مقاومت فشاری فولاد، کاربردها و روش آزمایش

زمان مطالعه: 5 دقیقه

به حداکثر ظرفیت تحمل یک قطعه آهن قبل از شکستن کامل، مقاومت فشاری فولاد می گویند. ­در واقع این پارامتر، مشخص می کند که نمونه فولاد، تا چه اندازه قدرت تحمل نیروهای فشاری و مستقیم را دارد. هر چه استحکام در این آزمایش ها عدد بیشتری را نشان دهد، استحکام ساختمان یا قطعات ساخته شده از فولاد را نیز به همان نسبت افزایش می دهد.

این ویژگی در تمام مواد و عناصر اهمیت ویژه ای دارد به خصوص اگر بحث ایمنی افراد در میان باشد. به همین دلیل در این مقاله از دانشنامه جامع اصفهان آهن، قصد داریم به بررسی کاربردها، مزایا و قوانین مربوط به آن در مقررات ملی ساختمان بپردازیم.

این نکته را در نظر داشته باشید که استحکام فشاری یک محصول هر چه بیشتر شود، بر مظنه آن تاثیر می گذارد. مثلا قیمت لحظه ای میلگرد آجدار که مقاومت بالاتری دارد، قطعا بیشتر است.

فایل صوتی

چرا مقاومت فشاری فولاد اهمیت دارد؟

یکی از مهم ترین پارامترهای ساختمان سازی و مقاطع فولادی، مقدار مقاومت فشاری فولادی است که به عنوان ماده اولیه در آنها استفاده می شود. در واقع سازه های فولادی، بر اساس قانون رسمی باید به گونه ای ساخته شوند که تحمل بارهای فشاری وارده را داشته باشند.

این وزن ها به دو دسته بار مرده (Dead Loads) و زنده (Live Loads) تقسیم می شوند؛ بارهای زنده همان وزن های غیردائمی و بارهای مرده، وزن های دائمی وارد بر ساختمان هستند. بنابراین یک سازه باید مقاومت لازم و کافی، در برابر بارهای مرده و زنده را داشته باشد. این مقاومت از طریق آزمایش های مقاومت فشاری فولاد مشخص می شود.

نحوه انجام آزمایش مقاومت فشاری فولاد و مراحل آن

برای انجام این تست، ابتدا قسمتی از فولاد را به عنوان نمونه استوانه ای یا مکعب، درون ماشین آزمایش قرار می دهند تا تحت فشار مستقیم قرار گیرد. کرنش سنج، ترازو و خط کش تجهیزاتی هستند که در این آزمایشات به آنها نیاز دارید.

مراحل آزمون مقاومت فشاری فولاد

این آزمایش شامل 6 مرحله است که عبارتند از:

1. در مرحله اول، باید نمونه فولاد مورد نظر را در اندازه استاندارد برش دهید. به تناسب طول و قطر نمونه حتما دقت کنید. بهتر است طول آن پنج برابر قطر باشد.
2. در مرحله دوم، نمونه فولاد برش داده شده را درون ماشین آزمون قرار دهید.
3. در مرحله سوم، باید کرنش سنج را روی نمونه درون ماشین قرار دهید تا مقاومت آن را به دقت اندازه گیری کند.
4. ماشین را روشن نمایید تا به آرامی شروع به کشیدن فولاد کند.
5. در فاصله زمانی مشخص و دقیق، مقدار نیروی وارد شده و کرنش را ثبت کنید.
6. در نهایت این آزمایش را به آرامی تا جایی که فولاد کاملا منهدم (شکسته) شود، ادامه دهید.

تفسیر نتایج آزمایش مقاومت فشاری فولاد

پس از اتمام مراحل بالا نتایج آزمایش به صورت مقاومت تسلیم، مقاومت فشاری، درصد تغییر طول و مدول یانگ مشخص می شود.

مقاومت تسلیم و مقاومت فشاری فولاد

این دو پارامتر، جزو مهم ترین ویژگی های یک فلز به ویژه در ساختمان سازی به شمار می روند. در آزمایش، مشخص می شود که مقدار بار وارد شده بر قطعه چقدر است و چه مقدار بار را تا قبل از تغییر شکل تحمل می کند. این نتیجه همان مقاومت تسلیم فولاد است.

مقاومت فشاری نیز تحمل فولاد را تا قبل از شکستن در برابر تنش فشاری مشخص می کند. بنابراین این دو پارامتر جزو مهم ترین نتایج ماشین تست فولاد هستند، که اطلاعات مفیدی به شما ارائه می دهند.

