В книге приведен анализ механических свойств отечественных строительных сталей при их упругой и упруго-пластической работе в строительных конструкциях. Соответствующие данные изложены на основе физико-механических представлений о структуре сталей и о их работе под влиянием силовых воздействий. Книга предназначена для инженеров-строителей, научных работников и аспирантов.

Предисловие

Введение
§ 1. Влияние свойств материала (стали) на безопасность и надежность конструкций и сооружений
§ 2. Общая характеристика работы стали
1. Влияние различий силовых воздействий
2. Влияние формы элемента
3. Влияние структуры стали
4. Влияние химического состава стали
5. Влияние температурных воздействий
6. Влияние собственных напряжений на работу стали
§ 3. Методы определения характеристик работы стали
1. Общая характеристика методов
2. Исследования линейного напряженного состояния
3. Исследования плоскостного напряженного состояния
4. Исследования ударной вязкости
5. Исследования собственных напряжений

Глава I. Структура стали как предпосылка ее механических свойств
§ 1. Атомная структура стали
1. Общая характеристика структуры стали
2. Размещение атомов и силы взаимодействия
3. Общая характеристика атомных связей
4. Теоретическая прочность атомной структуры
5. Устойчивость атомной структуры и вид потенциальной функции взаимодействия (энергии решетки)
6. Нарушения однородности атомной структуры
7. Миграция атомов в кристаллической среде
8. Явления поверхностного слоя кристаллической среды
§ 2. Кристаллизация и микроструктура стали
1. Общая характеристика первичной кристаллизации
2. Изменения структуры при остывании
3. Изменения структуры в результате проката
4. Структура стали при рабочих температурах
5. Механические характеристики компонентов стали

Глава II. Упругая и упруго-пластическая работа стали до предела текучести
§ 1. Физические предпосылки работы стали в упругой и упруго-пластической областях (до предела текучести)
1. Упругая работа стали. Константы упругости
2. Неполная упругость стали до предела пропорциональности
3. Физическая природа упругой работы стали
4. Запаздывание деформаций при поликристаллическом строении стали
5. Работа стали от предела пропорциональности до предела текучести
§ 2. Теоретические предпосылки напряженного состояния упругой работы стали
1. Основные предпосылки теории упругости и возможности их применения по отношению к стали
2. Функции напряжений
3. Тензор напряжений и напряженное состояние в точке
4. Результирующее или октаэдрическое напряжение
5. Тензор деформаций
6. Результирующий или октаэдрический сдвиг
7.Связь между напряжениями и деформациями
§ 3. Упругая работа стали при неравномерном распределении напряжений и явление концентрации напряжений
1. Причины широкого распространения теоретических определений явления концентрации напряжений
2. Напряжения перехода в пластическую стадию при явлении концентрации напряжений
3. Общая характеристика силовых полей
4. Изменение напряжения вдоль траектории
5. Общая характеристика полей траекторий. Простейшие поля. Особые точки полей
6. Поле траекторий двух силовых источников
7. Контактные задачи
8. Распределение напряжений вокруг кругового отверстия. Коэффициенты концентрации
9. Распределение напряжений вокруг эллиптического отверстия
10. Распределение напряжений около выточки

Глава III. Пластическая работа стали
§ 1. Физические предпосылки пластической работы стали
1. Теории пластических деформаций
2. Процесс пластической деформации в монокристалле
3. Пластические деформации поликристалла (стали)
4. Пластическая работа стали при сложном загружении
5. Влияние скорости распространения пластических деформаций
6. Релаксация, пластическое последействие и ползучесть
7. Влияние перерывов пластических деформаций (явление наклепа)
8. Пластическая работа стали на площадке текучести
§ 2. Теоретические предпосылки пластической работы стали
1. Основные теоретические предпосылки пластической работы стали
2. Теоретические предпосылки перехода в пластическое состояние
3. Константы материала, характеризующие переход в пластическое состояние
4. Основные предпосылки теории пластичности
5. Зависимости между напряжениями и деформациями при пластической работе
6. Скорость пластических деформаций
§ 3. Линии скольжения и распространение пластичности при неравномерном распределении напряжений
1. Общая характеристика и основные особенности линий скольжения
2. Простейшие поля линий скольжения
3. Пластическое поле контактных задач
4. Поле линий скольжения полосы с отверстием
5. Упруго-пластическая работа образца с выточкой
6. Распределение пластических деформаций около отверстия в полосе

