Сварочное железо и литейный чугун в строительстве

Представленная статья, освещая проблемы проектирования зданий и сооружений, восстановления, реставрации и соответствующего повторного использования старых построек, чертежей которых уже не найти, рассказывает о применении черных металлов в строительстве. Все черные металлы, используемые в строительных конструкциях, можно сгруппировать в 3 основных класса железоуглеродистых сплавов в соответствии с примерным содержанием в них углерода: сварочное железо (0,02-0,035% С), сталь (0,06-2,00% С) и литейный чугун (2,00-4,00% С).Сварочное железо – это практически чистое железо, содержащее от одного до четырех процентов шлака (силикат железа). Шлак не соединяется со сварочным железом, что, как правило, придает поверхности металла характерный слоистый или волокнистый внешний вид. Сварочное железо также можно отличить от литейного чугуна по его простой форме и неоднородной структуре.В литейном чугуне в разных пропорциях содержатся кремний, сера, марганец и фосфор. В расплавленном виде чугун легко льется в песчаные литейные формы, что позволяет создавать бесчисленное количество фигур, но в то же время оставляет формовочные линии, трещины и воздушные раковины. Детали из литейного чугуна обычно соединяют с помощью болтов или винтов, а из сварочного железа либо заклепывают, либо сваривают.До середины 1800-х годов в строительстве сварочное железо использовалось главным образом для изготовления анкерных болтов, скоб, гвоздей, других скобяных изделий или декоративных перил, а также при строительстве балконов. Около 1850 года сварочное железо приобретает все большее конструктивное значение как материал для рельсовых балок, тавровых профилей, швеллеров, а двутавровые балки даже появляются в продаже.Если для анкерных болтов использовали сварочное железо, то металл обычно шел в соединении с чугунными анкерными плитами, выполненными в форме звезд, роз или S-образных форм. В составных балках сварочное железо также находилось в стыке с чугуном. Вначале такие комбинированные балки сооружались в виде арочных ферм с затяжкой из чугунного верха и железной затяжки. Впоследствии другие варианты конструкции предлагали перфорированные балочные фермы, верхние ¾ части которых были изготовлены из чугуна, а нижняя часть – из железа.В 1854 году компания Trenton Iron Works в Трентоне, штат Нью-Джерси, изготовила первую в США прокатную балку из сварочного железа – тавровую рельсовую балку шириной в семь дюймов. В следующем году компания также выпустила и первую в США двутавровую балку – «Куперовская балка» – хотя двутавры массово производились во Франции уже в 40-х годах XIX века. До создания тавровой рельсовой балки для судостроительной промышленности прокатывали палубные бимсы из сварочного железа, а до «Балки Купера» изготовляли швеллерные балки.Прокатные балки из сварочного железа продолжали пользоваться спросом на протяжении нескольких десятилетий после середины 50-х годов XIX века, даже после того, как стала доступной конструкционная сталь. Тем не менее, с повышением качества и увеличением количества имеющейся в продаже стали применение сварочного железа постепенно сошло на нет. В общем, широкое использование каркасных балочных конструкций из сварочного железа с чугунными элементами, работающими на сжатие, приходилось на период с середины 50-х годов до конца 90-х годов XIX века. 

 В имеющихся копиях справочника о конструкциях из стали и сварочного железа 80-х 90-х годов XIX века содержится информация об образцах сварочной стали, изготовленных на производстве Pencoyd Iron Works неподалеку от Филадельфии, штат Пенсильвания. Характеристики материалов и конструкций, описанные в этом справочнике, указывают предел прочности на растяжение сварочного железа был не менее 50000 фунтов на квадратный дюйм. Возможное максимальное напряжение в волокнах значилось как 14000 фунтов на квадратный дюйм для сварочного железа и 16800 фунтов на квадратный дюйм для стали. Предельная допустимая нагрузка для балки из сварочного железа, представленная в расчетных таблицах, зависела от характера работы балки (например, статический, колеблющийся или динамический) и расстояния до боковой опоры.