«Стратегия развития российского метизного производства»

1. Было проведено исследование влияния предварительной деформации металла на силу деформирования при холодной высадке крепежных деталей: болт со звездообразной головкой и шестигранная колесная гайка.

2. Установлено, что уменьшение суммарной силы деформирования при использовании стали 30Г1Р в предварительно деформированном состоянии (ε = 10%) для холодной высадки болта со звездообразной головкой составило примерно 20%.

3. Уменьшение суммарной силы деформирования при использовании стали 20Г2Р в предварительно деформированном состоянии (ε = 10%) для холодной высадки шестигранной гайки составило примерно 10%.

1. РД 37.002.0465-85. Холодная объемная штамповка специальных крепежных и фасонных деталей. Технологические процессы и инструмент. – Горький, 1986.

2. Лавриненко В.Ю. Математическое моделирование процессов холодной объемной штамповки крепежных деталей. – Метизы. - 2007, № 1.

Современные требования к свойствам холоднодеформированной арматуры класса В500С в России, перспективы, применения, проблемы.

Одним из способом решения данной проблемы является производство холоднодеформированной

арматуры класса прочности 500 МПа размером от 5,5 до 12 мм в расширенном (с включением ряда промежуточных позиций) сортаменте: 5,5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12 мм.

В сентябре этого года начал действовать стандарт РФ ГОСТ Р 52544-2006 «Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций», который подразделил арматурный прокат по способу производства: горячекатаный, термомеханически упрочненный с прокатного нагрева и холоднодеформированный. Свод правил СП 52-101-2003, который содержит рекомендации по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного натяжения арматуры, также определяет требования к показателям качества для двух групп арматуры класса прочности 500МПа: класс А500 (А500С) для горячекатаного и термомеханически упрочненного проката номинальным диаметром от 10 до 40 мм и класс В500 (Вр-1; В500С) для холоднодеформированной по разным технологиям арматуры номинальным диаметром от 3 до 12 мм. Требования к расчетным показателям арматуры классов А500 и В500 в СП 52-101-2003 различаются.

Отсутствие в СП 52-101-2003 арматуры класса А500 диаметром менее 10 мм препятствует освоению производства и эффективному применению проката дефицитных размеров профилей, доля которых в общей потребности ненапрягаемой арматуры составляет около 25% и ориентирует на применение только холоднодеформированной арматуры или арматуры класса А400, что не всегда оправдано.

Рассмотрим требования к прочностным и пластическим свойствам холоднодеформированной арматуры класса В500 с учетом особенностей ее изготовления по нормативно-технической документации, а также фактические значения характеристик этих свойств. Механические свойства проволоки Вр-1 по ГОСТ 6727 и холоднодеформированной арматуры класса прочности 500МПа по ГОСТ Р 52544-2006 различны. Эти виды арматуры объединены СП 52-101-2003 в класс прочности В500 по способу упрочнения стали, они удовлетворяют условию σ_0,2≥500МПа и дополняют друг друга в части сортамента.

Отличительными особенностями проволоки Вр-1 по ГОСТ 6727 являются: нормируемая линейная плотность, которая на 6,3-6,8% ниже номинальной, что достигается за счет минусового допуска на диаметр проволоки; нормирование браковочных значений прочностных характеристик по усилиям, а не напряжениям; отсутствие гарантированной обеспеченности нормируемых значений характеристик прочностных и пластических свойств; периодический профиль в виде неглубоких вмятин /3/. Для холоднодеформированной арматуры по ГОСТ Р 52544-2006 применяется современный общепринятый подход к нормированию допуска массы 1 пог.м (симметричный допуск) и характеристик механических свойств (гарантируется высокая обеспеченность значений этих характеристик), к нормированию характеристики сцепления с бетоном, к оценке свариваемости стали, к приемочному контролю. В частности, характеристика пластических свойств арматуры – полное относительное удлинение при максимальной нагрузке δ_макс по ГОСТ Р 52544-2006 должна удовлетворять требованию δ_макс≥2,5%, также допускается, чтобы относительное равномерное удлинение после разрыва δ_р≥2%, обе характеристики должны гарантироваться с обеспеченностью не менее 0,95 /1/; у проволоки Вр-1 номинальным диаметром 5 мм по ГОСТ 6727 характеристика пластических свойств – относительное удлинение после разрыва δ₁₀₀ должна удовлетворять условию δ₁₀₀≥3% . При этом многочисленные испытания показывают, что средние значения δ_р≤1,5% и δ_макс<2%. В то же время для проволоки Вр-1 и арматуры класса В500С, как правило, выполнялись требования вышеуказанных стандартов: σ_0,2≥500МПа и σ_в/σ_0,2≥1,05 с заданной обеспеченностью.

