Metalne Konstrukcije Z.markovic,D.budjevac

METALNE KONSTRUKCIJEOsnove prora~una i konstruisanja

METALNE KONSTRUKCIJE Osnove prorauna i konstruisanja

Dr Dragan Buevac, dipl. in. gra.vanredni profesor, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Zlatko Markovi, dipl. in. gra.asistent, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Dragana Bogavac, dipl. in. gra.asistent, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Dragoslav Toi, dipl. in. gra.asistent, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu

Recenzenti:Prof. Gojko Nenadi, Graevinski fakultet u Podgorici

Prof. dr Branislav ori, Graevinski fakultet Univerziteta u BeograduProf. dr Mihailo Muravljov, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Izdava:Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Bulevar kralja Aleksandra 73/I

Odobreno za tampu odlukom Vea katedara za materijale i konstrukcijebroj 02-16/16, od 16.12.1997.

Za izdavaa:Dekan, prof. dr ivojin Praevi

Tehniki urednici:Mr Dragana BogavacMr Zlatko Markovi

Grafika obrada:Mr Mihailo Mitrinovi

Mr Predrag ivkovi, dipl. in.Sinia Kukolj, dipl. in.

MD&PROFY GRAFIKI CENTAR, tel: (011) 43-85-64

Grafiki prilozi:DELFIN INENJERING

Beograd, Dobropoljska 12, tel: (011) 3690-429, fax: (011) 64-84-74

tampa:Zavod za grafiku tehniku Tehnoloko-metalurkog fakulteta Univerziteta u Beogradu

Karnegijeva 4, tel/fax: (011) 3370-492

Tira:500 primeraka

ISBN 86-80049-91-3ISBN 86-80049-92-1

SPONZORI

MINISTARSVO ZA NAUKU I TEHNOLOGIJU REPUBLIKE SRBIJEMINISTARSTVO GRAEVINA REPUBLIKE SRBIJE

COMPO, SvilajnacDEMEKS, BeogradDOMIS, aakENERGOPROJEKT HOLDING, BeogradFOND MADLENE JANKOVI, BeogradGK HK KOMGRAP, BeogradGOA HOLDING, BeogradGP MOSTOGRADNJA, BeogradGP PLANUM, ZemunIMK 14. OKTOBAR, KruevacINSTITUT IMS, BeogradINENJERING GOA PROJMETAL, BeogradJEDINSTVO-METALOGRADNJA, SevojnoKOMPANIJA BELIM, BeogradKOMPANIJA KOLING, BeogradMAINOPROJEKT COPRING, BeogradMONTANI OBJEKTI, Novi SadMONTENA, BeogradMOSTPROJEKT, BeogradNORTH INENJERING, SuboticaRIGIPS, AustrijaSAOBRAAJNI INSTITUT CIP, BeogradSINTEK, aakZAVOD ZA ZAVARIVANJE, Beograd

PREDGOVOR

Oblast metalnih konstrukcija do sada nije imala odgovarajui tretman u literaturi nasrpskom jeziku, pogotovo ne srazmerno njihovom znaaju u graevinarstvu. Knjigeovakvog ili slinog sadraja nema na naim prostorima ve vie od dvadeset godina. Ima-jui u vidu intenzivan razvoj metalnih konstrukcija u ovom relativno dugom vremenskomperiodu, kako u pogledu teorijskih saznanja, tako i u pogledu praktine primene u ine-njerskoj praksi, evidentna je potreba studenata i inenjera za knjigom koja e na kvalitetani savremen nain tretirati ovu problematiku.

Knjiga Metalne konstrukcije je prvenstveno namenjena studentima graevinskih i arhi-tektonskih fakulteta, kao i viih kola graevinske struke. Ona u potpunosti pokriva plan iprogram predavanja na Graevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu iz predmetaOsnove metalnih konstrukcija. Koncipirana je tako da osim osnovnih problema vezanih zaoblast metalnih konstrukcija, tretira i specifine, ue strune oblasti, tako da e biti odizuzetne koristi i studentima poslediplomskih studija na oba fakulteta. Ova, posebna pog-lavlja su monografskog karaktera i pruaju dragocene informacije vezane za spregnutekonstrukcije, prednapregnute metalne konstrukcije, konstrukcije od hladno oblikovanihprofila i konstrukcije od aluminijumskih legura. S obzirom da su u knjizi u najveoj mogu-oj meri obuhvaena najnovija saznanja iz tehnikih oblasti na kojima se zasniva projekto-vanje i izvoenje metalnih konstrukcija, oekuje se da e naii na interesovanje i meuinenjerima koji se bave projektovanjem i izvoenjem metalnih konstrukcija.

