Lake metalne konstrukcije · 2020. 12. 11. · Al-legura - limovi i trake. Lake metalne konstrukcije P07-21 Svojstva gnječenih Al-legura - ekstrudirani profili. Lake metalne konstrukcije

Beograd, 2020.

Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta

Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.

Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet

www.grf.bg.ac.rs

Studijski program: MAS GRAĐEVINARSTVO

Modul: MODUL ZA KONSTRUKCIJE

Godina/Semestar: I godina / I semestar

Naziv predmeta (šifra): LAKE METALNE KONSTRUKCIJE -M2K1LM

Nastavnik: V. prof. dr Jelena Dobrić

Naslov predavanja: P7 – Оznačavanje Al legura. Klase presekaDatum : 09.12.2020.

Označavanje Al-legura

– Aluminijumske legure su podeljene u dve kategorije,

livene i gnječene a svaka od njih u podkategorije - klase

prema sastavu, odnosno dominantnom legirajućem

elementu.

– Veliki broj različitih vrsta Al legura, kao i zahtevi za

visokim stepenom standardizacije njihove proizvodnje,

prometa i upotrebe doveli su do potrebe za uvođenjem

sistema označavanja kojim bi se pojednostavila

komunikacija između naručioca i proizvođača i izbegle

nedoumice prilikom trgovine materijalima.

Lake metalne konstrukcije P07-2

Označavanje Al-legura

– U Evropi je usvojen set propisa EN 573 koji se

sastoji iz četiri dela, i zasnovan je na standardu

Američke Asocijacije za Aluminijum u

Vašingtonu (U.S. Aluminium Association AA).

– Definisan je numerički sistem označavanja

pomoću četverocifrenih arapskih brojeva, sa

prefiksom EN AW (Aluminium Wrought). Prvi

broj u oznaci opisuje seriju prema dominantnom

legirajućem elementu, dok ostali brojevi bliže

opisuju svojstva konkretne legure.



Serije Al-legura

Serija 1XXX : U ovoj grupi su legure koje imaju najmanje 99%

čistog aluminijuma.

Serija 2XXX : Legure aluminijuma sa bakrom, magnezijumom

i silicijumom (Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Si).

Serija 3XXX : Legure aluminijuma sa manganom (Al-Mn).

Serija 4XXX : Legure aluminijuma sa silicijumom (Al-Si).

Serija 5XXX : Legure aluminijuma sa magnezijumom (Al-Mg).

Serija 6XXX : Legure aluminijuma sa silicijumom i

magnezijumom (Al-Si-Mg).

Serija 7XXX : Legure aluminijuma sa cinkom i magnezijumom

(Al-Zn-Mg).

Serija 8XXX : Legure aluminijuma sa ostalim legirajućim

elementima.


Dodatne oznake

– Ostali brojevi u osnovnoj oznaci (XXX) podrobnije

opisuju pojedina svojstva konkretne Al-legure.

– Pored osnovne oznake Al-legure mogu da imaju i

dodatne oznake koje opisuju stanje, odnosno

način termičke obrade.

– Proizvod od iste legure dobijen istim osnovnim

proizvodnim procesom, ima bitno različite

upotrebne osobine u zavisnosti od načina

termičke obrade proizvoda, odnosno stanja.

Dodatne oznake

– Na primer oznaka EN AW 6082-T6 definiše leguru Al-Si-

Mg sa obradom - termički očvrslo sa veštačkim

starenjem. U zavisnosti od podobnosti za termičko

očvršćavanje, Al legure se dele na termički neočvrstive

legure (Al-Mn, Al-Mg), pogodne za obradu u hladnom

stanju i termički očvrstive legure (Al-Si-Mg, Al-Zn-Mg),

pogodne za termičku obradu (žarenje, kaljenje,

dozrevanje i obrada u hladnom stanju).

– Prilikom obrade aluminijumskih legura, dva najznačajnija

aspekta obrade moraju da budu uzeta u obzir: promena

oblika elementa i promena mikrostrukture i mehaničkih

karakteristika.



Značenje dodatnih oznaka


Evrokod 9: Proračun aluminijumskih

konstrukcija

– U okviru procesa usaglašavanja na

međunarodnom nivou, Evropska Asocijacija za

Aluminijum (European Aluminium Association-

EAA) promoviše Evropske stadnarde koji

obuhvataju sve aspekte proizvodnje, prometa i

primene aluminijumskih legura, kao i smernice u

projektovanju i konstruisanju i koji treba da

zamene postojeće nacionalne standarde.


