UNIVERZITET "Sv. KIRIL i METODIJ"GRADE@EN FAKULTET - SKOPJE

Doc. d-r Petar Cvetanovski

MATERIJAL SPORED NASTAVNATA PROGRAMAZA STUDENTITE NA GRADE@NIOT FAKULTET OD

JANUARI 2003

HIDROTEHNI^KA NASOKAI

NASOKA ZA PATI[TA I @ELEZNICI

S O D R @ I N A 1 VOVED

1.1 KARAKTERISTIKI NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII ..... 1

1.2 ISTORISKI RAZVOJ NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII ..... 2

1.3 PRIMENA NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII ..... 5

1.3.1 Primena na ~elikot vo mostogradbata ..... 5 1.3.2 Primena na ~elikot vo visokogradbata ..... 6 1.3.3 Primena na ~elikot vo specijalni objekti ..... 7

1.4 PREDNOSTI I NEDOSTATOCI NA^ELI^NITE KONSTRUKCII ... 9

1.4.1 Prednosti na ~eli~nite konstrukcii ..... 9 1.4.1.1 Visoka jakost ..... 9 1.4.1.2 Visok modul na elasti~nost (deformabilnost) ..... 10 1.4.1.3 Visoka duktilnost (plasti~nost) ..... 10 1.4.1.4 Homogenost i izotropnost ..... 11

1.4.2 Nedostatoci na ~eli~nite konstrukcii ..... 11 1.4.2.1 Korozija ..... 11 1.4.2.2 Otpornost na visoki temperaturi-po`arno dejstvo ..... 12 1.4.2.3 Cenata na ~elikot ..... 13

2 POSTAPKI ZA PROIZVODSTVO NA ^ELIKOT

2.1 PROIZVODSTVO NA @ELEZO ..... 14

2.2 PROIZVODSTVO NA ^ELIK ..... 15

3 KARAKTERISTIKI NA ^ELIKOT

3.1 OSNOVI NA METALURGIJATA NA ^ELIKOT ..... 18

3.1.1 Kristalna re{etka ..... 18 3.1.2 Vlijanie na jaglenorodot vo ~elikot ..... 19 3.1.3 Termi~ka obrabotka na ~elikot ..... 21 3.1.4 Ne~istotii vo ~elikot ..... 21

3.2 MEHANI^KI KARAKTERISTIKI NA ^ELIKOT ..... 22

3.2.1 Dijagram ..... 22 3.2.2 Ispituvawe so zategawe ..... 23 3.2.3 Ispituvawe na tvrdinata ..... 26 3.2.4 Ispituvawe na `ilavosta ..... 27

4 VIDOVI NA KONSTRUKTIVNI ^ELICI

4.1 PODELBA NA ^ELICITE ..... 29

4.2 KONSTRUKTIVNI ^ELICI ..... 30

4.3 OZNA^UVAWE ^ELICITE ..... 31

5 PRERABOTKA NA ^ELIKOT - ^ELI^NI PROIZVODI

5.1 PRERABOTKA NA ^ELIKOT SO VALAWE ..... 34

5.2 TOPLOVALANI PROIZVODI ..... 35

5.2.1 Stapovi ..... 35 5.2.2 Limovi ..... 36 5.2.3 Profilirani nosa~i ..... 37 5.2.4 [uplivi profili (cevki) ..... 38

5.3 LADNO OBLIKUVANI PROIZVODI ..... 38

6 NOSIVOST NA ^ELIKOT

6.1 METODI ZA PRESMETKA NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII ..... 40

6.1.1 Deterministi~ka metoda - koncept na dozvoleni napregawa ... 40 6.1.2 Probabilisti~ki koncept - grani~na nosivost (sostojba) ..... 42

6.2 ODNESUVAWE NA ^ELIKOT NA DINAMI^KI TOVARI ..... 43

6.2.1 Zamor na materijalot ..... 43 6.2.2 Dinami~ka jakost ..... 44 6.2.3 Krt lom ..... 46

6.3 IZBOR NA KVALITET NA ^ELIK ..... 46

7 SREDSTVA ZA VRSKA - SPOJNI SREDSTVA

7.1 OP[TO ..... 48

7.2 ZAKOVKI ..... 48

7.2.1 Oblik i dimenzii na zakovkite ..... 48 7.2.2 Rabota na zakovana vrska ..... 50 7.2.3 Presmetka na nosivosta na zakovkite ..... 51

7.2.3.1 Nosivost na smolknuvawe ..... 52 7.2.3.2 Nosivost na pritisok po obodot na dupkata ..... 52

7.3 OBI^NI ZAVRTKI ..... 53

7.3.1 Oblik i dimenzii na zavrtkite ..... 53 7.3.2 Rabota na vrska so obi~ni zavrtki ..... 55 7.3.3 Presmetka na nosivosta na obi~nite zavrtki ..... 56

7.3.3.1 Nosivost na smolknuvawe ..... 58 7.3.3.2 Nosivost na pritisok po obodot na dupkata ..... 58 7.3.3.3 Nosivost na zategawe ..... 58

7.4 VISOKOVREDNI ZAVRTKI ..... 59

7.4.1 Oblik i dimenzii na visokovrednite zavrtki ..... 59 7.4.2 Rabota na vrska so prednapregnati zavrtki ..... 60 7.4.3 Nosivost na prednapregnatite zavrtki ..... 61

7.4.3.1 Nosivost na smolknuvawe ..... 61 7.4.3.2 Nosivost na zategawe ..... 62

8 KONSTRUIRAWE I PRESMETUVAWE NA VRSKI IZVEDENI SO ZAKOVKI I ZAVRTKI

8.1 PODELBA NA VRSKITE ..... 63

8.2 OSLABUVAWE NA ELEMENTITE

SO DUPKI ZA ZA SPOJNI SREDSTVA ..... 64

8.3 IZBOR NA DIJAMETAR I RASPORED NA ZAKOVKITE I ZAVRTKITE ..... 65

8.4 PRESMETKA NA AKSIJALNI VRSKI ..... 68

8.4.1 Podelba na aksijalnata sila ..... 68 8.4.2 Vrska na pojasna lamela ..... 69 8.4.3 Vrska na vertikalniot lim (r'bet) ..... 71 8.4.4 Princip na stati~ko pokrivawe ..... 72

9 ZAVARUVAWE I ZAVARENI SPOEVI

9.1 OP[TO ..... 73

9.2 TIPOVI NA ZAVARENI VRSKI I SPOEVI ..... 75

9.2.1 Tipovi na zavareni vrski ..... 75 9.2.2 Tipovi na zavareni spoevi ({avovi) ..... 76 9.2.3 Ozna~uvawe na zavarenite spoevi ..... 78

9.3 OSNOVI NA METALURGIJATA NA ZAVARUVAWETO ..... 79

9.3.1 Toplinski re`im na zavaruvaweto ..... 79 9.3.2 Strukturni promeni vo zonata na zavaruvaweto ..... 80

9.4 POSTAPKI ZA ZAVARUVAWE ..... 81

9.4.1 Podelba na postapkite ..... 81 9.4.2 Elektrola~no zavaruvawe so oblo`ena elektroda ..... 82 9.4.3 Elektrola~no zavaruvawe pod za{titen pra{ok ..... 83 9.4.4 Elektrola~no zavaruvawe vo za{titna atmosfera od inerten gas ..... 83 9.4.5 Elektrola~no zavaruvawe vo za{titna atmosfera od aktiven gas ..... 84 9.4.6 Elektrola~no zavaruvawe so netopliva elektroda (TIG) ..... 84 9.5 GRE[KI VO ZAVARENITE SPOEVI ..... 85

9.5.1 Vidovi na gre{ki ..... 85 9.5.2 Pri~ini za pojava na gre{ki ..... 86

9.6 KONTROLA NA KVALITETOT NA ZAVARENITE SPOEVI ..... 87

9.6.1 Vizuelna kontrola ..... 87 9.6.2 Radiografska kontrola ..... 88 9.6.3 Ultrazvu~na kontrola ..... 89 9.6.4 Kvalitet na ~elni spoevi ..... 90

9.7 PRESMETKA NA NOSIVOSTA NA ZAVARENITE SPOEVI ..... 91

9.7.1 Nosivost na ~elnite spoevi ..... 91 9.7.2 Nosivost na agolnite spoevi ..... 92

10 KONSTRUIRAWE I PRESMETKA NA AKSIJALNO TOVARENI ELEMENTI - STAPOVI

10.1 AKSIJALNO ZATEGNATI STAPOVI ..... 97

10.1.1 Konstruktivni karakteristiki ..... 97 10.1.2 Dimenzionirawe na aksijalno zategnatite stapovi ..... 98 10.1.3 Ekcentri~no zategnati stapovi ..... 99

10.2 AKSIJALNO PRITISNATI STAPOVI ..... 101

10.2.1 Konstruktivni karakteristiki ..... 101 10.2.2 Linearna teorija na elasti~no izvivawe ..... 102 10.2.3 Nesovr{enosti na realnite stapovi ..... 105

10.2.3.1 Po~etni (inicijalni) deformacii ..... 105 10.2.3.2 Sopstveni napregawa ..... 107 10.2.3.3 Krivi na izvivawe ..... 107

10.2.4 Presmetka na stabilnosta na aksijalno pritisnati stapovi so ednodelen presek spored MKS U.E7.081 ..... 108 10.2.5 Dol`ina na izvivawe ..... 111 10.2.6 Vlijanie na transverzalnite sili ..... 112 10.2.7 Presmetka na stabilnosta kaj stapovi so pove}edelen presek ..... 113 10.2.8 Ekcentri~no pritisnati stapovi ..... 117

11 KONSTRUIRAWE I PRESMETKA NA NOSA^I

11.1 PODELBA NA NOSA^ITE ..... 120

11.2 POLNOYIDNI NOSA^I ..... 122

11.2.1 Konstruktivni oblici i primena ..... 122 11.2.2 Dimenzii na elementite od popre~niot presek ..... 124

11.2.2.1 Visina na popre~niot presek ..... 124 10.2.2.2 Debelina na vertikalniot lim ..... 127 10.2.2.3 Pojasni limovi ..... 127

11.2.3 Kontrola na napregawata ..... 129

11.2.4 Pokrivawe na momentniot dijagram ..... 131

11.2.5 Vrska vertikalen lim - pojasna lamela ..... 134

11.2.6 Monta`na vrska na limenite nosa~i ..... 135

11.2.7 Zavarena vrska na limenite nosa~i ..... 139

11.2.8 Strani~no torziono izvivawe ..... 140

11.2.9 Izbo~uvawe na vertikalniot lim ..... 143

11.3 RE[ETKASTI NOSA^I ..... 147

11.3.1 Podelba na re{etkite i nivna primena ..... 147 11.3.2 Konstruktivno oblikuvawe na re{etkastite nosa~i ..... 150

11.3.3 Presmetuvawe na stapovite od re{etkastite nosa~i ..... 152

11.3.4 Presmetka na jazlenite limovi ..... 153

1. VOVED 1.1 KARAKTERISTIKI NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII 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 200god. ^eli~nite konstrukcii se odlikuvaat so specifi~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 hali, pove}ekatni zgradi, izlo`beni i sportski sali, hangari, mostovi, rezervoari, silosi, antenski i dalekuvodni stolbovi, stolbni rezervoari, oxaci, of{or-platformi i drugi specifi~ni objekti. ^elikot kako konstruktiven materijal poseduva niza pozitivni svojstva:

- visoki mehani~ki karakteristiki

- mali dimenzii i te`ina na konstruktivnite elementi

- industrisko proizvodstvo

- lesna malipulacija, transport i monta`a

- relativno ednostavno fundirawe

- povolno seizmi~ko odnesuvawe

- fleksibilnost i adaptibilnost

- mo`nost za demonta`a i relokacija

Visokite mehani~ki karakteristiki (jakost i deformabilnost) i duktilnosta na ~elikot, zna~itelno pogolemi vo odnos na ostanatite grade`ni materijali, ovozmo`uvaat najvisok stepen na iskoristuvawe na nose~kite svojstva, a pritoa i zna~itelna plasti~na rezerva vo nosivosta. Ova e od posebno zna~ewe vo ekstremni uslovi na tovarewe kako: neramnomerno slegnuvawe na potporite, seizmi~ko i udarno dejstvo. Blagodarenie na visokite mehani~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 fundiraweto 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 hali 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{tawe na konvencionalnite tehniki na gradewe i prio|awe kon potpolna industrijalizacija na grade`niot proces. Glavniot akcent se postavuva na brzata gradba koja treba da gi zadovoli kriteriumite za kvalitet, funkcionalnost i ekonomi~nost. ^eli~nite konstrukcii ovozmo`uvaat visok stepen na industriska gradba, t.e., najgolem del od konstrukcijata se izveduva vo specijalizirani fabriki so {to se dobiva vo brzina na gradewe, eliminirawe na faktorot "~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.

