Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі шәКӘрім атындағы семей мемлекеттік униврситеті

Осындай аралықтарды жабу үшін көбінде металл конструкциялары пайдаланылады. Үлкен аралықты жабьндардың жүйесі мен конструктивтік түрлеріәр алуан болады. Мұнда арқалықтық, рамалық, аркалық, күмбездік, аспалы және құрамалы, сонымен қатар, жазықтықты да, кеңістікті де болуы мүмкін.

Үлкен аралықты ғимараттарда меншікті салмағы негізгі жүктемесін құрайды. Сондықтан жүктемесін азайту үшін алюминий қорытпаларынан жасалған жеңілдетілген қоршаушы конструкцияларын, берікгігі көтеріңкі жоғары берікті болаттарды, күштеулерді әр түрлі реттеу тәсілдерін, оның ішінде алдын ала кернеулеуді қолданған жөн.

Көпірлер, эстакадалар. Темір жол мен автомобиль жолдарында аралықтары үлкен (1 шақырым кейде одан кеп) және де орташа (30 ... 60 м) көпірлерінің аралық күрылысы металлдан жасалады. Әсіресе қүрылыс жүргізу мерзімі қысқа кезде және стратегиялық жолдар құрылысында, тез арада қалпына келтіру мумкіншілігін ескере отырып, болат көпірлерге үстемдік беріледі.

Көпірлер әр түрлі жүйеде: арқалықтык, аркалық, аспалы бола алады. Арқалыктық жүйелерде аралық қүрылысындағы болатты көтергіш арқалықтарын көпірдің жүргінші бөлігінің темірбетонды тақтасымен біріктіріп, майысуға бірлесіп жүмыс істеулері үшін, болаттемірбетон арқалықтар жиі қолданылады.

Мүнай және газ шығару үшін теңіздің стационарлық платформалар мунаралары теңіздердің және мұхиттардың континенталдық шельфтерінде орналастырылады. Қадалар арқылы теңіздің түбіне бекітілген мұнара жасанды шағын аралды ұстап тұрады. Оның үстінде бұрғы мұнаралары, ұстаханалар, тікұшақ алаңшасы, тұрғын үйлер және т.б. орналасады. Осы бірегей ғимараттың тереңдігі 200-300 м және оданда көп, табанының ені 70 м-ге жетеді. Мұндай мұнараның керегеторлы конструкциясы диаметрі 2-4 м, қабырғасының қалындығы 60-90 мм құбырлардан жасалады.

Зәулім имараттарға тағы геодезиялық мұнаралар, өнеркәсіптік этажеркалар, шахта үстілік коперлер, бұрғы мұнаралары т.б. жатады.

Табақтык конструкциялар жұқа қабырғалы әр түрлі қабықшалар болып есептеледі.

Резервуарлар мұнай өнімдерін, суды, сұйытылған газдарды, қышқылдарды, спирттерді жэне басқа сұйықтарды сақтауға арналған. Сиымдылығы 200 мың м³ - ге жететін түрі мен өлшемдері әр алуан резервуарлар қолданылады. Олардың ішіне тік цилиндрлік, горизонталды цилиндрлік және сфералық резервуарлар, понтонды, төбесі қалқыған резервуарлар және көптеген басқалары кіреді.

Газгольдерлер газдарды сақтауға, араластыруга және құрамын теңестіруге арналады. Оларды газ алатын көзімен тұтынушылар ортасына аккумуляторлар ретінде газ желісіне косады. Газды үлкен кысыммен сактайтын көлемі тұракты газгольдерлер және газды төмен түрақты қысыммен сақтайтын көлемі айнымалы газгольдерлер қолданылады. Көлемінің айнымальлығы жылжымалы бөлшегімен қамтылады. Ол поршенге ұқсас цилиндр ішінде газгольдердің қабырғасы бойымен жылжиды. Көлемі айнымалы газгольдерлердің көлемі 600 мың м³-ке дейін жетеді.

Бункерлер мен силостар сусымалы материалдарды сақтауға жэне тиеуге арналған сиымсауыт болып табылады. Силос биіктігінің жоспарындағы өлшемдеріне қатынасы бункерлерге қарағанда үлкендеу келеді. Бункерлердің топтары эдетте бункерлік эстакадаларға біріктіріледі. Қабырғасы жазық бункерлер және иілгіш (аспалы) бункерлер қолданылады.

Табақтық конструкцияларга және де үлкен диаметрлі қүбырлар, мүнай өңдейтін, домналық және химиялық өндіріс имараттарының бірсіпырасы жатады.

Құрылыс конструкциялары үшін болатты таңдау келесі параметрлерге:

ә) әр алуан жүктеу кезіндегі материал жүмысының ерекшелігін ескеретін, жүктеу түріне (статикалық, динамикалық, вибрациялық және т.б);

б) кернеулену жағдайы түріне (сығу, созу, жазық немесе көлемді кернеулену жағдайы);

в) меншікті кернеу деңгейін, кернеулер шоғырлану дәрежесін және қосылған жеріндегі материалдың қасиетін анықтайтын, элементтердің қосылу тәсіліне;

г) қалындығы жуандаған сайын болат қасиетінің езгеруін ескеру үшін, элементтерде қодданылатын прокат қалындығына байланысты.