درصد تغییر طول فولاد

این پارامتر، شکل دقیق تری از مقاومت فشاری و تسلیم است که تغییر طول فولاد را به صورت درصد نشان می دهد. هر چه این درصد بیشتر باشد، فولاد انعطاف پذیرتر و قطعا بهتر است.

مدول یانگ فولاد

این پارامتر، در واقع ضریب کشسانی قطعه فولادی است. این ضریب به میزان مقاومت فولاد در برابر تغییرات مربوط می شود. هر چه ضریب کشسانی بیشتر باشد، سختی و مقاومت فولاد نیز بالاتر است.

مزایای آزمایش مقاومت فشاری فولاد

مهم ترین مزیت انجام این آزمایش، حفظ ایمنی و جلوگیری از خسارت های مالی و جانی افراد است. اگر مقاومت یک قطعه فولاد تولید شده، به اندازه کافی مطلوب نباشد، در برابر بارهای فشاری به راحتی شکسته می شود. بنابراین می توان گفت که تامین ایمنی سازه های فولادی، از طریق این آزمایش بسیار مهم امکان پذیر می شود.

انجام این آزمایش و استفاده از نتایج آن در محاسبات، باعث بهینه سازی طراحی ساختمان می شود. مهندسان باید با استفاده از مقاومت فشاری و تسلیم فولاد، اعضای کل سازه را متناسب با همان مقدار طراحی کنند.

این مقاومت ها، برای انتخاب نوع فولاد نیز مفید هستند. برای سازه هایی که فشار وارد بر ساختمان بسیار زیاد است (مانند ساختمان های تجاری با کارکنان و واحدهای زیاد)، باید از فولاد با مقاومت بسیار بالاتر استفاده کرد.

مقاومت فشاری فولاد یک پارامتر حیاتی در طراحی و ساخت سازه های فولادی است؛ زیرا تعیین می کند که سازه های فولادی تا چه حد می توانند در برابر بارهای فشاری وارده مقاومت کنند. بدون مقاومت فشاری کافی، سازه های فولادی ممکن است در برابر بارهای وارده مقاومت نکنند و شکسته شوند. فراموش نکنید که فولاد، ستون فقرات سازه های فلزی است.

میلگرد نیز یکی از مهم ترین مقاطع فولادی است که بیشترین استفاده را در ساختمان سازی دارد. مقاومت کششی میلگرد، میزان تحمل آن را در برابر شکستن نشان می دهد.

جدول مقاومت فشاری انواع فولاد در مقررات ملی ساختمان

در جدول زیر، مقدار مقاومت فشاری مجاز برای شش نوع فولاد معروف و پر مصرف را می بینید. این مقادیر در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان سازی آمده است.

ردیف	نوع فولاد	مقاومت فشاری (MPa)
1	فولاد کربنی نرم	200 تا 300
2	فولاد کربنی نیمه سخت	300 تا 500
3	فولاد کربنی سخت	500 تا 700
4	فولاد آلیاژی (کم آلیاژ)	600 تا 1000
5	فولاد آلیاژی (متوسط آلیاژ)	1000 تا 1500
6	فولاد آلیاژی (پرآلیاژ)	1500 تا 2000

همانطور که در جدول بالا می بینید، فولادهای آلیاژی مقاومت فشاری بیشتری نسبت به فولاد کربنی دارند. بنابراین برای سازه های سنگین مناسب ترند.

در این مطلب به یکی از مهم ترین ویژگی های فولاد، یعنی مقاومت فشاری پرداختیم. این پارامتر مزیت های زیادی برای ساختمان سازی دارد، که حفظ ایمنی و بهینه سازی دو مورد از آنهاست. آزمون مقاومت فشاری نیز مراحلی دارد که به ترتیب توضیح داده شد.

مقاومت فشاری فولاد چگونه اندازه گیری می شود؟

با تجهیزاتی مانند ماشین آزمایش، نمونه، کرنش سنج، ترازو و خط کش باید این آزمون را انجام داد.

عوامل موثر بر مقاومت فشاری فولاد چیست؟

ترکیبات شیمیایی، ساختار مکانیکی و درمان حرارتی بر این مقاومت تاثیر می گذارند.

مقاومت فشاری چگونه با ترکیب شیمیایی فولاد مرتبط است؟

عناصر آلیاژی مانند نیکل، کروم و مولیبدن موجب افزایش مقاومت فشاری فولاد می شوند.

مقاومت فشاری فولاد با دما چه ارتباطی دارد؟

این مقاومت معمولا با افزایش دما، کم می شود. همانطور که فولاد در دماهای بالا نرم تر است.