तनाव-तनाव वक्र किसी सामग्री के यांत्रिक व्यवहार का मौलिक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है, और इसकी प्रमुख विशेषताओं का एच-बीम सदस्यों के डिजाइन पर प्रत्यक्ष और गहरा प्रभाव पड़ता है।
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1. लोच का मापांक (ई): कठोरता स्थिरांक
मान: A572 ग्रेड 50 और ग्रेड 60 दोनों के लिए, लोच का मापांक अनिवार्य रूप से समान है: E ≈ 29,000 ksi (200 GPa)। यह लौह क्रिस्टल जाली की एक संपत्ति है और मध्यम मिश्र धातु या ताकत स्तर से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं होती है।
डिज़ाइन निहितार्थ: इसका मतलब है कि दिए गए H-बीम अनुभाग (उदाहरण के लिए, W18x35) में सर्विस लोड के तहत बिल्कुल समान लोचदार कठोरता और विक्षेपण होगा, भले ही यह Gr.50 या Gr.60 स्टील से बना हो। ग्रेड का चुनाव बीम को "कठोर" नहीं बनाता है। उच्च शक्ति का लाभ इसकी अधिक भार उठाने की क्षमता में निहित हैपहलेसेवा शर्तों के अंतर्गत विक्षेपों को कम करने में नहीं, बल्कि उपज देने में। विक्षेपण नियंत्रण अनुभाग के जड़त्व क्षण (I) और E द्वारा नियंत्रित होता है, जो स्थिर है।
2. उपज शक्ति (वित्तीय वर्ष): प्लास्टिक विरूपण की शुरुआत
ग्रेड 50: उपज 50 केएसआई के तनाव पर शुरू होती है।
ग्रेड 60: उपज 60 केएसआई के तनाव पर शुरू होती है।
निहितार्थ: यह 20% अधिक तनाव सीमा मुख्य आर्थिक लाभ है। झुकने वाली बीम के लिए, इसकी प्लास्टिक आघूर्ण क्षमता (Mp=Fy * Z) सीधे Fy के समानुपाती होती है। इसलिए, Gr.60 बीम में Gr.50 के समान खंड की तुलना में 20% अधिक अंतिम लचीली ताकत होती है। यह या तो समान आवश्यक ताकत के लिए एक छोटे, हल्के खंड या उच्च भार क्षमता की अनुमति देता है।
3. उपज पठार और तनाव सख्त होना
दोनों ग्रेड एक अलग उपज पठार प्रदर्शित करते हैं - प्रारंभिक उपज के बाद लगभग निरंतर तनाव में प्लास्टिक विरूपण का एक क्षेत्र। यह लचीले व्यवहार और तनाव पुनर्वितरण के लिए महत्वपूर्ण है।
पठार की लंबाई: इस पठार की लंबाई उपज - से - तन्य शक्ति अनुपात (Fy/Fu) से प्रभावित होती है। A572 Gr.50, ~1.30 के विशिष्ट Fu/Fy अनुपात के साथ, आम तौर पर Gr.60 की तुलना में अधिक लंबा, अधिक स्थिर पठार होता है, जिसका अनुपात ~1.25 होता है। यह भूकंपीय डिजाइन के लिए एक सूक्ष्म लेकिन महत्वपूर्ण बिंदु है, जहां व्यापक प्लास्टिक विरूपण की आवश्यकता होती है।
4. तन्य शक्ति (फू) और नेकिंग
उपज पठार के बाद, सामग्री तनाव सख्त होने से गुजरती है (तनाव के साथ तनाव बढ़ता है) जब तक कि यह अंतिम तन्य शक्ति (फू) तक नहीं पहुंच जाता।
ग्रेड 50: फू 65 केएसआई से अधिक या उसके बराबर।
ग्रेड 60: फू 75 केएसआई से अधिक या उसके बराबर।
Gr.60 के उच्च फू का उपयोग सीधे कनेक्शन डिज़ाइन गणनाओं में किया जाता है (उदाहरण के लिए, ब्लॉक कतरनी, नेट सेक्शन टूटना)।
5. लचीलापन: कुल बढ़ाव
तनाव वक्र के नीचे का क्षेत्र फ्रैक्चर से पहले अवशोषित ऊर्जा को दर्शाता है।
ग्रेड 50: न्यूनतम बढ़ाव=21%।
ग्रेड 60: न्यूनतम बढ़ाव=18%।
यह Gr.60 की थोड़ी कम लचीलापन की मात्रा निर्धारित करता है, जो इसकी उच्च शक्ति के लिए एक समझौता है।
डिज़ाइन निहितार्थ सारांश:
सेवाक्षमता सीमा स्थिति (विक्षेपण): कोई अंतर नहीं। विक्षेपण की गणना दोनों ग्रेडों के लिए E=29,000 ksi का उपयोग करके की जाती है। सदस्य आकार (I) नियंत्रण कारक है.