ҚР ҚМжЕ (СНиП РК) [4] (1-крсымша, 50-кесте) сәйкес барлық құрылыс конструкциялардың түрлері, материалы жұмысының жағдайларына байланысты, төрт топтарға белінген.

Бірінші топқа ерекше ауыр жағдайларда жүмыс жасайтын немесе тікелей динамикалық, вибрациялық немесе жылжымалы жүктемелер әсеріне ұшырайтын, дәнекерленген конструкциялар мен олардың элементтері жатқызылған (кранасты арқалықтар; жұмыс алаңшаларының арқалықтары; ферма фасонкалары; көліктік галереялардың аралық конструкциялары; биіктігі 60 метрден жоғары электртарату жолдарының тіректері және т.б.)

Бірінші топтағы конструкциялар өте күрделі жағдайларда жұмыс жасайды. Сондықтан бұл конструкцияларға арналған болаттар үшін өте жоғары талаптар қойылады.

Екінші топка статикалық жүктеме кезінде созуға жұмыс жасайтын (фермалар; рамалар ригельдері; қабатаралық жабын және төбе жабын арқалықтары; саты косоурлары; көліктік галереялардың тіректері және т.б.) дәнекерленген конструкциялар немесе олардың элементтері, және де дәнекерленген қосылыстары жоқ кезіндегі бірінші топтағы конструкциялар кіргізілген.

Үшінші топқа статикалық жүктеме кезінде көбінесе сығу кернеу әсеріне жұмыс жасайтын дөнекерленген конструкциялар (мәселен, ұстындар, (бақандар, жабдық астындағы тіректер және баска сығылған, сығыла-майысқан элсменттер) және де дөнекерленген қосылыстары жоқ кезіндегі екінші топтағы конструкциялар жатқызылған.

Төртінші топқа қосалқы конструкциялар (байланыстырғыштар; фахверк элементтері; сатылар; қоршаулар және т.б.) және де дәнекерленген қосылыстары жоқ кезіндегі үшінші топтағы конструкциялар кіргізілген.

Егер үшінші мен төртінші топтағы конструкциялар үшін статикалық жүктемелер кезіндегі беріктік талабымен шектелу жеткілікті болса, бірінші мен екінші топтар үшін болаттың динамикалық әсерлерге және морт қирауга кедергісін бағалау маңыздысы болып табылады.

Дәнекерленетін конструкциялар үшін міндетті түрде материалынын
дәнекерленгіштігін анықтау керек. Дәнекерлі қосылыстары жоқконструкциялар элементтеріне қойылатын талаптардың жеңілдеуі мүмкін,себебі дәнекерлік кернеу өрісі жоқтығы, кернеулер шоғырлануының төмендегі және баска факторлар олардың жұмыс жағдайын жақсартады.

ҚР ҚМжЕ [4] -тің 50-кестесінде конструкциялар тобына және кұрылысжүргізілетін ауданның ауа райына байланысты болаттардың тізімі келтірілген.

Әр топ ішінде болаттың соңғы таңдалуы техникалық-экономикалықкөрсеткіштерін (болат шығынын жөне конструкцияның құнын) салыстырунегізінде және дайындаушы зауыттың технологиялык мүмкіндіктерін ескеруменжасалуы керек.

Конструкция құрамына (мәселен, құрамалы арқалықтарда, фермаларда)болаттың екі түрін қолданған экономикалық тиімді келеді - беріктігі жоғарылау болатты қатты жүктелген элементтер үшін (фермалар, аркалықтарбелдемелері), ал беріктігі төмендеуін шамалы жүктелген элементтері үшін (фермалар керегеторлары, арқалықтар қабырғасы).

Зерттеулердің керсетуі бойыншапластикалық деформациялар жанамакернеулер әсерінен феррит түйірлерінде ысыру (сдвиг) аркылы өтеді. Феррит түйірлерінде ысыру пайда болуына болат құрамындағы беріктеу перлиттүйірлері үлкен кедергі туғызады. Сондықтан да болаттың беріктігі таза темірге карағанда едәуір жоғары болады.

Азкөміртекті болаттың қүрамына байланысты созу кезіндегі жұмысынмына түрде көрсетуге болады.

Бірінші кезеңде пропорционал шегінеσ_рдейін әсер ететін кернеулерге пропорционалды серпімді деформациялар пайда болады. Мұны серпімді жүмыс кезеңі деп атайды. Материалдың осылай жұмыс жасау кезеңінде ұзару деформациялары атом торының серпімді-қайтқыш бүлінуі арқасында пайда болады. Сондыктан үлгіден жүктемені түсіргеннен кейін, ол алғашқы өлшемдеріне қайта келеді.

Жүктемені одан әрі өсіру феррит түйірлерінде жеке ысырулар пайда болуына келтіреді. Кернеулер мен деформациялар арасындағы пропорционалдылығы бұзылады, яғии деформациялар кернеулерден тезірек өсе бастайды (σ_ужәне σ_р арасындағы бөлік). Кейінгі кернеулер өсуі феррит түйірлеріндегі жеке ысыру санын көбсйтіп, оны ысыру сызық-жолына дамытады. Бұл жағдай тұрақты кернеулер кезіндеүлкен деформациялар пайдаболуына келтіреді, яғни аққыштық, алаңшасы құралады. Бұл пластикалы акқыштық кезеңінс аққыштық шек кернеуі σ_у сәйкес келеді.