Oblast projektovanja metalnih konstrukcija koja ini znaajan deo ove knjige je obra-ena u skladu sa vaeom jugoslovenskom tehnikom regulativom. Specijalni problemiprorauna, koji nisu obuhvaeni naim propisima i standardima, tretirani su prema savre-menim meunarodnim propisima iz tih oblasti. Budui da se uveliko radi na unifikacijipropisa iz oblasti graevinskog konstruterstva, kako u Evropi tako i u naoj zemlji, pose-ban akcenat stavljen je na Evrokod 3 - internacionalni standard za projektovanje metalnihkonstrukcija, kome je posveeno itavo poglavlje. Ovaj standard je objedinio znanja izoblasti metalnih konstrukcija svih zemalja Evropske unije i zemalja lanica EFTA i ve jedeklarativno prihvaen, kao budui standard, i u ostalim zemljama Evrope, kao i uJugoslaviji, pa je upoznavanje sa njegovim osnovnim principima neophodno. Imajui ovou vidu, oznake u knjizi su usklaene sa oznakama iz Evrokoda 3, kao prvi korak u procesuprelaska sa domaih propisa na Evrokodove.

VI Metalne konstrukcije

Knjiga Metalne konstrukcije ima 13 poglavlja, koja na oko 1100 strana teksta i uz po-mo izuzetnog broja prateih ilustracija, fotografija i tabela obrauju ovu kompleksnu te-matiku. Zbog velikog obima knjiga je podeljena na dva dela - toma. Meutim, podela nijesamo fizika, ve i sutinska. U prvom tomu su kroz poglavlja: Osnove metalnih konstruk-cija, Spojna sredstva, Proraun i konstruisanje nastavaka i veza i Proraun i konstruisa-nje noseih elemenata elinih konstrukcija obraene osnove prorauna i konstruisanja. Udrugom tomu prikazana su specijalna poglavlja i tehnologija izrade i to u poglavljima:Konstrukcije od aluminijumskih legura, Proraun i konstruisanje elinih konstrukcija odhladno oblikovanih profila, Spregnute konstrukcije, Prethodno napregnute metalne kons-trukcije, Izrada grafike dokumentacije, Izrada elinih konstrukcija u radionici i kontrolakvaliteta, Zatita elinih konstrukcija od korozije, Projektovanje elinih konstrukcija zadejstvo poara i Proraun elinih konstrukcija prema Evrokodu.

Autori se zahvaljuju Ministarstvu za nauku i tehnologiju i Ministarstvu graevina re-publike Srbije, kao i brojnim sponzorima, na finansijskoj pomoi koja je omoguila objav-ljivanje ove knjige, i Graevinskom fakultetu Unuverziteta u Beogradu kao izdavau.

Takoe se zahvaljuju Milanu Radenkoviu, Savi Krstiu i Ani Nekovi na uloenomtrudu i strpljenju pri izradi velikog broja sloenih crtea, koji su uinili da grafiki prilozibudu izuzetni i prepoznatljivi.

Posebnu zahvalnost autori ele da izraze Mihailu Mitrinoviu, Predragu ivkoviu i Si-nii Kukolju za visok nivo grafike obrade teksta, kao i Dragoslavu Nikoliu i Andreji Av-ramoviu koji su se postarali da i kvalitet tampe i opreme ove knjige budu na zavidnomnivou.

