Усталость характеризуется внезапным разрушением металла, наступающим после большого числа повторно-переменных загружений.
Характеристики усталостной прочности арматуры и закладных деталей в железобетонных конструкциях являются очень важными, так как большинство железобетонных конструкций подвергается действию переменных статических и динамических нагрузок.
Усталостное разрушение происходит при напряжениях, меньших предела прочности и даже предела упругости, и объясняется возникновением усталостных трещин.
При испытании металла на усталость обычно пользуются специальными гладкими образцами, выточенными из основного металла. Такие образцы мало приемлемы для испытания арматурной стали и закладных деталей. Для получения объективных данных о прочности металла необходимо испытывать арматурную сталь в натурном виде.
Испытание производят осевой растягивающей переменной нагрузкой на специальных разрывных машинах пульсирующего действия.
Для испытания металлов при фактическом растяжении или сжатии используется машина ГРМ-2А (черт. № 45), состоящая из двух систем — неподвижной и подвижной. Неподвижная система включает основание, вертикальные колонны и верхнюю поперечину, связывающую колонны. Подвижная система, выполняющая роль рег верса, состоит из поперечины с верхним захватом, подъемных тяг с винтовой резьбой и малой подвижной поперечины. В машине имеется нижний захват, перемещаемый от электродвигателя, пульсатор в виде одно-поршневого насоса для создания циклической нагрузки и пульт управления.
Статическая нагрузка в машине измеряется маятниковым сило-измерителем, а с помощью самопишущего прибора осуществляется запись кривых нагрузки-деформации.
Циклическая нагрузка создается чередующимися нагнетаниями и отсосами масла из полости рабочего цилиндра машины после предварительной статической нагрузки.
Испытание металлов на усталость при циклическом изгибе вращающегося образца; расположенного на двух опорах, производится на машине типа МУИ-6000. Металлический образец закрепляется в шпинделях машины и с помощью электродвигателя приводится во вращение. Одновременно с помощью рычажного механизма образец нагружается и испытывает постоянный изгибающий момент. Величина нагрузки фиксируется по шкале силоизмерительного прибора, а число циклов загружения фиксируется счетчиком. Биение образца контролируется с помощью индикаторов.
В машинах типа НУ загружение образца производится не рычажным механизмом, а непосредственно штучными грузами.
черт. № 45. Схема машины ГРМ-2А для испытания металлов на усталость при циклическом растяжении или сжатии:
1- самопишущий прибор; 2-маятниковый силоизмеритель; 3-насос для подачи масла в рабочий цилиндр; 4 — гидропроводы; 5 — пульсатор; 6 — электродвигатель нижнего захвата; 7 — основные машины; 8 — вертикальные колонны; 9 — подъемные тяги; 10 — поперечина с верхним захватом; 11 -поперечина, связывающая колонны; 12 — рабочий цилиндр; 13 — малая подвижная поперечина
Испытания на усталость закладных деталей и плоских образцов, вырезанных из них, при чистом плоском изгибе производят на машине типа НР-100, разработанной в Ленинградском кораблестроительном институте. Машина (черт. № 46) состоит из станины с нижним захватом, рычага с верхним захватом, шатуна, кривошипа и электромотора. Плоский образец закрепляется в захватах машины и с помощью перемещений верхнего захвата приводится в колебательное движение.
Испытывая внецентренное переменное нагружение, образец подвергается осевому растяжению — сжатию и чистому плоскому изгибу.
При испытании на усталость натурных образцов из арматурной стали периодического профиля большое внимание уделяется вопросам закрепления образцов в зажимах испытательной машины. Практика испытаний показывает, что большинство образцов разрушается не в расчетной части образца, а на участках в зажимах разрывной машины. В связи с этим мероприятия по обработке концов образцов с целью выравнивания и распределения усилий по длине зажатой части образца приобретают важное значение.
В Научно-исследовательском институте черной металлургии была предложена машина для обработки концов образцов путем поверхностного их упрочнения и создания наружного наклепанного слоя.
Машина представляет собой эксцентриковый копер повторного удара. При обработке концов арматуры ребра стали периодического профиля расплющиваются, поверхность приобретает цилиндрическую форму, что способствует лучшему сцеплению с насечкой зажимных клиньев.
черт. № 46. Схема машины для испытаний плоских образцов на усталость:
1 — образец; 2 — станина с нижним захватом; 3 — рычаг с верхним захватом; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — установочный винт; 7 — электродвигатель