Evrokod 9: Proračun aluminijumskih

konstrukcija

– EN 1999-1-1: Opšta konstrukcijska pravila

(General structural rules);

– EN 1999-1-2: Proračun konstrukcija na dejstvo

požara (Structural fire design);

– EN 1999-1-3: Konstrukcije osetljive na zamor

(Structures susceptible to fatigue);

– EN 1999-1-4: Hladnooblikovani konstrukcioni

limovi (Cold-formed structural sheeting);

– EN 1999-1-5: Ljuske (Shell structures);


EN 1999-1-1: Opšta konstrukcijska pravila

– Osnovni standard za proračun konstrukcija od

Al-legura objavljen je 2007. god;

– Sadrži 8 poglavlja i 13 Aneksa na preko 200 str;

– P1: Opšte odredbe,

– P2: Osnove proračuna,

– P3: Materijali,

– P4: Trajnost,

– P5: Konstrukcijska analiza,

– P6: Granična stanja nosivosti,

– P7: Granična stanja upotrebljivosti,

– P8: Proračun veza.


Aneksi

– Aneks A: Klase izvođenja;

– Aneks B: Ekvivalentni zategnuti T-element;

– Aneks C: Izbor materijala;

– Aneks D: Korozija i zaštita površina;

– Aneks E: Analitički modeli za vezu napon-dilatacija;

– Aneks F: Ponašanje poprečnih preseka iznad granice elastičnosti;

– Aneks G: Kapacitet rotacije;

– Aneks H: Metoda plastičnih zglobova za kontinualne nosače;

– Aneks I: Bočno-torziono izvijanje nosača i torziono ili torziono-

fleksiono izvijanje pritisnutih elemenata;

– Aneks J: Karakteristike poprečnih preseka;

– Aneks K: "Šir leg" efekti pri proračunu elemenata;

– Aneks L: Klasifikacija veza;

– Aneks M: Veze ostvarene lepljenjem;


P1: Opšte odredbe

– Polje primene standarda;

– Veza sa ostalim Evrokodovima i bitnim EN standardima

(EN1990, EN1991, EN1090-3: Izvođenje čeličnih i

aluminijumskih konstrukcija, Deo 3: Tehnički zahtevi za

aluminijumske konstrukcije);

– Prateći referentni standardi (osnovni materijal: hemijski

sastav, termička obrada, mehanička svojstva, tehnički

uslovi isporuke; svostva materijala i dimenzije; spojna

sredstva, zavarivanje,...)

– Osnovni pojmovi i definicije;

– Simboli koji se koriste u standardu;


Konvencije

osa


P2: Osnove proračuna

– Osnovni principi proračuna prema metodi

graničnih stanja (ULS, SLS, metoda parcijalnih

koeficijenata);

– U velikoj meri se poziva na EN 1990: Osnove

proračuna;

– Životni vek konstrukcije, trajnost i robusnost

(faktori koji utiču na trajnost Al-konstrukcija);

– Proračunske vrednosti glavnih promenljivih

veličina (dejstva i uticaji okruženja, svojstva

materijala, geometrijski podaci);

Lake metalne konstrukcijeP07-15

P3: Materijali

– Referentni standardi za osnovni materijal i

spojna sredstva;

– Dve grupe Al-legura:

– gnječene Al-legure (wrought aluminium alloy) i

– livene Al-legure (cast aluminium alloy);

– Mehanička svojstva za brojne Al-legure u skladu

sa odgovarajućim EN (standardima);

– Velika varijacija mehaničkih svojstava različitih

Al-legura;

– Više značajnih parametara za opisivanje

ponašanja Al-legura nego za čelike!

– Uticaj temperature na mehanička svojstva;


Gnječene Al-legure za konstrukcije


Livene Al-legure za konstrukcije


Svojstva materijala za gnječene Al-legure

– Mehanička svojstva materijala f0 i fu su data

posebno za tri grupe proizvoda:

– profilisane limove, trake i limove

– ekstrudirane (presovane) šipke, štapove, cevi i profile;

– otkivke.

