UNIVERZITET "Sv. KIRIL i METODIJ"

Transcript

1 UIVERZITET "Sv. KIRIL i METODIJ" GRADE@E FAKULTET - SKOPJE Doc. d-r Petar Cvetanovski MATERIJAL SPORED ASTAVATA PROGRAMA ZA STUDETITE A GRADE@IOT FAKULTET OD HIDROTEHI^KA ASOKA I ASOKA ZA PATI[TA JAUARI 003

2 S O D I A 1 VOVED 1.1 KARAKTERISTIKI A ^ELI^ITE KOSTRUKCII ISTORISKI RAZVOJ A ^ELI^ITE KOSTRUKCII PRIMEA A ^ELI^ITE KOSTRUKCII Primena na ~elikot vo mostogradbata Primena na ~elikot vo visokogradbata Primena na ~elikot vo specijalni objekti PREDOSTI I EDOSTATOCI A^ELI^ITE KOSTRUKCII Prednosti na ~eli~nite konstrukcii Visoka jakost Visok modul na elasti~nost (deormabilnost) Visoka duktilnost (plasti~nost) Homogenost i izotropnost edostatoci na ~eli~nite konstrukcii Korozija Otpornost na visoki temperaturi-po`arno dejstvo Cenata na ~elikot POSTAPKI ZA PROIZVODSTVO A ^ELIKOT.1 PROIZVODSTVO 14. PROIZVODSTVO A ^ELIK KARAKTERISTIKI A ^ELIKOT 3.1 OSOVI A METALURGIJATA A ^ELIKOT Kristalna re{etka Vlijanie na jaglenorodot vo ~elikot Termi~ka obrabotka na ~elikot e~istotii vo ~elikot MEHAI^KI KARAKTERISTIKI A ^ELIKOT Dijagram ε Ispituvae so zategae Ispituvae na tvrdinata Ispituvae na `ilavosta VIDOVI A KOSTRUKTIVI ^ELICI 4.1 PODELBA A ^ELICITE KOSTRUKTIVI ^ELICI OZA^UVAWE ^ELICITE... 31

3 5 PRERABOTKA A ^ELIKOT - ^ELI^I PROIZVODI 5.1 PRERABOTKA A ^ELIKOT SO VALAWE TOPLOVALAI PROIZVODI Stapovi Limovi Proilirani nosa~i [uplivi proili (cevki) LADO OBLIKUVAI PROIZVODI OSIVOST A ^ELIKOT 6.1 METODI ZA PRESMETKA A ^ELI^ITE KOSTRUKCII Deterministi~ka metoda - koncept na dozvoleni napregaa Probabilisti~ki koncept - grani~na nosivost (sostojba) ODESUVAWE A ^ELIKOT A DIAMI^KI TOVARI Zamor na materijalot Dinami~ka jakost Krt lom IZBOR A KVALITET A ^ELIK SREDSTVA ZA VRSKA - SPOJI SREDSTVA 7.1 OP[TO ZAKOVKI Oblik i dimenzii na zakovkite Rabota na zakovana vrska Presmetka na nosivosta na zakovkite osivost na smolknuvae osivost na pritisok po obodot na dupkata OBI^I ZAVRTKI Oblik i dimenzii na zavrtkite Rabota na vrska so obi~ni zavrtki Presmetka na nosivosta na obi~nite zavrtki osivost na smolknuvae osivost na pritisok po obodot na dupkata osivost na zategae VISOKOVREDI ZAVRTKI Oblik i dimenzii na visokovrednite zavrtki Rabota na vrska so prednapregnati zavrtki osivost na prednapregnatite zavrtki osivost na smolknuvae osivost na zategae KOSTRUIRAWE I PRESMETUVAWE A VRSKI IZVEDEI SO ZAKOVKI I ZAVRTKI 8.1 PODELBA A VRSKITE... 63

4 8. OSLABUVAWE A ELEMETITE SO DUPKI ZA ZA SPOJI SREDSTVA IZBOR A DIJAMETAR I RASPORED A ZAKOVKITE I ZAVRTKITE PRESMETKA A AKSIJALI VRSKI Podelba na aksijalnata sila Vrska na pojasna lamela Vrska na vertikalniot lim (r'bet) Princip na stati~ko pokrivae ZAVARUVAWE I ZAVAREI SPOEVI 9.1 OP[TO TIPOVI A ZAVAREI VRSKI I SPOEVI Tipovi na zavareni vrski Tipovi na zavareni spoevi ({avovi) Ozna~uvae na zavarenite spoevi OSOVI A METALURGIJATA A ZAVARUVAWETO Toplinski re`im na zavaruvaeto Strukturni promeni vo zonata na zavaruvaeto POSTAPKI ZA ZAVARUVAWE Podelba na postapkite Elektrola~no zavaruvae so oblo`ena elektroda Elektrola~no zavaruvae pod za{titen pra{ok Elektrola~no zavaruvae vo za{titna atmosera od inerten gas Elektrola~no zavaruvae vo za{titna atmosera od aktiven gas Elektrola~no zavaruvae so netopliva elektroda (TIG) GRE[KI VO ZAVAREITE SPOEVI Vidovi na gre{ki Pri~ini za pojava na gre{ki KOTROLA A KVALITETOT A ZAVAREITE SPOEVI Vizuelna kontrola Radiograska kontrola Ultrazvu~na kontrola Kvalitet na ~elni spoevi PRESMETKA A OSIVOSTA A ZAVAREITE SPOEVI osivost na ~elnite spoevi osivost na agolnite spoevi KOSTRUIRAWE I PRESMETKA A AKSIJALO TOVAREI ELEMETI - STAPOVI 10.1 AKSIJALO ZATEGATI STAPOVI Konstruktivni karakteristiki Dimenzionirae na aksijalno zategnatite stapovi Ekcentri~no zategnati stapovi... 99

5 10. AKSIJALO PRITISATI STAPOVI Konstruktivni karakteristiki Linearna teorija na elasti~no izvivae esovr{enosti na realnite stapovi Po~etni (inicijalni) deormacii Sopstveni napregaa Krivi na izvivae Presmetka na stabilnosta na aksijalno pritisnati stapovi so ednodelen presek spored MKS U.E Dol`ina na izvivae Vlijanie na transverzalnite sili Presmetka na stabilnosta kaj stapovi so pove}edelen presek Ekcentri~no pritisnati stapovi KOSTRUIRAWE I PRESMETKA A OSA^I 11.1 PODELBA A OSA^ITE POLOYIDI OSA^I Konstruktivni oblici i primena Dimenzii na elementite od popre~niot presek Visina na popre~niot presek Debelina na vertikalniot lim Pojasni limovi Kontrola na napregaata Pokrivae na momentniot dijagram Vrska vertikalen lim - pojasna lamela Monta`na vrska na limenite nosa~i Zavarena vrska na limenite nosa~i Strani~no torziono izvivae Izbo~uvae na vertikalniot lim RE[ETKASTI OSA^I Podelba na re{etkite i nivna primena Konstruktivno oblikuvae na re{etkastite nosa~i Presmetuvae na stapovite od re{etkastite nosa~i Presmetka na jazlenite limovi