1.2 ISTORISKI RAZVOJ NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII @elezoto vo prirodata se nao|a vo vrzana forma, odnosno kako `elezna ruda: ferit, magnetit, hematit, limonit i pirit. Za izdvojuvawe na `elezoto od `eleznata ruda potrebno e poznavawe na specifi~en proces za obrabotka na rudata. Vo istoriskiot razvoj na ~ovekot cel eden period e nare~en "`elezen". Vremeto na pojavata i koristeweto na `elezoto se locira vo periodot okolu 3000god. PNE. @elezno par~e so starost od 5000god. pronajdeno e pri istra`uvaweto 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 {ahtni pe~ki i rovovi, a za prerabotka bil poznat samo procesot na kovawe. Ve{tinata na liewe na `elezoto se javuva vo po~etokot na XV vek i se koristi vo voeni celi (liewe na topovi). So pronao|awe na procesot na dobvawe 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 PNE, zavrtkite se javuvaat vo sredina na XVI vek, a podvrskite za spojuvawe 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 Abraham Darby (1777-1779). 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|aweto na parnata ma{ina postapkata za dobivawe na `elezo vo visokite pe~ki se podobruva so vbrizguvawe na prethodno zagrean vozduh. Vo 1784god. Henry Cort go pronao|a pudel-procesot za dobivawe 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

rasponi 71.9+2h141.7+71.9m 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 profil, a potoa i U profilot. Podocna (1852) prefabrikuvanite tabli za kolovozot na mostovite go dobiva negovoto ime Zores `elezo. Vo isto vreme se razvivaat i teoriskite osnovi za presmetuvawe na konstrukciite so {to se ovozmo`uva proektirawe i izvedba na se posmeli objekti. Na toa pole rabotat niza nau~nici: Navier, Klapeyron (Francija), Kremona, Kastigliano (Italija), Bernoulli, Euler, Tetmayer ([vajcarija), Maxwell (Anglija), Winkler, Culmann, Ritter, Gerber, Mohr (Germanija). Pronao|aweto na topeniot ~elik (1855 Henry 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 153+159+153m. 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 epohalni grade`ni dostignuvawa. Vo 1883god. izgraden e vise~kiot most vo Wujork preku rekata Ist, poznat kako Bruklinski most so toga{ rekorden raspon od 486m. (sl.2).

Sl.2 Bruklinski most preku rekata Ist vo Wujork Prvata zna~ajna konstrukcija od ~elik vo Anglija e monumentalniot most Fort (Forth Bridge) zavr{en vo 1889god. (sl.3). Mostot pretstavuva gerberova greda so rasponi od 210 +521+521+210m. Vo mostot se vgradeni 53.305t ~elik i 6.500.000 zakovki. Se do 1917god. mostot go dr`i rekordot vo najgolem raspon. Zna~aen ~ekor napred vo gradbata so ~elik e otkrivaweto na postapkata za elektrola~no zavaruvawe (1881god.). Prva zavarena konstrukcija pretstavuva mostot na rekata Sludva vo Polska izgraden 1928god. 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

pri niski temperaturi dovele i do havarija na nekolku mostovi. Ovie pojavi inicirale dopolnitelni istra`uvawa koi generirale zna~ajni soznanija za odnesuvaweto na ~elikot i zavarenite spoevi pri dinami~ko tovarewe.

Sl.3 Forth Bridge vo Anglija

Pokraj primenata vo premostuvaweto 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 fabri~ka zgrada. Vo Francija, 1876god. izgradena e Ajfelovata kula so visina od 300m, {to vo narednite 41god. pretstavuva{e rekordna visina. Zna~eweto na ovaa konstrukcija vo natamo{nata gradba na visoki objekti e mo`nosta koja taa ja dade za prou~uvawe 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 Surety Building) dvaesetkatnica so visina od 93m. Po~etokot na XX vek go ozna~uva startot vo trkata za sovladuvawe na pogolemi rasponi kaj mostovite i pogolemi visini kaj zgradite.

1.3 PRIMENA NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII 1.3.1 Primena ~elikot vo mostogradbata Bez somnevawe, mostovite pretstavuvaat edni od najimpresivnite gradbi i dostignuvawa 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 sovladuvaweto na golemite rasponi. Ovde }e bide dadena edna lista na ~eli~ni mostovi spored nivniot raspon: Akashi Kaikyo - Japonija L=1990 m (1998) Humber Bridge - Anglija L=1410 m (1981) Tsing Ma - Hong Kong L=1377 m Verrazano Narrows - SAD L=1298 m (1964) Golden Gate - SAD L=1281 m (1937) Mackinac Staits - SAD L=1158 m Bosfor - Turcija L=1074 m George Washington - SAD L=1067 m (1932) Tajo - Portugal L=1013 m Firth of Forth - Anglija L=1006 m

Sl.4 Akashi Kaikyo bridge

1.3.2 Primena ~elikot vo visokogradbata Najzastapena oblast na primena na ~eli~nite konstrukcii, po brojnost na objekti i vgradeno koli~estvo ~elik, e visokogradbata. Nose~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 hali, 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.

Procentualno u~estvo vo vkupnata gradba

Zemja

Proizvod.

(vo 1000t) Spratni zgradi

Industr. hali

Neindus. priz. hali

Zemjodel.

objekti

Mostovi

Germanija 1205 17 25 - 10 10 Francija 800 23 78 56 62 40 Italija 680 11 20 7 12 30 Anglija 1182 57 95 61 85 40 [panija 1084 30 85 55 15 10 Holandija 482 26 80 - - 40

Koga se raboti za sovladuvawe na pogolemi rasponi i visini, prednosta na ~eli~nite konstrukcii doa|a do poseben izraz. Kaj industriskite hali, 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 sovladuvawe na visinite zapo~nuva vo prvata decenija od XX vek so gradbata na 53-spratnata Metropoliten Tower (Wujork) vo1909god. so visina od 215m. Vo 1931god. e izgradena Empire State Building, 102 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 Tower - Kuala Lumpur (Malezija) 450 m (1996) Sears Tower - ^ikago (SAD) 442 m (1974) Jin Mao Building - [angaj (Kina) 420 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 (1992) Bank of China Tower - Hong Kong (Kina) 369 m (1989) T & C Tower - Kao{ing (Tajvan) 347 m (1997) Amoco Building- ^ikago (SAD) 346 m (1973) John Hancock Building- ^ikago (SAD) 344 m (1969)

Za `al, zgradite blizna~ki na Svetskiot Trgovski Centar vo Wujork, bea sru{eni po teroristi~kiot napad na 11.09.2001god.

Sl.5 Sears Tower Vo idnina se o~ekuvaat u{te poimpresivni visini. Postojat idejni proekti za World Trade Center vo ^ikago so visina od 701m i Milennium Tower vo Tokio so visina od 840m. 1.3.3 Primena ~elikot vo specijalni objekti Vo ovaa grupa na objekti spa|aat: rezervoari, silosi, bunkeri, cevkovodi, antenski stolbovi, dalekovodni stolbovi, jarboli, oxaci, of{or platformi, hidrotehni~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 vozduh se sproveduva vo visokite oxaci vo koi doa|a do silno struewe na vozduhot nagore. Energijata na ve{ta~kiot "veter" se koristi za vrtewe na turbinite koi proizveduvaat elektri~na struja. Postojaniot porast na potro{uva~kata na nafta i zemen gas ja nametnuva potrebata za nivna eksploatacija i od morskite dlabo~ini. Za taa cel se gradat of{or platformite koi denes gi ima preku 10.000. Prvata vakva platforma na dlabina od 6m e postavena 1947god. vo Meksi~kiot zaliv. Od toga{ do denes se bele`i rapidna evolucija na of{or industrijata (sl.7). Okolu 3.700 of{or platformi se locirani vo Meksi~kiot zaliv, Severnoto more i Arktikot. Najgolem broj na ovie platformi 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" platforma e Bullwinkle koja e postavena vo

Meksi~kiot zaliv vo 1988god. Visinata na platformata e 485m, vgradeni se 71.000t ~elik, a vo osnovata e 122h146m.

Sl.6 Solarna centrala ([panija)

Sl.7 Razvoj na off-shore platformite Specifi~na oblast na primena na ~eli~nite konstrukcii se hidrotehni~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 hidromehani~ka oprema. Ovie konstrukcii voglavno se primenuvaat vo objektite koi slu`at za: regulacija na vodite, eksploatacija na vodite i za{tita od voda. Najzna~ajna e primenata vo ureduvaweto na vodenite pati{ta, kaj hidroenergetskite i akumulacionite sistemi. Isto taka ovie konstrukcii se primenuvaat kaj melioracionite sistemi i vodnite zafati. Vo

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

1.4 PREDNOSTI I NEDOSTATOCI NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII Sekoj konstruktiven materijal se odlikuva so izvesni prednosti, odnosno dobri karakteristiki, koi ja favoriziraat negovata primena za poedini elementi od konstrukcijata. Mo`e da se raboti za prednosti od aspekt na nosivost, deformabilnost, funkcionalnost, arhitektonski efekti, te`ina, trajnost, brzina na gradba, cena na ~inewe i sl. Od sosema istite aspekti mo`at da se definiraat i negativnite strani, ili nedostatocite, na konstruktivnite materijali. 1.4.1 Prednosti na ~eli~nite konstrukcii

1.4.1.1 Visoka jakost ^elikot e materijal koj se odlikuva so visokata jakost. Grani~nite napregawa kaj konstruktivnite ~elici se dvi`at od 240 do 360MRa, a dozvolenite napregawa za osnovni natovaruvawa od 160 do 240MRa. Visokata jakost, odnosno rabotni napregawa, 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 specifi~nata te`ina na konstruktivniot materijal. Visokata jakost na ~elikot, kako negova prednost, }e ja ilustrirame preku odnosot na specifi~nata te`ina () i dozvolenoto napregawe (doz). Za taa cel }e razgledame eden aksijalno tovaren element (kratok stolb) so napre~en presek A i visina H. Napregaweto od aksijalnata sila iznesuva:

dozmax AN = (1)

Volumenot na stolbot e: V=AH, a te`inata: G=V So zamena, od prethodnite izrazi mo`e da se dobie zavisnosta za povr{inata na popre~niot presek:

H

GA = (2) Ako izrazot (2) go zamenime vo (1) dobivame:

doz

HNG = (3)

Za ista sila i visina (3), te`inata na stolbot, izraboten od razli~ni konstruktivni materijali, }e zavisi od odnosot / doz. Vo sporedbenata tabela dadeni se karakteristikite na tri konvencionalni konstruktivni materijali: ~elik, drvo i beton.