– Pored osnovnih vrednosti mehaničkih svojstava,

date su i redukovane vrednosti u ZUT-u f0,haz fu,haz

– Takođe su dati i izduženje pri lomu A50, klasa

izvijanja - A ili B (BC - buckling class) i parametar

np za Ramberg-Ozgudovu formulu);


Uticaj temperature na mehanička svostva

– Vrednosti mehaničkih svojstava važe za ekploatacione

(servisne) temperature do 80ºC;

– U slučaju temperatura između 80ºC i 100ºC mehanička

svojstva (f0 fu f0,haz fu,haz) treba da se redukuju na sledeći

način:

Xkkarakteristična vrednost svojstva na temperaturi < 80ºC;

T najviša servisna temperatura 80<T<100ºC;

k100=0,1 za serije 3XXX i 5XXX i EN AW8011A;

k100=0,2 za seriju 6XXX i EN AW7020

Za temperature preko 100 ºC treba da se redukuje i E!


Svojstva gnječenih

Al-legura - limovi i

trake


Svojstva gnječenih Al-

legura - ekstrudirani

profili


Konstante materijala

– Modul elastičnosti: E = 70000 N/mm2

– Modul smicanja: G = 27000 N/mm2

– Poasonov koeficijent:n = 0,3

– specifična masa: r = 2700 kg/m3

– Koeficijent linearnog

termičkog širenja: at =2,3x10-5 1/ºC


Mehanička svojstva

mehaničkih spojnih

sredstava


Dodatni materijal za zavarivanje

Dodatni materijal za zavarivanje Al-legura (elektrode,

elektrodne žice,...) može da se podeli na tri grupe,

odnosno tipa.

Izbor tipa dodatnog materijala zavisi od vrste (serije) Al-

legure koja se zavaruje i zahteva koje veza treba da ispuni.

Evrokod 9 daje uputstva za izbor odgovarajućeg dodatnog

materijala za konstrukcije.


Izbor dodatnog

materijala za

zavarivanje

Gornji red: najbolji izbor u

pogledu čvrstoće (nosivosti);

Srednji red: najbolji izbor u

pogledu korozije;

Donji red: najbolji izbor u

pogledu izbegavanja pojave

prslina;


P4: Trajnost

– Evrokod 9 se poziva na osnovne zahteve u

pogledu trajnosti koji su dati u EN 1990: Osnove

proračuna;

– Na trajnost Al-konstrukcija negativno utiču korozija

(u mnogo manjoj meri nego kod čelika) i zamor

materijala (videti EN 1999-1-3);

– Zahtevi u pogledu trajnosti treba da budu

zadovoljeni kroz primenu odgovarajuće klase

izvođenja (execution classes), prema EN 1090-3;

– Klase izvođenja Al-konstrukcija su takođe opisane

u EN 1999-1-1 Aneks A;


P5: Konstrukcijska analiza

– Sadržaj ovog dela je veoma sličan kao u EC3!

– Tipovi globalne analize (elastična, plastična; I

reda i II reda);

– Kriterijumi za izbor tipa globalne analize;

– Početne imperfekcije (lokalne i globalne);

– Metode analize okvirnih nosača;

– metoda ekvivalentnog stuba;

– metoda ekvivalentnih bočnih uticaja;


Globalne i lokalne imperfekcije i

ekvivalentne sile


Metode analize okvirnih nosača


P6: Granična stanja nosivosti - ULS

– Metoda proračunskih vrednosti - Metoda

parcijalnih koeficijenata sigurnosti;

– Parcijalni koeficijenti za kontrole nosivosti

poprečnog preseka i elementa na izvijanje:

gM1=1,10;

– Parcijalni koeficijent za nosivost neto preseka na

zatezanje: gM2=1,25;

– Parcijalni koeficijenti sigurnosti za proračun

nosivosti veza (definisani u poglavlju 8);


Klase poprečnih preseka

– Klasa 1 – Preseci koji imaju dovoljan kapacitet rotacije da formiraju

plastični zglob koji omogućava upotrebu globalne plastične analize

bez redukcije nosivosti.

– Klasa 2 – Poprečni preseci koji mogu da dostignu plastični moment

nosivosti, ali imaju ograničeni kapacitet rotacije usled lokalnog

izbočavanja, koji nije dovoljan za globalnu plastičnu analizu

– Klasa 3 – Poprečni preseci kod kojih je dostignuta granica

razvlačenja samo u krajnjim vlaknima, ali je dalja plastifikacija

onemogućena usled lokalnog izbočavanja. Može se razviti samo

elastični moment nosivosti.

– Klasa 4 – Poprečni preseci kod kojih se usled lokalnog izbočavanja

ne može dostići granica razvlačenja f0,2 ni u najudaljenijem vlaknu

preseka. Do izbočavanja dolazi pre nego što se plastifikuje

najopterećenije vlakno u poprečnom preseku.