Азкөміртекті болаттардың және кейбір төменлегирленген болаттардың акқыштық, алаңшасының үзындығы 1,5-2% шамасында болады. Деформациялардың дамуы феррит түйірлерінде аздаған серпімді деформациялар мен үлкен кайтымсыз ысырулар нетижесінде пайда болады. Сондықтан жүктемені алғаннан соң деформациялардың бір бөлігі қайтады, ал кайтымсызы қалдық деформацияларға келтіреді.

Деформациялардың одан әрі дамуына беріктеу және қатандау перлит түйірлері кедергі жасайды. Сондықтан үлгіде жалпы ысыру жазықтығы пайда болуы үшін ферриттің жеке түйірлеріндегі ысырулар перлит түйірлерін орағытуы керек немесе осалдау жерлерін жарып өтуі керек. Бүл үшін кернеулерінің жоғарлауы кажет. Аққыштық алаңшасынан уақытша кедергісіне дейінгі, сыртқы әсерлерге кедергісі көтерілетін, осы кезең өздігінен беріктену қезеңі деп аталады. Осы кезенде материалдың жүмысысерпімді-пластикалы ретінде өтеді.

Созған кезде ұзарту бойлық деформациясьша тарылу көлденең деформациясы ілесе жүреді. Уақытша кедергісіне таялған кезде ұзару мен тарылу деформациялары осалдау жеріне шоғырлануы арқасында "мойынша (шейка)" қүралады. Мойынша орынында үлгі қимасы тез кішірейеді. Осы себептен, үлгідегі жүктеменің төмендеуіне қарамастан, мойынша қимасындағы кернеу көтеріле береді. Осыньң нөтижесінде мойыншаның құрылған орынында үлгі үзіледі.

Ұзын аққыштық алаңшасы пайда болу тек қүрамына 0,1-0,3% шамасында кеміртек кіретін болаттарға тән. Көміртек кемдеу кезінде феррит түйірлеріндегі ысыруды тыю үшін перлит түйірлері жетіспейді, ал артық кезінде перлит түйірлері көп болып феррит деформациясын үнемі тыйыптұрады. Сондықтан оларда аққыштық алаңшасы пайда болмайды. Мұндайболаттар үшін шартты аққыштықшегі σ_0,2 0,2%-ға тең қалдық деформациясы бойынша апықталады.

Болатгың созу кезіндегі жұмысының негізгі көрсеткіштері болып улкен деформациялардың дамуыалдынсипаттайтынσ_уаққыштық шегі элементтің қабылдай алатын шекті жүктемесіне сәйкес келетін σ_ууақытша кедергісі және материалдыңпластикалық касиеттсрін сипаттайтынсалыстырмалы ұзаруы болыптабылады. Олүш көрсеткіштері болат Мемлекеітік стандартында келтірілген.

Азкөміртекті болаттыңаққыштықшегіненуақытша кедергісіне дейінгі аралықтағы материалдың жұмыс жасай алатын коры едәуір көп σ_у/σ_u~0,6 Осы жағдай болаттың пластикалық қасиеттерін кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Беріктігі жоғары болаттыңаққыштық шегі уақытша кедергісіне жақын таялады (σ_у/σ_u≥0,8), сондықтан мұндай материалдың серпімді-пластикалық кезеңіндегі жұмысын пайдалануға шек қойылған.

Серпімді жұмысы кезеңіндебарлық прокатталған болаттар үшін серпімділік модулі Е=2.06∙10⁵ МПа=2,06∙10⁴ кн/см². Пропорционал σ_р шегінен аққыштық σ_ушегіне дейінгіаралықтағы кернеулер кезінде серпімділік модулі кемиді.

Пластикалық деформациядан кейін өздігінен беріктену кезеңіне ауысуы, сонан соң болаттыңүзілуі жалғыз өсті біркелкі таралған кернеу кезінде ысыру арқылы өтеді. Максималды жанама кернеулер әсер ететін бағыты бойынша металдың қарқынды ағу жазықтығыпайда болады.

Екі өстер бойынша жүктелген кездеметалдың пластикалық күйіне ауысуы, өсер ететін кернеулердің таңбасына және мөлшерлерінің ара қатынасына байланысты. Мысалы,екі өстері бойынша таңбалары бірдей жүктемелер катарынанөсіп, кернеулері қимасындабіркелкі таралған кезде, пластикалық ағу көлбеген (наклонный) жазықтықтар бойынша ысыру арқылы өтеді. Мұндағы кернеулер жалғыз өстіжүктелген кездегісімен бірдей болады.

Егер жүктемелердің таңбалары әр түрлі болып,болат бір бағытында созылып екінші бағытында сығылса, онда пластикалық ағуы жалғызөсті жүктелген кезіне қарағанда аздау кернеумен өтеді.

Кернеулері қимасында біркелкі емес таралғанкезде, болаттың бір бөлігінің екінші бөлігі бойынша ысыруына серпімді аймақтары кедергі туғызады. Сондықтан қимасының аққыштыққа шалдыққан бөлігінде пластикалық ағу қысылған жағдайдаөтеді. Осы себепаққыштық кернеуінің σ_у көтерілуіне келтіріледі.