^ELIK ^N 240

DRVO II klasa

BETON MB 30

(kg/m3) 7850 800 2450 doz (MPa) 160 10 12

/ doz 49 80 204 G (%) 100 163 416

Iako ~elikot kako materijal e pot`ok od drvoto za 9.8 pati, a od betonot za 3.2 pati, sepak stolbot izraboten od ~elik e polesen od drveniot za 1.6, a od betonskiot za 4.16 pati.

H A

N

1.4.1.2 Visok modul na elasti~nost (deformabilnost) Modulot na elasti~nost na konstruktivnite ~elici (Jungov modul) se dvi`i od 206.000 do 210.000MRa. Za komparacija soodvetnite moduli na elasti~nost na drugite konsruktivni materijali se:

aluminium Eal=70.000MPa beton Ec=21.000MPa drvo Ew=10.000MPa

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:

2

2

crL

IEN = 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.

Do istata konstatacija se doa|a ako se postavi kako kriterium za upotreblivost maksimalniot uklon na edna prosta greda natovarena so ramnomerno podelen tovar:

IE384

Lq5f4

max =

Deficitot 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 oblikuvawe na prostorot na objektot.

1.4.1.3 Visoka duktilnost (plasti~nost) ^elikot e materijal koj poseduva izrazita osobina za plastifikacija, odnosno zna~itelni rezervi na post elasti~na nosivost. Ako se sporedat rabotnite dijagrami za konstruktiven ~elik i beton (sl.8) se zabele`uva deka ~elikot trpi golemi deformacii do pojavata na lom. Sposobnosta za plastifikacija e osobeno povolna vo pogled na preraspredelbata na vlijanijata vo konstrukcijata. Ovaa osobina ovozmo`uva priem na ekstremni slu~ai na tovarewe bez pojava na destrukcija. Vakvi sostojbi se karakteristi~ni pri seizmi~ko dejstvo. Spored toa,

L

f

q

h

h

h

h=(1.5-2.0)

max

c

al

al

c

~eli~nite konstrukcii se izrazito pogodni za gradba vo seizmi~ki aktivni podra~ja, odnosno nivnata primena zna~itelno go namaluva seizmi~kiot rizik.

Sl.8 Dijagram

1.4.1.4 Homogenost i izotropnost ^elikot e homogen materijal, odnosno materijal so izedna~eni fizi~ko-mehani~ki karakteristiki po celiot volumen. ^elikot e isto taka i izotropen materijal, odnosno materijal so podednakvi mehani~ki osobini (jakost i deformabilnost) vo site pravci. Najgolem broj na hipotezi vo teorijata na konstrukciite poa|aat od pretpostavkata za homogen i idealno elasti~en materijal. ^elikot, mo`e da se ka`e, vo najgolema mera gi ispolnuva ovie uslovi. 1.4.2 Nedostatoci na ~eli~nite konstrukcii ^elikot pokraj nizata prednosti, koi bea elaborirani, se odlikuva i so odredeni nedostatoci, odnosno nepovolni karakteristiki. 1.4.2.1 Korozija @elezoto e aktiven metal so izrazit afinitet za oksidacija. Korozijata na ~elikot pretstavuva elektrohemiski proces vo koj u~estvuvaat pozitivnite joni na `elezoto (Fe++) i negativnite hidroksidni joni ((OH)-). Kako produkt se dobiva `elezen hidroksid (Fe(OH)2)), koj potoa oksidira vo `elezen oksid (Fe2O3xH2O) zasiten so voda, ili poznat pod imeto r'|a. Za pojava na korozijata neophodno e simultano prisustvo na voda (kako elektrolit) i kislorod. Nedostatok 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).

steel

concrete

0.5% >10%

do 0.004mm vo pustina

0.03-0.05mm vo otvorena nezagadena sredina

0.04-0.16mm vo industriska sredina

0.06-0.16mm vo primorska sredina

Za eliminirawe, ili sveduvawe 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 izolirawe na metalnata povr{ina od korozivnite agensi. Istata se vr{i so prema~kuvawe na konstrukcijata so antikorozivni boi, ili so nanesuvawe na sloj od za{titen metal (naj~esto toplo cinkuvawe). 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. 1.4.2.2 Otpornost na visoki temperaturi - po`arno dejstvo Visokite temperaturi, karakteristi~ni za po`arna sostojba, imaat nepovolno vlijanie vrz mehani~kite karakteristiki na konstruktivnite ~elici (sl.9). So porast na temperaturata doa|a do rapidno opa|awe na nosivosta (granicata na razvlekuvawe) i deformabilnosta (modulot na elasti~nost).

Sl.9 Temperaturna promena na mehani~kite karakteristiki

Temperaturata pri koja, poradi padot na mehani~kite karakteristiki, nose~kiot element ja dostignuva sostojbata na grani~na nosivost se definira kako grani~na ili kriti~na temperatura. Istata zavisi od konstruktivniot sistem i plasti~nite rezervi na nosivost, kako i od stepenot na tovarewe. Kriti~nata temperatura se dvi`i vo granicite od 500-700oC. ^elikot poseduva visoka toplinska provodlivost taka {to procesot na zagrevawe na ~elikot vo po`arni uslovi e brz i neza{titena ~eli~na konstrukcija za 10 do 30m se zagreva na temperaturi od 500-900oC. Potrebnoto vreme na zagrevawe 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 tehni~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. Naj~esto, elementite od ~eli~nata konstrukcija se oblagaat so materijali koi poseduvaat termoizolaciono svojstvo, odnosno go {titat ~elikot od prekumerno zagrevawe.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

100 300200 500400 600 700 800 900

[ C]o

k

k f f/=y, y, y

Efektivna granica na razvlekuvawe

Naklon na linearnoelasti~niot del

k E E/=E, a, aGranica naproporcionalnost

k f f/=p, p, p

Po`arnata za{tita na ~eli~nata konstrukcija nepovolno se odrazuva vo pogled na podigawe 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 poskapuvawe. 1.4.2.3 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 finalnata 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.

2. POSTAPKI ZA PROIZVODSTVO NA ^ELIKOT 2.1 PROIZVODSTVO NA @ELEZO @elezoto vo prirodata se nao|a vo vrzana forma, odnosno kako `elezna ruda. Magnetitot (FeMg3O4) i hematitot (Fe2O3) pretstavuvaat oksidi na `elezoto, sideritot (FeCO3) e karbonat, a piritot (FeS2) sulfid na `elezoto. Postapkata za prerabotka na `eleznata ruda im bila poznata i na drevnite civilizacii. Nekolku mileniumi `elezoto se dobivalo vo {ahtni pe~ki vo koi `eleznata ruda se zagrevala so drven jaglen. Finalniot proizvod bilo 10 do 20sm debelo par~e na `elezo izme{ano so zgura. So naknadno zagrevawe i kovawe zgurata bila otstranuvana i se dobivalo `elezo pogodno za oblikuvawe. Vakviot proces na proizvodstvo i prerabotka, bez pogolemi izmeni, se zadr`al se do sredniot vek. Po 1200god. se koristat pogolemi pe~ki vo koi ve{ta~ki se vbrizguva vozduh. Vo XV vek se razviva visokata pe~ka vo koja se vduvuva vozduh preku mevovi koi gi pridvi`uva voda. Vo ovie pe~ki se razviva povisoka temperatura pa surovoto `elezo se dobiva vo te~na forma. @elezoto 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 otkrivaweto na parnata ma{ina i so voveduvaweto na kameniot jaglen vo procesot na topewe. Prvata visoka pe~ka na koks pu{tena e vo proizvodstvo 1735god. od strana na A.Darby vo Anglija, a zna~itelno potoa vo 1796 i vo Germanija. Visokite pe~ki stanuvaat se poefikasni so koristeweto na parnata ma{ina za vduvuvawe na vozduh (1828god.) i so koristeweto na otpadnite gasovi za zagrevawe na pe~kata. Vakviot princip na rabota na visokite pe~ki, so izvesni modifikacii, 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. Na rudata i se dodavaat elementi koi }e ovozmo`at polesno izdvojuvawe na jalovinata (zgura).

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 hemiski da se pretstavi so ravenkata:

2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2

Vaka dobienoto surovo `elezo sodr`i silicium, mangan, fosfor, sulfur 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 lie. @elezoto ima specifi~na masa od 7870kg/m3 i to~ka na topewe od 1528oC. Ponatamo{niot proces na osloboduvawe od vi{okot na jaglenorod i drugi primesi, kako i oblagoroduvawe so elementi za legirawe e vsu{nost proces za proizvodstvo na ~elik. 2.2 PROIZVODSTVO NA ^ELIK Proizvodstvoto na ~elik od surovoto `elezo dobieno vo visokite pe~ki, vo su{tina, pretstavuva proces na osloboduvawe od vi{okot na jaglenorod. Prvata postapka za podobruvawe 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{awe na rastopot so {ipki. Proizvodstvoto na ~elik tesno e povrzano so H.Bessemer koj vo 1855god. ja prona{ol postapkata za dobivawe na t.n. topen ~elik vo konvertori (sl.2). Postapkata ja podobril G.Thomas vo 1878god., pa istata se narekuva Besemer-Tomasova postapka. Oksidacijata na jaglenorodot i drugite "ne~istotii" se vr{ela so vduvuvawe na vozduh preku perforiranoto dno na konvertorot. Na 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 starewe. Zna~itelno podobruvawe e vovedeno so LD (Linz-Donawitz) postapkata pri koja namesto vozduh se koristi ~ist kislorod.

Sl.2 Besemer-Tomasov konvertor Naporedno so Tomas-Besemerovata se koristi Simens-Martinovata (1864god. Simens-Martin) postapka za dobivawe na ~elik. ^elikot se dobiva vo Simens-

polnewepraznewe

surovo`elezo dovod na

vozduh

odlivawena ~elik

pre~istuvawe(so duvawe)

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 vozduh. So ogled deka koli~inata na vovle~en azot e mala se dobiva ~elik so visok kvalitet.

Sl.3 Simens-Martinova pe~ka Najsovremen 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 200t a vremeto na edna {ar`a 1.5~. Vo elektri~nite pe~ki se dobivaat kvalitetni i visokolegirani ~elici.

sogoruvawe

regeneratori

topolgas

topli otpadnigasovi

topol vozduh

laden gas laden vozduh oladeni gasovi

grafitni elektrodi

elektri~en lak

Sl.4 Elektro pe~ka Vo tekot na postapkata za dobivawe na ~elik, so oksidacijata na jaglenorodot se formiraat meur~iwa 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 starewe. Vakviot ~elik se narekuva nesmiren. Koga na ovoj ~elik se dodadat elementi koi imaat afinitet za vrzuvawe na kislorodot (mangan, silicium, titan, aluminium) genezata na gasnite meuri se spre~uva i se dobiva t.n. smiren ~elik. Na 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 liewe i proces na natamo{na obrabotka. Finalniot proizvod vo ~eli~anite pretstavuvaat ~eli~nite polufabrikati: ingoti (brami), slabovi, gredici i {ipki.