शक्ति सीमा स्थिति (उपज): प्रमुख अंतर। स्वीकार्य तनाव और डिज़ाइन ताकत (φ*Rn) की गणना संबंधित वित्तीय वर्ष मान (50 या 60 ksi) का उपयोग करके की जाती है। यह डिज़ाइन तालिकाओं से सदस्य चयन को सीधे प्रभावित करता है।
प्लास्टिक डिज़ाइन और भूकंपीय प्रदर्शन: वक्र का आकार मायने रखता है। A992 (0.85) की गारंटीशुदा Fy/Fu अधिकतम इसे प्लास्टिक हिंज निर्माण के लिए बेहतर बनाती है। ए572 के लिए, भूकंपीय प्रणालियों में महत्वपूर्ण तन्य विवरण के लिए ग्रेड 50 के आम तौर पर लंबे उपज पठार को ग्रेड 60 से अधिक पसंद किया जा सकता है, जब तक कि ग्रेड 60 की वजन बचत आकर्षक न हो।
स्थिरता संबंधी विचार: झुकने (कॉलम, पार्श्व रूप से असमर्थित बीम) के प्रति संवेदनशील पतले सदस्यों के लिए, ग्रेड 60 की उच्च FY एक दोहरी धार वाली तलवार हो सकती है। जबकि यह स्क्वैश लोड (Po=Fy * Ag) को बढ़ाता है, यह उस तनाव को भी बढ़ाता है जिस पर इलास्टिक बकलिंग होती है। कॉलम वक्र सूत्र इसका कारण बनते हैं, और लाभ हमेशा रैखिक नहीं होता है। झुकने में एक कॉम्पैक्ट बीम की तुलना में एक पतले स्तंभ में ग्रेड 50 से ग्रेड 60 तक कम क्षमता वृद्धि देखी जा सकती है।
तालिका: तनाव-तनाव वक्र विशेषताएँ और डिज़ाइन प्रभाव
| विशेषता | ए572 ग्रेड 50 | ए572 ग्रेड 60 | प्राथमिक डिज़ाइन प्रभाव |
|---|---|---|---|
| मापांक (ई) | 29,000 केएसआई | 29,000 केएसआई | कोई नहीं। समान खंड के लिए विक्षेपण समान। |
| उपज बिंदु (वित्तीय) | 50 के.एस.आई | 60 केएसआई | प्राथमिक चालक उपज/झुकने/कतरनी में . 20% उच्च डिज़ाइन शक्ति। |
| उपज पठार | लंबा (उच्च फू/फाई) | छोटा (निचला फू/फाई) | प्लास्टिक हिंज रोटेशन क्षमता को प्रभावित करता है; ग्रेड 50 अधिक लचीला। |
| तन्यता ताकत (फू) | 65 के.एस.आई | 75 के.एस.आई | कनेक्शन टूटने की ताकत को सीधे प्रभावित करता है। |
| लचीलापन (बढ़ाव) | 21% न्यूनतम | 18% न्यूनतम | Gr.50 में प्लास्टिक विरूपण की अधिक क्षमता है। |
निष्कर्ष में, जबकि कठोरता (ई) समान है, ग्रेड 50 और ग्रेड 60 के तनाव वक्र ताकत और लचीलेपन के बारे में अलग-अलग कहानियां बताते हैं। डिज़ाइनर को ग्रेड का चयन इस आधार पर करना चाहिए कि क्या प्राथमिकता अधिकतम शक्ति दक्षता (जीआर.60) या अधिकतम लचीलापन और एक व्यापक प्लास्टिक पठार (जीआर.50) है, इस समझ के साथ कि सेवाक्षमता विक्षेपण इस विकल्प से अप्रभावित हैं।