เส้นโค้งความเค้น-เป็นการแสดงภาพกราฟิกขั้นพื้นฐานของพฤติกรรมเชิงกลของวัสดุ และคุณลักษณะที่สำคัญของกราฟนี้มีผลกระทบโดยตรงและลึกซึ้งต่อการออกแบบส่วนประกอบของคาน H-
.
1. โมดูลัสความยืดหยุ่น (E): ค่าคงที่ความแข็ง
ค่า: สำหรับทั้ง A572 เกรด 50 และเกรด 60 โดยพื้นฐานแล้วโมดูลัสความยืดหยุ่นจะเหมือนกัน: E γ 29,000 ksi (200 GPa) นี่เป็นคุณสมบัติของโครงตาข่ายคริสตัลเหล็ก และไม่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากระดับโลหะผสมหรือความแข็งแกร่งในระดับปานกลาง
ความหมายโดยนัยของการออกแบบ: ซึ่งหมายความว่าส่วนคาน H- ที่กำหนด (เช่น W18x35) จะมีความแข็งและการโก่งตัวแบบยืดหยุ่นเท่ากันทุกประการภายใต้ภาระบริการ โดยไม่คำนึงว่าจะทำจากเหล็ก Gr.50 หรือ Gr.60 ก็ตาม การเลือกเกรดไม่ได้ทำให้ลำแสง "แข็งขึ้น" ประโยชน์ของความแข็งแกร่งที่สูงกว่านั้นอยู่ที่ความสามารถในการรับน้ำหนักได้มากขึ้นก่อนยอมไม่ลดการโก่งตัวภายใต้เงื่อนไขการบริการ การควบคุมการโก่งตัวจะควบคุมโดยโมเมนต์ความเฉื่อย (I) และ E ของหน้าตัด ซึ่งเป็นค่าคงที่
2. ความแข็งแรงของผลผลิต (ปีงบประมาณ): การเริ่มต้นของการเสียรูปพลาสติก
Gr.50: อัตราผลตอบแทนเริ่มต้นที่ความเค้น 50 ksi
Gr.60: อัตราผลตอบแทนเริ่มต้นที่ความเค้น 60 ksi
ความหมาย: เกณฑ์ความเครียดที่สูงขึ้น 20% นี้เป็นประโยชน์ทางเศรษฐกิจหลัก สำหรับลำแสงในการดัดงอ ความจุโมเมนต์พลาสติก (Mp=Fy * Z) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ Fy ดังนั้น ลำแสง Gr.60 จึงมีความแข็งแรงรับแรงดัดงอขั้นสูงสุดสูงกว่าส่วนเดียวกันใน Gr.50 ถึง 20% ซึ่งจะช่วยให้ชิ้นส่วนมีขนาดเล็กลงและเบาขึ้นโดยมีความแข็งแรงตามที่ต้องการหรือสามารถรับน้ำหนักได้มากขึ้น
3. อัตราผลตอบแทนที่ราบสูงและการแข็งตัวของความเครียด
ทั้งสองเกรดมีอัตราผลตอบแทนที่ชัดเจน ซึ่งเป็นบริเวณของการเสียรูปพลาสติกที่ความเค้นคงที่เกือบคงที่หลังจากการให้ผลผลิตเริ่มแรก นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับพฤติกรรมความเหนียวและการกระจายความเครียด
ความยาวของที่ราบสูง: ความยาวของที่ราบสูงนี้ได้รับอิทธิพลจากอัตราส่วนผลผลิต{0}}ต่อ-ความต้านทานแรงดึง (Fy/Fu) A572 Gr.50 ซึ่งมีอัตราส่วน Fu/Fy โดยทั่วไปอยู่ที่ ~1.30 โดยทั่วไปจะมีพื้นที่ราบเรียบที่ยาวและมีเสถียรภาพมากกว่า Gr.60 ซึ่งมีอัตราส่วน ~1.25 นี่เป็นจุดที่ละเอียดอ่อนแต่สำคัญสำหรับการออกแบบแผ่นดินไหว ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปพลาสติกอย่างกว้างขวาง
4. ความต้านแรงดึง (Fu) และคอ
หลังจากที่ผลผลิตราบเรียบแล้ว วัสดุจะผ่านการแข็งตัวด้วยความเครียด (ความเค้นเพิ่มขึ้นตามความเครียด) จนกระทั่งถึงค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Fu)
Gr.50: Fu มากกว่าหรือเท่ากับ 65 ksi
Gr.60: Fu มากกว่าหรือเท่ากับ 75 ksi
Fu ที่สูงกว่าของ Gr.60 จะถูกใช้โดยตรงในการคำนวณการออกแบบการเชื่อมต่อ (เช่น แรงเฉือนของบล็อก การแตกของส่วนสุทธิ)
5. ความเหนียว: การยืดตัวทั้งหมด