Klase poprečnih preseka

– Klasifikacija poprečnih preseka aluminijumskih

konstrukcija se vrši pomoću koeficijenta vitkosti

β kojim se definiše osetljivost delova poprečnog

preseka na izbočavanje, koji se posebno

određuje za neukrućene i ukrućene delove

poprečnog preseka. Za neukrućene delove

poprečnog preseka koeficijent β treba da se

odredi prema tabeli.




Klasifikacija poprečnih preseka

– Klasa se određuje za sve pritisnute delove

poprečnog preseka;

– Klasa dela preseka zavisi od njegove vitkosti

(odnos širina/debljina), načina naprezanja,

uslova oslanjanja, vrste Al-legure;

– Za klasu poprečnog preseka se usvaja klasa

njegovog najnepovoljnijeg pritisnutog dela

(najviša klasa);


Definicija različitih delova poprečnog preseka


Koeficijent vitkosti b za neukrućene

delove poprečnog preseka


Koeficijent h

A – za unutrašnje delove preseka i konzolne delove preseka sa maksimalnim

naponom pritiska u oslonjenoj ivici (uklješetenju)

B - za konzolne delove preseka sa maksimalnim naponom pritiska na slobodnoj

ivici (prepustu)


Modeli loma ukrućenih delova preseka

Model 1 – Ukrućeni deo preseka se izbočava zajedno sa ukrućenjem -

distorziono izvijanje (a);

Model 2 – Izbočavanje ukrućenog polja i ukrućenja je nezavisno, a

veza ukrućenja sa presekom je prava (b).

Model 3 – Predstavlja kombinaciju prva dva modela (c). Superponiraju

se uticaji lokalnog izbočavanja ravnog (neukrućenog) dela (d) i čitave

ukrućene zone (e).


Koeficijent vitkosti b za ukrućene delove

poprečnog preseka

Za uobičajena standardna ukrućenja (koja su

iste debljine kao i element koji ukrućuju) i

konstantan napon pritiska, koeficijent vitkosti b

može da se odredi na osnovu izraza za

neukrućene delove preseka

b = ηb/t

gde se koeficijent η određuje na osnovu

dijagrama ili izraza, u zavisnosti od tipa i broja

ukrućenja.


Koeficijent h za poprečne preseke sa

standardnim ukrućenjima

opterećene konstantnim

naponom pritiska


Koeficijent h za poprečne preseke sa nestandardnim ukrućenjima

opterećene konstantnim naponom pritiska

– Nestandardna jednostruka ukrućenja mogu da se

zamene ekvivalentnim standardnim ukrućenjem u vidu

prevoja ili rebra debljine t.

– Vrednost visine prevoja ili rebra c treba da se odredi

tako da ekvivalentno ukrućenja ima isti moment inercije

oko srednje ravni ravnog dela preseka kao razmatrano

nestandardno ukrućenje!

– Koeficijent h se onda određuje kao kod standardnih

ukrućenja!


Koeficijent vitkosti b za kompleksna

ukrućenja

scr0 elastičan kritičan napon za neukrućeni deo, smatrajući

da je zglobno oslonjen na ivicama;

scr elastičan kritičan napon za ukrućeni deo, smatrajući da je

zglobno oslonjen na ivicama;

Na sličan način može da se odredi i koeficijent b za slučaj

promenljivog napona pritiska, samo se tada vrednosti

scr0 i scr određuju za ivicu preseka koja je izložena

najvećem naponu pritiska!

Za konstantan napon pritiska i ukrućenja složenog,

kompleksnog preseka koeficijent vitkosti b treba da se

odredi na osnovu izraza:


Određivanje klase pritisnutog dela

poprečnog preseka


Granične vrednosti koeficijenta vitkosti

Kod delova poprečnog preska opterećenih savijanjem (promenljiv

dijagram normalnog napona), kod kojih je razmatrani deo preseka

manje opterećen od najopterećenijeg vlakna poprečnog preseka,

može da se koristi modifikovana vrednost koeficijenta e:

z1 rastojanje od težišta preseka do najopterećenijeg vlakna preseka,

z2 rastojanje od težišta preseka do najopterećenijeg vlakna

razmatranog dela preseka,

Vrednosti z1 i z2 se određuju iterativno, za efektivan poprečni presek.

Documents

Lake metalne konstrukcije · 2020. 12. 11. · Al-legura - limovi i trake. Lake metalne konstrukcije P07-21 Svojstva gnječenih Al-legura - ekstrudirani profili. Lake metalne konstrukcije