3. KARAKTERISTIKI NA ^ELIKOT Konstruktivnite ~elici od koi se izrabotuva nose~kata konstrukcija na grade`nite objekti poseduvaat specifi~ni fizi~ki, hemiski, mehani~ki i tehnolo{ki svojstva. Vo fizi~kite karakteristiki spa|aat: boja, specifi~na te`ina, temperatura na topewe, elektroprovodlivost, magnetni svojstva, toplinska provodlivost, specifi~na toplina, koeficient na toplinsko {irewe. Vo mehani~kite karakteristiki, koi se za nas od posebno zna~ewe, spa|aat: jakost, elasti~nost, duktilnost, tvrdina, `ilavost i sl. Tehnolo{ki karakteristiki se: zavarlivost, plasti~nost, livnost, kovnost, isteglivost, obrabotlivost, otpornost na abewe i dr. Ovde }e bidat razgledani odredeni karakteristiki i odnosi koi imaat neposredno vlijanie na mehani~kite karakteristiki na ~elikot. 3.1 OSNOVI NA METALURGIJATA NA ^ELIKOT 3.1.1 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).

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 106 vakvi kelii. Vakvata kristalna forma se narekuva -forma ili -`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 forma se narekuva -forma ili -`elezo. Ovaa kristalna struktura na sobna temperatura e eden od glavnite faktori koj gi odreduva karakteristikite na ~elikot. Pri sukcesivno zagrevawe na ~elikot doa|a do promena na volumenot. Na temperatura od 910oC doa|a do izvesna anomalija, odnosno namaluvawe na

- re{etka - re{etka

a=2.9 10 a=3.6 10m m. .-19 -19

volumenot (sl.2). Imeno, do ovaa temperatura `elezoto e vo -forma, a potoa doa|a do naglo preminuvawe vo -forma.

Sl.2 Temperaturna promena na volumenot Volumenot opa|a poradi pogolemata gustina na pakuvawe na atomite vo -`elezoto. Kaj -`elezoto vo edinica volumen ima: 8h(1/8)+1=2 atomi, dodeka kaj -`elezoto: 8h(1/8)+6h(1/2)=4 atomi, odnosno gustinata na -`elezoto e dvojno pogolema. Na temperatura od 1390oC povtorno se vospostavuva -formata i doa|a do nagla ekspanzija. Na temperatura od 1535oC ~elikot po~nuva da se topi i preo|a vo te~na agregatna sostojba. Vo procesot na ladewe na rastopot, na odredena temperatura, se javuvaat prvite kristali koi po~nuvaat da se grupiraat vo pravecot na liniite na ladeweto. Vo zavisnost od hemiskata struktura na ~elikot i brzinata na ladeweto, istiot kristalizira vo positno ili pokrupno zrnesta struktura. Voobi~aeno, positno zrnestata struktura dava podobri karakteristiki. Kristalnata re{etka ima bitno vlijanie na mehani~kite karakteristiki. Karakteristikite na -formata se pomala jakost so izrazena granica na razvlekuvawe i golema deformabilnost (mo`nost za plasti~na deformacija). Karakteristikite na -formata se visoka jakost i mala mo`nost za plasti~no deformirawe.Toa e posledica na otsustvo na pogodni ravnini za smolknuvawe vo kristalnata kelija. 3.1.2 Vlijanie na jaglenorodot vo ~elikot Najgolemo vlijanie na mikrostrukturata i karakteristikite na ~elikot ima koli~estvoto na jaglenorod. Konstruktivnite ~elici sodr`at pomalku od 0.25%, 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 -`elezoto ima pogolema mo`nost za akumulacija na jaglenorod. Ostatokot od jaglenorod mo`e da se javi vo dva vida: kako hemisko soedinenie so `elezoto Fe3C (`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 sedefest - biseren odsjaj, po {to i go dobil imeto (biser-perl).

0 500 100091

0 [ C

] 1390

[ C

]

1535

[ C

]

o

o

o

TEMPERATURA

rastop

1500[ C]

VV

O

0.05

0.10

0.15

Vo ~elicite koi sodr`at do 1.00% jaglenorod se javuvaat nekolku karakteristi~ni strukturi koi so promena na temperaturata se menuvaat.

Ferit ili -`elezo pretstavuva struktura so prostorno centrirana kubna re{etka i maksimum 0.08% S (jaglenorod). Mehani~kite karakteristiki na feritot se: jakost na zategawe 250MRa i izdol`uvawe 50%.

Cementit ili `elezen karbid (Fe3C) koj sodr`i 6.65% S. Mehani~kite karakteristiki na cementitot se: jakost na zategawe 750MRa i izdol`uvawe 1%.

Perlit e eutekti~na smesa na ferit i cementit. Vkupnata sodr`ina na jaglenorod vo ovaa smesa iznesuva 0.78%. Mehani~kite karakteristiki na perlitot se: jakost na zategawe 500MRa i izdol`uvawe 10%.

Austenit ili -`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 2.00% na temeratura od 1130oC.

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 723oC poseduvaat struktura od ferit i perlit, dodeka ~elicite so pogolema sodr`ina na jaglenorod struktura na perlit i cementit. Su{tinska promena se slu~uva na temperatura od 723oC, koga perlitot preo|a vo austenit. Pri proces na ladewe austenitot ne e vo sostojba da go akumulira vi{okot na jaglenorot pa istiot se izdvojuva vo forma na cementit. Dijagramot na sl.3 vsu{nost ja pretstavuva sostojbata na sporo ladewe na ~elikot. Rezultatot pretstavuva mikrostruktura sostavena od ferit 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 zgolemuvawe 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 mehani~kite

0.20 0.4 0.6 0.8 1.0

temperatura

sodr`ina na jaglenorod

ferit+

perlit

austenit+

ferit

austenit

ferit cementit+perlit

austenit+

cementit

[ C]

[%]

o

700

723

910

800

900

karakteristiki. Procentot na jaglenorod vo konstruktivnite ~elici e ograni~en na 0.25%, me|udrugoto i poradi svojstvo za zavarlivost. Zavaruvaweto na ~elicite so povisok procent na jaglenorod e ote`nato. 3.1.3 Termi~ka obrabotka na ~elikot Prethodno bea razgledani karakteristikite na sporo ladenite ~elici. Dokolku procesot na ladewe malku se zabrza, dobar del od navedenite transformacii 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 zgolemuvawe na koli~estvoto na ferit vo mikrostrukturata i do positno zrnesta aruktura na ferit i perlit. Vakviot ~elik se narekuva normaliziran. Postapkata vodi kon zgolemuvawe na jakosta, a poradi positno zrnestata struktura se zadr`uva i duktilnosta i `ilavosta. Vo zavisnost od procentot na jaglenorod se definira i temperaturata na koja se vr{i normalizacija. Istata e obratno proporcionalna so procentot na jaglenorod. So zabrzuvawe na procesot na ladewe, austeniot namesto vo perlit se transformira vo edna posebna igli~esta struktura nare~ena bejnit. Pri naglo ladewe austenitot se transformira vo edna struktura nare~ena martenzit. Kristalnata re{etka na martenzitot e kako feritnata, prostorno centrirana kubna re{etka, koja ima pogolemo koli~estvo zaroben jaglenorod poradi {to e izobli~ena. Vaka brzo ladewe bi se postignalo so zagrevawe na ~elikot na temperatura od 900oC i naglo ladewe vo ladna voda. Kaj konstruktivnite ~elici do ovaa pojava mo`e da dovede procesot na zavaruvawe, 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 zgolemuvaweto na procentot na jaglenorod. Izvesno podobruvawe na `ilavosta mo`e da se postigne so povtorno zagrevawe na ~elikot (do odredena temperatura) ili t.n. kalewe. Vo sekoj slu~aj formiraweto na martenzitna struktura kaj konstruktivnite ~elici treba da se izbegnuva poradi nepovolniot efekt vrz `ilavosta. Sposobnosta na ~elikot za formirawe 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 zavaruvawe iznesuva:

15

CN5

VMC6

MCCE uiorn++++++= [%]

Za zavarenite konstrukcii se izbiraat ~elici so mala zakalivost, odnosno CE

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

3.2 MEHANI^KI KARAKTERISTIKI NA ^ELIKOT 3.2.1 Dijagram Za presmetka na na ~eli~nite nose~ki konstrukcii, od site osobini na ~elikot, najva`ni se mehani~kite karakteristiki. Nekoi od karakteristikite koi se zaedni~ki za site ~elici se:

= 7850 [kg/m3] - specifi~na te`ina E = 210000 [MPa] - modul na elasti~nost

G = E/[2(1+)]=81000 [MPa] - modul na lizgawe = 0.3 [-] - Poasonov koeficient na kontrakcija = 1.2x10-5 [1/oC] - koeficient na temperaturna ekspanzija Najdobra ilustracija i pojdovna osnova za definirawe na osnovnite mehani~ki karakteristiki na ~elikot e dijagramot napregawe-dilatacija, ili dijagramot (sl.4).

Sl.4 Dijagram napregawe-dilatacija Na sl.4 pretstaveni se dva osnovni oblici na zavisnosta napregawe-dilatacija kaj konstruktivnite ~elici. Na dijagramot (a), za mek-duktilen ~elik, se zabele`uvaat tri stadiumi na odnesuvawe na materijalot. Vo prviot stadium imame idealno elasti~no odnesuvawe, odnosno linearna zavisnost vo dijagramot. Modulot na elasti~nost (E) go pretstavuva naklonot na dijagramot vo elasti~niot stadium. Krajnata to~ka (napregawe) na linearno elasti~niot stadium e t.n. granica na proporcionalnost (fp). Ovaa granica te{ko se odreduva i konvencionalno se vrzuva za napregaweto pri koe se javuva plasti~na dilatacija od 0.005-0.010%. Vtoriot stadium se karakterizira so izrazita plastifikacija (te~ewe), odnosno prirast na dilatacijata pri prakti~no konstantno napregawe (fy) koe se definira kako granica na te~ewe ili granica na golemi izdol`uvawa. Granicata na te~ewe pretstavuva osnova za definirawe na grani~noto napregawe vo presmetkata na ~eli~nite konstrukcii, kako vo metodot na dozvoleni napregawa

0.2%

E=tg

f 1 2

ab3

f

ff

f

u

u

y

p

0.2

p >15%>8%

r ast

ova

ruv

aw

e

taka i vo metodot na grani~ni sostojbi. Maksimalnata dilatacija vo ovoj stadium se dvi`i od 1-2%. Tretiot stadium e t.n. stadium na o~vrsnuvawe koj zavr{uva so lom. Maksimalno dostignatoto napregawe (fu) e granicata na kinewe (lom). Vo zavisnost od duktilnosta, maksimalnata dilatacija se dvi`i od 10-25%. Na dijagramot (b), za visokovreden ~elik, ovie tri stadiumi vo dijagramot izostanuvaat, odnosno nema pojava na jasno izrazena granica na te~ewe. Kaj ovie ~elici, po konvencija, kako granica na te~ewe se zema napregaweto pri koe plasti~nata dilatacija pri rastovaruvawe iznesuva 0.2%. ^esto, ovaa granica na te~ewe se ozna~uva kako f0.2. Niskojaglenorodnite i niskolegiranite ~elici imaat izrazena granica na te~ewe, dodeka kaj visokovrednite i ladno reducranite ~elici istata izostanuva. Koga materijalot edna{ se napregne preku granicata na te~ewe i se rastovari, pri narednoto napregawe 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). 3.2.2 Ispituvawe so zategawe Eden od metodite za utvrduvawe na osnovnite mehani~ki karakteristiki na ~elikot e standardiziranata postapka za ispituvawe so zategawe. Ispituvaweto se sostoi vo istegawe na probniot primerok (epruveta). Epruvetata se postavuva vo specijalen ured za ispituvawe (presa) i se izlo`uva na aksijalno zategawe so sukcesiven porast na silata se do nejzino kinewe (lom). Vo ispituvaweto se koristat standardizirani epruveti so povr{ina na popre~niot presek Ao i dol`ina lo. Epruvetata na kraevite e zdebelena kako bi mo`ela da se zafati vo presata i da ne dojde do lom vo zonata na zafa}aweto (sl.5).