6 1. VOVED 1.1 KARAKTERISTIKI A ^ELI^ITE KOSTRUKCII Primenata na ~elikot za nose~ki konstrukcii vo grade`ni{tvoto e od relativno ponov datum, odnosno prvite konstrukcii od "`elezo" se ne{to postari od 00god. ^eli~nite konstrukcii se odlikuvaat so specii~ni svojstva i so evidentni prednosti vo odnos na drugite konstruktivni materijali, pa nao aat {iroka primena vo site tipovi na grade`ni objekti: industriski ali, pove}ekatni zgradi, izlo`beni i sportski sali, angari, mostovi, rezervoari, silosi, antenski i dalekuvodni stolbovi, stolbni rezervoari, oxaci, o{or-platormi i drugi specii~ni objekti. ^elikot kako konstruktiven materijal poseduva niza pozitivni svojstva: - visoki meani~ki karakteristiki - mali dimenzii i te`ina na konstruktivnite elementi - industrisko proizvodstvo - lesna malipulacija, transport i monta`a - relativno ednostavno undirae - povolno seizmi~ko odnesuvae - leksibilnost i adaptibilnost - mo`nost za demonta`a i relokacija Visokite meani~ki karakteristiki (jakost i deormabilnost) i duktilnosta na ~elikot, zna~itelno pogolemi vo odnos na ostanatite grade`ni materijali, ovozmo`uvaat najvisok stepen na iskoristuvae na nose~kite svojstva, a pritoa i zna~itelna plasti~na rezerva vo nosivosta. Ova e od posebno zna~ee vo ekstremni uslovi na tovaree kako: neramnomerno slegnuvae na potporite, seizmi~ko i udarno dejstvo. Blagodarenie na visokite meani~ki svojstva, elementite na ~eli~nite konstrukcii, vo sporedba so onie od drugi konstruktivni materijali, se so mali dimenzii, lesni i pogodni za transport i manipulacija. Malata te`ina e povolna za gradba vo seizmi~ki aktivni podra~ja, a isto taka go poednostavuva i undiraeto na objektot. Rasponite i visinite koi mo`at da se sovladaat so ~eli~nite konstrukcii se zna~itelno pogolemi. Vo mnogu slu~ai, kao na primer: mostovi so golemi rasponi, zgradi so golema spratnost, sportski i drugi ali so rasponska pokrivna konstrukcija, visoki stolbovi i jarboli; ~eli~nata nose~ka konstrukcija se nametnuva kako edinstveno racionalno re{enie. So ogled na toa, ~eli~nite konstrukcii gi dr`at site rekordi vo grade`ni{tvoto: golemina na rapon, visina, brzina na gradba i sl. Brziot porast na naselenieto i intenzivnata migracija na lu eto vo golemite gradovi ja nametnuva potrebata za napu{tae na konvencionalnite teniki na gradee i prio ae kon potpolna industrijalizacija na grade`niot proces. Glavniot akcent se postavuva na brzata gradba koja treba da gi zadovoli kriteriumite za kvalitet, unkcionalnost i ekonomi~nost. ^eli~nite konstrukcii ovozmo`uvaat visok stepen na industriska gradba, t.e., najgolem del od konstrukcijata se izveduva vo specijalizirani abriki so {to se dobiva vo brzina na gradee, eliminirae na aktorot "~ovek", vremenski uslovi i nepredvideni raboti. Vredno e da se napomene deka, pokraj nizata pozitivni svojstva, ~eli~nite konstrukcii se osetlivi od aspekt na korozijata i vo uslovi na po`arno dejstvo. Adekvatnata za{tita od korozija se nametnuva kako voobi~aena merka kaj ~eli~nite konstrukcii.

7 1. ISTORISKI RAZVOJ A ^ELI^ITE vo prirodata se nao a vo vrzana orma, odnosno kako `elezna ruda: erit, magnetit, ematit, limonit i pirit. Za izdvojuvae na `elezoto od `eleznata ruda potrebno e poznavae na specii~en proces za obrabotka na rudata. Vo istoriskiot razvoj na ~ovekot cel eden period e nare~en "`elezen". Vremeto na pojavata i koristeeto na `elezoto se locira vo periodot okolu 3000god. par~e so starost od 5000god. pronajdeno e pri istra`uvaeto na golemata Keopsova piramida. Starite civilizacii na istok (Indija, Kina) ja vladeele ve{tinata za proizvodstvo na `elezo, a preku Evreite i Feni~anite taa bila prenesena vo Evropa. Se do sredniot vek `elezoto se dobivalo vo niski {atni pe~ki i rovovi, a za prerabotka bil poznat samo procesot na kovae. Ve{tinata na liee na `elezoto se javuva vo po~etokot na XV vek i se koristi vo voeni celi (liee na topovi). So pronao ae na procesot na dobvae na sirovo `elezo so pomo{ na koks vo visokite pe~ki (1735) po~nuva pogolemo proizvodstvo i po{iroka primena na `elezoto. Primenata na `elezoto vo grade`nite konstrukcii vo prv period e ograni~eno na sredstvata za vrska. Klincite se primenuvaat vo prviot milenium PE, zavrtkite se javuvaat vo sredina na XVI vek, a podvrskite za spojuvae na drvenite elementi vo XVII vek. Se do vtorata polovina na XVIII vek `elezoto, skoro isklu~ivo, se koristi kako sredstvo za vrska na drvenite konstrukcii. Prvata nose~ka konstrukcija od `elezo e mostot preku rekata Severn izgraden od strana na Abraam Darb ( ). Mostot e la~en so raspon od 30.6m i strela od 13.7m i se sostoi od pet segmentni laka na tri zgloba postaveni na rastojanie os 1.5m. Vo mostot se vgradeni 378t. lieno `elezo, a istiot i denes se koristi kako pe{a~ki most (sl.1). Sl.1 Most preku rekata Severn vo Anglija So pronao aeto na parnata ma{ina postapkata za dobivae na `elezo vo visokite pe~ki se podobruva so vbrizguvae na pretodno zagrean vozdu. Vo 1784god. Henr Cort go pronao a pudel-procesot za dobivae na vareno `elezo koe ima zna~itelno podobri karakteristiki koi ovozmo`uvaat posmeli gradbi. Taka od ovoj materijal vo 1850god. e izgraden i mostot Britanija preku moreuzot Menej so

8 rasponi m za dvokolose~en `elezni~ki soobra}aj. Mostot se sostoel od dve sandu~esti gredi niz koi pominuvale vozovite. Progresot vo izgradba na mostovi i pokrivni konstrukcii od vareno `elezo brzo se {irel vo site razvieni zemji. Francuskiot in`ener Ferdinant Zores vo 1839god. uspeal da go izvala prviot I proil, a potoa i U proilot. Podocna (185) preabrikuvanite tabli za kolovozot na mostovite go dobiva negovoto ime Zores `elezo. Vo isto vreme se razvivaat i teoriskite osnovi za presmetuvae na konstrukciite so {to se ovozmo`uva proektirae i izvedba na se posmeli objekti. a toa pole rabotat niza nau~nici: avier, Klaperon (Francija), Kremona, Kastigliano (Italija), Bernoulli, Euler, Tetmaer ([vajcarija), Maxell (Anglija), Winkler, Culmann, Ritter, Gerber, Mor (Germanija). Pronao aeto na topeniot ~elik (1855 Henr Bessemer) prestavuva ~ekor napred vo primenata na ~elikot grade`nite konstrukcii. Sepak, poradi skapata postapka i malite koli~ini topeniot ~elik ne konkurent na varenoto `elezo se do vtorata polovina na XIX vek. Mostot Sent Luis preku rekata Misisipi zavr{en vo 1874god. e prv pozna~aen objekt napraven od ~elik. Mostot e la~en so rasponi od m. Pomasovno proizvodstvo na topeniot ~elik se javuva po 1880god. so primena na Simens-Martinoviot, a potoa i na Tomasoviot proces vo proizvodstvoto. Ovoj ~elik, koj i denes se primenuva, se odlikuva so dobar kvalitet i konkurentna cena. Vo ovoj period zapo~nuva erata na epoalni grade`ni dostignuvaa. Vo 1883god. izgraden e vise~kiot most vo Wujork preku rekata Ist, poznat kako Bruklinski most so toga{ rekorden raspon od 486m. (sl.). Sl. Bruklinski most preku rekata Ist vo Wujork Prvata zna~ajna konstrukcija od ~elik vo Anglija e monumentalniot most Fort (Fort Bridge) zavr{en vo 1889god. (sl.3). Mostot pretstavuva gerberova greda so rasponi od m. Vo mostot se vgradeni t ~elik i zakovki. Se do 1917god. mostot go dr`i rekordot vo najgolem raspon. Zna~aen ~ekor napred vo gradbata so ~elik e otkrivaeto na postapkata za elektrola~no zavaruvae (1881god.). Prva zavarena konstrukcija pretstavuva mostot na rekata Sludva vo Polska izgraden 198god. Vo po~etokot zavarenite mostovski konstrukcii se poka`ale kako poednostavni za izvedba i poekonomi~ni od zakovanite. Me utoa, nabrzo se zabele`ani puknatini vo zavarenite spoevi, koi