В настоящее время разработаны и реализованы технические решения, обеспечивающие повышение пластических свойств холоднодеформированной арматуры без снижения производительности технологических линий. Соблюдение определенных технологический требований при изготовлении позволяет повысить пластические характеристики и получить холоднодеформированную арматуру класса В500 с уровнем прочностных и пластических свойств, сопоставимым с требованиями ГОСТ Р 52544-2006 и рекомендациями EN10080: 1999. С появлением на рынке арматуры класса В500 с разным уровнем механических свойств, включая пластические свойства стали, особое значение приобретают задачи систематизации технических требований к холоднодеформированной арматуре, обоснования областей ее эффективного применения и соответствующей корректировки некоторых положений СП 52-101-2003.

Основной прочностной характеристикой арматуры классов А500 и В500 является нормативное сопротивление растяжению R_s,n=500 МПа, которое соответствует гарантированному значению предела текучести физическому σ_т или условному σ_0,2 с обеспеченностью не менее 0,95 /2/. Возможное отклонение прочностной характеристики в неблагоприятную сторону от их нормативного значения учитывается коэффициентом надежности по арматуре γ_s, значение которого зависит от группы предельных состояний, от свойств стали и их статистической изменчивости, а также от таких нестатистических факторов, как применяемая система контроля качества арматуры, возможное изменение механических свойств арматуры в процессе изготовления конструкций и их эксплуатации, малая величина относительных деформаций арматуры перед разрывом и других, которые влияют на надежность конструкций.

Согласно СП 52-101-2003 для предельных состояний первой группы γ_s=1,15 для арматуры класса А500 и γ_s=1,2 для арматуры класса В500. Следовательно, у арматуры класса В500 по сравнению с арматурой класса А500 значение коэффициента надежности γ_s увеличено на 4,3% и соответственно уменьшено расчетное значение сопротивления арматуры растяжению R_s Расчетное сопротивление арматуры в состоянии поставки должно гарантироваться с обеспеченностью не менее 0,9985, что для генеральной совокупности при нормальном распределении соответствует условию R_s≤σ_т(0,2) – 3S, где σ_т(0,2) – среднее значение предела текучести физического или условного, S– среднеквадратическое отклонение.

Рассмотрим возможные причины отмеченных выше различий для арматуры классов В500 и А500.

Известно, что при холодной деформации стали повышаются прочностные свойства (σ_в; σ_0,2) и уменьшаются пластические свойства (относительные удлинения δ_макс; δ_р; δ₁₀₀), степень изменения которых зависит от химического состава и механических свойств исходной катанки (подката), равномерности ее структуры и свойств по длине, от суммарной деформации обжатия катанки при волочении или прокатке. Поэтому арматура класса В500 в силу технологических особенностей производства может иметь не только более низкий уровень пластических свойств, но и повышенную изменчивость характеристик механических свойств.

Снижение пластических свойств арматурной стали при определенных условиях может привести к хрупкому разрушению железобетонной конструкции из-за разрыва арматуры, а также не обеспечивает возможность образования шарниров пластичности и перераспределения усилий в статически неопределимых конструкциях зданий, что особенно важно при аварийных нагрузках. Гарантия надежности для материала, способного разрушиться хрупко, должна быть повышена.

Следовательно, возможными причинами увеличения значения коэффициента надежности γ_s для арматуры класса В500 являются повышенная изменчивость характеристик механических свойств и пониженный уровень пластических свойств.