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 (lo = 5do), ili dolga (lo = 10do). Dol`inata lo vo ramkite na koja se vr{at site merewa se narekuva merna dol`ina na epruvetata. Kaj proporcionalnite epruveti mernata dol`ina iznesuva:

oo A65.5l = za proporcionalna kratka

d

A

A

l

ll

h

r

br

o

o

o

o

o,p

1

oo A3.11l = za proporcionalna dolga Epruvetite od ~eli~ni profili, cevki, betonsko `elezo, `ici i sl., koi se ispituvaat bez posebna obrabotka se vikaat tehni~ki epruveti. Ispituvaweto e kvazi-stati~ko, odnosno silata se nanesuva so prirast od 10MRa/y. Pritoa se bele`i zavisnosta na silata i izdol`uvaweto na epruvetata (t.n. P- dijagram sl.6). Zemaj}i gi vo predvid dimenziite na epruvetata (popre~en presek i merna dol`ina), so transformacija, od P- dijagramot se dobiva dijagramot.

Sl.6 P- dijagram i deformiraniot oblik na epruvetata Izdol`uvaweto na primerokot se sostoi od dve komponenti, elasti~na i plasti~na. Vo po~etokot se izvr{uvaat samo elasti~ni deformacii po celata merna dol`ina. Potoa, pokraj elasti~nite se manifestiraat i plasti~ni deformacii, isto taka ramnomerno na celata merna dol`ina. Na krajot, vo odreden presek, doa|a do pojava na lom izrazena so lokalna kontrakcija. Izdol`uvaweto rapidno rasti, preovladuvaat plasti~nite deformacii vo zonata na lom, a silata opa|a. Pri transkripcijata na od P- dijagramot vo dijagram bitno e da se napravi razlika pome|u nominalnoto (n) i vistinskoto napregawe (r).

on A

P= nominalno napregawe

AP

r = realno napregawe Pritoa A (A

Ako se zeme vo predvid deka vo procesot na deformirawe volumenot ostanuva konstanten (AoLo=AL), mo`e da se dobie vrskata pome|u nominalnite i realnite vrednosti na napregawata i dilataciite:

o

noo

ro

or L

LLL

AP

AA

AP

AP ====

nooo

on 1L

L1LL

LLL +===

)1( nnr += )1ln()

LL

ln( no

r +== Na sl.7 pretstavena e razlikata pome|u nominalniot i realniot dijagram.

Sl.7 Nominalen i realen dijagram

So ispituvaweto na zategawe, kako {to be{e i prethodno ka`ano, se utvrduvaat: granicata na te~ewe, granicata na kinewe, modulot na elasti~nost. Isto taka se utvrduvaat i parametrite za duktilnosta (deformabilnosta) na ~elikot: izdol`uvaweto pri lom () i kontrakcijata (). 100

LLL o = [%]

100A

AA

o

o = [%] Kontrakcijata go pretstavuva procentualnoto smaluvawe na povr{inata na popre~niot presk na epruvetata pri lom vo odnos na po~etnata povr{ina. ^elicite so pogolema `ilavost poseduvaat povisoki vrednosti na kontrakcijata i izdol`uvaweto pri lom. Efektite od kontrakcijata se poizrazeni kaj kratkite epruveti pa zatoa pri prezentacijata na rezultatite se naveduva i mernata dol`ina, odnosno (5 ili 10). Utvrduvaweto na mehani~kite karakteristiki se vr{i na pove}e ispitni epruveti, a rezultatite statisti~ki se obrabotuvaat so primena na teorijata na verojatnost.

a

a)b)c)

Realen dijagram

Dijagram pri zategawe

Dijagram pri pritisok

b

c

3.2.3 Ispituvawe na tvrdinata Tvrdinata e merka na deformaciskiot otpor koj eden materijal go manifestira pri prodor na tvrdo telo. Zavisno od metodata za ispituvawe na tvrdinata (sl.8), kako tvrdo telo se koristi ~eli~no top~e (Brinel, Rokvel), ili dijamantska piramida (Vikers). Tvrdinata se izrazuva preku odnosot na silata koja se koristi za vtisnuvawe na tvrdoto telo i povr{inata na otisokot. Povr{inata na otisokot e, pred se, rezultat na jakosta i plasti~nite osobini na materijalot.

Sl.8 Metoda na a) Brinel, b) Vikers Procedurata na ispituvaweto se sostoi od postavuvawe na vtiskuva~ot vrz ispitniot primerok (plo~ka) i, so pomo{ na presa, se nanesuva propi{anata sila vo vremenski period od 10-20y. Potoa silata se zadr`uva 10-30y, za da se ovozmo`i dovolno vreme da se izvr{at plasti~nite deformacii. Spored Brinelovata metoda, povr{inata na otisokot pretstavuva sveren otse~ok so dijametar d i visina h. Dijametarot na otisokot se meri so specijalen opti~ki instrument so mikrometar. Istata iznesuva:

)dDD(2DA 22 = [mm2]

)dDD(D

F2HB22

=

[MPa]

HB e izmerenata tvrdina po Brinel. F e silata na vtiskuvawe vo [N], a D e dijametarot na top~eto koe se vtisnuva vo [mm]. Dijametarot na top~eto zavisi od kvalitetot na materijalot koj se ispituva. Za pomeki materijali se koristat pogolemi dijametri. Silata na vtisnuvawe zavisi od dijametarot na top~eto i za ~elicite iznesuva F=0.3D2. Dijametarot na top~eto isto taka zavisi i od debelinata (t) na ispitniot primerok (plo~ka). Naj~esto se koristat slednite kombinacii:

- za t=3-6mm D=2.5mm F=1.875kN

- za t=7-10mm D=5.0mm F=7.5kN

- za t>10mm D=10mm F=30kN

2.5d 4.0d

Fa) b) F

hh

d

d1d1d2 d

2

D136o

Metodata na Vikers koristi dijamantska ~etiristrana piramida. Povr{inata na otisokot se presmetuva preku srednata vrednost na izmerenite dijagonali:

d=(d1+d2) [mm]

Dijagonalite se merat so to~nost od 0.001mm za d2mm. Naj~esto se primenuva konstantna sila od 0.3kN. Povr{inata na otisokot i tvrdinata (HV po Vikers) se odreduvaat od:

854.1dA

2= [mm2]

2dF854.1HV = [MPa]

Postoi emperiska korelacijata pome|u tvrdinata i ostanatite mehani~ki karakteristiki. Naj~esto tvrdinata se zema kako prognoza za grani~nata jakost na materijalot: fu=kHB Kaj ~elicite koeficientot k ima vrednost od 0.34-0.36. Sepak ovaa vrednost sekoga{ treba da se zeme so odredena rezerva. 3.2.4 Ispituvawe na `ilavosta Odredeni materijali koi pri stati~ko natovaruvawe poka`uvaat dobri svojstva i zadovolitelna nosivost, vo slu~aj na brzo tovarewe (dinami~ko dejstvo) podlo`ni se na krt lom. Ispituvaweto na udarnata `ilavost se vr{i za da se utvrdi afinitetot na materijalot kon krt lom, ili obratno, sposobnosta na materijalot za plasti~no deformirawe pri impulsivno (dinami~ko) tovarewe. @ilavite materijali, so prostorno centrirana kubna re{etka, kako {to se aluminiumot i bakarot, otporni se na krt lom pod sekakvi uslovi na tovarewe. Sprotivno na niv, niskolegiranite i niskojaglenorodnite ~elici poka`uvaat sklonost kon krt lom pri dinami~ko tovarewe. Ovaa osetlivost na dinami~ko tovarewe se zgolemuva pri egzistencija na zarezi, puknatini i drugi nesovr{enosti na povr{inata od materijalot. Sklonosta kon krt lom rasti na niski temperaturi.

Sl.9 [arpiev test za ispituvawe na `ilavost

55

40

20kg

2

30o

=1

3

10

102

r

Ispituvaweto na `ilavosta se vr{i so specijalen ured nare~en [arpievo ni{alo (sl.9). Ispitniot primerok pretstavuva kvadratna prizma so strani od 10mm i visina od 55mm. Na ednata strana se pravi zarez dlabok 3mm. Na vrvot od [arpievoto ni{alo se nao|a masa od 20kg so udaren no` na vrvot. Masata se podiga na odredena visina (potencijalna energija) i se pu{ta da rotira. Istata udira vo ispitniot primerok, go kr{i i prodol`uva da rotira do odredena visina na sprotivnata strana. Razlikata pome|u po~etnata visina i krajnata visina ja dava vrednosta na potro{enata energija za kr{ewe na ispitnata prizma. @ilavosta se izrazuva kako odnos na potro{enata energija za lom (A) i povr{inata na oslabeniot presek na prizmata (Ao=0.70cm2):

= A / Ao [J/cm2] Materijalite so mala vrednost na izmerenata `ilavost poka`uvaat sklonost kon krt lom. Vo dadeni slu~ai ispituvaweto na `ilavosta se vr{i i na poniski temperaturi (0oC i -20oC). Vo tie slu~ai ispitniot primerok se ladi na baranata temperatura.