Beograd, februar 1999. godine Autori

6$'5$-.QMLJD3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH

2VQRYHSURUDXQDLNRQVWUXLVDQMD2VQRYHPHWDOQLKNRQVWUXNFLMD6SRMQDVUHGVWYD3URUDXQLNRQVWUXLVDQMHQDVWDYDNDLYH]D3URUDXQLNRQVWUXLVDQMHQRVHLKHOHPHQDWDHOLQLKNRQVWUXNFLMD

.QMLJD3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH3RJODYOMH

6SHFLMDOQDSRJODYOMDLWHKQRORJLMDL]UDGH.RQVWUXNFLMHRGDOXPLQLMXPVNLKOHJXUD3URUDXQLNRQVWUXLVDQMHHOLQLKNRQVWUXNFLMDRGKODGQRREOLNRYDQLKSURILOD6SUHJQXWHNRQVWUXNFLMH3UHWKRGQRQDSUHJQXWHPHWDOQHNRQVWUXNFLMH,]UDGDJUDILNHGRNXPHQWDFLMH,]UDGDHOLQLKNRQVWUXNFLMDXUDGLRQLFLLNRQWURODNYDOLWHWD=DWLWDHOLQLKNRQVWUXNFLMDRGNRUR]LMH3URMHNWRYDQMHHOLQLKNRQVWUXNFLMD]DGHMVWYRSRDUD3URUDXQHOLQLKNRQVWUXNFLMDSUHPD(YURNRGX/LWHUDWXUD6SRQ]RUL

SADRAJKNJIGA 1 OSNOVE PRORAUNA I KONSTRUISANJA

POGLAVLJE 1 OSNOVE METALNIH KONSTRUKCIJA1 UVOD.............................................................................................................................. 11.1 KARAKTERISTIKE METALNIH KONSTRUKCIJA............................................ 11.2 ISTORIJSKI RAZVOJ METALNIH KONSTRUKCIJA......................................... 31.3 PRIMENA METALNIH KONSTRUKCIJA U MOSTOGRADNJI ...................... 101.4 PRIMENA METALNIH KONSTRUKCIJA U ZGRADARSTVU ....................... 151.5 PRIMENA METALNIH KONSTRUKCIJA U SPORTSKIM OBJEKTIMA ....... 211.6 PRIMENA METALA U SPECIJALNIM OBJEKTIMA ....................................... 221.7 ALUMINIJUMSKE KONSTRUKCIJE ................................................................. 251.8 RAZVOJ METALNIH KONSTRUKCIJA U SRBIJI ............................................ 26

2 POSTUPCI PROIZVODNJE ELIKA..................................................................... 472.1 ISTORIJSKI PREGLED......................................................................................... 472.2 PROIZVODNJA GVOA ................................................................................... 492.3 PROIZVODNJA ELIKA...................................................................................... 502.4 PRERADA ELIKA DEFORMACIJOM .............................................................. 53

3 KARAKTERISTIKE ELIKA .................................................................................. 573.1 UVOD ..................................................................................................................... 573.2 FIZIKO-HEMIJSKE KARAKTERISTIKE ELIKA.......................................... 58

3.2.1 Osnovi metalurgije elika ............................................................................. 583.2.1.1 Kristalna reetka .............................................................................. 583.2.1.2 Formiranje zrnaste strukture ............................................................ 593.2.1.3 Ugljenik u eliku.............................................................................. 60

3.2.2 Dijagram stanja gvoe-ugljenik .................................................................. 613.2.3 Sporo hlaeni elici....................................................................................... 62

3.2.3.1 Uvod ................................................................................................ 623.2.3.2 Normalizacija................................................................................... 633.2.3.3 Mikrostrukturne promene usled toplog i hladnog oblikovanja ........ 64

3.2.4 Brzo hlaeni elici ........................................................................................ 653.2.4.1 Opte................................................................................................ 65

X Metalne konstrukcije

3.2.4.2 Zakaljivost materijala ...................................................................... 673.2.5 Neistoe u eliku ......................................................................................... 683.2.6 Mangan u konstrukcionim elicima .............................................................. 69

3.3 MEHANIKE KARAKTERISTIKE ELIKA ...................................................... 69

4 ISPITIVANJE SVOJSTAVA METALA ................................................................... 704.1 ISPITIVANJE METALA NA ZATEZANJE.......................................................... 704.2 ISPITIVANJE METALA NA PRITISAK .............................................................. 754.3 ISPITIVANJE TVRDOE METALA.................................................................... 764.4 ISPITIVANJE UDARNE ILAVOSTI.................................................................. 784.5 ISPITIVANJE TEHNOLOKIH SVOJSTAVA METALA................................... 794.6 METALOGRAFSKA ISPITIVANJA ELIKA ..................................................... 80