Әр түрлі болаттардың созған кездегі жұмысының диаграммасы параметрлерініңшамасы бойынша елеулі ажырасады. Егер осы диаграммаларды салыстырмалы координаттарда σ/ σ_0,2 және ξ/ξ_0,2тұрғызса, онда айырмашылығы шамалы болады. Мұндағы σ_0,2 менξ_0,2сәйкес ақкыштық шегі мен аққыштық алаңшасының басындағы салыстырмалы деформация. Сондықтан осындай диаграммалар унификацияланған ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Сурет 4. Болат жұмысының унификацияланған диаграммасы.

Азкөміртекті болаттың пропорционал шегіне дейін мүлде серпімді
дерліктей екені созу диаграммасынан жақсы байқалады; бұл кезде оның
серпімділік модулі тұрақты және өте үлкен (Е = 2,06∙10⁵ МПа). Серпімді жүмысынан соң шамалы өтпелі бөлігінен кейін пластикалық ағысы басталады. Аққыштық алаңшасы бойында болат мүлдем пластикалы дерліктей, яғни пластикалық модулі Е_пл нөл шамасьшда. Мұндай болаттарды, акқыштық шегіне дейін мүлдем серпімді, одан кейін мүлдем пластикалы жұмыс жасайтын, идеалды серпімді-пластикалы материалға үқсатсақ көп қателеспейміз (Прантль диаграммасы).

Сурет 5. Болат жұмысының идеалданған диаграммасы

Мұндай ұқсату конструкциялар есептеуін едәуір жеңілдетеді және болат жұмысының талдау шегін кеңейтеді.

Акқыштық алаңшасы жоқ болаттардың пластикалық деформацияларыныңорташа модулі серпімділік модулінің 1%-на тең. Сондықтан онымен санаспай пластикалық модулін нөлге теңеп, мүндайболаттарға да Прантль диаграммасынқолдануға болады.

4 Қасиеттері бойынша алюминийдің болаттан едәуір айырмашылығы бар. Егер болаттың тығыздығы ρ_бол=7,85т/м³ болса, алюминийдікі ρ_ал=2,7т/м³, яғни үш есе дерліктей болаттан жеңіл. Егер болаттың серпімділік модулі Е_бол=2,06∙10⁵МПа болса, алюминийде Е_ал=0,71∙10⁵МПа, мұнда да үш есе кем болаттан. Алюминийдің созу диаграммасында аққыштық алаңшасы жоқ. Шартты аққыштық шегінің кернеуі σ_О2=20-30МПа, уақытша кедергісінің кернеуі σ_u =60-70МПа. Ал, болат үшін ең кіші аққыштық шегінің кернеуі σ_у^min=190МПа болса, ең кіші уақытша кедергісінің кернеуі σ_u^min=350МПа. Алюминий өте пластикалы келеді, оның үзілер кезіндегі ұзаруы 40-50%-ға жетеді.

Таза алюминий оңай коррозияланады, бірақ тез арада бетінде жұқа тотығу үлпегі пайда болып, коррозияның одан әрі дамуынан қорғайды.

Беріктігі төмен болғандықтан алюминий таза түрінде конструкцияларда қолданылмайды. Сондықтан оны беріктендіреді: а) легирлендірумен; ә) нагар-товкалаумен, яғни алдын ала созумен; б) термиялық өңдеумен.

Легирлендіруші коспалардың құрамына байланысты легирлендірілген алюминийдің уақытша кедергісі таза алюминийге карағанда 2...5 есе еседі. Мұндай қоспалар ретінде магний, марганец, мыс, кремний, мырыш және кейбір басқа элементтер пайдаланылады.

Осы қорытпаларды алдын ала созумен-нагартовкалаумен шартты аққыштық шегінің кернеуін σ_0,2 1,5...2 есе көтеруге болады.

Көп компонентті алюминий қорытпалары термиялық өңдегеннен кейін тозу үрдісінде беріктігі көтеріледі. Мүндай корытпалар термиялық беріктендірілетіндері деп аталады. Олардың уақытша кедергісі σ_u=400МПа-дан асуы мүмкін, бірақ пластикалылығы кеміп салыстырмалы ұзаруы 5...10%-дан аспайды.

Қос композициялы қорытпаларды (А1-Мg, АІ-Мn) термиялық өңдеу беріктенуіне келтірмейді. Бұл қорытпалар термиялық беріктендірілмейтіндері деп аталынады. Осы себептерден алюминий қорытпаларының маркалары көп болады.

Алюминий қорытпалары әр түрлі термиялық өңделген және нагартовкаланған күйінде жеткізіледі. Бұл жағдайлар былай белгіленеді:

М-күйдірілген (отожженный, мягкий);

Н-нагартовкаланған;

1/2Н -жартылай нагартовкаланған;

Т-шыңдалған (закаленный) және 3...6 тәулік арасында үйтемпературасы кезінде табиғи тоздырылған;

Т1 –шьңдалған және бірнеше сағат арасында жоғарланған температура кезінде жасанды түрде тоздырылған;

Т5-толық шындалмаған және жасандытүрдетоздырылған.

Жеткізу күйінің таңбасы корытпа маркасының шарттыбелгісінесызықшадан кейін қосылады. Мысалы, АМг-М, АД-35-Т1 және т.т. Құрылыста келесі қорытпалар қолданылады:

1. 
   магналиялар депаталатын алюминиймен магнийдің қорытпасы. Ол маркасында АМг әріптерімен және магнийдің пайыздағы шамасын көрсететін санмен белгіленеді. МысалыАМг6;
   
2. 
   дюралюминдер деп аталатын мыс, магний жәнеаздау мөлшердегі
   

3) авиаль деп аталатын кремний(1%), магнкй (0,7%), мыс (0,4%),марганец немесе хромдармен алюминийдіңқорытпасы. Маркасында "АВ" әріптерімен белгіленеді.