4. VIDOVI NA KONSTRUKTIVNI ^ELICI 4.1 PODELBA NA ^ELICITE ^elikot e legura na na `elezoto so jaglenorod, ~ij procent se dvi`i vo granicite od 0.05-1.70%. Koga jaglenorodot e edinstveniot legira~ki element ~elikot se narekuva jaglenoroden. Koga, pokraj jaglenorodot, se dodavaat i drugi elementi, so odredena cel, ~elikot se narekuva legiran. Jaglenorodniot ~elik, vo zavisnost od procentot na jaglenorod, mo`e da bide:

- niskojaglenoroden (S

Mangan - se upotrebuva kako dezoksidacija i desulfatizacija vo procesot na proizvodstvo na ~elikot i prisuten e vo site ~elici (do 0.80%). Nad 0.80% manganot se tretira kako legira~ki element koj gi podobruva mehani~kite karakteristiki, kalivosta, korozivnosta, abeweto. Vo pogolemi koli~ini (4-5%) manganot se dodava na ~elicite za posebna namena. Silicium - se upotrebuva kako dezoksidacija vo procesot na proizvodstvo i prisuten e vo site ~elici (od 0.2 do 0.3%). Nad 0.60% siliciumot se tretira kako legira~ki element koj gi podobruva mehani~kite i nekoi fizi~ko hemiski karakteristiki na ~elikot. So dodavawe na 1.0 do 1.5% silicium na ~elicite so 0.4 do 0.6% jaglenorod se podobruva plasti~nosta i se namaluva osetlivosta na zamor. Siliciumot, za razlika od drugite legira~ki elementi, ima niska cena. Nikel - e skap element za legirawe, koj se koristi koga so drugi legati nemo`e da se postignat baranite efekti. Ima povolno vlijanie na mehani~kite karakteristiki, osobeno na `ilavosta pri niski temperaturi. Nikelot naj~esto se dodava na niskojaglenorodnite ~elici. Toj e najva`en element za legirawe koga se bara ~elik so posebni osobini (ner'|a~ki, toplotnootporen i sl.) Hrom - se vrzuva so jaglenorodot i formira struktura koja e potvrda i popostojana od cementitot. Se koristi za dobivawe na ~elici so visoka jakost i posebni svojstva (ner'|a~ki, toplotnootporen i sl.) Aluminium - redovno se upotrebuva kako dezoksidant vo procesot na proizvodstvo na ~elikot. Vo pogled na mehani~kite karakteristiki aluminiumot ima negativno vlijanie. 4.2 KONSTRUKTIVNI ^ELICI Konstruktivnite ~elici se niskojaglenorodni, naj~esto se nelegirani, a poretko se upotrebuvaat i niskolegirani ~elici. Vo hemiskiot sostav na konstruktivnite ~elici propi{ani se samo maksimalno tolerantnite procenti na {tetnite elementi. Mehani~kite karakteristiki, hemiskiot sostav i tehnolo{kite osobini na ~elicite za konstruktivna namena se posebno standardizirani. Kaj nas vo upotreba e standardot MKS C.B0.500 od 1988god. Ovaj standard se odnesuva na site proizvodi od ~elik koi se primenuvaat vo izrabotkata na zavareni konstrukcii, konstrukcii spoeni so zakovki i zavrtki, a koi se primenuvaat vo visokogradbata, niskogradbata, mostogradbata, hidrogradbata i ma{inogradbata. Konstruktivnite ~elici ne se tretiraat so termi~ka obrabotka, osven vo posebni slu~ai koga so `arewe i normalizacija se regulira sostojbata na sopstveni napregawa. Kaj konstruktivnite ~elici osnovni karakteristiki koi treba da gi zadovolat se: granicata na te~ewe i kinewe, izdol`uvaweto i kontrakcijata, potvrdeni so ispituvaweto na zategawe na sobna temperatura. Hemiskiot sostav na konstruktivnite ~elici, opfateni so ovaj standard, dadeni se vo tabela 1, a mehani~kite karakteristiki vo tabela 2. Pokraj osnovnite vidovi na ~elik (dadeni pogore), vo grade`nite konstrukcii (poretko) se primenuvaat i ~elici so podobreni osobini. Za podobruvawe, naj~esto, se koristi termi~kata obrabotka so kalewe. Podobrenite ~elici imaat povisoki mehani~ki karakteristiki i otpornost na krt lom. Podobrenite ~elici mo`at da bidat nelegirani ili niskolegirani. Edna od negativnite strani na ~elikot, neotpornosta na korozija, se re{ava so promenata na hemiskiot sostav (legirawe). Denes vo upotreba se niskolegiranite COR-TEN ~elici so zgolemena otpornost na korozija. Isto taka, vo posebni objekti, se primenuvaat i ner'|a~kite ~elici, otporni na site vidovi korozija, poznati kako INOX ~elici.

Tabela 1: Hemiski sostav na konstruktivnite ~elici

sodr`ina na jaglenorod

za debelina vo [mm]

>16 >30 >40

Vrsta

na

~elik

Na~in

na

dezoksid.

16 30 40 100

P

S

N

Dodatni elementi

za vrzuvawe na azotot

C0361 umiren 0.17 0.20 0.20 0.20 0.050 0.050 0.009 -

C0362 sp. umiren 0.17 0.17 0.17 0.20 0.050 0.050 0.009 -

C0363 sp. umiren 0.17 0.17 0.17 0.17 0.040 0.040 - da

C0451 umiren 0.22 0.22 0.24 0.24 0.050 0.050 0.009 -

C0452 sp. umiren 0.21 0.21 0.21 0.22 0.045 0.045 - da

C0453 sp. umiren 0.20 0.20 0.20 0.20 0.040 0.040 - da

C0561 umiren 0.22 0.22 0.23 0.23 0.050 0.050 0.009 -

C0562 sp. umiren 0.20 0.20 0.22 0.22 0.045 0.045 - da

C0563 sp. umiren 0.20 0.20 0.22 0.22 0.040 0.040 - da

Tabela 2: Mehani~ki karakteristiki na konstruktivnite ~elici

fy 5 debelina vo [mm] debelina vo [mm]

16 40 63 80 3 40 63

fu

niskojaglenorodni, nelegirani ~elici so utvrdeni mehani~ki osobini. Vo ovaa grupa spa|aat, prakti~no, site vidovi na konstruktivni ~elici. Dokolku na mestoto A se najde nekoj drug broj, toga{ se raboti za legirani ~elici so utvrdeni mehani~ki osobini i utvrden hemiski sostav. Vo ovoj slu~aj brojot na mestoto A go simbolizira najvlijatelniot legira~ki element. Nalvlijatelniot legira~ki element se dobiva kako najgolem proizvod na procentualnata sodr`ina na nekoj element i negoviot faktor na vlijanie (tab.3). Tabela 3: Broj~an simbol na najvlijatelen hemiski element

Broj~an simbol 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Legira~ki elem. C Si Mn Cr Ni W Mo V dr.

Faktor na vlijanie - 1 1 4 4 7 14 17 Vtorata cifra (B) od grupata ja ozna~uva zagarantiranata, ili minimalna jakost (granica na kinewe fu - tab.4). Tabela 4: Broj~an simbol na vtoroto mesto od osnovnata oznaka

Simbol 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

fu ne e 330- 360- 390- 490- 590- 690- 790- 890 [N/mm2] utvrdena 320 350 380 480 580 580 780 880

Simbolite (C) na preostanatite dve, ili tri, mesta od osnovnata oznaka ja ozna~uvaat pripadnosta na ~elikot kon odredena podgrupa so karakteristi~ni svojstva. Nivnoto zna~ewe e dadeno vo tabela 5. Tabela 5: Broj~an simbol na treto do petto mesto za podgrupa na ~elici so

utvrdeni mehani~ki karakteristiki

Simbol Podgrupa na ~elik

00 do 44 Jaglenorodni ~elici bez utvrdena sodr`ina na P i S

101 do 449 Slobodno

45 do 79 ^elici so ograni~ena sodr`ina na P i S. Kaj ovie ~elici

451 do 799 delumno se ograni~uva i sodr`inata na C, Si i Mn.

80 do 99 ^elici so ograni~ena sodr`ina na P i S. Kaj ovie ~elici

801 do 999 delumno e urvrdena sodr`inata na C, Si i Mn, a se dodavaat

legira~ki elementi za specijalni mehani~ki osobini.

Tretata grupa vo oznakata (D) e dopolnitelna oznaka koja se sostoi od eden ili pove}e simboli (broki i/ili slova) i ja ozna~uva namenata ili sostojbata na ~elikot. ^etvrtata grupa vo oznakata (E) e dopolnitelna oznaka koja se sostoi od eden ili pove}e simboli (broki i/ili slova) i ozna~uva odredeni karakteristiki na ~elikot.

Osnovnata oznaka od dopolnitelnite oznaki se razdeluva so to~ka, a dopolnitelnite oznaki me|usebno so crti~ka. Kaj konstruktivnite ~elici dopolnitelnite oznaki (treta i ~etvrta grupa), voobi~aeno, izostanuvaat. Pokraj proizvodnata, kaj konstruktivnite ~elici, ~esto se koristi i t.n. tehni~ka oznaka. Tehni~kata oznaka se bazira na najva`nata mehani~ka karakteristika na ~elikot - granicata na te~ewe (fy). Sostojbata na ~elikot se ozna~uva so bukva (A-neumiren, B-umiren, C i D - specijalno umiren). Komparacija na tehni~kata i proizvodnata oznaka:

tehni~ka oznaka proizvodna oznaka

CN 240 B C 0361 CN 240 C C 0362 CN 240 D C 0363 CN 280 B C 0451 CN 360 C C 0562

Vo tabela 6 dadena e sporedba na oznakite na konstruktivnite ~elici so drugi standardi koi naj~esto se koristat vo razvienite zemji od svetot. Tabela 6: Oznaki na ~elicite vo me|unarodnite standardi

MKS ISO 630 EURONORM 25 DIN 17100

C 0361 Fe 360-A Fe 360-BFN RSt 37-2

C 0362 Fe 360-C Fe 360-C St 37-3 U

C 0363 Fe 360-D Fe 360-D St 37-3 N

C 0451 Fe 430-B Fe 430-B St 44-2

C 0452 Fe 430-C Fe 430-C St 44-3 U

C 0453 Fe 430-D Fe 430-D St 44-3 N

C 0561 Fe 510-B Fe 510-B -

C 0562 Fe 510-C Fe 510-C St 52-3 U

C 0563 Fe 510-D Fe 510-D St 52-3 N

5. PRERABOTKA NA ^ELIKOT - ^ELI^NI PROIZVODI 5.1 PRERABOTKA NA ^ELIKOT SO VALAWE Skoro 90% od ~eli~nite proizvodi se dobivaat so valawe. Valaweto mo`e da bide toplo i ladno. Postapkata na toplo valawe naj~esto se primenuva vo procesot na proizvodstvo na ~eli~ni proizvodi koi nao|aat ponatamo{na primena vo izrabotkata na nose~kite konstrukcii. Vo procesot na toplo valawe, osnovnite ~eli~ni proizvodi (ingoti i brami) povtorno se zagrevaat na 1200-1300oC (temperatura na valawe), pri {to ~elikot se doveduva vo testesta sostojba povolna za valawe.