5 VRSTE KONSTRUKCIONIH ELIKA................................................................... 825.1 OPTE .................................................................................................................... 825.2 KONSTRUKCIONI ELICI ZA OPTU UPOTREBU ........................................ 855.3 OSTALE VRSTE ELIKA .................................................................................... 875.4 OZNAAVANJE ELIKA.................................................................................... 91

5.4.1 Opte ............................................................................................................. 915.4.2 elici sa utvrenim mehanikim osobinama ................................................ 925.4.3 elici sa utvrenim hemijskim sastavom i mehanikim osobinama............. 92

6 VRSTE ELINIH PROIZVODA I NJIHOVA PRIMENA .................................. 936.1 VRUE VALJANI PROIZVODI........................................................................... 93

6.1.1 tapovi .......................................................................................................... 936.1.2 Limovi........................................................................................................... 956.1.3 Profilisani nosai........................................................................................... 966.1.4 uplji profili .................................................................................................. 98

6.2 HLADNO OBLIKOVANI PROIZVODI................................................................ 996.3 OSTALI PROIZVODI .......................................................................................... 1006.4 MATERIJAL ZA SPAJANJE............................................................................... 103

7 TERMIKA OBRADA ELIKA ............................................................................ 104

8 IZBOR OSNOVNOG ELINOG MATERIJALAZA NOSEE KONSTRUKCIJE .............................................................................. 1058.1 FAKTORI OD UTICAJA NA IZBOR ELIKA.................................................. 1058.2 IZBOR OSNOVNOG ELINOG MATERIJALA PREMA

STANDARDU JUS U.E7.010/1988..................................................................... 106

9 METODE PRORAUNA ELINIH KONSTRUKCIJA ................................... 1109.1 UVOD ................................................................................................................... 1109.2 METODA DOPUTENIH NAPONA .................................................................. 1119.3 METODA GRANINIH STANJA....................................................................... 113

10 SMANJENJE NOSIVOSTI ELIKA.................................................................... 122 10.1 ZAMOR ............................................................................................................ 122

Sadraj XI

10.1.1 Fenomen zamora i koncepti analize...................................................... 122 10.1.2 Dosadanji koncepti analize zamora ..................................................... 125 10.1.3 Savremen koncept analize zamora ........................................................ 126 10.1.4 Dokaz otpornosti na zamor prema Evrokodu 3..................................... 128

10.2 KRTI LOM........................................................................................................ 130 10.2.1 Mehanizam krtog loma ......................................................................... 130 10.2.2 Faktori od uticaja na pojavu krtog loma ............................................... 130 10.2.3 Proraun na krti lom prema Evrokodu 3 ............................................... 131

10.3 LAMELARNO CEPANJE................................................................................ 132

POGLAVLJE 2 SREDSTVA ZA VEZU1 OPTE......................................................................................................................... 135

2 ZAKIVCI .................................................................................................................... 1362.1 OPTE O ZAKIVCIMA....................................................................................... 1362.2 OBLICI I DIMENZIJE ZAKIVAKA ................................................................... 1362.3 OBELEAVANJE ZAKIVAKA.......................................................................... 1382.4 RAD ZAKOVANE VEZE.................................................................................... 1382.5 PRORAUN NOSIVOSTI ZAKIVAKA ............................................................. 140

2.5.1 Nosivost zakivka u smiuim spojevima .................................................... 1422.5.1.1 Nosivost zakivaka na smicanje ...................................................... 1422.5.1.2 Nosivost zakivka na pritisak po omotau rupe .............................. 143

2.5.2 Nosivost zakivka na zatezanje .................................................................... 144

3 OBINI ZAVRTNJEVI ............................................................................................ 1453.1 OPTE O ZAVRTNJEVIMA............................................................................... 1453.2 OBLICI I VRSTE OBINIH ZAVRTNJEVA ..................................................... 1463.3 OBELEAVANJE ZAVRTNJEVA ..................................................................... 1513.4 KLASE VRSTOE ZAVRTNJEVA ................................................................. 1523.5 RAD VEZA SA ZAVRTNJEVIMA..................................................................... 1533.6 PRORAUN NOSIVOSTI ZAVRTNJEVA ........................................................ 157