Алюминий қорытпалары қымбат болғандығынан, бағалы қасиеттеріне қарамастан, құрылыс конструкцияларында сирек пайдаланылады. Олар көбінесе көтергіш және қоршаушыміндеттерінқатарынан атқаратын конструкцияларды және суық солтүстік, жер сілкінетін немесе жетуге қиын аудандар құрылыстарында қолданылады.

5 Температураның тигізетін әсері. Аққыштық шегі мен уақытша кедергі кернеулерінің мәндері температура +20°С кезінде алынған. Температураөзгерсе болаттың механикалық кясиеттері де өзгереді.Терістемпературалар кезінде аққьштық шегі мен уақытша кедергісі едәуір көтеріліп өзара жақындасады, ал пластикалық касиеттері төмендейді.

Температура 100⁰С ...200⁰С-ға дейін көтерілген сәтте аққыщтық шегі мен уақытша кедергісі өзгермейді дерліктей. Температура +300°С-ға жеткенде уақытша кедергісі шамалы көтеріліп, 400С 500°С-ден асқанда аққыштық шегі мен уақытша кедергісі күрт төмендейді, 600⁰С кезінде олар нөлге жақындайды, яғни болаттың көтергіштік қабілеті толық жойылады.

Дәріс 11. Материалдар жұмысы

1. 
   Болаттың бұзылу түрлері және механизмдері.
   
2. 
   Қайталанатын жүктемелер кезіндегі болаттың жұмысы.
   
3. 
   Кернеу шоғырлануы.
   
4. 
   Металл коррозиясы және онымен күресу жолдары.
   

Болаттың тозуына мыналар мүмкіндік туғызады:

1. 
   механикалық әсерлер, әсіресе пластикалық деформациялардың дамуы. Мұндай тозуды механикалық тозу деп атайды;
   
2. 
   компоненттерінің ерігіштігі мен диффузия жылдамдығын өзгеруіне келтіретін температураның тұрақсыздығы(физикалық-химиялық тозу).
   

Қирау тұтқырлы (пластикалы) және мортты болып екі түрге ажыратылады. Біріншісі ысырудан (от сдвига) пайда болады, екіншісі үзілумен сипатталады. Болаттың жүктелуіне және құрылымына (структурасына)байланысты аралас қирау да болуы мүмкін. Тұтқыр қирау алдында улгінің осал жері жіңішкеріп "мойынша" (шейка) құралады да сол орында микрожарықшақтар пайда болады. Келешекте микрожарықшақтар даму үрдісінде бір-бірімен қосылып үлгінің өсіне 45⁰ бұрышпен бағытталған макрожарықшақтарға ұласады, яғни олар ең үлкен жанама кернеулер жолымен бағытталады. Макрожарықшақ шекті өлшеміне жеткен сәтте конусты шұнқыр "тостағанша" (чашечка) құрастырумен материал тез арада қирайды. Шүңқырдың түбі үзілу түрінде қираса, жан-жағы ысырудан қирайды. Сонымен тұтқыр қираудың бастапқы себебі жанама кернеулер мен пластикалық деформациялар болып табылады. Бірақ материал тұтастығының жойылуы үзілумен аяқталады, яғни тік кернеулер даму нәтижесінде болады.

Сурет 11. Қирау түрлері: а-үзілуден; б- кесуден.

Суретте қирау түрлерінің үш ауданы келтірілген. Тұтқыр қирау киманың бөлігінде немесе барлық қима бойынша пластикалық дсформациялардың дамуымен анықталады, ал металл конструкциялар элементтерінің көтергіштік қабілеті болса, үлкен майысымдардың пайда болуымен айырылады. Квазимортты (морттылы болып көрінетін) қирау тұтқыр мен мортты қираулардың арасыңда орын алады.

Сурет 12. Қирау түрлерінің мүмкін аймағы.

Болаттың морт қирауы пластикалық деформациялары шамалы дамыған, кернеулері төмендеу кезіңде өтеді. Мұндай жағдайларда көбінесе кернеулері аққыштық шегі кернеуінен аспайды.

Болаттың морттылығына негізінде оның сапасы, тозуы, кернеулер шоғырлануы, әсер ететін күштің түрі елеулі ықпалын тигізеді. Оның ластануы, күкірт пен фосфордың қосылуы, оттектің мөлшерден артық құрамына кіруі морттылығын көтереді. Конструкциялардың морт қирауы мүмкін болған жағдайларда "тынық" және "жартылай тынық" азкөміртекті болаттарды пайдалану керек.

Материалдың серпімді пластикалық кезеңіндегі жұмысында жүктемені түсірісімен шапшаң қайта жүктеу серпімділік шегінің төмендеуіне келтіреді, яғни алдыңғы жүктеуден металл құрылымының қайтпас бүлінуі нәтижесінде пластикалық деформациялары көбейеді. Едәуір ұзақ үзіліс болған жағдайда материалдың серпімділік қасиеттері бұрыңғы қалпына келіп, серпімділік шегі алдыңғы цикл шегіне дейін көтеріледі, ал қирау кезіндегі ұзаруы алдыңғы созылған өлшемге азаяды. Алдыңғы пластикалық деформациялану нәтижесінде серпімділік шегі көбейіп, қатарымен морттылығы көтерілуі наклеп немесе нагартовка деп аталады. Наклеп металдың тозуымен және кристалдардың атом торы бүлініп, жаңа деформацияланған күйінде бекітілуімен байланысты. Наклеп аралығында кайта- қайта жүктеген кезде материал серпімімді жұмыс атқарады.

