Definicja ciągliwości

Ciągliwość w praktyce

Zbrojenie zastosowane w konstrukcji poddanej naprężeniom niższym niż granica plastyczności deformuje się w sposób sprężysty i są to zmiany odwracalne – po zdjęciu obciążenia pręty wróciłyby do stanu początkowego. Mimo, iż w konstrukcji mogą powstać zarysowania i pęknięcia, spowodowane kruchością betonu, jest ona bezpieczna. Bezpieczeństwo to zależy w dużej mierze od wytrzymałości na rozciąganie zastosowanej stali. Im jest ona większa, tym większe obciążenie jest potrzebne, aby przekroczyć wartość granicy plastyczności w konstrukcji, czyli aby zachować sprężysty charakter pracy jej elementów.

Czy zatem zastosowanie stali o wysokiej wytrzymałości rozwiązuje wszystkie problemy i gwarantuje bezpieczeństwo? Co się stanie jeśli naprężenia, pod wpływem rosnącego obciążenia, przekroczą wartość granicy plastyczności? Konstrukcja zacznie wówczas pracować w fazie odkształceń plastycznych. Ugięcia przyrastają bardzo szybko, nieliniowo w stosunku do naprężeń, są też nieodwracalne. Ciągliwość stali, czyli jej zdolność do przybierania dużych odkształceń, nabiera tu ogromnego znaczenia. To ona decyduje o charakterze zniszczenia elementu, a także o czasie, po jakim konstrukcja runie.

Konstrukcja zbrojona stalą o małej ciągliwości może ulec zniszczeniu w sposób gwałtowny i kruchy bez widocznych gołym okiem ugięć i zarysowań. Elementy  zbrojone stalą o wysokiej ciągliwości mają znacznie większą zdolność do odkształceń, przed zniszczeniem dają znaki ostrzegawcze w postaci widocznych deformacji i zarysowań. Ma to decydujące znaczenie dla bezpieczeństwa użytkowników – widząc oznaki awarii możemy w porę zareagować. W przypadku konstrukcji, która zachowuje się w sposób kruchy, nie mamy takiej możliwości.

Co zatem charakteryzuje dobrą stal zbrojeniową?

Stal zbrojeniowa powinna łączyć dwie cechy:

• dobre własności wytrzymałościowe, aby jak najdłużej zapewnić sprężysty charakter pracy zbrojenia,

• wysoką plastyczność, aby w przypadku przeciążenia umożliwić dłuższe zachowanie nośności.

Szczególną uwagę na zdolność konstrukcji do dużego uplastycznienia należy zwrócić w przypadku elementów narażonych na działanie obciążeń dynamicznych, posadowionych na terenach górniczych, które są poddawane obciążeniom parasejsmicznym, a także konstrukcji, wobec których zasadne jest zastosowanie zabezpieczeń przeciwko obciążeniom wyjątkowym. W takich przypadkach pożądany jest zapas bezpieczeństwa, jaki ma konstrukcja plastyczna.

Wykres naprężenie-odkształcenie

Właściwości stali określa się za pomocą wykresu zależności naprężeń (σ) od odkształceń (ε), otrzymywanego podczas próby rozciągania, na który nanosi się zmiany odkształceń powodowane przyrostem obciążenia. Typowy wykres zależności σ-ε można podzielić na dwie strefy:

• Strefę odkształceń sprężystych - przed osiągnięciem przez naprężenia granicy plastyczności, kiedy odkształcenia są wprost proporcjonalne do obciążeń, a wykres stanowi linia prosta, której tangens kąta nachylenia jest wartością modułu Younga E dla stali,

• Strefę odkształceń plastycznych - po przekroczeniu granicy plastyczności, kiedy odkształcenia nie są wprost proporcjonalne do obciążeń, lecz wzrastają krzywoliniowo aż do osiągnięcia wytrzymałości na rozciąganie. Tuż po przekroczeniu granicy plastyczności następuje znaczny przyrost odkształceń przy minimalnym wzroście naprężeń (lub nawet przy braku wzrostu naprężeń) - fragment ten zobrazowany jest prawie poziomą linią wykresu, a fazę tę nazywa się umownie „płynięciem stali”.

W strefie odkształceń sprężystych deformacja nie jest trwała - w przeciwieństwie do strefy odkształceń plastycznych, gdzie pod wpływem obciążeń w materiale następują nieodwracalne zmiany. W przypadku stali o wysokiej ciągliwości odczytanie z wykresu wartości granicy plastyczności jest bardzo proste ze względu na wyraźne przejście ze strefy (1) do (2) oraz obszar „płynięcia stali”. 

Wykres dla stali o małej ciągliwości nie posiada wyraźnego przejścia ze strefy sprężystej w plastyczną. Wyznaczenie granicy plastyczności w tym przypadku jest trudniejsze. Do jej określenia przyjmuje się, że wartość ta odpowiada naprężeniu powstałemu przy odkształceniu równym 0,2%. Jest to tzw. „umowna granica plastyczności” – fy0,2. Wyznaczanie tej wartości na wykresie polega na poprowadzeniu linii równoległej do wykresu w części sprężystej, zaczynającej się na osi poziomej w punkcie odpowiadającym odkształceniu równemu 0,2%. Punkt przecięcia tej prostej z krzywą wykresu zrzutowany na oś naprężeń wyznacza wartość umownej granicy plastyczności fy0,2.

Parametry ciągliwości

Ciągliwość stali zbrojeniowej określa się przez dwa parametry:

• Stosunek ftk/fyk (Rm/Re w oznaczeniach norm dla stali) – jest to parametr wyrażający stosunek charakterystycznej wytrzymałości stali na rozciąganie (ftk) do charakterystycznej granicy plastyczności (fyk). Parametr ten określa zapas wytrzymałości stali po przekroczeniu granicy plastyczności.

• Wydłużenie przy maksymalnej sile εuk (Agt w oznaczeniach norm dla stali) – parametr ten definiuje wydłużenie próbki przy maksymalnej wartości przenoszonego przez próbkę obciążenia, czyli wydłużenie odpowiadające największemu naprężeniu (ftk). Wartość tę wyznaczyć można na wykresie przez poprowadzenie prostej poziomej, przechodzącej przez najwyższy punkt wykresu. Punkt przecięcia się prostej z wykresem, zrzutowany na oś odkształceń jest wartością εuk.