Чтобы избежать хрупкого разрушения железобетонных элементов от разрыва арматуры, создать условия для перераспределения усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях и для предотвращения прогрессирующего обрушения зданий, а также для восприятия интенсивных динамических нагрузок, включая сейсмические и аварийные нагрузки, наряду с конструктивными требованиями необходимо обеспечить достаточные пластические свойства арматуры.

СП 52-101-2003 при расчете железобетонных конструкций по нелинейной деформационной модели рекомендует в расчетной диаграмме состояния (деформирования) арматуры предельные значения относительной деформации принимать равными 2,5% /2/. На практике это означает, что полные относительные деформации арматуры δ_макс должны быть не менее 2,5% и гарантироваться с высокой обеспеченностью, сравнимой с уровнем обеспеченности нормативного сопротивления арматуры растяжению.

Таким образом, если холоднодеформированная арматура класса В500 имеет уровень и обеспеченность характеристик прочностных (σ_0,2) и пластических (δ_макс) свойств, удовлетворяющие вышеизложенным требованиям, то ее расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний первой группы могут быть такими же, как у арматуры класса А500. При этом численное значение коэффициента надежности γ_s для арматуры класса В500 должно удовлетворять условию γ_s= [R_s,n(p=0,95)]/[R_s(p=0,9985)]≤1,15, где р – заданная обеспеченность или вероятность незанижения в генеральной совокупности нормируемого значения предела текучести стали /20/. Также должно выполняться условие σ_в/σ_0,2≥1,05, которое является резервом надежности арматуры, обеспечивающим безопасную работу конструкций.

По нашему мнению разные значения номинальных и фактических показателей пластических свойств проволоки Вр-1 по ГОСТ 6727 и холоднодеформированной арматуры класса прочности 500МПа по СТО АСЧМ 7-93 и действующим ТУ должны быть учтены при назначении коэффициента надежности по арматуре γ_s. Численные значения коэффициента γ_s и области применения холоднодеформированной арматуры класса В500 следует принимать в зависимости от уровня пластических свойств стали. Предлагается установить три группы требований к холоднодеформированной арматуре, которые различаются значениями характеристики δ_макс(Agt) пластических свойств стали:

При δ_макс<1% сталь не может быть рекомендована для применения в качестве арматуры железобетонных конструкций.

Для рабочей арматуры необходимо соблюдение условий: σ_0,2≥500 МПа с обеспеченностью не менее 0,95 и σ_в/σ_0,2≥1,05 с обеспеченностью не менее 0,9; расчетное значение сопротивления арматуры растяжению R_s=R_s,n/γ_s должно иметь обеспеченность не менее 0,9985. Для конструктивной арматуры допускается σ_в/σ_0,2≥1,03 с обеспеченностью не менее 0,9.

Очевидно, что предлагаемое разделение арматуры класса В500 по группам и учет изложенных требований позволит повысить эффективность применения холоднодеформированной арматуры с высоким уровнем прочностных и пластических свойств и обеспечит необходимый уровень надежности железобетонных конструкций с такой арматурой.

В настоящее время в соответствии с предложенной градацией холоднодеформированная арматура класса прочности 500 МПа по ГОСТ Р 52544-2006 может быть отнесена к первой и второй группе требований, а проволока Вр-1 – к третьей группе требований

Таким образом, выполненный анализ требований СП 52-101-2003 к арматуре класса прочности 500МПа выявил причины различия некоторых расчетных характеристик у арматуры классов А500 и В500 и показал нецесообразность применения одинаковых значений некоторых расчетных характеристик к проволоке Вр-1 по ГОСТ 6727 и к холоднодеформированной арматуре В500С по ГОСТ Р 52544-2006, хотя эти виды арматуры объединены в один класс прочности В500. Холоднодеформированную арматуру класса В500, имеющую широкий диапазон изменения пластических свойств, предложено разделить на три группы с разными гарантированными уровнями пластических свойств, что повысит эффективность применения холоднодеформированной арматуры и обеспечит необходимый уровень надежности железобетонных конструкций с такой арматурой.