La tenacitat de l'osca és la resistència d'un material a la fractura fràgil en presència d'un defecte, una fissura o una discontinuïtat geomètrica aguda, especialment a altes velocitats de tensió (impacte) o a baixes temperatures. Tot i que l'especificació bàsica ASTM A572 no exigeix proves de tenacitat a l'osca, és una propietat crítica per a bigues H-en moltes aplicacions, invocada mitjançant requisits addicionals.
1. Tenacitat del material base (no especificat):
Tant l'A572 Gr.50 com el Gr.60, en la seva condició estàndard "-enrotllada", obtenen una bona tenacitat inherent de la seva microestructura de gra-fi aconseguida mitjançant microaliatges i laminació controlada. Tanmateix, sense proves especificades, no hi ha un valor mínim d'absorció d'energia garantit. El carboni lleugerament més elevat i la microestructura potencialment més gruixuda del Gr.60 pot donar lloc a una duresa de l'osca marginalment més baixa en comparació amb el Gr.50, tot igual que la resta. Aquesta és una de les raons per les quals sovint es prefereix Gr.50 per a connexions molt restringides en zones sísmiques.
2. Invocació de la duresa de l'osca: requisit suplementari S5
Per garantir un nivell específic de duresa, el comprador ha d'especificar "ASTM A572 Grau XX amb requisit suplementari S5". Això requereix proves d'impacte Charpy V-Notch (CVN).
Especificació: La comanda ha d'indicar la temperatura de prova i l'energia mínima absorbida. (p. ex., "S5, Charpy V-Notch, 20 peus-lb min a 40 graus F").
Temperatures de prova habituals: 70 graus F, 40 graus F, 0 graus F, -20 graus F, -40 graus F.
Valors energètics comuns: 15, 20, 25, 40 ft-lbs.
3. Quan es requereix la prova CVN per a bigues H-?
Està dictat pel codi de construcció vigent i l'entorn de servei de l'estructura:
Construcció de ponts (AASHTO LRFD): Gairebé sempre es requereix. La temperatura de prova es basa en la zona de temperatura mínima de servei del projecte i el gruix del material.
Estructures d'edificis (AISC 360, AISC 341): es requereix quan la "temperatura de servei esperada més baixa" està per sota d'un llindar especificat (per exemple, 40 graus F o 0 graus F) i l'element està subjecte a esforços de tracció per càrregues primàries. Això sovint s'aplica a:
Elements de tensió molt tensats en marcs arriostrats.
Membres amb gruixos superiors a 1,5 polzades en estructures exposades a climes freds.
Sistemes de resistència-à la força sísmica (SFRS) en regions sísmiques moderades i altes, segons AISC 341, que té requisits de tenacitat estrictes per garantir un comportament dúctil durant un terratrèmol.
Estructures industrials pesades: per a bigues de pista de grua sotmeses a càrrega dinàmica/d'impacte.
Estructures en alta mar o regions fredes: on el servei de baixa-temperatura és un fet.
4. Mitjans metal·lúrgics per assolir la tenacitat a les bigues H-A572:
Per complir els requisits S5, els molins ajusten la seva pràctica:
Control químic més estricte: reducció addicional de sofre i fòsfor.
Refinament del gra millorat: optimització del TMCR per produir una mida de gra de ferrita encara més fina.
Normalització (si s'especifica): tot i que l'A572 sol ser-enrotllat, el material normalitzat (reescalfat i refredat) pot oferir una duresa més uniforme i millorada mitjançant el refinament del gra, especialment per a seccions més gruixudes.
Taula: Guia d'aplicació de la tenacitat de l'osca per a bigues A572 H-
| Escenari d'aplicació | Requisit probable | Especificació típica | Justificació |
|---|---|---|---|
| Edifici comercial en clima temperat | Sovint no es requereix | Només la base A572 | Les temperatures de servei són suaus, les tensions moderades. |
| Preparant-se en un-alt ascens, Chicago | Probablement requerit (sísmica, tensió) | A572 Gr.50, S5: 20 peus-lb @ 40 graus F | Disposicions sísmiques AISC 341 i baixes temperatures hivernals. |
| Biga principal per a Highway Bridge, Michigan | Obligatori | A572 Gr.50, S5: 25 peus-lb @ 0 graus F (per AASHTO) | Baixa temperatura de servei, càrrega de trànsit dinàmica. |
| Feix de pista de grua pesada | Obligatori | A572 Gr.60, S5: 20 peus-lb @ 70 graus F | Risc de càrrega d'impacte i iniciació d'esquerdes per fatiga. |
5. Implicacions per a la fabricació:
El material subministrat segons un requisit S5 ha verificat la duresa. Això no canvia els procediments de soldadura, però proporciona la confiança que el metall base i el seu HAZ poden suportar concentracions d'esforços i càrregues dinàmiques sense fractura fràgil. Per a aplicacions crítiques, la tenacitat de la zona afectada per la calor-és tan important com la tenacitat del metall base, regida per procediments de soldadura adequats.
En conclusió, tot i que les bigues H-A572 tenen una bona tenacitat inherent, la tenacitat especificada i verificada mitjançant proves CVN és un requisit de seguretat no-negociable per a estructures exposades al fred, impactes, forces sísmiques o fatiga cíclica. El dissenyador ha d'avaluar les condicions del servei i els codis reguladors per determinar si, i a quin nivell, s'ha d'invocar el requisit suplementari S5.