Wpływ oddziaływań pożaru na właściwości mechaniczne śrub konstrukcyjnych o podwyższonej wytrzymałości

Opis

W monografii zaprezentowano wyniki obszernych prac badawczych i towarzyszących im analiz wpływu oddziaływań środowiskowych symulujących nadzwyczajną sytuację pożaru, na proces ewolucji, istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa obiektów, własności mechanicznych śrub konstrukcyjnych o podwyższonej wytrzymałości, wykonanych ze stali ulepszonej termicznie w procesie produkcyjnym. Celem badań było dokonanie oceny wpływu symulowanych warunków pożarowych na rezydualne, po-pożarowe właściwości mechaniczne analizowanej stali, stosowanej do wytwarzania najbardziej popularnych i najszerzej stosowanych śrub konstrukcyjnych klasy 8.8. W pracy wykorzystano śruby ze stali stopowej z dodatkiem boru, o symbolu 32CrB3, nie objętej żadnymi dostępnymi dokumentami normalizacyjnymi. W badaniach wariantowano wartości maksymalnej temperatury w procesie wygrzewania, czas ekspozycji na dane warunki termiczne i zastosowany sposób chłodzenia. Próbki wygrzewano w temperaturze od 100°C do 1000°C przez okres odpowiednio 30′, 60′, 120′ i 240′, wynikający z przepisów techniczno-budowlanych, obowiązujących na terenie państw członkowskich Unii Europejskiej. W badaniach dodatkowo uwzględniono zróżnicowany sposób chłodzenia.

Spis treści

Ważniejsze oznaczenia i symbole użyte w treści pracy / 9

1. Wprowadzenie / 15
1.1. Pożar i jego wpływ na konstrukcje / 15
1.2. Statystyki katastrof i pożary obiektów o konstrukcji stalowej / 16
1.3. Śruby konstrukcyjne – rys historyczny i współczesne metody ich wytwarzania / 22

2. Wpływ ekspozycji pożarowej na zmiany w strukturze stali / 27
2.1. Wstęp / 27
2.2. Wpływ zawartości węgla na właściwości stali / 28
2.3. Oddziaływanie ognia na powierzchnię stali / 28
2.4. Przemiany strukturalne w stali podczas jej nagrzewania i chłodzenia / 29

3. Projektowanie połączeń z uwzględnieniem oddziaływań pożaru / 33
3.1. Wstęp / 33
3.2. Temperatura węzłów w pożarze / 35
3.3. Nośność obliczeniowa śrub w połączeniach zakładkowych w sytuacji pożarowej / 39
3.3.1. Połączenia typu dociskowego (kategorii A) / 39
3.3.2. Połączenia cierne w stanie granicznym użytkowalności (kategoria B) i połączenia cierne w stanie granicznym nośności (kategoria C) / 40
3.4. Nośność obliczeniowa śrub w połączeniach doczołowych w sytuacji pożarowej / 41
3.4.1. Połączenia niesprężane i sprężane (kategorii D i E) / 41
3.5. Nośność obliczeniowa śrub w normalnej sytuacji projektowej / 41

4. Po-pożarowe właściwości mechaniczne śrub / 45
4.1. Wstęp / 45
4.2. Przegląd literatury przedmiotu / 48
4.3. Przedmiot, cel i zakres pracy / 63

5. Analizy wspomagane komputerowo i badania eksperymentalne / 67
5.1. Wstęp / 67
5.2. Analizy nieniszczące / 69
5.2.1. Analiza składu chemicznego i badania towarzyszące / 70
5.2.2. Analizy obliczeniowe z wykorzystaniem oprogramowania JMatPro / 72
5.3. Badania doraźnej nośności po-pożarowej śrub na zrywanie / 78
5.3.1. Statyczna próba rozciągania zestawów śrubowych. Krzywe naprężenie – przemieszczenie / 81
5.3.2. Współczynniki redukcyjne rezydualnej nośności po-pożarowej na zrywanie – współczynniki retencji / 89
5.3.3. Współczynniki odzysku / 94
5.3.4. Formy zniszczenia i charakter złomów / 95
5.4. Badania doraźnej nośności po-pożarowej śrub na ścinanie / 98
5.4.1. Statyczna próba ścinania śrub. Krzywe naprężenie–przemieszczenie / 101
5.4.2. Współczynniki redukcyjne rezydualnej nośności po-pożarowej na ścinanie – współczynniki retencji / 107
5.4.3. Współczynniki odzysku / 110
5.4.4. Formy zniszczenia i charakter złomów / 111
5.5. Badania twardości / 116
5.5.1. Metodyka badań / 117
5.5.2. Wyniki pomiarów i ich omówienie / 118
5.5.3. Wnioski wynikające z pomiarów twardości / 123
5.6. Badania udarności / 124
5.6.1. Metodyka badań / 127
5.6.2. Wyniki pomiarów i ich omówienie / 128
5.6.3. Wnioski wynikające z badań udarności / 135
5.7. Badania mikrostrukturalne / 136
5.7.1. Metodyka badań / 137
5.7.2. Wyniki analiz mikrostrukturalnych / 139
5.7.3. Badania z wykorzystaniem dyfraktometru rentgenowskiego XRD / 146
5.7.4. Analiza ilościowa mikrostruktury / 147
5.7.5. Ogólne wnioski praktyczne wynikające z badań mikrostrukturalnych / 149
5.8. Badania po-pożarowych właściwości mechanicznych w statycznej próbie rozciągania próbek znormalizowanych / 151
5.8.1. Metodyka badań / 152
5.8.2. Krzywe naprężenie–odkształcenie / 155
5.8.3. Uwagi dotyczące sposobu prezentacji wyników szczegółowych / 158
5.8.4. Po-pożarowy moduł sprężystości podłużnej / 159
5.8.5. Po-pożarowa granica plastyczności / 162
5.8.6. Po-pożarowa nośność graniczna przy rozciąganiu  / 165
5.8.7. Po-pożarowe graniczne odkształcenie względne / 168
5.8.8. Po-pożarowe odkształcenie względne przy zerwaniu  / 170
5.8.9. Po-pożarowe wydłużenie względne po zerwaniu  / 172
5.8.10. Po-pożarowe przewężenie względne po zerwaniu  / 174
5.8.11. Współczynnik odzysku, powiązany z normowym współczynnikiem nośności śrub w sytuacji pożarowej / 177
5.8.12. Analiza przełomów i form zniszczenia / 178
5.9. Ocena możliwości wykorzystania pomiarów wybranych właściwości mechanicznych do szacowania wytrzymałości śrub na rozciąganie / 183

6. Podsumowanie / 187

7. Wnioski końcowe i proponowane kierunki dalszych badań / 191

Bibliografia / 195
Streszczenie 203
Abstract / 205

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie