Krivka napätia-deformácie je základným grafickým znázornením mechanického správania materiálu a jej kľúčové vlastnosti majú priamy a hlboký vplyv na návrh prvkov H-nosníka
.
1. Modul pružnosti (E): Konštanta tuhosti
Hodnota: Pre A572 stupeň 50 aj stupeň 60 je modul pružnosti v podstate identický: E ≈ 29 000 ksi (200 GPa). Toto je vlastnosť kryštálovej mriežky železa a nie je významne ovplyvnená miernym legovaním alebo úrovňou pevnosti.
Konštrukčné dôsledky: To znamená, že daný H-diel nosníka (napr. W18x35) bude mať presne rovnakú elastickú tuhosť a priehyb pri prevádzkovom zaťažení, bez ohľadu na to, či je vyrobený z ocele Gr.50 alebo Gr.60. Výber triedy nespôsobí, že lúč bude „tuhší“. Výhoda vyššej pevnosti spočíva v jej schopnosti uniesť väčšie zaťaženiepredtýmpoddajnosť, nie pri znižovaní priehybov v prevádzkových podmienkach. Riadenie priehybu sa riadi momentom zotrvačnosti sekcie (I) a E, ktorý je konštantný.
2. Medza klzu (Fy): Nástup plastickej deformácie
Gr.50: Výťažnosť začína pri strese 50 ksi.
Gr.60: Výťažnosť začína pri strese 60 ksi.
Dôsledok: Tento o 20 % vyšší prah stresu je hlavným ekonomickým prínosom. Pre nosník v ohybe je jeho plastická momentová kapacita (Mp=Fy * Z) priamo úmerná Fy. Preto má nosník Gr.60 o 20% vyššiu medzu pevnosti v ohybe ako rovnaký úsek v Gr.50. To umožňuje buď menšiu, ľahšiu časť pre rovnakú požadovanú pevnosť, alebo vyššiu nosnosť.
3. Výnosová plošina a deformačné vytvrdzovanie
Obidva druhy vykazujú zreteľnú medzu prieťažnosti – oblasť plastickej deformácie pri takmer konštantnom napätí po počiatočnom prieťažnosti. To je rozhodujúce pre tvárne správanie a redistribúciu stresu.
Dĺžka plošiny: Dĺžka tejto plošiny je ovplyvnená pomerom-k{1}}ťažnosti v ťahu (Fy/Fu). A572 Gr.50 s typickým pomerom Fu/Fy ~1,30 má vo všeobecnosti dlhšiu a stabilnejšiu plató ako Gr.60, ktorá má pomer ~1,25. Toto je jemný, ale dôležitý bod pre seizmický dizajn, kde je potrebná rozsiahla plastická deformácia.
4. Pevnosť v ťahu (Fu) a krčenie
Po plató klzu sa materiál podrobuje deformačnému vytvrdzovaniu (napätie sa zvyšuje s deformáciou), až kým nedosiahne medzu pevnosti v ťahu (Fu).
Gr.50: Fu Väčšie alebo rovné 65 ksi.
Gr.60: Fu Väčšie alebo rovné 75 ksi.
Vyššia Fu z Gr.60 sa priamo používa pri výpočtoch návrhu spojov (napr. šmyk bloku, pretrhnutie siete).
5. Ťažnosť: Celkové predĺženie
Oblasť pod krivkou napätia-deformácie predstavuje energiu absorbovanú pred zlomom.
Gr.50: Minimálne predĺženie=21 %.
Gr.60: Minimálne predĺženie=18 %.
To kvantifikuje mierne zníženú ťažnosť Gr.60, čo je kompromis-za jeho vyššiu pevnosť.
Zhrnutie dôsledkov dizajnu:
Medzný stav použiteľnosti (priehyby): Bez rozdielu. Priehyby sa vypočítajú pomocou E=29,000 ksi pre oba stupne. Veľkosť člena (I) je rozhodujúcim faktorom.
Medzný stav pevnosti (výťažnosť): Hlavný rozdiel. Prípustné napätia a návrhové pevnosti (φ*Rn) sa vypočítajú pomocou príslušných hodnôt Fy (50 alebo 60 ksi). To priamo ovplyvňuje výber prvkov z návrhových tabuliek.
Plastový dizajn a seizmický výkon: Na tvare krivky záleží. Garantovaný Fy/Fu max A992 (0,85) ho robí vhodnejším na vytváranie plastových pántov. Pre A572 môže byť u Gr.50 zvyčajne dlhšia plató výťažnosti uprednostnená pred Gr.60 pre kritické tvárne detaily v seizmických systémoch, pokiaľ úspory hmotnosti Gr.60 nie sú presvedčivé.
Úvahy o stabilite: Pre štíhle prvky náchylné na vybočenie (stĺpy, bočne nepodopreté trámy) môže byť vyššia Fy Gr.60 dvojsečná-seč. Zatiaľ čo zvyšuje squashovú záťaž (Po=Fy * Ag), zvyšuje aj napätie, pri ktorom dochádza k elastickému vybočeniu. Zohľadňujú to vzorce stĺpcových kriviek a prínos nie je vždy lineárny. Štíhly stĺp môže zaznamenať menšie zvýšenie kapacity z Gr.50 na Gr.60 ako kompaktný nosník v ohybe.
Tabuľka: Charakteristiky deformačnej krivky-a dizajnový vplyv
| Charakteristický | A572 Gr.50 | A572 Gr.60 | Primárny vplyv dizajnu |
|---|---|---|---|
| Modul (E) | 29 000 ksi | 29 000 ksi | žiadne. Priehyb identický pre rovnakú sekciu. |
| Bod klzu (Fy) | 50 ksi | 60 ksi | Primárny pohon o. 20 % vyššia konštrukčná pevnosť v poddajnosti/ohybe/šmyku. |
| Výnosová plošina | Dlhšie (vyššie Fu/Fy) | Kratšie (nižšie Fu/Fy) | Ovplyvňuje kapacitu otáčania plastových pántov; Gr.50 tvárnejšia. |
| Pevnosť v ťahu (Fu) | 65 ksi | 75 ksi | Priamo ovplyvňuje pevnosť spojenia. |
| Húževnatosť (predĺženie) | 21 % min | 18 % min | Gr.50 má väčšiu schopnosť plastickej deformácie. |
Na záver, zatiaľ čo tuhosť (E) je identická, krivky napätia-deformácie Gr.50 a Gr.60 rozprávajú rôzne príbehy o sile a ťažnosti. Konštruktér si musí zvoliť triedu na základe toho, či je prioritou maximálna účinnosť pevnosti (Gr.60) alebo maximálna ťažnosť a širšia plastová plató (Gr.50), pričom si uvedomuje, že priehyby pri prevádzke nie sú ovplyvnené touto voľbou.