9 pri niski temperaturi dovele i do avarija na nekolku mostovi. Ovie pojavi inicirale dopolnitelni istra`uvaa koi generirale zna~ajni soznanija za odnesuvaeto na ~elikot i zavarenite spoevi pri dinami~ko tovaree. Sl.3 Fort Bridge vo Anglija Pokraj primenata vo premostuvaeto na golemite rasponi ~eli~nite konstrukcii se primenuvaat i vo objektite od visokogradbata, vo po~etokot, za nose~kite pokrivni konstrukcii. Prvata pove}ekatna konstrukcija od lieno `elezo izgradena e vo Anglija (1797). Se raboti za pettospratna abri~ka zgrada. Vo Francija, 1876god. izgradena e Ajelovata kula so visina od 300m, {to vo narednite 41god. pretstavuva{e rekordna visina. Zna~eeto na ovaa konstrukcija vo natamo{nata gradba na visoki objekti e mo`nosta koja taa ja dade za prou~uvae na dejstvoto na veterot. Vo poslednata decenija od XIX vek vo Amerika izgrdeni se niza pove}ekatnici od sistem ~eli~ni ramki, od koi najvisokata (Bruce Price's American Suret Building) dvaesetkatnica so visina od 93m. Po~etokot na XX vek go ozna~uva startot vo trkata za sovladuvae na pogolemi rasponi kaj mostovite i pogolemi visini kaj zgradite.

10 1.3 PRIMEA A ^ELI^ITE KOSTRUKCII Primena ~elikot vo mostogradbata Bez somnevae, mostovite pretstavuvaat edni od najimpresivnite gradbi i dostignuvaa vo konstruktivnoto in`enerstvo. Zaradi visokata nosivost i malata sopstvena masa, ~eli~nite mostovi, bez isklu~ok, gi dr`at site rekordi vo raspon, visina na piloni, {irina na kolovoz i sl. Vise~kite mostovi dominiraat vo sovladuvaeto na golemite rasponi. Ovde }e bide dadena edna lista na ~eli~ni mostovi spored nivniot raspon: Akasi Kaiko - Japonija L1990 m (1998) Humber Bridge - Anglija L1410 m (1981) Tsing Ma - Hong Kong L1377 m Verrazano arros - SAD L198 m (1964) Golden Gate - SAD L181 m (1937) Mackinac Staits - SAD L1158 m Bosor - Turcija L1074 m George Wasington - SAD L1067 m (193) Tajo - Portugal L1013 m Firt o Fort - Anglija L1006 m Sl.4 Akasi Kaiko bridge

11 1.3. Primena ~elikot vo visokogradbata ajzastapena oblast na primena na ~eli~nite konstrukcii, po brojnost na objekti i vgradeno koli~estvo ~elik, e visokogradbata. ose~kite ~eli~ni konstrukcii pretstavuvaat racionalno re{enie i ekonomski se konkurentni vo gradbata i na ednokatni i pove}ektnite zgradi (so mala katnost), industriski ali, koi vo princip mo`at da se izveduvaat i so drugi konstruktivni materijali. Vo tabelata daden e pregled na procentualnoto u~estvo na ~eli~nite konstrukcii vo gradbata na poedini tipovi na objekti vo nekolku razvieni zemji od Evropskata Unija. Zemja Proizvod. (vo 1000t) Procentualno u~estvo vo vkupnata gradba Spratni Industr. eindus. Zemjode zgradi ali priz. l. Mostovi ali objekti Germanija Francija Italija Anglija [panija Holandija Koga se raboti za sovladuvae na pogolemi rasponi i visini, prednosta na ~eli~nite konstrukcii doa a do poseben izraz. Kaj industriskite ali, izlo`beni pavilioni, sportskite sali i sl., kaj koi se nametnuva potreba od rasponski pokrivni konstrukcii, ~eli~nite konstrukcii pretstavuvaat edinstveno racionalno re{enie. Ilustrativni se primerite na pokrienite tribini na sportskite stadioni {irum svetot koi, bez isklu~ok, se izvedeni so ~eli~na konstrukcija. Isto taka, pokrivnite konstrukcii na sportskite sali, kako vo svetot, taka i kaj nas, voobi~aeno se izveduvaat od ~eli~na nosiva konstrukcija. Poseben beleg na mo`nostite {to gi dava ~elikot kako konstruktiven materijal se visokite zgradi. Trkata vo sovladuvae na visinite zapo~nuva vo prvata decenija od XX vek so gradbata na 53-spratnata Metropoliten Toer (Wujork) vo1909god. so visina od 15m. Vo 1931god. e izgradena Empire State Building, 10 sprata i visina od 381m. Ovaa zgrada go dr`e{e rekordot vo narednite 40god. Listata na najvisokite zgradi vo svetot, spored visinata e: Petronas Toer - Kuala Lumpur (Malezija) 450 m (1996) Sears Toer - ^ikago (SAD) 44 m (1974) Jin Mao Building - [angaj (Kina) 40 m (1998) World Trade Center - Wujork (SAD) 417 m (1973) Empire State Building - Wujork (SAD) 381 m (1931) Central Plaza - Hong Kong (Kina) 374 m (199) Bank o Cina Toer - Hong Kong (Kina) 369 m (1989) T & C Toer - Kao{ing (Tajvan) 347 m (1997) Amoco Building- ^ikago (SAD) 346 m (1973) Jon Hancock Building- ^ikago (SAD) 344 m (1969)

12 Za `al, zgradite blizna~ki na Svetskiot Trgovski Centar vo Wujork, bea sru{eni po teroristi~kiot napad na god. Sl.5 Sears Toer Vo idnina se o~ekuvaat u{te poimpresivni visini. Postojat idejni proekti za World Trade Center vo ^ikago so visina od 701m i Milennium Toer vo Tokio so visina od 840m Primena ~elikot vo specijalni objekti Vo ovaa grupa na objekti spa aat: rezervoari, silosi, bunkeri, cevkovodi, antenski stolbovi, dalekovodni stolbovi, jarboli, oxaci, o{or platormi, idroteni~ki konstrukcii i drugi konstrukcii so specijalna namena. Vo specijalnite objekti treba da se napomenat i oxacite na solarnite centrali (sl.6). Son~evata toplina se kolektira po principot na staklena gradina, a potoa zagreaniot vozdu se sproveduva vo visokite oxaci vo koi doa a do silno struee na vozduot nagore. Energijata na ve{ta~kiot "veter" se koristi za vrtee na turbinite koi proizveduvaat elektri~na struja. Postojaniot porast na potro{uva~kata na nata i zemen gas ja nametnuva potrebata za nivna eksploatacija i od morskite dlabo~ini. Za taa cel se gradat o{or platormite koi denes gi ima preku Prvata vakva platorma na dlabina od 6m e postavena 1947god. vo Meksi~kiot zaliv. Od toga{ do denes se bele`i rapidna evolucija na o{or industrijata (sl.7). Okolu o{or platormi se locirani vo Meksi~kiot zaliv, Severnoto more i Arktikot. ajgolem broj na ovie platormi e izveden od zavareni ~eli~ni cevki, koi poseduvaat maksimalna nosivost i minimalna povr{ina izlo`ena na silite na moreto i veterot. Momentno "navisoka" platorma e Bullinkle koja e postavena vo