3.6.1 Nosivost zavrtnjeva u smiuim spojevima................................................ 1603.6.1.1 Nosivost zavrtnjeva na smicanje.................................................... 1603.6.1.2 Nosivost zavrtnjeva na pritisak po omotau rupe .......................... 161

3.6.2 Nosivost zavrtnjeva na zatezanje ................................................................ 1623.6.3 Kombinovano naprezanje zavrtnjeva.......................................................... 1633.6.4 Redukcija nosivosti zavrtnjeva kod dugih veza .......................................... 163

3.7 SLABLJENJE KONSTRUKCIONIH ELEMENATA RUPAMAZA SPOJNA SREDSTVA.................................................................................... 164

4 VISOKOVREDNI ZAVRTNJEVI ........................................................................... 1684.1 OPTE .................................................................................................................. 1684.2 OBLIK I DIMENZIJE VISOKOVREDNIH ZAVRTNJEVA.............................. 1704.3 OBELEAVANJE VISOKOVREDNIH ZAVRTNJEVA ................................... 173

XII Metalne konstrukcije

4.4 KLASE VRSTOE ............................................................................................ 1744.5 PONAANJE VEZA SA PREDNAPREGNUTIM

VISOKOVREDNIM ZAVRTNJEVIMA............................................................. 1754.5.1 Smiui spojevi sa visokovrednim zavrtnjevima........................................ 1754.5.2 Zateui spojevi sa visokovrednim zavrtnjevima ....................................... 178

4.6 UNOENJE SILE PREDNAPREZANJA ............................................................ 1824.7 KOEFICIJENT TRENJA IZMEU SPOJNIH POVRINA................................ 1864.8 PRORAUN NOSIVOSTI VISOKOVREDNIH ZAVRTNJEVA ...................... 187

4.8.1 Proraun visokovrednih zavrtnjeva u smiuim spojevima........................ 1874.8.1.1 Visokovredni zavrtnjevi bez sile pritezanja ................................... 1874.8.1.2 Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi ........................................ 188

4.8.2 Proraun visokovrednih zavrtnjeva na zatezanje ........................................ 1914.8.2.1 Visokovredni zavrtnjevi bez sile pritezanja ................................... 1914.8.2.2 Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi ........................................ 192

4.8.3 Proraun kombinovanih spojeva sa prednapregnutimvisokovrednim zavrtnjevima ...................................................................... 192

5 KONSTRUISANJE VEZA SA ZAVRTNJEVIMA I ZAKIVCIMA..................... 1935.1 OPTA PRAVILA................................................................................................ 1935.2 ODREIVANJE PRENIKA SPOJNOG SREDSTVA ...................................... 1945.3 RASPORED ZAKIVAKA I ZAVRTNJEVA U VEZI......................................... 1965.4 IZVOENJE SPOJEVA SA ZAKIVCIMA I ZAVRTNJEVIMA ....................... 201

6 SPECIJALNA, SAVREMENA SPOJNA SREDSTVA .......................................... 2026.1 ZAKIVCI SA PRSTENOM.................................................................................. 2026.2 INJEKTIRANI ZAVRTNJEVI............................................................................ 203

6.2.1 Opte ........................................................................................................... 2036.2.2 Nosivost spojeva sa injektiranim zavrtnjevima........................................... 204

7 EPOVI ...................................................................................................................... 2057.1 OPTE .................................................................................................................. 2057.2 RAD VEZA SA EPOVIMA............................................................................... 2067.3 PRORAUN OKASTIH TAPOVA ................................................................... 2087.4 DIMENZIONISANJE EPOVA.......................................................................... 2127.5 KONSTRUISANJE OKASTIH TAPOVA......................................................... 214

8 ZAVARIVANJE......................................................................................................... 2168.1 UVOD ................................................................................................................... 2168.2 VRSTE SPOJEVA I AVOVA ............................................................................ 222

8.2.1 Sueoni avovi (sa punom penetracijom) ................................................... 2268.2.2 Oblici ljebova sueonih avova................................................................. 2288.2.3 Sueoni avovi sa deliminom penetracijom .............................................. 2328.2.4 Ugaoni avovi ............................................................................................. 2328.2.5 avovi u rupi ............................................................................................... 2348.2.6 ep avovi................................................................................................... 2348.2.7 Uljebljeni avovi ....................................................................................... 235

