Механічні властивості балок A572 Gr.50 і Gr.60 H- є кількісним вираженням їх металургійного дизайну, утворюючи -необговорену основу для всіх інженерних розрахунків. Ці властивості, визначені в ASTM A572 і застосовані до форм відповідно до ASTM A6, відрізняються не лише за величиною, але й за своїм впливом на поведінку конструкції. У наведеній нижче таблиці представлено вичерпне порівняння двотаврових балок (примітка: для форм властивості постійні незалежно від товщини, значне спрощення для проектувальників).
Таблиця 2: Вимоги до механічних властивостей для H-балок (ASTM A572)
| Механічна властивість | A572 50 клас | A572 Клас 60 | Прямий вплив на конструкцію та застосування H-променів |
|---|---|---|---|
| Межа текучості (Fy), хв | 50 ksi (345 МПа) | 60 ksi (415 МПа) | Визначальна властивість для розміру члена. Це напруга, при якій двотаврова балка починає остаточно деформуватися. На 20% вищий Fy Gr.60 дозволяє розробникам використовувати відповідно вищі допустимі напруги при розрахунках вигину, зсуву та осьового навантаження. Це безпосередньо дозволяє вибирати легші та тонкі секції для того самого навантаження або надає вищу вантажопідйомність для певного розміру секції. Це основний стимул для використання Gr.60 у-важливих додатках, таких як висотні-і великі прольоти. |
| Міцність на розрив (Fu), хв | 65 ksi (450 МПа) | 75 ksi (520 МПа) | Максимальна напруга, яку може витримати двотаврова балка перед перетином і руйнуванням. Співвідношення Fu/Fy є критичним: ~1,30 для Gr.50 і ~1,25 для Gr.60. Це співвідношення являє собою «резервну ємність» або пластичність понад початкову продуктивність. Вищий коефіцієнт (як у Gr.50) є особливо корисним для сейсмічного проектування, оскільки це вказує на більшу здатність до формування пластичного шарніра та розсіювання енергії без розриву. Fu також безпосередньо використовується для розрахунку ємності з’єднання (наприклад, розриву блоку при зсуві, натяг чистого перетину). |
| Подовження в 2 дюймах (50 мм), мін | 21% | 18% | Прямий показник пластичності-здатності матеріалу зазнавати пластичної деформації перед руйнуванням. Зниження на 3% для Gr.60 є прямим наслідком його вищої міцності. На практиці це означає, що балки Gr.50 H-мають дещо більшу здатність до непружної деформації, що інженери можуть врахувати під час деталізації з’єднань і аналізу відмов. Обидва значення представляють пластичну поведінку, але Gr.50 є більш поблажливим. |
| Вимоги до випробування на вигин | Повинен зігнутися на 180 градусів навколо шпильки без тріщин на зовнішній стороні зігнутої частини. Діаметр шпильки вказується на основі марки та товщини. | Така сама вимога, хоча діаметр шпильки може бути трохи більшим для тієї самої товщини через більшу міцність. | Перевіряє міцність і формувальність матеріалу, гарантуючи, що балка H- витримує такі виробничі операції, як холодне згинання, і що вона не має великих недоліків. Це перевірка якості, а не розрахунок конструкції. |
Додаткові неявні властивості:
Модуль пружності (E): Приблизно 29 000 ksi (200 ГПа) для обох марок. Ця властивість, що визначає жорсткість в області пружності, однакова для всіх конструкційних сталей. Таким чином, балка A572 Gr.50 W12x30 і балка Gr.60 W12x30 демонструватимуть ідентичний пружний прогин за однакового робочого навантаження. Перевага Gr.60 полягає в його здатності нести більше навантаження, перш ніж поступитися, а не в жорсткості.
Коефіцієнт Пуассона: Зазвичай 0,3 для обох.
Щільність: 490 фунтів/фут³ (7850 кг/м³) для обох.
Вплив на практику проектування:
Ці відмінності властивостей кодифіковані в посібниках з проектування. Наприклад, Посібник зі сталевих конструкцій AISC надає окремі набори розрахункових таблиць (для потужностей балок, міцності колон тощо) для «сталі 50 ksi» та «сталі 60 ksi». Інженер, який розробляє балку підлоги для лікарні, може вибрати секцію A572 Gr.50 через її перевірену пластичність і простоту виготовлення. Навпаки, інженер, який проектує колони для верхніх поверхів 40-поверхового будинку, швидше за все, вибере секції A572 Gr.60, щоб мінімізувати розмір і вагу, тим самим зменшивши навантаження на все, що знаходиться нижче, і максимізуючи площу, яку можна орендувати.
Крім того, механічні властивості визначають дизайн з’єднання. Зазначена мінімальна міцність на розрив (Fu) використовується безпосередньо у формулах для:
Міцність блоку при зсуві на розрив:=0.6Fu * Anv + Ubs * Fu * Ant Менше або дорівнює 0,6Fy * Agv + Ubs * Fu * Ant
Міцність на розрив:=Fu * Ae
Міцність підшипника болта:=2.4 * d * t * Fu (для стандартних отворів)
Таким чином, вибір між Gr.50 і Gr.60 для H-балок пронизує всі аспекти конструкції конструкції, від початкового вибору елементів і загальної ваги будівлі до детальних розрахунків кожного болтового або зварного з’єднання. Властивості – це не просто цифри на сертифікаті; вони є основними вхідними параметрами, які визначають, як поводитиметься сталева рама під навантаженням.