13 Meksi~kiot zaliv vo 1988god. Visinata na platormata e 485m, vgradeni se t ~elik, a vo osnovata e 1146m. Sl.6 Solarna centrala ([panija) Sl.7 Razvoj na o-sore platormite Specii~na oblast na primena na ~eli~nite konstrukcii se idroteni~kite objekti. Poradi na~inot na eksploatacija, slo`enosta na na konstruktivniot oblik i povisokiot stepen na ma{inska obrabotka, ovie konstrukcii vo in`enerskata praksa se narekuvaat idromeani~ka oprema. Ovie konstrukcii voglavno se primenuvaat vo objektite koi slu`at za: regulacija na vodite, eksploatacija na vodite i za{tita od voda. ajzna~ajna e primenata vo ureduvaeto na vodenite pati{ta, kaj idroenergetskite i akumulacionite sistemi. Isto taka ovie konstrukcii se primenuvaat kaj melioracionite sistemi i vodnite zaati. Vo

14 sovremenite vodni pati{ta ~eli~nite konstrukcii se javuvaat vo sklop na: brodski prevodnici, brodski litovi, kosi rampi, kanalni mostovil i sl. Kaj idroenergetskite i akumulacionite sistemi ovie konstrukcii se javuvaat kaj: zatvara~i, vlezni gradbi, cevkovodi i sl.

15 1.4 PREDOSTI I EDOSTATOCI A ^ELI^ITE KOSTRUKCII Sekoj konstruktiven materijal se odlikuva so izvesni prednosti, odnosno dobri karakteristiki, koi ja avoriziraat negovata primena za poedini elementi od konstrukcijata. Mo`e da se raboti za prednosti od aspekt na nosivost, deormabilnost, unkcionalnost, aritektonski eekti, te`ina, trajnost, brzina na gradba, cena na ~inee i sl. Od sosema istite aspekti mo`at da se deiniraat i negativnite strani, ili nedostatocite, na konstruktivnite materijali Prednosti na ~eli~nite konstrukcii Visoka jakost ^elikot e materijal koj se odlikuva so visokata jakost. Grani~nite napregaa kaj konstruktivnite ~elici se dvi`at od 40 do 360MRa, a dozvolenite napregaa za osnovni natovaruvaa od 160 do 40MRa. Visokata jakost, odnosno rabotni napregaa, vodi kon pomala potreba od konstruktiven materijal, a so toa nose~kite elementi se, uslovno zemeno, polesni. Sekako za te`inata na elementite bitna uloga igra i specii~nata te`ina na konstruktivniot materijal. Visokata jakost na ~elikot, kako negova prednost, }e ja ilustrirame preku odnosot na specii~nata te`ina (γ) i dozvolenoto napregae ( doz ). Za taa cel }e razgledame eden aksijalno tovaren element (kratok stolb) so napre~en presek A i visina H. apregaeto od aksijalnata sila iznesuva: H A max doz (1) A Volumenot na stolbot e: VA H, a te`inata: Gγ V So zamena, od pretodnite izrazi mo`e da se dobie zavisnosta za povr{inata na popre~niot presek: G A () γ H Ako izrazot () go zamenime vo (1) dobivame: G γ H (3) doz Za ista sila i visina (3), te`inata na stolbot, izraboten od razli~ni konstruktivni materijali, }e zavisi od odnosot γ / doz. Vo sporedbenata tabela dadeni se karakteristikite na tri konvencionalni konstruktivni materijali: ~elik, drvo i beton. ^ELIK ^ 40 DRVO II klasa BETO MB 30 γ (kg/m 3 ) doz (MPa) γ / doz G (%) Iako ~elikot kako materijal e pot`ok od drvoto za 9.8 pati, a od betonot za 3. pati, sepak stolbot izraboten od ~elik e polesen od drveniot za 1.6, a od betonskiot za 4.16 pati.

16 Visok modul na elasti~nost (deormabilnost) Modulot na elasti~nost na konstruktivnite ~elici (Jungov modul) se dvi`i od do MRa. Za komparacija soodvetnite moduli na elasti~nost na drugite konsruktivni materijali se: aluminium E al MPa beton E c 1.000MPa drvo E MPa Prednosta na visokiot modul na elasti~nost mo`e da se ilustrira preku grani~nata nosivost na eden stolb vo elasti~nata oblast na rabota, odnosno preku Ojlerovata kriti~na sila: E I cr π L O~igledno, kriti~nata sila, za stolb so konkretna dol`ina, zavisi od proizvodot na modulot na elasti~nost i momentot na inercija, odnosno krutosta. Ako pretpostavime ista nosivost, t.e., kriti~na sila, toga{, poradi razlikata vo modulot na elasti~nost, eden aluminiumski stolb bi trebalo da poseduva 3 pati pogolema inercija (I) vo odnos na istiot izraboten od ~elik. Spored toa, gabaritnite dimenzii na ~eli~nite stolbovi se zna~itelno pomali vo odnos na istite izraboteni od drug konstruktiven materijal. q L max c al al (1.5-.0) c Do istata konstatacija se doa a ako se postavi kako kriterium za upotreblivost maksimalniot uklon na edna prosta greda natovarena so ramnomerno podelen tovar: 4 5 q L max 384 E I Deicitot vo modulot na elasti~nost se kompenzira so povisok moment na inercija, odnosno so pogolema visina na nosa~ot. Toa, vo princip, vodi kon pogolema koli~ina na konstruktiven materijal. Isto taka, pogolemata konstruktivna visina generira niza nepovolnosti vo generalnoto oblikuvae na prostorot na objektot Visoka duktilnost (plasti~nost) ^elikot e materijal koj poseduva izrazita osobina za plastiikacija, odnosno zna~itelni rezervi na post elasti~na nosivost. Ako se sporedat rabotnite dijagrami ε za konstruktiven ~elik i beton (sl.8) se zabele`uva deka ~elikot trpi golemi deormacii do pojavata na lom. Sposobnosta za plastiikacija e osobeno povolna vo pogled na preraspredelbata na vlijanijata vo konstrukcijata. Ovaa osobina ovozmo`uva priem na ekstremni slu~ai na tovaree bez pojava na destrukcija. Vakvi sostojbi se karakteristi~ni pri seizmi~ko dejstvo. Spored toa,

17 ~eli~nite konstrukcii se izrazito pogodni za gradba vo seizmi~ki aktivni podra~ja, odnosno nivnata primena zna~itelno go namaluva seizmi~kiot rizik. steel concrete 0.5% >10% ε Sl.8 Dijagram ε Homogenost i izotropnost ^elikot e omogen materijal, odnosno materijal so izedna~eni izi~komeani~ki karakteristiki po celiot volumen. ^elikot e isto taka i izotropen materijal, odnosno materijal so podednakvi meani~ki osobini (jakost i deormabilnost) vo site pravci. ajgolem broj na ipotezi vo teorijata na konstrukciite poa aat od pretpostavkata za omogen i idealno elasti~en materijal. ^elikot, mo`e da se ka`e, vo najgolema mera gi ispolnuva ovie uslovi edostatoci na ~eli~nite konstrukcii ^elikot pokraj nizata prednosti, koi bea elaborirani, se odlikuva i so odredeni nedostatoci, odnosno nepovolni karakteristiki e aktiven metal so izrazit ainitet za oksidacija. Korozijata na ~elikot pretstavuva elektroemiski proces vo koj u~estvuvaat pozitivnite joni na `elezoto (Fe ++ ) i negativnite idroksidni joni ((OH) - ). Kako produkt se dobiva `elezen idroksid (Fe(OH) )), koj potoa oksidira vo `elezen oksid (Fe O 3 xh O) zasiten so voda, ili poznat pod imeto r' a. Za pojava na korozijata neopodno e simultano prisustvo na voda (kako elektrolit) i kislorod. edostatok na eden od ~initelite onevozmo`uva pojava na korozija. Postojat pove}e vidovi na krozija koi se razlikuvaat po intenzitetot: atmosverska korozija, korozija vo voda, korozija vo zemja, kontaktna korozija, naponska korozija. Vo sekoj slu~aj, voobi~aena e atmosverskata korozija ~ij intenzitet zavisi od stepenot na zagadenost na sredinata. Intenzitetot na korozijata naj~esto se izrazuva so godi{nata zaguba na metal (mm/god).

