Krivulja napetosti-deformacije je temeljna grafična predstavitev mehanskega obnašanja materiala in njene ključne značilnosti imajo neposredne in globoke posledice za načrtovanje elementov H-nosilcev
.
1. Modul elastičnosti (E): konstanta togosti
Vrednost: tako za razred 50 A572 kot za razred 60 je modul elastičnosti v bistvu enak: E ≈ 29.000 ksi (200 GPa). To je lastnost železove kristalne mreže in nanjo zmerno legiranje ali stopnja trdnosti ne vpliva bistveno.
Posledice načrtovanja: To pomeni, da bo dani H{0}}odsek nosilca (npr. W18x35) imel popolnoma enako elastično togost in upogib pod delovnimi obremenitvami, ne glede na to, ali je izdelan iz jekla Gr.50 ali Gr.60. Izbira razreda ne naredi nosilca "tršega". Prednost večje trdnosti je v njegovi zmožnosti prenašanja večje obremenitveprejpopuščanje, ne pa pri zmanjševanju upogibov v delovnih pogojih. Nadzor upogiba ureja vztrajnostni moment (I) in E preseka, ki je konstanten.
2. Meja tečenja (Fy): Začetek plastične deformacije
Gr.50: Izkoristek se začne pri obremenitvi 50 ksi.
Gr.60: Izkoristek se začne pri obremenitvi 60 ksi.
Posledica: ta 20 % višji prag stresa je glavna gospodarska korist. Pri upogibnem nosilcu je njegova zmogljivost plastičnega momenta (Mp=Fy * Z) neposredno sorazmerna z Fy. Zato ima nosilec Gr.60 20 % večjo končno upogibno trdnost kot isti odsek v Gr.50. To omogoča manjši, lažji del za enako zahtevano trdnost ali večjo nosilnost.
3. Plato tečenja in deformacijsko utrjevanje
Oba razreda imata izrazit plato tečenja – območje plastične deformacije pri skoraj konstantni napetosti po začetnem tečenju. To je ključnega pomena za duktilno obnašanje in prerazporeditev napetosti.
Dolžina platoja: Na dolžino tega platoja vpliva razmerje med-tečenjem in-natezno trdnostjo (Fy/Fu). A572 Gr.50 s tipičnim razmerjem Fu/Fy ~1,30 ima na splošno daljši in stabilnejši plato kot Gr.60, ki ima razmerje ~1,25. To je subtilna, a pomembna točka za seizmično načrtovanje, kjer je potrebna obsežna plastična deformacija.
4. Natezna trdnost (Fu) in vrat
Po platoju tečenja je material podvržen deformacijskemu utrjevanju (napetost narašča z deformacijo), dokler ne doseže končne natezne trdnosti (Fu).
Gr.50: Fu Večji ali enak 65 ksi.
Gr.60: Fu Večji ali enak 75 ksi.
Višji Fu od Gr.60 se neposredno uporablja v izračunih načrtovanja povezav (npr. strig bloka, zlom neto odseka).
5. Duktilnost: skupni raztezek
Območje pod krivuljo napetosti-deformacije predstavlja energijo, absorbirano pred zlomom.
Gr.50: Najmanjši raztezek=21%.
Gr.60: Najmanjši raztezek=18%.
To kvantificira rahlo zmanjšano duktilnost Gr.60, kar je kompromis-za njegovo večjo trdnost.
Povzetek oblikovalskih posledic:
Mejno stanje uporabnosti (upogibi): Ni razlike. Upogibi so izračunani z uporabo E=29,000 ksi za oba razreda. Velikost člana (I) je kontrolni dejavnik.
Mejno stanje trdnosti (popuščanje): bistvena razlika. Dovoljene napetosti in konstrukcijske trdnosti (φ*Rn) se izračunajo z ustreznimi vrednostmi Fy (50 ali 60 ksi). To neposredno vpliva na izbiro članov iz projektnih tabel.
Plastična zasnova in potresna zmogljivost: oblika krivulje je pomembna. Zaradi zajamčenega Fy/Fu max A992 (0,85) je boljša za oblikovanje plastičnih tečajev. Za A572 je lahko običajno daljši plato tečenja Gr.50 prednost pred Gr.60 za kritične duktilne podrobnosti v seizmičnih sistemih, razen če so prihranki teže Gr.60 prepričljivi.
Premisleki glede stabilnosti: Za vitke elemente, dovzetne za upogibanje (stebri, bočno nepodprti nosilci), je višja Fy Gr.60 lahko dvorezen meč-. Medtem ko poveča stiskalno obremenitev (Po=Fy * Ag), poveča tudi napetost, pri kateri pride do elastičnega upogiba. Formule krivulje stolpcev to upoštevajo in korist ni vedno linearna. Vitek steber lahko opazi manjše povečanje zmogljivosti od Gr.50 do Gr.60 kot kompaktni nosilec pri upogibanju.
Tabela: Značilnosti krivulje napetosti-deformacije & vpliv na načrtovanje
| Značilno | A572 Gr.50 | A572 Gr.60 | Primarni vpliv oblikovanja |
|---|---|---|---|
| Modul (E) | 29.000 ksi | 29.000 ksi | Noben. Upogibanje je enako za isti odsek. |
| Točka tečenja (Fy) | 50 ksi | 60 ksi | Primarni dejavnik. 20 % večja konstrukcijska trdnost pri popuščanju/upogibanju/strigu. |
| Plato donosa | Daljši (višji Fu/Fy) | Krajši (nižji Fu/Fy) | Vpliva na zmogljivost vrtenja plastičnih tečajev; Gr.50 bolj duktilen. |
| Natezna trdnost (Fu) | 65 ksi | 75 ksi | Neposredno vpliva na trdnost pretrganja povezave. |
| Duktilnost (raztezek) | 21 % min | 18 % min | Gr.50 ima večjo sposobnost plastične deformacije. |
Skratka, medtem ko je togost (E) enaka, krivulji napetosti-deformacije Gr.50 in Gr.60 pripovedujeta različne zgodbe o trdnosti in duktilnosti. Projektant mora izbrati razred glede na to, ali je prednostna naloga največja trdnostna učinkovitost (Gr.60) ali največja duktilnost in širši plastični plato (Gr.50), pri čemer se zaveda, da ta izbira ne vpliva na deformacije uporabnosti.