Sadraj XIII

8.3 POLOAJI ZAVARIVANJA ............................................................................... 2358.4 OBELEAVANJE AVOVA U TEHNIKOJ DOKUMENTACIJI .................. 2378.5 OSNOVE METALURGIJE ZAVARIVANJA ..................................................... 238

8.5.1 Toplotne osnove zavarivanja ...................................................................... 2388.5.2 Strukturne promene u zoni ava.................................................................. 240

8.6 POSTUPCI ZAVARIVANJA............................................................................... 2438.6.1 Opte ........................................................................................................... 2438.6.2 Postupci zavarivanja sa eletktrotermikim izvorima toplote ...................... 244

8.6.2.1 Elektroluno zavarivanje sa obloenom elektrodom ..................... 2458.6.2.2 Elektroluno zavarivanje pod zatitnim prahom (EPP) ................. 2478.6.2.3 Elektroluno zavarivanje elektrodnom icom u zatitnoj

atmosferi inertnog gasa (MIG) ...................................................... 2488.6.2.4 Elektroluno zavarivanje elektrodnom icom u zatitnoj

atmosferi aktivnog gasa (MAG).................................................... 2508.6.2.5 Elektroluno zavarivanje netopljivom elektrodom u zatitnoj

atmosferi inertnog gasa (TIG) ....................................................... 2508.6.2.6 Elektroluno zavarivanje epova ................................................... 2518.6.2.7 Zavarivanje varnienjem................................................................ 2528.6.2.8 Takasto zavarivanje...................................................................... 2538.6.2.9 Elektrino zavarivanje pod troskom .............................................. 253

8.6.3 Gasno zavarivanje (G) ................................................................................ 2548.7 DODATNI MATERIJALI ZA ZAVARIVANJE ................................................. 256

8.7.1 Opte ........................................................................................................... 2568.7.2 Obloene elektrode ..................................................................................... 2578.7.3 Elektrodne ice............................................................................................ 259

8.8 GREKE U AVOVIMA..................................................................................... 2608.8.1 Vrste greaka............................................................................................... 2608.8.2 Uzroci nastanka greaka u avovima .......................................................... 264

8.9 KONTROLA KVALITETA ZAVARENIH SPOJEVA ....................................... 2658.9.1 Opte o kontroli zavarenih spojeva............................................................. 2658.9.2 Vizuelna kontrola........................................................................................ 2668.9.3 Radiografska kontrola ................................................................................. 2668.9.4 Ultrazvuna kontrola................................................................................... 2698.9.5 Kvalitet sueonih avova ............................................................................ 271

8.10 PONAANJE ZAVARENIH SPOJEVA............................................................ 271 8.10.1 Proraun nosivosti zavarenih spojeva ..................................................... 276

8.10.1.1 Proraun sueonih avova........................................................ 276 8.10.1.2 Proraun ugaonih avova ......................................................... 281 8.10.1.3 Proraun sueonih avova sa deliminom penetracijom.......... 289

8.11 SOPSTVENI NAPONI I DEFORMACIJE USLED ZAVARIVANJA.............. 290 8.11.1 Nastanak sopstvenih napona i deformacija ............................................. 290 8.11.2 Mere za smanjenje deformacija usled zavarivanja.................................. 297

8.12 KONSTRUISANJE ZAVARENIH SPOJEVA .................................................. 299

9 KOMPATIBILNOST RAZLIITIH SPOJNIH SREDSTAVA............................ 305

XIV Metalne konstrukcije

POGLAVLJE 3 PRORAUN I KONSTRUISANJE NASTAVAKA I VEZA

1 OPTE......................................................................................................................... 3091.1 ZNAAJ PROJEKTOVANJA NASTAVAKA I VEZA...................................... 3091.2 OSNOVNE VRSTE NASTAVAKA I VEZA ...................................................... 3111.3 OSNOVNE KARAKTERISTIKE VEZA............................................................. 317

1.3.1 Podela veza prema Evrokodu...................................................................... 3191.3.1.1 Podela veza prema krutosti ............................................................ 3201.3.1.2 Podela veza prema momentnoj otpornosti ..................................... 320