Темірбетон конструкцияларында қолданып жүрген созу мен беріктелетін арматура болаттары наклеп құбылысы негізінде алынады. Бұл құбылыс алюминий қорытпаларын беріктендіру - нагартовкалау үшін де пайдаланылады. Наклеп металдың морт қирауына бейімділігін көтергендіктен болат конструкцияларында қолданылмайды.

8-сурет. Болаттың қайталап жүктеу кездегі деформациялануыньң диаграммасы: а-серпімді деформациялануы аралығында; б-үзіліспен ("демалғаннан" кейін); в-уздіксіз.

Бірнеше рет үздіксіз жүктеген кезде металда, беріктігі төмендеумен байқалатын, шаршау құбылысы пайда болады. Жүктеу саны көбейген сайын болаттың беріктігі төмендей түсіп, қаншама рет жүктеседе қиратпайтын белтілі "σ_шаршау" шамаға жақындай береді. Бұл шама шаршау беріктік (төзімділік-выносливость) шегі деп аталады. Шаршау құбылысы уақытындағы қиратушы кернеу, яғни (вибрациялық) дірілдеу беріктігі σ_вб статикалық жүктеу кезіңдегі беріктіктен σ_u кем келеді, ал жүктеме таңбасы айнымалы болған жағдайда ол аққыштық шек кернеуінен де төмен болып материалдың көтергіштік қабілетін шектейді (лимиттейді).

Болаттың төзімділік шегі шамамен 10 млн (10-10⁶) жүктеу цикліне сәйкес. Бірақ та 2 млн цикл кездегі шаршау беріктігі оның шекті мәнінен айырмашылығы аз. Сондықтан болат конструкциялардың төзімділікке сынағы 2млн (2∙10⁶) циклдарымен өткізіледі.

Сурет 9. Қиратушы кернеу мен жүктеу саны арасындағы тәуелділігі:

а- болат үшін; б- алюминий қорытпасы үшін.

Алюминий қорытпаларының беріктігі үздіксіз төмендей береді, оларда болаттағыдай шаршау (төзімділік) беріктік шегі жоқ. Сондықтан іс мақсаты үшін шартты төзімділік шегі ретінде 2млн. цикл жүктелген кездегі вибрациялық беріктігі қабылданады. Егер нақтылы жүктеме көбірек қайталанатын болса, онда жобалау кезінде есептік кедергісі сәйкес төментдетіледі.

Вибрациялық (шаршау) беріктік жүктеу циклының санынан басқа, жүктеу түрін сипаттайтын р=σ_min/σ_max асимметрия коэффициентіне де тәуелді.

Сурет 10. Жүктеу циклдерінің сипаттамалары: а-біртаңбалы (симметриялы емес); б- толық біртаңбалы (пульсациялық); в-толық таңбасы айнымалы (симметриялы).

Азкөміртекті болат табакшасы үшін біртаңбалы цикл, яғни р=0...+1. кезінде төзімділік шегі аққыштық шегіне тең σ_шарш= σ_у Таңбасы айнымалы(р<0) циклімен жүктегенде ол төмендеп р=-1 болғанда аққыштық шегіне 59%-нан аспайды.

Төзімділік шегіне кернеу турі де әсерін тигізеді: созу кернеуі басымкездегісіне қарағанда сығу кернеуі басым болғанда ол жоғарылау келеді.

Едәуір улкен кернеу әсер еткенде металлдың шаршауы саны шамалыцикл жүктеуден кейін білінуі мүмкін, мұны аз циклді шаршау деп атайды

Кернеу шоғырландырғыштары жоқ кезде беріктігі көтеріңкі(290МПа <<σ_у< 400МПа) С345...С390 және беріктігі жоғары (σ_у ≥400МПа)С440...С590 болаттардың төзімділік шегі азкөміртекті болатка қарағанда едәуіржоғары келеді. Кернеулер шоғырлану орындары бар болғанда осыболаттардың төзімділік шегі азкөміртектіге қарағанда көбірек темендеп, цик толық айныматаңбалы және шоғырлану коэффициенті үлкен кезде төзімділікшектері абсолюттік мәні бойьшша теңесуге жетеді. Сондықган айныматаңбалыциклдік әсерлерді қабылдайтын конструкцияларда беріктігі көтеріңкі жәнеберіктігі жоғары болаттарды пайдалану әрдайым тиімді бола бермейді.

Конструкциялардьщ шаршап кирауына кедергісін бірқатар шаралар арқылы көтеруге болады:

а) кернеулер шогырлануы жоқ немесе аздау болатын конструкцияларда азкөміртекті болаттан беріктіктері жоғары болаттарға
ауысуымен;

ә) дәнекерленген жіктердің бетін өңдеп кернеулер шоғырлануын төмендетумен;

б)кернеулердің үлкен шоғырланатын жерлерінен күштеу ағынын бұрып
жіберумен, т.б.