18 do 0.004mm vo pustina mm vo otvorena nezagadena sredina mm vo industriska sredina mm vo primorska sredina Za eliminirae, ili sveduvae na minimum, na procesot na korozijata se vr{i za{tita na ~eli~nite konstrukcii od korozija. Za{titata od korozija mo`e da bide aktivna i pasivna. Aktivnata za{tita podrazbira niza merki so koi se namaluva procesot na korozijata. Pasivnata za{tita se sostoi vo izolirae na metalnata povr{ina od korozivnite agensi. Istata se vr{i so prema~kuvae na konstrukcijata so antikorozivni boi, ili so nanesuvae na sloj od za{titen metal (naj~esto toplo cinkuvae). Mo`ni se i kombinirani metodi. Vo sekoj slu~aj nepovolnosta se sveduva na potrebata od dopolnitelnite merki za za{tita koi ja podigaat cenata na ~eli~nata konstrukcija Otpornost na visoki temperaturi - po`arno dejstvo Visokite temperaturi, karakteristi~ni za po`arna sostojba, imaat nepovolno vlijanie vrz meani~kite karakteristiki na konstruktivnite ~elici (sl.9). So porast na temperaturata doa a do rapidno opa ae na nosivosta (granicata na razvlekuvae) i deormabilnosta (modulot na elasti~nost) k Eektivna granica na razvlekuvae k /,, Granica na proporcionalnost kp, p, / p aklon na linearno elasti~niot del ke, Ea, / Ea o [ C] Sl.9 Temperaturna promena na meani~kite karakteristiki Temperaturata pri koja, poradi padot na meani~kite karakteristiki, nose~kiot element ja dostignuva sostojbata na grani~na nosivost se deinira kako grani~na ili kriti~na temperatura. Istata zavisi od konstruktivniot sistem i plasti~nite rezervi na nosivost, kako i od stepenot na tovaree. Kriti~nata temperatura se dvi`i vo granicite od o C. ^elikot poseduva visoka toplinska provodlivost taka {to procesot na zagrevae na ~elikot vo po`arni uslovi e brz i neza{titena ~eli~na konstrukcija za 10 do 30m se zagreva na temperaturi od o C. Potrebnoto vreme na zagrevae za da se dostigne kriti~nata temperatura e vreme na po`arna otpornost, ili samo po`arna otpornost na konstrukcijata. Baranata po`arnata otpornost e propi{ana vo teni~kata regulativa. Dokolku neza{titenata ~eli~na konstrukcija ne ja poseduva propi{anata po`arna otpornost se nametnuva potrebata od soodvetna po`arna za{tita. aj~esto, elementite od ~eli~nata konstrukcija se oblagaat so materijali koi poseduvaat termoizolaciono svojstvo, odnosno go {titat ~elikot od prekumerno zagrevae.

19 Po`arnata za{tita na ~eli~nata konstrukcija nepovolno se odrazuva vo pogled na podigae na cenata. Vo sekoj slu~aj, procenkata na po`arniot rizik, kaj golem broj na objekti vo koi po`arniot proces ne gi zagrozuva `ivotite na lu eto, se sveduva vo ekonomski ramki. Odredeni tendencii vo praksata, za za{tita na nose~kite konstrukcii i vo uslovi na nizok po`aren rizik, vodat kon nepotrebno poskapuvae Cenata na ~elikot Cenata na ~elikot mo`e, od odreden aspekt, da se razgleduva kako nepovolna karakteristika, iako site konstruktivni materijali imaat svoja cena. Vsu{nost inalnata cena na objektot e vistinskiot ekonomski komparativ. Za ilustracija, cenata na eden kilogram vgradena ~eli~na konstrukcija se dvi`i od 1.00 do 1.50 EUR.

20 . POSTAPKI ZA PROIZVODSTVO A ^ELIKOT.1 vo prirodata se nao a vo vrzana orma, odnosno kako `elezna ruda. Magnetitot (FeMg 3 O 4 ) i ematitot (Fe O 3 ) pretstavuvaat oksidi na `elezoto, sideritot (FeCO 3 ) e karbonat, a piritot (FeS ) sulid na `elezoto. Postapkata za prerabotka na `eleznata ruda im bila poznata i na drevnite civilizacii. ekolku mileniumi `elezoto se dobivalo vo {atni pe~ki vo koi `eleznata ruda se zagrevala so drven jaglen. Finalniot proizvod bilo 10 do 0sm debelo par~e na `elezo izme{ano so zgura. So naknadno zagrevae i kovae zgurata bila otstranuvana i se dobivalo `elezo pogodno za oblikuvae. Vakviot proces na proizvodstvo i prerabotka, bez pogolemi izmeni, se zadr`al se do sredniot vek. Po 100god. se koristat pogolemi pe~ki vo koi ve{ta~ki se vbrizguva vozdu. Vo XV vek se razviva visokata pe~ka vo koja se vduvuva vozdu preku mevovi koi gi pridvi`uva voda. Vo ovie pe~ki se razviva povisoka temperatura pa surovoto `elezo se dobiva vo te~na ne sodr`elo zgura, me utoa sodr`elo visok procent na jaglenorod i te{ko bilo za natamo{na obrabotka. Zna~aen ~ekor napred vo proizvodstvoto na `elezoto e napraven po otkrivaeto na parnata ma{ina i so voveduvaeto na kameniot jaglen vo procesot na topee. Prvata visoka pe~ka na koks pu{tena e vo proizvodstvo 1735god. od strana na A.Darb vo Anglija, a zna~itelno potoa vo 1796 i vo Germanija. Visokite pe~ki stanuvaat se poeikasni so koristeeto na parnata ma{ina za vduvuvae na vozdu (188god.) i so koristeeto na otpadnite gasovi za zagrevae na pe~kata. Vakviot princip na rabota na visokite pe~ki, so izvesni modiikacii, se zadr`uva do denes. Sl.1 [ematska pretstava na visoka pe~ka Pred da se vnese vo visokata pe~ka rudata se priprema: se meli, se see, se pere, magnetno se obrabotuva; a so cel maksimalno da se oslobodi od jalovinata. Potoa se pr`i za da se oslobodi od vodata i jaglenorodniot dioksid. a rudata i se dodavaat elementi koi }e ovozmo`at polesno izdvojuvae na jalovinata (zgura).