พื้นที่ใต้เส้นโค้งความเครียด-แสดงถึงพลังงานที่ดูดซับก่อนแตกหัก
Gr.50: การยืดตัวขั้นต่ำ=21%
Gr.60: การยืดตัวขั้นต่ำ=18%
วิธีนี้จะวัดปริมาณความเหนียวที่ลดลงเล็กน้อยของ Gr.60 โดยแลก-กับความแข็งแกร่งที่สูงกว่า
สรุปผลการออกแบบ:
สถานะขีดจำกัดความสามารถในการให้บริการ (การโก่งตัว): ไม่มีความแตกต่าง การโก่งตัวคำนวณโดยใช้ E=29,000 ksi สำหรับทั้งสองเกรด ขนาดสมาชิก (I) เป็นปัจจัยควบคุม
สถานะขีดจำกัดความแข็งแกร่ง (ยอมจำนน): ความแตกต่างที่สำคัญ ความเค้นที่อนุญาตและจุดแข็งของการออกแบบ (φ*Rn) คำนวณโดยใช้ค่า Fy ที่เกี่ยวข้อง (50 หรือ 60 ksi) สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อการเลือกสมาชิกจากตารางการออกแบบ
การออกแบบพลาสติกและประสิทธิภาพของแผ่นดินไหว: รูปร่างของเส้นโค้งมีความสำคัญ การรับประกัน Fy/Fu max ของ A992 (0.85) ทำให้เหมาะสำหรับการสร้างบานพับพลาสติก สำหรับ A572 โดยทั่วไปแล้วอัตราผลตอบแทนที่ยาวกว่าของ Gr.50 อาจนิยมมากกว่า Gr.60 สำหรับรายละเอียดความเหนียวที่สำคัญในระบบแผ่นดินไหว เว้นแต่ว่าการลดน้ำหนักของ Gr.60 นั้นน่าสนใจ
ข้อควรพิจารณาด้านความเสถียร: สำหรับชิ้นส่วนเรียวที่เสี่ยงต่อการโก่งงอ (เสา คานที่ไม่รองรับด้านข้าง) ปีงบประมาณที่สูงกว่าของ Gr.60 อาจเป็นดาบสองคม-ได้ แม้ว่าจะเพิ่มภาระของสควอช (Po=Fy * Ag) แต่ก็ยังเพิ่มความเครียดที่เกิดการโก่งงอของยางยืดด้วย สูตรเส้นโค้งของคอลัมน์คำนึงถึงสิ่งนี้ และประโยชน์ที่ได้นั้นไม่ได้เป็นเส้นตรงเสมอไป คอลัมน์เรียวอาจเห็นความจุเพิ่มขึ้นจาก Gr.50 เป็น Gr.60 น้อยกว่าลำแสงขนาดกะทัดรัดในการดัดงอ
ตาราง: ความเค้น-คุณลักษณะเส้นโค้งความเครียดและผลกระทบการออกแบบ
| ลักษณะเฉพาะ | A572 Gr.50 | A572 Gr.60 | ผลกระทบการออกแบบเบื้องต้น |
|---|---|---|---|
| โมดูลัส (E) | 29,000 กิโลไซ | 29,000 กิโลไซ | ไม่มี. การโก่งตัวเหมือนกันสำหรับส่วนเดียวกัน |
| อัตราผลตอบแทน (ปีงบประมาณ) | 50 ksi | 60 ksi | ตัวขับเคลื่อนหลักมีความแข็งแกร่งในการออกแบบที่สูงขึ้น . 20% ในการคราก/การโค้งงอ/แรงเฉือน |
| ที่ราบสูงผลผลิต | อีกต่อไป (Fu/Fy สูงกว่า) | สั้นกว่า (Fu/Fy ต่ำกว่า) | ส่งผลต่อความสามารถในการหมุนบานพับพลาสติก Gr.50 มีความเหนียวมากขึ้น |
| ความต้านแรงดึง (Fu) | 65 ksi | 75 ksi | ส่งผลโดยตรงต่อความแรงของการแตกของการเชื่อมต่อ |
| ความเหนียว (การยืดตัว) | ขั้นต่ำ 21% | ขั้นต่ำ 18% | Gr.50 มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกมากขึ้น |
โดยสรุป แม้ว่าความแข็ง (E) จะเท่ากัน แต่เส้นโค้งความเครียด-ของ Gr.50 และ Gr.60 บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างกันเกี่ยวกับความแข็งแกร่งและความเหนียว ผู้ออกแบบจะต้องเลือกเกรดโดยพิจารณาว่าลำดับความสำคัญคือประสิทธิภาพด้านความแข็งแกร่งสูงสุด (Gr.60) หรือความเหนียวสูงสุด และแผ่นพลาสติกที่กว้างขึ้น (Gr.50) ด้วยความเข้าใจว่าการโก่งตัวของความสามารถในการให้บริการจะไม่ได้รับผลกระทบจากตัวเลือกนี้