнутых гнутосваркых профилей, отражающие упрочнение при формовке учитывающее марку стали, типоразмеры профиля, толщну полосы. .. Даются рекомендации по учету упрочнения стали профилей при проектировании строительных металло-'. конструкций.

Основные содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях: ■' V

1. -Артикоз Г. А-., Беляев £. Гладштейя Л. И. Влиянде хо- .. лодной 'формовки на механические свойства стали замкнутых гну-тосварных профилей. Промышлешше и гражданское строительство,

- 21 -

М., Стройиздат, N5, 1994. с 15-18.

2. Артиков Г. А., ' Беляев В. Ф. Расчет предела текучести Стали замкнутых'1 гнутосварных профилей с учетом ее'уг.р^нения -// Деп. в "Черметанформапия", 8.11.94..,. N6001/21... •.

' ^ Подписано к печати Отпечатано на ротапринте в Формат Оукаги 30x42/4 Производственном комбинате обьен 3 п.х ■ . Литературного .фонда ' ' • Зак. ^^^Тпр. Юо"