21 Ako jalovinata e kisela (kvarc) se dodava kalcium karbonat ili dolomit, a ako e bazna (kalcium karbonat) se dodava glina, granit ili drugi materijali koi sodr`at silikatna kiselina. Vaka pripremenata ruda zaedno so koksot se vnesuva vo visokata pe~ka. Koli~estvoto na koks varira od 500 do 1000kg na ton surovo `elezo. Kapacitetot na visokite pe~ki e do 3600m3 i visina do 35m. Istite rabotat kontinuirano (ne se gasnat) vo period od 5 do 10 god. Procesot na proizvodstvo na `elezoto vsu{nost pretstavuva proces na dezoksidacija na `eleznata ruda i mo`e emiski da se pretstavi so ravenkata: Fe O 3 + 3C 4Fe + 3CO Vaka dobienoto surovo `elezo sodr`i silicium, mangan, osor, sulur i visok procent na jaglenorod (do 5%). Visokiot procent na jaglenorod go pravi krto, nemo`e da se obrabotuva, a mo`e samo da se ima specii~na masa od 7870kg/m3 i to~ka na topee od 158 o C. Ponatamo{niot proces na osloboduvae od vi{okot na jaglenorod i drugi primesi, kako i oblagoroduvae so elementi za legirae e vsu{nost proces za proizvodstvo na ~elik.. PROIZVODSTVO A ^ELIK Proizvodstvoto na ~elik od surovoto `elezo dobieno vo visokite pe~ki, vo su{tina, pretstavuva proces na osloboduvae od vi{okot na jaglenorod. Prvata postapka za podobruvae na kvalitetot na surovoto `elezo se vr{ela vo pudel-pe~ki (1784god. H.Cort) pri {to se dobivalo t.n. vareno `elezo. Vo pudel pe~kite surovoto `elezo se topelo, a procesot na oksidacija na jaglenorodot se odvival so plamente jazici i postojano me{ae na rastopot so {ipki. Proizvodstvoto na ~elik tesno e povrzano so H.Bessemer koj vo 1855god. ja prona{ol postapkata za dobivae na t.n. topen ~elik vo konvertori (sl.). Postapkata ja podobril G.Tomas vo 1878god., pa istata se narekuva Besemer- Tomasova postapka. Oksidacijata na jaglenorodot i drugite "ne~istotii" se vr{ela so vduvuvae na vozdu preku peroriranoto dno na konvertorot. a toj na~in, vo sporedba so pudel-pe~kite, procesot na proizvodstvo se ubrzal za pedeset pati. Konvertorskiot ~elik sodr`el visok pocent na azot koj go pravel krt i podlo`en na proces na staree. Zna~itelno podobruvae e vovedeno so LD (Linz-Donaitz) postapkata pri koja namesto vozdu se koristi ~ist kislorod. aporedno so Tomas-Besemerovata se koristi Simens-Martinovata (1864god. Simens-Martin) postapka za dobivae na ~elik. ^elikot se dobiva vo Simenspolnee pre~istuvae (so duvae) praznee surovo `elezo dovod na vozdu odlivae na ~elik Sl. Besemer-Tomasov konvertor

22 Martinova pe~ka (sl.3) vo koja surovoto `elezo pome{ano so varovnik i star ~elik se obrabotuva so oksidira~ki plamen od smesa na gas i vozdu. So ogled deka koli~inata na vovle~en azot e mala se dobiva ~elik so visok kvalitet. topol gas topol vozdu sogoruvae topli otpadni gasovi regeneratori laden gas laden vozdu oladeni gasovi Sl.3 Simens-Martinova pe~ka ajsovremen proces na proizvodstvo na ~elik e elektro postapkata vo koja surovoto `elezo so dodatocite se topi so pomo{ na elektri~en lak od tri jagleni elektrodi. Kapacitetot na ovie pe~ki (sl.4) e 00t a vremeto na edna {ar`a 1.5~. Vo elektri~nite pe~ki se dobivaat kvalitetni i visokolegirani ~elici. graitni elektrodi elektri~en lak

23 Sl.4 Elektro pe~ka Vo tekot na postapkata za dobivae na ~elik, so oksidacijata na jaglenorodot se ormiraat meur~ia od jaglenoroden monoksid (CO) koi te`at da izlezat na povr{inata. ^elikot vo koj ima zna~itelno koli~estvo zarobeni gasni meuri e so {uplikava struktura i sklon kon segregacija na jaglenorodot i proces na ve{ta~ko staree. Vakviot ~elik se narekuva nesmiren. Koga na ovoj ~elik se dodadat elementi koi imaat ainitet za vrzuvae na kislorodot (mangan, silicium, titan, aluminium) genezata na gasnite meuri se spre~uva i se dobiva t.n. smiren ~elik. a krajot od procesot, po bilo koja postapka, te~niot ~elik se izliva vo lonci, a potoa vo kalapi (kokili) so razli~en oblik, ili vo postrojka za kontinualno liee i proces na natamo{na obrabotka. Finalniot proizvod vo ~eli~anite pretstavuvaat ~eli~nite poluabrikati: ingoti (brami), slabovi, gredici i {ipki.

24 3. KARAKTERISTIKI A ^ELIKOT Konstruktivnite ~elici od koi se izrabotuva nose~kata konstrukcija na grade`nite objekti poseduvaat specii~ni izi~ki, emiski, meani~ki i tenolo{ki svojstva. Vo izi~kite karakteristiki spa aat: boja, specii~na te`ina, temperatura na topee, elektroprovodlivost, magnetni svojstva, toplinska provodlivost, specii~na toplina, koeicient na toplinsko {iree. Vo meani~kite karakteristiki, koi se za nas od posebno zna~ee, spa aat: jakost, elasti~nost, duktilnost, tvrdina, `ilavost i sl. Tenolo{ki karakteristiki se: zavarlivost, plasti~nost, livnost, kovnost, isteglivost, obrabotlivost, otpornost na abee i dr. Ovde }e bidat razgledani odredeni karakteristiki i odnosi koi imaat neposredno vlijanie na meani~kite karakteristiki na ~elikot. 3.1 OSOVI A METALURGIJATA A ^ELIKOT Kristalna re{etka ^elikot pretstavuva legura na `elezoto i jaglenorodot i razni drugi elementi koi se dodavaat, ili se nao aat kako ne~istotii koi nemo`at da se izbegnat. Mikrostrukturata na materijalot e zrnesta, kristalna struktura, sostavena od pravilno prostorno rasporedeni atomi. Kristalnata re{etka na konstruktivnite ~elici e kubna i mo`e da bide prostorno ili povr{inski centrirana (sl.1). - re{etka - re{etka a m a m Sl.1 [ema na kristalnata struktura Vo slu~aj na prostorno centrirana re{etka, edna kristalna kelija se sostoi od 9 atomi rasporedeni po aglite i vo centarot na edna kocka. Eden kristal sodr`i 10 6 vakvi kelii. Vakvata kristalna orma se narekuva α-orma ili α-`elezo. Kristalnata kelija na povr{inski centriranata re{etka se sostoi od 14 atomi rasporedeni vo aglite i vo centarot na stranite na edna kocka. Vakvata kristalna orma se narekuva γ-orma ili γ-`elezo. Ovaa kristalna struktura na sobna temperatura e eden od glavnite aktori koj gi odreduva karakteristikite na ~elikot. Pri sukcesivno zagrevae na ~elikot doa a do promena na volumenot. a temperatura od 910 o C doa a do izvesna anomalija, odnosno namaluvae na