1.4 OSNOVNI PRINCIPI PRORAUNA.................................................................. 3211.4.1 Filozofija prorauna i njena primena .......................................................... 3211.4.2 Mesto nastavka i veze u konstrukciji .......................................................... 3221.4.3 Vrste nastavaka ........................................................................................... 323

2 PRORAUN I KONSTRUISANJE MONTANIH NASTAVAKAAKSIJALNO OPTEREENIH TAPOVA ............................................................ 3242.1 OPTE .................................................................................................................. 3242.2 PRORAUN I KONSTRUISANJE MONTANIH NASTAVAKA

AKSIJALNO ZATEGNUTIH TAPOVA OSTVARENIHZAVRTNJEVIMA................................................................................................ 3252.2.1 Proraun prema aksijalnoj sili zatezanja ..................................................... 325

2.2.1.1 Proraun nastavka noice............................................................... 3262.2.1.2 Proraun nastavka rebra................................................................. 3292.2.1.3 Kontrola preseka itavog tapa ...................................................... 330

2.2.2 Proraun prema povrini poprenog preseka - statiki pokrivennastavak tapa............................................................................................. 3312.2.2.1 Ojaanje tapa u zoni nastavka ...................................................... 3312.2.2.2 Proraun podvezica........................................................................ 3332.2.2.3 Proraun broja zavrtnjeva .............................................................. 334

2.3 PRORAUN I KONSTRUISANJE MONTANIH NASTAVAKAAKSIJALNO PRITISNUTIH TAPOVA, OSTVARENIHZAVRTNJEVIMA ............................................................................................... 335

2.4 PRORAUN I KONSTRUISANJE NASTAVAKA UGAONIKA...................... 3362.5 PRORAUN I KONSTRUISANJE NASTAVAKA TAPOVA

SANDUASTOG POPRENOG PRESEKA...................................................... 3372.6 PRORAUN NASTAVKA AKSIJALNO OPTEREENIH TAPOVA

OSTVARENIH ZAVARIVANJEM ..................................................................... 338

3 PRORAUN I KONSTRUISANJE NASTAVAKA NOSAA ............................. 3393.1 OPTE .................................................................................................................. 3393.2 EKSCENTRINO OPTEREENI ELEMENTI NASTAVAKA I VEZA........... 3403.3 PRORAUN NASTAVAKA NOSAA OSTVARENIH ZAVRTNJEVIMA

PREMA PRESENIM SILAMA ......................................................................... 3433.3.1 Kontrola napona u nosau na mestu nastavka............................................. 3453.3.2 Proraun broja zavrtnjeva ........................................................................... 346

Sadraj XV

3.3.2.1 Proraun prema polarnom momentu inercije................................. 3483.3.2.2 Proraun prema ekvatorijalnom momentu inercije ........................ 350

3.3.3 Proraun podvezica..................................................................................... 3543.4 PRORAUN STATIKI POKRIVENIH NASTAVAKA NOSAA

OSTVARENIH ZAVRTNJEVIMA..................................................................... 3573.5 PRORAUN NASTAVAKA NOSAA U ZAVARENOJ IZRADI................... 361

4 PRORAUN I KONSTRUISANJE VEZA POD UGLOM.................................... 3634.1 UVOD ................................................................................................................... 3634.2 ZGLOBNE VEZE................................................................................................. 366

4.2.1 Veze sa prikljunim limom......................................................................... 3664.2.1.1 Veza prikljunog lima.................................................................... 3704.2.1.2 Kontrola napona u prikljunom limu............................................. 3714.2.1.3 Veza prikljunog lima za rebro nosaa.......................................... 372

4.2.2 Veze sa prikljunim ugaonicima................................................................. 3734.2.2.1 Veza rebra nosaa sa prikljunim ugaonicima............................... 3744.2.2.2 Kontrola napona u prikljunom ugaoniku ..................................... 3754.2.2.3 Veza ugaonika za prikljunu povrinu........................................... 376

4.2.3 Veze sa eonom ploom ............................................................................. 3814.2.4 Veze pomou stolice ................................................................................... 385

