Основные строительные материалы металических мостов

Современные металлические мосты выполняют из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25% углерода. При таком содержании углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться.

С повышением содержания углерода увеличиваются прочность и предел текучести стали. Вместе с тем уменьшается удлинение, повышается хрупкость, ухудшается способность сваривания и увеличивается трудность механической обработки металла. Поэтому для мостов, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях конструкции, сталь с высоким содержанием углерода не применяется.

Кроме углерода, сталь всегда содержит марганец и кремний, благоприятно влияющие на ее механические свойства. Марганец и кремний увеличивают прочность стали и повышают предел ее текучести, однако, кремний в то же время несколько понижает стойкость стали против ржавления. Полезной присадкой является медь, которая в количестве до 0,5% повышает стойкость стали против ржавления и несколько улучшает ее механические свойства.

Сталь, содержащую повышенное количество примесей, благоприятно влияющих на ее механические качества, называют легированной. При этом для мостов используют в основном так называемые низколегированные стали, содержащие сравнительно небольшой процент полезных примесей [9].

Сталь всегда содержит также и вредные примеси: серу, фосфор, кислород и азот. Сера, образуя с железом легкоплавкое сернистое железо, делает сталь красноломкой, плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии. Фосфор вызывает хладноломкость, т . е . хрупкость стали при низких температурах. Поэтому в строительных сталях и особенно в сталях, применяемых для мостов, содержание серы и фосфора строго ограничивается. Кислород так же, как и сера, делает сталь красноломкой. Азот способствует развитию хрупкости стали с течением времени (старение). Сталь выплавляется металлургическими заводами в мартеновских или конверторных печах. Мартеновская сталь имеет более высокие механические качества, и поэтому ее предпочитают применять для металлических мостов.

В зависимости от способа выплавки различают кипящую и спокойную сталь. Спокойной называют сталь, в которой процесс раскисления, выражаемый реакцией FeO + C = Fe + CO, доведен до конца, что обеспечивает твердение стали в изложницах, без выделения газов. Поэтому спокойная (раскисленная) сталь обладает высокой плотностью и однородностью строения. Раскисление производят добавлением в сталь в конце процесса ее варки (в печь, ковш, или изложницу) раскислителей: кремния, марганца, алюминия. Кипящей называют сталь, в которой процесс раскисления не доведен до конца. В такой стали при ее остывании и твердении продолжается процесс выгорания углерода — «кипения», сопровождающийся выделением газов (СО). Не имея свободного выхода из остывающей стали, газы образуют в ней пузырьки. Сталь приобретает неоднородное строение с сильно развитой ликвацией.

Поверхность слитка, затвердевающая первой, содержит меньше углерода и других примесей, чем центральная его часть [6].

Ликвационные явления сильно проявляются и в выделении фосфора, серы и других примесей на стенках образующихся в стали пузырьков. Неоднородность стали в отливках переходит в прокат. При этом ликвационные выделения в пузырьках при прокате превращаются в тончайшие прослойки с резко повышенным содержанием серы и фосфора. Эти прослойки могут явиться причиной появления трещин при термических воздействиях на сталь (например, при сварке).

Кипящая сталь дешевле спокойной, но вследствие неоднородности строения уступает ей по своим строительным качествам. Промежуточные свойства между кипящей и спокойной сталью имеет полуспокойная сталь, также выпускаемая нашей металлургической промышленностью.

Для мостов, являющихся сооружениями, работающими на динамическую нагрузку, а также подвергающимися действию низких температур, желательно применение спокойной стали. Для мостов со сварными соединениями применение спокойной стали обязательно.

Сталь для изготовления металлических мостов используется в виде проката различного профиля: листового, углового, двутаврового, швеллерного и др. Для отдельных элементов (опорных частей, шарниров) применяют стальное литье.

В мостах для основных элементов стальных конструкций в настоящее время используют углеродистую мартеновскую сталь двух видов, выпускаемых нашей металлургической промышленностью.

Для пролетных строений с клепаными соединениями применяют углеродистую мартеновскую горячекатаную сталь 3 мостовую (Ст. 3 мост.), специально предназначенную для изготовления мостовых конструкций.

Для стальных пролетных строений со сварными соединениями предназначена специальная сталь М16С. Стали Ст. 3 мост и М16С легко поддаются механической обработке: сверлению, проколке, строжке. В горячем состоянии сталь этих марок хорошо принимает кузнечную обработку: выгибы, высадки. Оба вида стали хорошо свариваются [9].