25 volumenot (sl.). Imeno, do ovaa temperatura `elezoto e vo α-orma, a potoa doa a do naglo preminuvae vo γ-orma V V rastop [ C] 1390 [ C] 1535 [ C] o o o TEMPERATURA [ C] O Sl. Temperaturna promena na volumenot Volumenot opa a poradi pogolemata gustina na pakuvae na atomite vo γ- `elezoto. Kaj α-`elezoto vo edinica volumen ima: 8(1/8)+1 atomi, dodeka kaj γ- `elezoto: 8(1/8)+6(1/)4 atomi, odnosno gustinata na γ-`elezoto e dvojno pogolema. a temperatura od 1390 o C povtorno se vospostavuva α-ormata i doa a do nagla ekspanzija. a temperatura od 1535 o C ~elikot po~nuva da se topi i preo a vo te~na agregatna sostojba. Vo procesot na ladee na rastopot, na odredena temperatura, se javuvaat prvite kristali koi po~nuvaat da se grupiraat vo pravecot na liniite na ladeeto. Vo zavisnost od emiskata struktura na ~elikot i brzinata na ladeeto, istiot kristalizira vo positno ili pokrupno zrnesta struktura. Voobi~aeno, positno zrnestata struktura dava podobri karakteristiki. Kristalnata re{etka ima bitno vlijanie na meani~kite karakteristiki. Karakteristikite na α-ormata se pomala jakost so izrazena granica na razvlekuvae i golema deormabilnost (mo`nost za plasti~na deormacija). Karakteristikite na γ-ormata se visoka jakost i mala mo`nost za plasti~no deormirae.toa e posledica na otsustvo na pogodni ravnini za smolknuvae vo kristalnata kelija Vlijanie na jaglenorodot vo ~elikot ajgolemo vlijanie na mikrostrukturata i karakteristikite na ~elikot ima koli~estvoto na jaglenorod. Konstruktivnite ~elici sodr`at pomalku od 0.5%, alatnite ~elici do 1.00%, a lienoto `elezo i do 5.00%. Atomite na jaglenorodot se zna~itelno pomali i se uglavuvaat vo pogolemite prostori me u atomite na `elezoto, odnosno jaglenorodot mo`e da bide rastopen vo `elezoto. Vo toj slu~aj γ-`elezoto ima pogolema mo`nost za akumulacija na jaglenorod. Ostatokot od jaglenorod mo`e da se javi vo dva vida: kako emisko soedinenie so `elezoto Fe 3 C (`elezen karbid) koj se narekuva cementit, ili kako eutekti~na smesa na `elezo i cementit koja se narekuva perlit. Strukturata na perlitot se sostoi od naizmeni~no postaveni lameli na `elezo i cementit koi davaat sedeest - biseren odsjaj, po {to i go dobil imeto (biser-perl).

26 Vo ~elicite koi sodr`at do 1.00% jaglenorod se javuvaat nekolku karakteristi~ni strukturi koi so promena na temperaturata se menuvaat. Ferit ili α-`elezo pretstavuva struktura so prostorno centrirana kubna re{etka i maksimum 0.08% S (jaglenorod). Meani~kite karakteristiki na eritot se: jakost na zategae 50MRa i izdol`uvae 50%. Cementit ili `elezen karbid (Fe 3 C) koj sodr`i 6.65% S. Meani~kite karakteristiki na cementitot se: jakost na zategae 750MRa i izdol`uvae 1%. Perlit e eutekti~na smesa na erit i cementit. Vkupnata sodr`ina na jaglenorod vo ovaa smesa iznesuva 0.78%. Meani~kite karakteristiki na perlitot se: jakost na zategae 500MRa i izdol`uvae 10%. Austenit ili γ-`elezo pretstavuva struktura so povr{inski centrirana kubna re{etka koj egzistira na povi{eni temperaturi. Sodr`inata na jaglenorod vo austenitot raste so porast na temperaturata i mo`e da dostigne.00% na temeratura od 1130 o C. temperatura [ C] o austenit austenit + erit austenit + cementit 700 erit erit + perlit cementit + perlit sodr`ina na jaglenorod [%] Sl.3 Dijagram na sostojbata `elezo-jaglenorod Dijagramot ja ilustrira promenata na strukturata na ~elikot vo zavisnost od temperaturata i sodr`inata na jaglenorod. ^elicite koi sodr`at do 0.78% S na temperatura pod 73 o C poseduvaat struktura od erit i perlit, dodeka ~elicite so pogolema sodr`ina na jaglenorod struktura na perlit i cementit. Su{tinska promena se slu~uva na temperatura od 73 o C, koga perlitot preo a vo austenit. Pri proces na ladee austenitot ne e vo sostojba da go akumulira vi{okot na jaglenorot pa istiot se izdvojuva vo orma na cementit. Dijagramot na sl.3 vsu{nost ja pretstavuva sostojbata na sporo ladee na ~elikot. Rezultatot pretstavuva mikrostruktura sostavena od erit i perlit ili od cementit i perlit. Feritot e duktilen so relativno mala jakost, dodeka perlitot ima pogolema jakost, me utoa e krt. Kakvi karakteristiki }e ima ~elikot zavisi od procentualnoto u~estvo na ovie strukturi, a koi zavisat od sodr`inata na jaglenorod vo ~elikot. So zgolemuvae na procentot na jaglenorid, vo princip, se dobivaat ~elici so pogolema jakost, no so mala duktilnost i `ilavost. Karakteristi~no e deka mali promeni vo procentot na jaglenorod vodat kon golemi promeni vo meani~kite

27 karakteristiki. Procentot na jaglenorod vo konstruktivnite ~elici e ograni~en na 0.5%, me udrugoto i poradi svojstvo za zavarlivost. Zavaruvaeto na ~elicite so povisok procent na jaglenorod e ote`nato Termi~ka obrabotka na ~elikot Pretodno bea razgledani karakteristikite na sporo ladenite ~elici. Dokolku procesot na ladee malku se zabrza, dobar del od navedenite transormacii na strukturata }e se promenat. Toa e slu~aj so ~elik koj izvaden od pe~kata se ladi na prirodna atmosvera. Vo nego doa a do zgolemuvae na koli~estvoto na erit vo mikrostrukturata i do positno zrnesta aruktura na erit i perlit. Vakviot ~elik se narekuva normaliziran. Postapkata vodi kon zgolemuvae na jakosta, a poradi positno zrnestata struktura se zadr`uva i duktilnosta i `ilavosta. Vo zavisnost od procentot na jaglenorod se deinira i temperaturata na koja se vr{i normalizacija. Istata e obratno proporcionalna so procentot na jaglenorod. So zabrzuvae na procesot na ladee, austeniot namesto vo perlit se transormira vo edna posebna igli~esta struktura nare~ena bejnit. Pri naglo ladee austenitot se transormira vo edna struktura nare~ena martenzit. Kristalnata re{etka na martenzitot e kako eritnata, prostorno centrirana kubna re{etka, koja ima pogolemo koli~estvo zaroben jaglenorod poradi {to e izobli~ena. Vaka brzo ladee bi se postignalo so zagrevae na ~elikot na temperatura od 900 o C i naglo ladee vo ladna voda. Kaj konstruktivnite ~elici do ovaa pojava mo`e da dovede procesot na zavaruvae, poradi naglata depresija na temperaturata. So ogled na toa po`elno e da se razgledaat karakteristikite na brzo ladenite ~elici. Martenzitot se odlikuva so visoka jakost i mala `ilavost, karakteristiki koi se intenziviraat so zgolemuvaeto na procentot na jaglenorod. Izvesno podobruvae na `ilavosta mo`e da se postigne so povtorno zagrevae na ~elikot (do odredena temperatura) ili t.n. kalee. Vo sekoj slu~aj ormiraeto na martenzitna struktura kaj konstruktivnite ~elici treba da se izbegnuva poradi nepovolniot eekt vrz `ilavosta. Sposobnosta na ~elikot za ormirae na martenzitna struktura do odredena dlabo~ina se narekuva zakalivost. Zakalivosta zavisi od procentot na jaglenorod i drugi legira~ki elementi. Istata se izrazuva preku jaglenoroden ekvivalent (CE), koj spored Me unarodniot institut za zavaruvae iznesuva: Mn Cr + Mo + V i + Cu CE C [%] Za zavarenite konstrukcii se izbiraat ~elici so mala zakalivost, odnosno CE<0.4% e~istotii vo ~elikot Vo eden ton na ~elik se nao aat od 10 1 do ~estici (inkluzii) {to pretstavuva i do 1% od zapreminata. ekoi od ~esticite se dovolno golemi i mo`at da se vidat so opti~ki mikroskop, dodeka drugi se taka mali da se potrebni slo`eni metodi za otkrivae. Vo prvata grupa spa aat ~esticite na zgura i mangan sulid (MnS). Vo vtorata grupa se nitridite i oksidite na aluminiumot i na drugite visoko-oksidira~ki metali koi se koristat za dezoksidacija na rastopeniot ~elik. e~istotiite so naj{tetno vlijanie se sulurot (S) i osorot (P). ivniot procent se tolerira do 0.05%. Vo pogolemi koli~ini tie ormiraat ~estici na sulati i osati koi {tetno se odrazuvaat na `ilavosta. Procentot na osor

28 relativno lesno se regulira vo procesot na proizvodstvo na ~elikot, dodeka sulurot pote{ko se eliminira i bara dopolnitelni postapki vo proizvodniot proces.