Глава IV. Процесс разрушения стали
§ 1. Разрушение стали при однократной нагрузке
1. Вязкое и хрупкое разрушение стали
2. Разрушение (разрыв) растянутого стержня
3. Прочие случаи вязкого разрушения. Вязкое разрушение при сжатии и после наклепа. Общая характеристика вязкого разрушения
4. Хрупкий отрыв
5. Разрушение при сложном загружении и сложном напряженном состоянии
6. Разрушение образца с выточкой при статическом действии сил
7. Разрушение при осевом действии динамической растягивающей нагрузки
8. Разрушение надрезанных образцов при ударной нагрузке
9. Учет двух видов разрушения в объединенной теории прочности проф. Фридмана
§ 2. Разрушение при многократных повторных нагрузках (усталостное разрушение)
1. Признаки и основные характеристики усталостного разрушения
2. Работа стали при непрерывной повторной нагрузке
3. Процесс образования усталостной трещины и продолжительность разрушения
4. Циклическая вязкость как характеристика работы стали при переменной нагрузке
5. Определение вибрационной прочности и величины предела усталости
6. Влияние явления концентрации напряжений на предел усталости и вибрационную прочность
7. Влияние наклепа и режима работы ка повышение предела усталости
8. Разрушение стали при ударных повторных нагрузках
§ 3. Разрушение стали от действия коррозии
1. Виды коррозии металла — химическая и электрохимическая
2. Процесс электрохимической коррозии металла
3. Процесс атмосферной коррозии
4. Скорость коррозии
5. Разрушения от коррозии 

Глава V. Строительные стали
§ 1. Малоуглеродистые строительные стали
1. Механические характеристики
2. Химический состав и условия комплексной приемки малоуглеродистой строительной стали
3. Предел прочности строительных сталей марки Ст. 3
4. Предел текучести строительной стали марки Ст. 3
5. Относительное удлинение строительной стали марки Ст. 3
6. Ударная вязкость строительной стали марки Ст. 3
7. Вибрационная прочность и предел усталости строительной стали марки Ст. 3
8. Характеристика стали марки Ст. 5
§ 2. Низколегированные строительные стали
1. Общая характеристика низколегированных сталей
2. Развитие низколегированных сталей
3. Низколегированная сталь НЛ2
4. Фосфористые строительные стали
5. Стойкость строительных сталей против коррозии

Предисловие

В связи с систематическим из года в год увеличением масштабов строительства в нашей стране перед строителями и конструкторами возникла задача углубленного изучения свойств стальных конструкций. Базой для этого является богатейший опыт советской конструкторской школы строителей. Опыт этот освещен в большом количестве книг, брошюр, журнальных статей и отчетов работников научно-исследовательских институтов, но, к сожалению, еще недостаточно обобщен, что затрудняет его использование. Обобщение всех этих работ особенно важно для молодых инженеров и аспирантов, которые для пополнения своих знаний должны изучать очень большое количество литературных источников. Эти положения явились предпосылкой для создания труда под названием «Материалы к курсу стальных конструкций», который преследует цель дать инженеру и аспирант, выходящие за пределы обычного учебного курса сведения по стальным конструкциям.

Основным материалом для настоящей книги являются лекции, прочитанные автором в 1950—1951 и 1951 — 1952 гг. аспирантам Московского инженерно-строительного института им. В.В. Куйбышева. Однако автор не хотел бы, чтобы книга рассматривалась как учебное пособие повышенного типа, так как в ней освещаются лишь некоторые принципиальные вопросы, относящиеся к работе стальных конструкций. Автор предполагает, что труд «Материалы к курсу строительных конструкций» должен включать четыре отдельных выпуска: 1) работа стали в стальных конструкциях, 2) несущая способность и фактическая работа элементов стальных конструкций и конструктивных комплексов, 3) основы теории компоновки стальных конструкций, 4) основы экономики стальных конструкций.