Sl.1 [ema na procesot za dobivawe na valani proizvodi Procesot na valaweto naj~esto se sostoi od dve fazi. Vo prvata faza se valaat, odnosno se dobivaat polufabrikati, koi vo vtorata faza na valawe se

@ELEZNA RUDA

^ELIK Simens-MartinovaTomasov ili

ili elektro pe~kakonvertor

Vaqak

Gredici

Linija zavalawe naprofili

Valani profili[iniStapovi

LimoviProfilirani limovi

Ingot

Slabovi

Linija za kontinualno valawe

LD (Linc-Donavic)

INGOT

POLUPROIZVODI

FINALNI PROIZVODI

LIENO @ELEZO

oblikuvaat vo finalni proizvodi. Vo polufabrikatite spa|aat: blumovi, slabovi i gredici. Blumovite se polufabrikati so kvadraten ili pravoagolen popre~en presek (od 150h150mm do 300h300mm) i odnos na stranite pomal od 2. Slabovi se polufabrikati so pravoagolen popre~en presek so odnos na stranite 1:3 i pove}e (do 1900mm {irina). Gredicite se polufabrikati so popre~en presek od 40h40mm do 150h150mm. Vo procesot na toplo valawe zagreaniot element se propu{ta niz serija na valci (do 70) koi se vrtat vo sprotiven smer. Rastojanieto me|u valcite e promenlivo i pomalo od debelinata koja treba da se dobie. Kako gotovi proizvodi na valalnicite se: limovi, profili, cevki i dr. Na povr{inata na topo valanite proizvodi se javuva edna tvrda poko`ica (od oksidi na `elezoto). Ovaa poko`ica smeta vo natamo{nata obrabotka na ~elikot i potrebno da se simne, po mehani~ki ili hemiski pat. Edna od najopasnite gre{ki vo procesot na valaweto e pojavata na dvoplasnost. Istata se manifestira so razdeluvawe na materijalot na sloevi, naj~esto po sredinata na debelinata. Dvoplasnosta po~esto se javuva pri valawe na podebeli limovi. Osobeno e nepovolna kaj elementite od konstrukcijata natovareni na zategawe po debelinata na limot. Dvoplasnosta mo`e da se otkrie isklu~ivo so ultrazvu~na kontrolira. Pokraj toplo, se primenuva i ladno valawe koe se vr{i bez zagrevawe na materijalot. Procesot na ladno valawe naj~esto se primenuva za dobivawe na tenki limovi. 5.2 TOPLOVALANI PROIZVODI Toplovalanite proizvodi se najzastapeni vo ~eli~nite nose~ki konstrukcii. Istite mo`at da se grupiraat vo ~etiri osnovni tipovi na proizvodi: stapovi, limovi, profilirani nosa~i i {uplivi profili. 5.2.1 Stapovi ^eli~nite stapovi se proizveduvaat vo vid na: plosko `elezo (~elik), {iroko (univerzalno) plosko `elezo, agolnici, T i Z profili, mali I i U prfili (do 80mm), okruglo, kvadratatno i {estoagolno `elezo (~elik). Ploskiot ~elik se vala vo debelini od 5 do 60mm i {irina od 10 do 150mm so normalna dol`ina od 3 do 15m. Univerzalniot ({irok) ploski ~elik e so pravoagolen presek, se vala so ~etiri valci. Normalno na pravecot na valaweto ima pomala jakost. Se vala vo debelini od 5 do 60mm, {irina od 151 do 1250mm i dol`ina od 3 do 12m. Naj~esto se koristi za izrabotka na pojasni lameli kaj zavarenite I nosa~i. Okrugliot ~elik se vala vo pre~nik od 10 do 500mm. Istite dimenzii va`at i za kvadratniot i {estoagolniot ~elik. ^eli~nite agolnici se dobivaat so valawe niz kalibrirani valci. Kracite se pod prav agol i mo`at da bidat ravnokraki i raznokraki. Kaj raznokrakite agolnici odnosot na stranite e 1:1.5 ili 1:2. Sekoj tip na agolnik se izrabotuva vo nekolku debelini na kracite. T profilot i Z profilot denes retko se upotrebuvaat i te{ko se dostapni na pazarot.

Sl.2 ^eli~ni stapovi 5.2.2 Limovi Limovite se valaat so dva valci, me|utoa vo dvata pravci i nemaat ravni ivici. Ivicite naknadno se obrabotuvaat so otsekuvawe. Spored debelinata se razlikuvaat:

- fini limovi so debelina do 3mm

- sredni limovi so debelina 3 do 4.75mm

- grubi (debeli) limovi so debelina preku 4.75mm

Po odnos na obrabotkata na povr{inata mo`at da bidat: ramni, rebrasti, bradavi~asti i perforirani. Ramnite limovi se valaat so {irina do 4.6m, dol`ina 10m i debelina do 60mm (i pove}e). Vo ~eli~nite konstrukcii se koristat limovi so debelina od 5 do 50mm. Ramnite limovi se koristat vo izrabotkata na zavarenite ~eli~ni profili i drugi elementi od zavarenite ~eli~ni konstrukcii. Rebrestite limovi se dobivaat so propu{tawe na ravniot lim niz valci so posebna profilacija. Pritoa na povr{inata se javuvaat ispaknuvawa (1 do 1.5mm) vo

C=2

00t=

60

t=60

h=20

0

t t

C=200

b=150 b=1250

C=100

L 40.4

10.5

10 10500 300

151.5150.60 1250.60

L 50.30.4

c = 40

b = 10

d = 10 b = 10

b = 151

c = 30h = 50

m = 2.42

m = 0.39

m = 0.62 m = 0.78

m = 60.4

m = 2.41

t = 4

t = 5 t = 5

t = 4

L 200.20 L 200.100.14

200

150

500 300

1250

140200

59.9 kg/m

70.7 kg/m

1540 kg/m 706 kg/m

600 kg/m

31.6 kg/m

20

60 60

14

40

10

10 10 10

151

30

405 5

50

..

..

.. ..

..

....

..

.. ..

..

..

..

..

..

.. ..

..

..

..

.. ..

..

RAMNOKRAKI AGOLNICI

PLOSKO @ELEZO (^ELIK)

OKRUGLO @ELEZO (^ELIK) KVADRATEN ^ELIK

[IROKO PLOSKO @ELEZO (^ELIK)

RAZNOKRAKI AGOLNICI

d=500 b=300

b=30

0

forma na rombovi, bradavici i sl. Ovie limovi (so debelina do 10mm) naj~esto se koristat za izrabotka na gazi{ta. 5.2.3 Profilirani nosa~i Profiliranite nosa~i se valaat vo dva osnovni oblici: I profili i U profili. I profilite se osnovni elementi vo izrabotkata na ~eli~nite gredi i stolbovi. Asortimanot na profiliranite nosa~i e prestaven na sl.3.

Sl.3a Toplovalani profili so tesni pojasi

h=40

0h=

500

h=60

0h=

300t

tt

t

t

t t

t

w

ww

w

f

f f

f

b=110

b=185 b=220

b=100

b/2

b/4

8%

14%

5% (h>300)

80

80 IPE 80

AP80400

500 IPE600

AP300

h = 80

h = 80 h = 80

h = 80

m = 8.64

m = 5.94 m = 6.0

m = 8.38

b = 45

b = 42 b = 46

b = 45t = 6

t = 3.9 t = 3.8

t = 5t = 8

t = 5.9 t = 5.2

t = 8w

w w

w

f

f f

f

400

500 600

300

71.8 kg/m

141 kg/m 122 kg/m

46 kg/m

110

185 220

10014

18 12

9.518

27 19

16

45

42 46

45

8080 80

80

..

.. ..

....

.. ..

..

..

.. ..

..

..

.. ..

....

.. ..

....

.. ..

..

U

I IPE

UPROFILI

PROFILI PROFILI

PROFILI (so paralelni pojasi)

h=99

0h=

1008

h=49

9h=

1000t

t

t

t

t

tt

t

w

w

w

w

f

ff

f

b=300

b=302 b=431

b=300

HEA 100

HEM 100 HD 260

HEB 100HEA 990

HEA 1000 HD 400

HEB 1000

h = 96

h = 120 h = 269

h = 100

m = 16.7

m = 41.8

m = 115

m = 20.4

b = 100

b = 106 b = 259

b = 100t = 5

t = 12 t = 14

t = 6t = 8

t = 20 t = 22

t = 10w

w w

w

f

f f

f

990

1008 499

1000

272 kg/m

349 kg/m

744 kg/m

314 kg/m

300

302 431

30016.5

21 54.5

1931

40 89.5

36

100

106

259

100

9612

0

269

100

..

.. ..

....

.. ..

..

..

..

..

..

..

.. ..

....

.. ..

....

.. ..

..

HEA

HEM HD

HEBPROFILI

PROFILI PROFILI

PROFILI

Sl.3b Toplovalani I profili so {iroki pojasi Kaj normalno valanite (INP) profili se javuva naklon na pojasite (8% kaj U i 14% kaj I profilite) koj e usloven od tehnikata na valaweto. Ovie profili imaat tesen pojas (no`ica) i ograni~ena krutost (moment na inercija). Potrebata za pogolema nosivost se pokriva (delumno) so IPE prifilite (t.n. evropski profili). Ovie profili imaat ne{to po{iroki paralelni pojasi i asortiman na pogolemi visini. Za pogolema nosivost i ekonomi~nost se valaat I profilite so {iroki (paralelni) pojasi so po{irok asortiman na debelini na r'betot i pojasite. Se javuvaat vo tri serii: lesna serija (HEA ili IPB1), normalna serija (HEB ili IPB) i poja~ana serija (HEM ili IPBv). Poniskite profili od serijata imaat zna~itelno visoka krutost i okolu poslabata oska i mo`at da se koristat za ~eli~ni stolbovi. Poslednite godini na evropskiot pazar se pojavi i nova serija na HD-profili (xambo profili), specijalno kreirani za stolbovi vo pove}ekatni zgradi. 5.2.4 [uplivi profili (cevki) Toplovalanite {uplivi profili (cevki) mo`at da bidat so kru`en, kvadraten i pravoagolen popre~en presek. Prema na~inot na izrabotka imame bez{avni i {avni (zavareni). Site ovie profili se dobivaat od prethodno valani kru`ni cevki (rondeli) koi naknadno se preoblikuvaat (vo topla sostojba) vo kvadratni ili pravoagolni profili.

Sl.4 Toplovalani cevkesti profili 5.3 LADNO OBLIKUVANI PROIZVODI Ladnoto oblikuvawe podrazbira valawe vo ladna sostojba, ili preoblikuvawe so svitkuvawe vo ladna sostojba. So ladnoto valawe se dobivaat tenki limovi (fini) so bitno zgolemeni mehani~ki karakteristiki. So primenata na tehnikata na ladno deformirawe na ~elikot se postignuva zna~itelno zgolemuvawe na granicata na kinewe i razvlekuvawe (te~ewe), me|utoa se gubi duktilnosta. Ovie efekti se koncentrirani vo zonata na previenite agli.

t t td

D=609.6 b=400 b=300

h=b=

400

h=50

038 40 30

40 50

38x2.6 40.2 50x30x2400.16 500x300x16609.6x16

D = 38 b = 40 h = 50b = 30

m = 2.29m = 2.3

m = 2.3

d = 32.8t = 2.6

t = 2t = 2

609.6 400 500300

234 kg/m190 kg/m

190 kg/m

577.616

1616

.. .. .... .. ..

..

....

..

....

....

KRU@NI KVADRATNI PRAVOAGOLNI

Ladno oblikuvanite proizvodi se vo forma na: ramni limovi i lenti, profilirani limovi, otvoreni (L, U, C i dr. oblici) i zatvoreni (kvadratni i pravoagolni) profili (sl.5). Profiliranite limovi se dobivaat od tenki ramni limovi (0.5 do 1.2mm) so nivno propu{tawe niz kalibrirani valci (vo ladna sostojba).

