La corba de tensió-deformació és la representació gràfica fonamental del comportament mecànic d'un material, i les seves característiques clau tenen implicacions directes i profundes per al disseny dels membres de la biga en H-
.
1. Mòdul d'elasticitat (E): la constant de rigidesa
Valor: tant per a A572 grau 50 com per grau 60, el mòdul d'elasticitat és essencialment idèntic: E ≈ 29.000 ksi (200 GPa). Aquesta és una propietat de la xarxa de cristall de ferro i no es veu afectada significativament per un nivell moderat d'aliatge o resistència.
Implicació del disseny: això significa que una secció de biga H- determinada (per exemple, una W18x35) tindrà exactament la mateixa rigidesa elàstica i deflexió sota càrregues de servei, independentment de si està feta d'acer Gr.50 o Gr.60. L'elecció del grau no fa que un feix "més rígid". L'avantatge d'una major resistència rau en la seva capacitat de suportar més càrregaabansrendibilitat, no en reduir les deflexions en condicions de servei. El control de la deflexió es regeix pel moment d'inèrcia de la secció (I) i E, que és constant.
2. Límit de fluència (Fy): L'inici de la deformació plàstica
Gr.50: el rendiment comença amb una tensió de 50 ksi.
Gr.60: El rendiment comença amb una tensió de 60 ksi.
Implicació: aquest llindar d'estrès un 20% més alt és el benefici econòmic bàsic. Per a una biga en flexió, la seva capacitat de moment plàstic (Mp=Fy * Z) és directament proporcional a Fy. Per tant, una biga Gr.60 té una resistència a la flexió final un 20% més alta que la mateixa secció de Gr.50. Això permet una secció més petita i lleugera per a la mateixa força requerida o una capacitat de càrrega més alta.
3. Meseta de rendiment i enduriment per tensió
Els dos graus presenten un altiplà de rendiment diferent: una regió de deformació plàstica a una tensió gairebé constant després de la rendibilitat inicial. Això és crucial per al comportament dúctil i la redistribució de l'estrès.
Longitud de l'altiplà: la longitud d'aquest altiplà està influenciada per la relació de rendiment-a-la resistència a la tracció (Fy/Fu). A572 Gr.50, amb una relació Fu/Fy típica de ~1,30, generalment té un altiplà més llarg i més estable que el Gr.60, que té una proporció de ~1,25. Aquest és un punt subtil però important per al disseny sísmic, on es requereix una gran deformació plàstica.
4. Resistència a la tracció (Fu) i coll
Després de l'altiplà de rendiment, el material experimenta un enduriment per deformació (la tensió augmenta amb la tensió) fins que assoleix la resistència a la tracció màxima (Fu).
Gr.50: Fu Major o igual a 65 ksi.
Gr.60: Fu Major o igual a 75 ksi.
El Fu més alt de Gr.60 s'utilitza directament en els càlculs de disseny de connexió (per exemple, tall de bloc, ruptura de la secció neta).
5. Ductilitat: Elongació total
L'àrea sota la corba de tensió-deformació representa l'energia absorbida abans de la fractura.
Gr.50: Mínim allargament=21%.
Gr.60: Mínim allargament=18%.
Això quantifica la ductilitat lleugerament reduïda de Gr.60, una compensació-per la seva major resistència.
Resum de les implicacions del disseny:
Estat límit de servei (desviacions): cap diferència. Les deflexions es calculen utilitzant E=29,000 ksi per als dos graus. La mida del membre (I) és el factor de control.
Estat límit de força (rendiment): diferència important. Les tensions admissibles i les forces de disseny (φ*Rn) es calculen utilitzant els valors Fy respectius (50 o 60 ksi). Això afecta directament la selecció de membres de les taules de disseny.
Disseny plàstic i rendiment sísmic: la forma de la corba és important. El màxim Fy/Fu garantit d'A992 (0,85) el fa preferible per a la formació de frontisses de plàstic. Per a l'A572, es pot preferir l'altiplà de rendiment més llarg de Gr.50 sobre Gr.60 per als detalls dúctils crítics en sistemes sísmics, tret que l'estalvi de pes de Gr.60 sigui convincent.
Consideracions d'estabilitat: per a membres esvelts susceptibles de pandeig (columnes, bigues laterals sense suport), la Fy més alta de Gr.60 pot ser una arma de doble tall. Tot i que augmenta la càrrega d'esquaix (Po=Fy * Ag), també augmenta la tensió a la qual es produeix el pandeig elàstic. Les fórmules de corba de columna ho expliquen, i el benefici no sempre és lineal. Una columna esvelta pot veure menys augment de capacitat de Gr.50 a Gr.60 que una biga compacta en flexió.
Taula: Tensió-Característiques de la corba de deformació i impacte del disseny
| Característic | A572 Gr.50 | A572 Gr.60 | Impacte del disseny primari |
|---|---|---|---|
| Mòdul (E) | 29.000 ksi | 29.000 ksi | Cap. Desviació idèntica per a la mateixa secció. |
| Punt de rendiment (Fy) | 50 ksi | 60 ksi | El conductor primari . 20% més gran de resistència del disseny a la fluència/flexió/cisalla. |
| Altiplà de rendiment | Més llarg (Fu/Fy més alt) | Més curt (inferior Fu/Fy) | Influeix en la capacitat de rotació de la frontissa de plàstic; Gr.50 més dúctil. |
| Resistència a la tracció (Fu) | 65 ksi | 75 ksi | Afecta directament les forces de ruptura de la connexió. |
| Ductilitat (allargament) | 21% min | 18% min | Gr.50 té una major capacitat de deformació plàstica. |
En conclusió, mentre que la rigidesa (E) és idèntica, les corbes de tensió-deformació de Gr.50 i Gr.60 expliquen històries diferents sobre la resistència i la ductilitat. El dissenyador ha d'escollir el grau en funció de si la prioritat és la màxima eficiència de resistència (Gr.60) o la màxima ductilitat i un pla de plàstic més ampli (Gr.50), entenent que les deflexions de servei no es veuen afectades per aquesta elecció.