Настоящая книга «Работа стали в строительных конструкциях» является первым выпуском намеченного труда.

Работа стали прекрасно описана в большом числе книг, среди которых есть много монографий, и поэтому у читателей может возникнуть совершенно естественный вопрос, имело ли смысл писать по этому вопросу еще одну монографию. Приходится, однако, отметить, что большинство монографий, посвященных работе стали, рассматривают работу стали в элементах машин.

Однако работа стали в строительных конструкциях существенно отличается от работы в машинах.

Разнообразные приемы термической обработки, столь существенные для машиностроения, не имеют большого значения и обычно не применяются при изготовлении строительных конструкций, если не говорить о термических воздействиях сварки, представляющих собой особую тему, тесно связанную со сварными конструкциями. Между тем в элементах строительных конструкций развиваются напряжения, значительно более высокие, чем в. машинах, поэтому вопросы восприятия этих напряжений упругой и пластической работы стали в строительных конструкциях более сложны, чем аналогичные вопросы работы стали в машинах.

Все это повлияло на содержание книги.

Необходимо отметить, что работа стали рассматривается обычно в курсах строительных конструкций только с точки зрения прочностных свойств стали, без освещения физической стороны явлений; между тем изучение имеющих место физических явлений совершенно необходимо для понимания работы стальных конструкций. Поэтому инженер-строитель, не знакомый с физикой явлений, не может использовать в своей практической работе физические представления и, следовательно, с необходимой полнотой оценить качества стальной конструкции. Эти обстоятельства побудили более расширенно рассмотреть в настоящей книге работу стали именно с точки зрения физики явлений.

Первый выпуск «Материалов к курсу стальных конструкций» рассматривает по существу только три этапа работы стали — упругая и упруго-пластическая работа до предела текучести, пластическая работа и разрушение стали. Этим вопросам предпослана глава, посвященная атомной структуре, кристаллизации и микроструктуре стали, что необходимо для понимания дальнейшего изложения. Заключительная глава посвящена механическим свойствам строительных сталей; эта глава содержит нормативно-справочные данные, нужные для соответствующих ссылок и сравнений при изучении работы конструкций. Такие ограничения содержания книги заставили весьма кратко осветить в введении вопросы работы стали с точки зрения основных её свойств и характеристик.

Таким образом, указанные соображения предопределили структуру книги.

Как было уже отмечено, значительное место в книге отведено физике явлений. Однако в ней есть разделы, посвященные математическому анализу вопросов прочности. Эти разделы приведены для того, чтобы сопоставить применяемую в теории упругости и пластичности математическую интерпретацию явлений с их физическим существом. Поэтому и эти разделы необходимы для принципиального показа того, как и при каких ограничениях устанавливается основное понятие, определяющее прочность, — напряженное состояние, из которого следуют все остальные.

При изложении указанных разделов попользованы тензорные представления, как наиболее удобные для анализа изучаемых явлений, в общем виде весьма выпукло связывающие основы теории упругости и пластичности.

Конечно, в этих разделах не ставится вопрос о решении задач теории упругости и теории пластичности. К тому же приходится признать, что в настоящее время неравномерное распределение напряжений и концентрация напряжений наиболее ясно описываются теоретически, что требует изложения основ теории упругой и пластической среды. В основу исследования концентрации напряжений положены силовые поля траекторий напряжений упругого состояния и линии пластического скольжения, наиболее наглядно описывающие неравномерное распределение напряжений.

Читатель, вероятно, отметит, что автор не коснулся вопроса концентрации напряжений в сварных швах. Это объясняется тем, что рассмотрение сварных конструкций не входит в программу книги, и тем, что эти вопросы обстоятельно изложены в ряде руководств (например, в работах Г.А. Николаева, Н.О. Окерблома и др.), хорошо известных строителям.

Автор приносит глубокую благодарность профессорам д-рам техн. наук Η.П. Щапову, А.Р. Ржаницыну, кандидатам техн. наук В.А. Балдину, В.Г. Чернашкину и П.И. Соколовскому, давшим много ценных замечаний, учтенных автором.