Sl.5 Ladno oblikuvani proizvodi Profiliranite limovi se koristat kako fasadni i pokrivni oblogi na objektite. Za podobruvawe na termi~kata izolacija se pravi "sendvi~" od dva lima so termoizolacionen polne` (staklena ili mineralna volna). Poradi profilacijata istite poseduvaat izvesna krutost i samonosivi se do odredeni rasponi. Nivnata trajnost se re{ava so pocinkuvawe i plastifikacija na izlo`enata strana. Ladno oblikuvanite otvoreni profili se dobivaat so ladno vitkawe na ~eli~ni lenti so presmetana {irina. Procesot se odviva so apkantuvawe ili istiot e kontinuiran na specijalni proizvodni lenti. Zatvorenite ladno oblikuvani profili (cevki) se dobivaat so avtomatsko zavaruvawe. Postojat dva na~ini na proizvodstvo. Vo prviot: ladnoto oblikuvawe se vr{i po site agli se do zatvarawe na profilot i avtomatsko varewe. Vo vtoriot na~in: prvo se formira kru`en profil koj avtomatski se zavaruva, a potoa so preoblikuvawe se dobivaat kvadratni ili pravoagolni formi. Ladno oblikuvante profili ovozmo`uvaat postignuvawe na {irok asortiman na formi i dimenzii. Nao|aat {iroka primena vo oblikuvaweto na ~eli~nite konstrukcii, lesni se i ekonomi~ni.

otvoreni

zatvoreni

profilirani limovi

6. NOSIVOST NA ^ELIKOT 6.1 METODI ZA PRESMETKA NA ^ELI^NITE KONSTRUKCII Proektiraweto kako presmetkoven dokaz za nosivosta, se do vtorata polovina na XIX vek, ne postoelo kako prethodna faza na grade`niot zafat. Objektite se gradele prema iskustvoto (od prethodni gradbi) i grade`nata intuicija. Razvitokot na matematikata i nejzinata primena vo mehanikata vodi kon pojava na prvite presmetkovni modeli za nosivosta na konstrukciite. So tek na vreme, grade`niot proekt stanuva neophodna podloga vo izgradbata. Principite, modelite i metodite za presmetka na konstrukciite se razvivaat naporedno so tehni~kiot razvoj. Rapiden skok vo presmetkovnite mo`nosti se javuva so pojavata na mo}nite smeta~ki ma{ini (kompjuteri). Celta na proektiraweto (presmetuvaweto) na konstrukciite e odnapred da se obmislat i zadovolat tehni~kite kriteriumi: sigurnost, funkcionalnost i trajnost. Najva`en, ako mo`e taka da se ka`e, e kriteriumot za sigurnost na konstrukcijata. Konstrukcijata treba da bide presmetana (dimenzionirana) taka da, so zadovolitelna sigurnost, e vo sostojba da gi prifati o~ekuvanite tovari vo nejziniot eksploatacionen vek. Dokolku kriteriumot za sigurnost ne e ispolnet, doa|a do o{tetuvawa i lom na konstrukcijata. Kako posledica se golemite materijalni {teti i, ne retko, ~ove~ki `rtvi. Kriteriumot za funkcionalnost se sostoi vo zadovoluvawe na niza uslovi koi }e obezbedat normalna funkcija na objektot spored negovata namena. Naj~esto se odnesuvaat na nivoto na deformaciite koi mo`at da imaat nepovolno dejstvo na: udobnosta na korisnicite, estetsko naru{uvawe, normalno funkcionirawe na opremata. Isto taka i oscilaciite, so odredena frekvencija i amplituda, mo`at da ja naru{at funkcionalnosta na objektot. Trajnosta na objektot se obezbeduva so izborot na kvalitetni materijali, kvalitetna izvedba i konstruktivna obrabotka na detalite. Kaj ~eli~nite konstrukcii, oblikuvaweto na detalite, od aspekt na korozijata, mo`e da ima zna~itelen doprinos za trajnosta na konstrukcijata. Redovnoto i periodi~noto odr`uvawe na antikorozivnata za{tita ja zgolemuva trajnosta na ~eli~nite konstrukcii. Metodite za presmetuvawe (dokaz) na sigurnosta i funkcionalnosta na konstrukcijata se delat na deterministi~ki i probabilisti~ki. 6.1.1 Deterministi~ka metoda - koncept na dozvoleni napregawa Podolgo vreme, pa i denes, dokazot za sigurnost i funkcionalnost na nose~kata konstrukcija se bazira na deterministi~kiot pristap. Vo ovoj pristap, natovaruvawata i karakteristikite na materijalot se determinirani (definirani-opredeleni) so vrednosti, voobi~aeno, propi{ani vo tehni~kata regulativa (propisi, pravilnici, normi i sl.). Koeficientot na sigurnost () e isto taka determiniran vo zavisnost od tovarniot slu~aj. Kontrolata na sigurnosta se sveduva na:

/fydozmax = /)3/f( ydozmax =

Presmetkovniot model se bazira na linearno elasti~no odnesuvawe na konstrukcijata. Maksimalnoto napregawe, dobieno so presmetka na konstrukcijata, ne smee da ja nadmine vrednosta na dozvolenoto napregawe. Dozvolenoto napregawe se dobiva so redukcija na karakteristi~noto napregawe so koeficientot na sigurnost. Ako se zeme vo predvid dijagramot na ~elikot, se gleda deka se do dostignuvawe na granicata na te~ewe (razvlekuvawe) materijalot, prakti~no, se odnesuva idealno elasti~no (Hukov zakon). Spored toa, kako karakteristi~na vrednost na napregaweto, za ~elikot, usvoena e vrednosta na granicata na te~ewe (fy). Kaj ~elicite koi nemaat izrazena granica na te~ewe, kako karakteristi~na vrednost se zema uslovnata granica na te~ewe f0.2. Koeficientot na sigurnost, eksplicitno, se normira spored tovarnata kombinacija, odnosno karakterot i verojatnosta na tovarite. Me|utoa so koeficientot na sigurnost se opfa}aat i niza neizvesnosti vo pogled na procenkata na tovarite, karakteristikite na materijalot, geometriski otstapuvawa, nedoslednosti vo presmetkovniot model i sl. Tabela 1: Koeficienti na sigurnost za razli~ni tovarni slu~ai

Tovaren slu~aj Koeficient na sigurnost

I Osnovni tovari (O) = 1.50 II Osnovni + dopolnitelni tovari (O+D) = 1.33 III Isklu~itelni tovari (O+D+I) = 1.20 III Seizmi~ki tovari (O+D+S) = 1.10

Vo prvata grupa se osnovnite tovari, odnosno tovarite koi so najgolema verojatnost i za~estenost se javuvaat vo eksploatacionit vek na konstrukcijata. Tuka spa|aat: sopstvena te`ina, korisen tovar, sneg i sl. Za ovaa kombinacija na natovaruvawa kooeficientot na sigurnost e najvisok. Vo vtrata grupa se dopolnitelnite tovari. Ovie tovari se specifi~ni i so namalena za~estenost. Ovde spa|aat: veter, sili od ko~ewe, bo~ni udari, temperaturni vlijanija, neramnomerno slegnuvawe i sl. Kombinacijata na osnovnite i dopolnitelnite tovari se regulira so pomal koeficient na sigurnost. Vo tretata grupa se isklu~itelnite tovari. Toa se tovari koi se javuvaat vo isklu~itelni uslovi (monta`a), ili se so mnogu mala verojatnost (seizmika), visoki vodi i sl. Ovie tovari se reguliraat so najnizok koeficient na sigurnost, a vo odredeni slu~ai i bez dopolnitelna sigurnost (=1.0). Generalno, deterministi~kiot pristap ja razgleduva (doka`uva) sigurnosta za konkretno tovarno scenario, ili konkretna sostojba vo koja mo`e da se najde konstrukcijata. Za poedini elementi (delovi) od konstrukcijata kako meritorni mo`at da se javat razli~ni tovarni kombinacii. Deterministi~kiot pristap ima niza nedoslednosti i aproksimacii. Verojatnosta na simultanoto dejstvo na poedini tovari ne se razgleduva eksplicitno, odnosno tovarnite kombinacii se rangirat vo grupi. Napregawata se prezentirani so maksimalnite vrednosti presmetani vo karakteristi~en presek. Eventualnite koncentracii na napregawa i zaostatni napregawa od procesot na obrabotka ne se razgleduvaat, a opfateni se so edinstveniot koeficient na sigurnost. Sevkupno, konceptot e konzervativen i izgraden na empirija (iskustvo). Me|utoa, konceptot e ednostaven i dolgogodi{nata negova primena poka`uva visok stepen na sigurnost.

6.1.2 Probabilisti~ki koncept - grani~na nosivost (sostojba) Izvesnite nedostatoci i grubi aprokcimacii vo deterministi~kiot pristap, kako i stohasti~kata priroda na promenlivite tovari (sneg, podvi`ni tovari, veter, seizmika i sl.) dovede do potreba za voveduvawe na nov koncept vo presmetuvaweto na konstrukciite. Celta e, so noviot koncept, vo presmetkata, da se vgradat {to e mo`no porealni vrednosti na parametrite. Istiot se bazira na teorijata na verojatnost i nare~en e probabilisti~ki pristap (koncept). Obrabotkata na verojatnosta na site parametri koi imaat vlijanie na sigurnosta na konstrukcijata e obemna rabota i nemo`e da najde primena vo presmetkata na konstrukciite. Voobi~aeno, statisti~ki se obrabotuvaat samo karakteristikite na meterijalite i tovarite. Istite vo presmetkata se zemaat so nivnite karakteristi~ni vrednosti. Karakteristi~na vrednost e onaa koja ima zadovolitelna verojatnost za pojava. Kako zadovolitelna verojatnost, naj~esto, se zema 95%-ta verojatnost. Karakteristi~nite vrednosti, dadeni vo tehni~kata regulativa (pr. Evrokod), se transformiraat vo presmetkovni vrednosti so pomo{ na parcijalnite koeficienti na sigurnost (isto dadeni vo tehni~kata regulativa). Parcijalnite koeficienti se odnesuvaat kako na tovarite, taka i na karakteristikite na materijalot. Nivnite vrednosti zavisat od razgleduvanata sostojba. Sostojbite vo koi mo`e da se najde konstrukcijata se delat na: postojana (servisna) i incidentna sostojba (po`ar, seizmi~ko dejstvo i sl.) Celta na presmetkata e da se doka`e deka, so zadovolitelna sigurnost, vo konstrukcijata, za vreme na nejziniot eksploatacionen vek, nema da dojde do pojava na pre~ekoruvawe na nejzinata grani~na sostojba (na nosivost ili upotreblivost).

dd RS Sd - presmetkovna vrednost na tovarite (vlijanijata)

Rd - presmetkovna vrednost na otpornosta na konstrukcijata

Vo presmetkovnata vrednost na tovarite (vlijanijata) istite se mno`at so parcijalnite koeficienti na sigurnost. Podolu e daden eden primer za postojana sostojba:

++= kioiQi1kQGd QQGS G - parcijalen koef. za stalni tovari Q - parcijalen koef. za dominanten promenliv tovar (vlijanie) Qi - parcijalen koef. za promenlivi tovari (vlijanija) oi - parcijalen koef. za kombinacija na tovarite Pokonkretno, da razgledame dejstvo na korisen tovar (Q), veter (W) i sneg (S) na konstrukcijata. Vo prviot slu~aj dominanten e veterot, a vo vtoriot slu~aj snegot.

)SQ(9.0W5.1G35.1Sd +++= )WQ(9.0S5.1G35.1Sd +++=

Presmetkovnata vrednost za otpornosta, za ~elikot, se dobiva preku karakteristi~nata vrednost na granicata na razvlekuvawe i soodvetniot parcijalen koeficient za sigurnost (M). Za postojana sostojba, naj~esto, vrednosta

na parcijalniot koeficient za materijalot (~elikot ) e 1.1. Spored toa presmetkovnata otpornost e funkcija na: