Stahlfestigkeitseigenschaften



Stahl ist ein bemerkenswertes Material, das sowohl in Bezug auf Zug als auch Druck extrem stark ist. Tatsächlich ist Stahl in Zug und Druck gleich stark - einer der wenigen Werkstoffe mit solchen Eigenschaften. Es gibt viele verschiedene Stahllegierungen, aber alle weisen ein ähnliches Spannungs-Dehnungs-Verhältnis auf und versagen letztendlich auf die gleiche Weise. Stahllegierungen werden von der ASTM-Nummer (American Society for Testing and Materials) wie ASTM A36 bezeichnet.


Elastizitätsmodul

Stahlfestigkeitseigenschaften

Alle Stahllegierungen haben den gleichen Elastizitätsmodul. Der Elastizitätsmodul ist die Steifheit eines Materials oder das Verhältnis der zulässigen Spannung des Materials zur Dehnung.

Das Elastizitätsmodul von Stahl beträgt 29 Millionen Pfund pro Quadratzoll, was viel höher ist als das von Beton mit 5 Millionen und das von Holz mit 2 Millionen. Die verschiedenen Stahllegierungen haben andere unterschiedliche Eigenschaften, einschließlich Festigkeitsgrenzen und Biegebeanspruchungen.


Ertragsgrenze

Jede Stahllegierung hat eine unterschiedliche Streckgrenze. Dies ist die höchste Kraft, die das Material vor dem Verformen ausübt, und es ist die in Bauvorschriften festgelegte Grenze für die zulässigen Lasten, die ein Stahlbauteil aufnehmen kann.

Bauvorschriften sehen eine zulässige Spannung zwischen 33 Prozent und 75 Prozent der Streckgrenze der Stahllegierung vor, abhängig von ihrer Verwendung. Ein Vergleich der Streckgrenzen zeigt, dass bestimmte Stahllegierungen für einen bestimmten Zweck besser sind als andere.

Die gebräuchlichste Legierung, Kohlenstoffstahl oder ASTM A36, hat eine Streckgrenze von 36.000 Pfund pro Quadratzoll. Im Vergleich dazu hat ASTM A441 eine Streckgrenze von 40.000 bis 50.000 Pfund pro Quadratzoll und ASTM A572 eine Streckgrenze von 42.000 bis 65.000 Pfund pro Quadratzoll.


Höchstgrenze und Verformung

Über die Streckgrenze oder Streckgrenze hinaus verformt sich Stahl, streckt und biegt sich, bis er seine endgültige Grenze erreicht. Während der Verformung verliert der Stahl an Festigkeit, aber wenn das Material seine endgültige Grenze erreicht, steigt die Festigkeit des Materials über die Streckgrenze hinaus und bricht schließlich.

Aufgrund der Gefahr, dass sich die Bewohner eines Gebäudes in der Verformungsphase befinden, ist die Bemessung von Bauelementen in Bezug auf die Stahlgrenze nicht zulässig. Nichtsdestotrotz verformt sich das Material bei Überlastung und verformt sich, ohne jedoch zu versagen, so dass die Bewohner Zeit haben, die Struktur zu verlassen, bevor die Struktur endgültig versagt.


Zulässige Biegespannung

Stahlelemente, die sich im Druck befinden, können durch Biegen versagen. Codes stellen zulässige Biegespannungen bereit, die zum Entwerfen von Strukturelementen verwendet werden können.

Die zulässige Biegespannung beträgt 60 Prozent der Streckgrenze einer Legierung. So hat ASTM A36 eine zulässige Biegespannung von 22.000 Pfund pro Quadratzoll, ASTM A441 hat eine zulässige Biegespannung von 24.000 bis 30.000 Pfund und ASTM A572 hat eine zulässige Biegespannung von 25.200 bis 39.000 Pfund.


Zukünftige Legierungen

Die Stahlindustrie verbessert kontinuierlich die Qualität von Stahllegierungen und schafft neue Legierungen, die stärker sind als die vorherigen. Beispielsweise wird gewöhnlicher Kohlenstoffstahl, ASTM A36, mit einer Streckgrenze von 36.000 Pfund pro Quadratzoll und einer zulässigen Biegespannung von 22.000 Pfund pro Quadratzoll langsam durch ASTM A572 Grad 50 mit einer Streckgrenze von 65.000 Pfund ersetzt pro Quadratzoll und eine zulässige Biegespannung von 39.000 Pfund pro Quadratzoll - 77 Prozent stärker als ASTM A36.

Ohne Zweifel werden zukünftige Legierungen neue Legierungen wie ASTM A572 Grade 50 übertreffen.

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