Какая сталь лучше всего подходит для строительства мостов? Выбор класса по диапазону, усталости и атмосфере

Не существует одной лучшей стали для строительства мостов. Правильная категория — это та, которая удовлетворяет нормативному предельному состоянию при наименьших-затратах за весь срок службы, а нормативное предельное состояние для длиннопролетных-балок редко бывает таким же, как для короткопролетных-автодорожных мостов или пешеходных переходов. Поэтому выбор марки начинается с диапазона, нагрузки и категории усталости и только затем переходит к стратегии защиты от коррозии.

Обычные структурные сорта и где они используются

В европейской практике мостов доминирует семейство EN 10025. S355 имеет минимальный предел текучести 355 МПа при толщине до 16 мм с диапазоном растяжения от 470 до 630 МПа, а S275 имеет минимальный предел текучести 275 МПа с диапазоном растяжения от 410 до 560 МПа. Обычно выбирается более прочная марка, если конструкция контролируется изгибом и прогибом; более низкий класс прочности часто выбирается для элементов, которые определяются жесткостью или усталостными деталями, а не текучестью.

Устойчивая к атмосферным воздействиям сталь: детали спецификации имеют значение

Марки, устойчивые к атмосферным воздействиям, содержат медь и хром, которые образуют защитный оксид; в EN 10025-5 диапазон содержания хрома составляет от 0,40 до 0,80 процента, а меди — от 0,25 до 0,55 процента. В системе ASTM эквивалентный материал выбирается не только по химическому составу: A709 класса 50W требует, чтобы сталь удовлетворяла индексу коррозионной стойкости 6,0 или более при оценке методом прогнозирования ASTM G101, а проектировщик также должен подтвердить, что атмосфера на объекте и детали позволяют формировать патину. Устойчивая к атмосферным воздействиям сталь не подходит для постоянного погружения в воду, для заглубленных элементов и для мест, где отложения хлоридов или мусор сохраняют поверхность влажной, поэтому решение зависит от места установки, а также от выбора материала.

Класс усталости, прочности и исполнения

Большинство структурных разрушений стальных мостов являются усталостными разрушениями в деталях, а не нарушениями текучести сечения. Расчет усталости соответствует классу детали, например, правилам EN 1993-1-9, а практическими рычагами являются качество сварки, плавные переходы и отсутствие креплений в зонах высоких напряжений. Прочность является еще одним жестким требованием: марки с ударной вязкостью J2 или K2 указываются там, где рабочая температура низкая, а требование Шарпи применяется при указанной температуре испытания, а не при комнатной температуре. Затем производство контролируется по классам исполнения EN 1090-2, от EXC1 до EXC4, при этом более высокие классы требуют более строгой квалификации сварщиков и проверок.

Выбор между окрашенными, погодными и композитными вариантами

Для шоссейных балок по умолчанию используется окрашенный раствор класса 50 S355 или A709, где воздействие хлоридов высокое или где необходимо контролировать внешний вид; степень защиты от атмосферных воздействий привлекательна там, где ее можно оставить незащищенной в подходящей атмосфере, поскольку она устраняет затраты на перекраску, которые доминируют в расходах на весь-жизнь. Для настилов стальная-композитная секция обычно выигрывает по жесткости на единицу стали, а для пешеходных мостов, где жесткость и виброустойчивость определяют, класс средней-прочности с более глубокой секцией часто дешевле, чем высоко-класс прочности с мелкой секцией. Высокопрочные-закаленные и отпущенные сплавы предназначены для соединений и элементов, глубина которых физически ограничена.

Часто задаваемые вопросы

Q:Какая сталь лучше для автомобильного моста?
Ответ: Универсального ответа не существует. S355 по EN 10025-2 или A709, класс 50, является стандартной отправной точкой; Выбор между окрашенным и состаренным покрытием зависит от атмосферы объекта и от того, сможет ли владелец сохранить незащищенную патину.

Q:Почему S275 используется на некоторых железнодорожных мостах?
Ответ: Рельсовые конструкции обычно определяются прогибом и жесткостью, а не прочностью, поэтому класс более низкой прочности с более глубоким сечением может быть дешевле и жестче, чем альтернатива с более высокой прочностью.

Q:Как класс атмосферостойкости утверждается в системе ASTM?
A: До класса A709 50W вместе с индексом коррозионной стойкости не менее 6,0, определенным методом ASTM G101, плюс подтверждение того, что место пригодно для стабильной патины.

Q:Когда необходима термообработка после-сварки или специальные испытания на ударную вязкость?
О: При наличии толстых сечений, низкой рабочей температуры или сильного ограничения обычно требуются испытания при определенной температуре, а в проектных спецификациях должно быть указано обозначение класса, соответствующего требованиям к ударной нагрузке.

Q:Что означает класс исполнения EXC3?
О: Это категория изготовления и контроля согласно EN 1090-2. Высшие классы требуют более строгой квалификации процедур сварки, большего количества неразрушающих испытаний и более жестких допусков, чем более низкие классы.

Q:Можно ли использовать на одном мосту атмосферостойкую и окрашенную сталь?
Ответ: Могут, но стекающие-элементы атмосферных воздействий будут испачкать окрашенные или оцинкованные поверхности и бетон под ними, поэтому детали дренажа и переходы между материалами должны быть спроектированы сознательно, а не оставлены на усмотрение изготовителя.