3 Кернеулердің біркелкі таралуы, күштеулер әсері арнайы құрылғы
конструкциялары арқылы жеткізілген кезде ғана мүмкін. Әдетте кернеулері
біркелкі таралмайды, әсіресеқимасыкүрт өзгерген жерлер маңайыңда
біркелкі еместігі қатты байқалады, мәселен,тесіктер, ойықтар, кесіктіліктер,
қалындаған жерлер маңайларында.Мұндай орындар кернеулершоғырланатын орындар деп аталады.

Кернеулердің шоғырланатын жерлерінде күштеулер ағынының жолдары қисайып, бөгет маңайында жиіленеді, бүл жағдай осы орыңдарда кернсулсрдің көтерілуіне әкеледі

Кернеудің шоғырлану мәні қима түрінің бүлінуіне байланысты: дөңгелек тесік кезінде ол күш әсеріне тікше бағытталған ұзынша тесігінен аздау келеді. Әсіресе көлденең жарық кезінде оның мәні өте үлкен болады. Үшкір кертікте дөңгелектенген кертікке қарағанда кернеукөбірек шоғырланады.

Сурет 6. Кернеулердің шоғырлануы

Кернеулердің шоғырланған жерлеріндегі максималды кернеудің негізгі (номиналды) біркелкі таралған кернеугеқатынасы шоғырлану коэффициенті деп аталады

К=σ_max/σ_n

Мұндағы σ_n= N/А_о - осалданған кимадағы номинадды кернеу; А_о - осалданған қиманың ауданы; σ_max - шоғырланған жердегі максималды кернеу.

ІІІеңбер тесік және жарты шеңберлі қырнау (выточка) маңайындағы кернеулердің шоғырлану коэффициенті шамамен 2-3-ке тең, ал үшкір тілік (надрез) бар жерде ол 6...9-ға дейін жетеді.

Статикалық жүктеме және қалыпты температура кезінде кернеу шоғырлануы көтергіштік кабілетке айтарлыктай әсерін тигізбейді. Сондыктан,металл конструкциялар элементтерін есептегенде, мұндай жағдайлар олардың беріктігіне тигізетін әсері ескерілмейді. Температураның төмендеуі, болаттың тозуы кернеулер шоғырланған жерлердің морт сынуға кедергісін төмендетеді.

4 ТМД елдері бойынша коррозиядан жыл сайын 30 млн. тоннаға жуық металл шығындалады. Коррозияланған металдың 90%-ы кайта балқытуға жіберіледі, ал қалған 10%-ы (яғни шамамен 3 млн тоннасы) қайтарылмас шығын болыл табылады (тот, темір қагы жөне т.б.).

Соңғы жылдары металл корының, яғни металл конструкциялар, машиналар, құбырлардың және т.б. жалпы массасының көбеюінен, ауаның жердің, табиғат суы ластануының ұлғаюынан коррозия шығыны көбейіп кетті. Мәселен, кей кезде жылу электростанциялар тас көмір жағып ауаға орасан зор көлемде күкіртті газ шығарғандықтан күкірт қышқылдан жаңбыр жауады.

Коррозия дегеніміз металдың агрессивті ортамен әрекеттесуі аркасында химиялық немесе электрохимиялық қирау үрдісі. Химиялық коррозия бір мезгілде өтетін тотығу және тотықсыздану үрдісі нәтижесінде пайда болады. Мұндай коррозия қай арада болса да қисыны бар, бірақ көбінесе жоғары температура кезіндегі ауада, сұйық электролит еместерде (мұнай, бензин, керосин, қорытылған күкірт) байқалады. Жоғары температура болған уақытта газ түрінде ортадағы химиялық коррозия сонымен қатар газ коррозиясы деп аталады.

Металл коррозиясының кең таралған түріне электрохимиялық коррозия жатады. Ол металдардың сұйық электролиттерімен (тұздардың қышқылдардың, сілтілердің су ертіндісі) әрекеттесуі кезінде пайда болады. Кай су болса да (өзендік, жер астылық, жауын-шашындық) барлығы әрдайым электролит ертіндісіне жатады.

Коррозиялар келесі түрлерге белінеді: атмосфералық, жерастылық, контактілік, адасқан ток коррозиясы, микроорганизмдердің тіршілік әрекеті нәтижесіндегі биокоррозия, химиялық. Құрылыс металл конструкциялары көбінде атмосфералық коррозияға ұшырайды. Сұйық агрессивті ортаның және жерастылық коррозиялар әсеріне тазарту ғимараттарының конструкциялары, резервуарлар, газгольдерлер үшырайды.

Атмосфералық коррозия барлық пайдаланылып жүрген металдардың 80% шамасындағысын зақымдайды. Оның шығыны барлық коррозия шығынының 50%-ын құрайды. Атмосфералық коррозия жаңбырдан немесе конденсация нәтижесіңде ауадан металл бетіне түскен ылғал әсерінен пайда болады.

Атмосфераның коррозиялық агрессивтігі оның ылғалдығы мен ластығына байланысты. Агрессивтік дәрежесі бойынша агрессивсіз, әлсін агрессивті, орта агрессивті және күшті агрсссивті орталарға бөлінеді. Металды коррозиядан қорғау үшін оны легирлендіреді немесе қорғау үлпегімен жабады. Легирлендіруші элементтер негізі металмен коррозияға тұрақтылығын көтеретін қорытпалар құрайды. Шамалы мөлшердегі (1%-ға жетпес) мыс пен хром болаттың коррозияға қарсы кедергілігін едәуір жоғарылатады. Ал, қоспаларды 20%-ға дейін жеткізіп тот баспайтын болаттарды алуға болады.

Осымен қатар металды коррозиядан қорғау үшін оның бетіне үлпек жасалады. Үлпектер металдан, лакбояулардан, оксидтерден болуы мүмкін.

Дәріс 12. Металл конструкцияларының элементтерін есептеу ерекшеліктері

1. 
   Негізгі түсініктер, есептеудің негіздері және анықтамалары.
   
2. 
   Кернеу түрлері және есептеу кезінде олардың ескерілуі.
   
3. 
   Конструкция элементтерін есептеу
   

Шекті жағдайлардьщ бірінші тобы максималді (есептік) жүктемелер мен әсерлерге есептеп тексеріледі. Ал, олардың екінші тобы болса, конструкциялардың қалыпты пайдалануына сәйкес келетін эксплуатациялық (мөлшерлік) жүктемелер мен әсерлерге тексеріледі.

Шекті хсағдайлардьщ бірінші тобы көтергіштік кабілеті, яғни бірінші нышаны бойынша, ғимараттарды пайдалану мүмкіншілігін камту үшін, конструкцияға әсер етуші жүктемелер пайдалануға шек қоятын мәнінен аспауы керек. Бүл шарт жалпы түрде былай жазылады

N_max≤ S_min (2)

мүпдағы N_max - есептелетін конструкция элементіндегі әсер етуші күштеу (жүктемелер функциясы);

S_min - есептелетін элементтің қабылдай алатын шекті күштеуі, яғни көтергіштік кабілеті. Оның мәні материалдың физикалық-механикалық қасиеттері мен элементтердің елшемдеріне байланысты.

N_maxкүштеудің мәні пайдалану уақытында әсер етуіне қисыны бар ең үлкен күштеуді керсетуі керек. Бұл күштеу F_i есептік жүктемелерден анықталады. Ал, есептік жүктемелер, әдеттегі пайдалану жағдайларына сәйкес келетін, Ғ_nі мөлшерлі жүктемелерді γ_fiжүктеме бойынша сенімділік коэффициентіне жәнеγ_nжауаптылығы бойынша сенімділік коэффициентіне көбейту арқылы табылады.Коэффициент γ_fi жүктеменің қолайсыз жағына ауытқуын, γ_пғимараттардың жауаптылық дәрежесін есепке алады.

Бірнеше уақытша жүктемелер бір мезгілде әсер еткен кезде конструкциялар есебінде жүктемелердің немесе күштеулердің ең қолайсызүйлесімі ескеріледі. Үйлесім жуктемелерді немесе күштеулерді Ψ-үйлесімкоэффициентіне көбейту арқылы есепке алынады. Сонымен, N_тaxкүштеуін мына түрге келтіруге болады

мүңцағы N, - F = 1 кезіндегі күштеу, яғни жүктемеден күштеуге ауысуын белгілейді.

Көтергіштік қабілеті S_mіn, қисыны барынша минимады болып қабылдануы керек. Оның мәні А-қиманың геометриялық сипаттамаларын (ауданын,кедергі моментін) R-есептік кедергісіне және ү_с-жұмыс шарттары коэффициентінкөбейтіліп табылады. ү_с-коэффициенті температураның, қоршаған ортаагрессивтігінің, әсерлер ұзақтылығы мен көп қайталануының ықпалдарын ескереді.

Есептік кедергі R мөлшерлі кедергіні R_n, материал бойынша сенімділік ғойкоэффициент ү_m-ге бөлумен анықталады

Мөлшерлік кедергісін аққыштық шегі бойынша есептеген кезде

уақытша кедергісі бойынша есептегенде

мұндағы ү_и=1,3-беріктіккс уақытша кедергісі бойынша есептелетін конструкциялар элементтерінің сенімділік коэффициенті.

Шекті жағдайлардың бірінші тобы (2-нышаны) үшін, каддық немесе толық деформациялары (орын ауысуы) бойынша конструкцияның пайдалануын токтатуға мәжбүр тудыратын жағдайы, жалпы түрде былай жазыла алады

(8)

мүндағы δ₁ - бірлік жүктеме әсерінен пайда болатын орын ауысу; δ₁-шекті қалдықты немесе толық орын ауысу.Шекті жағдайлардың екінші тобыүшін шекті шартты мына түрде жазуға болады

мұндағы δ₂-бірлік жүктеме кезінде пайда болатын конструкцияның серпімді деформациясы немесе орын ауысуы; δ₂- ережелерде белгіленген немесе жоба тапсырмасында көрсетілген, әдеттегі пайдалануға шек қоятын, шекті деформациялары немесе орын ауысулары.

Шекті жағдайлар екінші тобының деформациялары сөздің толық мағынасы бойынша шекті болып табылмайды. Себебі олар конструкцияның артығырақ жүктемелерге жүмыс жасау мүмкіндігін сақтайды, бірақ бұл жағдай пайдалануға қиындықкелтіреді.

2 Кернеулерді, пайда болуына байланысты, төрт түрге бөлуге болады: негізгілер,қосымшалар, жергіліктілер және бастапқылар.