29 3. MEHAI^KI KARAKTERISTIKI A ^ELIKOT 3..1 Dijagram ε Za presmetka na na ~eli~nite nose~ki konstrukcii, od site osobini na ~elikot, najva`ni se meani~kite karakteristiki. ekoi od karakteristikite koi se zaedni~ki za site ~elici se: γ 7850 [kg/m 3 ] - specii~na te`ina E [MPa] - modul na elasti~nost G E/[(1+ν)]81000 [MPa]- modul na lizgae ν 0.3 [-] - Poasonov koeicient na kontrakcija α 1.x10-5 [1/ o C] - koeicient na temperaturna ekspanzija ajdobra ilustracija i pojdovna osnova za deinirae na osnovnite meani~ki karakteristiki na ~elikot e dijagramot napregae-dilatacija, ili ε dijagramot (sl.4). u 0. u 1 3 b a p α Etg 0.% >8% rastovaruvae ε p >15% ε Sl.4 Dijagram napregae-dilatacija a sl.4 pretstaveni se dva osnovni oblici na zavisnosta napregaedilatacija kaj konstruktivnite ~elici. a dijagramot (a), za mek-duktilen ~elik, se zabele`uvaat tri stadiumi na odnesuvae na materijalot. Vo prviot stadium imame idealno elasti~no odnesuvae, odnosno linearna zavisnost vo ε dijagramot. Modulot na elasti~nost (E) go pretstavuva naklonot na dijagramot vo elasti~niot stadium. Krajnata to~ka (napregae) na linearno elasti~niot stadium e t.n. granica na proporcionalnost ( p ). Ovaa granica te{ko se odreduva i konvencionalno se vrzuva za napregaeto pri koe se javuva plasti~na dilatacija od %. Vtoriot stadium se karakterizira so izrazita plastiikacija (te~ee), odnosno prirast na dilatacijata pri prakti~no konstantno napregae ( ) koe se deinira kako granica na te~ee ili granica na golemi izdol`uvaa. Granicata na te~ee pretstavuva osnova za deinirae na grani~noto napregae vo presmetkata na ~eli~nite konstrukcii, kako vo metodot na dozvoleni napregaa

30 taka i vo metodot na grani~ni sostojbi. Maksimalnata dilatacija vo ovoj stadium se dvi`i od 1-%. Tretiot stadium e t.n. stadium na o~vrsnuvae koj zavr{uva so lom. Maksimalno dostignatoto napregae ( u ) e granicata na kinee (lom). Vo zavisnost od duktilnosta, maksimalnata dilatacija se dvi`i od 10-5%. a dijagramot (b), za visokovreden ~elik, ovie tri stadiumi vo dijagramot izostanuvaat, odnosno nema pojava na jasno izrazena granica na te~ee. Kaj ovie ~elici, po konvencija, kako granica na te~ee se zema napregaeto pri koe plasti~nata dilatacija pri rastovaruvae iznesuva 0.%. ^esto, ovaa granica na te~ee se ozna~uva kako 0.. iskojaglenorodnite i niskolegiranite ~elici imaat izrazena granica na te~ee, dodeka kaj visokovrednite i ladno reducranite ~elici istata izostanuva. Koga materijalot edna{ se napregne preku granicata na te~ee i se rastovari, pri narednoto napregae istiot gubi del od plasti~niot prag i poka`uva povisoka jakost, t.e., staree. Za smetka na povi{enata jakost istiot gubi del od plasti~niot potencijal (duktilnost). 3.. Ispituvae so zategae Eden od metodite za utvrduvae na osnovnite meani~ki karakteristiki na ~elikot e standardiziranata postapka za ispituvae so zategae. Ispituvaeto se sostoi vo istegae na probniot primerok (epruveta). Epruvetata se postavuva vo specijalen ured za ispituvae (presa) i se izlo`uva na aksijalno zategae so sukcesiven porast na silata se do nejzino kinee (lom). Vo ispituvaeto se koristat standardizirani epruveti so povr{ina na popre~niot presek A o i dol`ina l o. Epruvetata na kraevite e zdebelena kako bi mo`ela da se zaati vo presata i da ne dojde do lom vo zonata na zaa}aeto (sl.5). r Ao d r lo b Ao o lo,p l1 Sl.5 Ispitna epruveta Epruvetata so kru`en presek se narekuva prava, a dokolku presekot e pravoagolen se raboti za proporcionalna epruveta. Epruvetata mo`e da bide kratka (l o 5d o ), ili dolga (l o 10d o ). Dol`inata l o vo ramkite na koja se vr{at site merea se narekuva merna dol`ina na epruvetata. Kaj proporcionalnite epruveti mernata dol`ina iznesuva: l o 5.65 A o za proporcionalna kratka

31 l o 11.3 Ao za proporcionalna dolga Epruvetite od ~eli~ni proili, cevki, betonsko `elezo, `ici i sl., koi se ispituvaat bez posebna obrabotka se vikaat teni~ki epruveti. Ispituvaeto e kvazi-stati~ko, odnosno silata se nanesuva so prirast od 10MRa/. Pritoa se bele`i zavisnosta na silata i izdol`uvaeto na epruvetata (t.n. P- dijagram sl.6). Zemaj}i gi vo predvid dimenziite na epruvetata (popre~en presek i merna dol`ina), so transormacija, od P- dijagramot se dobiva ε dijagramot. P a b c a) Elasti~ni deormacii b) Ramnomerni plasti~ni deormacii c) eramnomerni plasti~ni deormacii koncentrirani na mestoto na kontrakcijata Sl.6 P- dijagram i deormiraniot oblik na epruvetata Izdol`uvaeto na primerokot se sostoi od dve komponenti, elasti~na i plasti~na. Vo po~etokot se izvr{uvaat samo elasti~ni deormacii po celata merna dol`ina. Potoa, pokraj elasti~nite se maniestiraat i plasti~ni deormacii, isto taka ramnomerno na celata merna dol`ina. a krajot, vo odreden presek, doa a do pojava na lom izrazena so lokalna kontrakcija. Izdol`uvaeto rapidno rasti, preovladuvaat plasti~nite deormacii vo zonata na lom, a silata opa a. Pri transkripcijata na od P- dijagramot vo ε dijagram bitno e da se napravi razlika pome u nominalnoto ( n ) i vistinskoto napregae ( r ). P n nominalno napregae Ao P r realno napregae A Pritoa A (A<Ao) e vistinskata povr{ina na presekot vo daden moment, zemaj}i gi vo prdvid bo~nite deormacii, odnosno kontrakcijata na preskot. Analogno mo`at da se deiniraat i dilataciite: L L o ε n nominalna dilatacija Lo L dl ε r realna dilatacija L L o