4.3 KRUTE VEZE ...................................................................................................... 3934.3.1 Krute veze nosaa sa kontinuitet lamelom.................................................. 3934.3.2 Krute veze sa eonim ploama i prednapregnutim

visokovrednim zavrtnjevima ...................................................................... 4054.3.2.1 Proraun i konstrukcijsko oblikovanje noice stuba

(prikljune povrine) ..................................................................... 4064.3.2.2 Proraun zavrtnjeva za vezu eone ploe ...................................... 4084.3.2.3 Dimenzionisanje eonih ploa ....................................................... 4114.3.2.4 Proraun avova za vezu nosaa sa eonom ploom ..................... 415

POGLAVLJE 4 PRORAUN I KONSTRUISANJE NOSEIH ELEMENATA ELINIH KONSTRUKCIJA

1 PRORAUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNOZATEGNUTIH TAPOVA....................................................................................... 4171.1 OPTE .................................................................................................................. 4171.2 DIMENZIONISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH TAPOVA ...................... 422

2 PRORAUN I KONSTRUISANJE EKSCENTRINOZATEGNUTIH TAPOVA....................................................................................... 424

3 PRORAUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNOPRITISNUTIH TAPOVA ....................................................................................... 4263.1 OPTE .................................................................................................................. 4263.2 LINEARNA TEORIJA ELASTINOG IZVIJANJA........................................... 4283.3 IZVIJANJE U PLASTINOJ OBLASTI ............................................................. 430

XVI Metalne konstrukcije

3.4 NESAVRENOSTI REALNIH TAPOVA......................................................... 4323.4.1 Sopstveni naponi......................................................................................... 4323.4.2 Poetne (inicijalne) deformacije ................................................................. 432

3.5 KRIVE IZVIJANJA.............................................................................................. 4343.6 PRORAUN STABILNOSTI AKSIJALNO PRITISNUTIH TAPOVA

JEDNODELNOG POPRENOG PRESEKA PREMA JUS U.E7.081/1986 ...... 4353.7 DUINE IZVIJANJA ........................................................................................... 4433.8 ODREIVANJE DUINE IZVIJANJA PREMA JUS U.E7.086/1986............... 444

3.8.1 Predmet standarda....................................................................................... 4443.8.2 Odreivanje duine izvijanja tapova (stubova) ......................................... 444

3.8.2.1 tapovi sa konstantnim momentom inercije i konstantnomnormalnom silom........................................................................... 444

3.8.2.2 tapovi konstantnog poprenog preseka sa kontinualnopromenljivom normalnom silom................................................... 445

3.8.2.3 tapovi konstantnog poprenog preseka sa skokovitopromenljivom normalnom silom................................................... 447

3.8.2.4 tapovi sa promenljivim momentom inercije i konstantnomnormalnom silom........................................................................... 450

3.8.2.5 tapovi sa stepenasto promenljivom normalnom silom imomentom inercije........................................................................ 452

3.8.3 tapovi reetkastih nosaa .......................................................................... 4533.8.3.1 Pojasni tapovi ............................................................................... 4543.8.3.2 tapovi ispune................................................................................ 455

3.8.4 Ugaoni tapovi reetkastih stubova............................................................. 4593.8.5 Monosimetrini tankozidni tapovi otvorenog poprenog preseka............. 459

3.9 AKSIJALNO PRITISNUTI TAPOVI KONSTANTNOG VIEDELNOGPOPRENOG PRESEKA .................................................................................... 464

3.10 PRORAUN STABILNOSTI AKSIJALNO PRITISNUTIH TAPOVA KONSTANTNOG VIEDELNOG PRESEKA PREMA JUS U.E7. 091/1986 ............................................................................ 467

4 PRORAUN I KONSTRUISANJE EKSCENTRINOPRITISNUTIH TAPOVA ....................................................................................... 4734.1 UVOD ................................................................................................................... 4734.2 INTERAKCIJA MOMENTA SAVIJANJA I AKSIJALNE SILE PRITISKA .... 4744.3 PRORAUN EKSCENTRINO PRITISNUTIH TAPOVA

PREMA JUS U.E7.096/1986 ............................................................................... 4774.3.1 Opte ........................................................................................................... 4774.3.2 Specijalni sluajevi ..................................................................................... 478

5 NOSAI ...................................................................................................................... 4805.1 UVOD ................................................................................................................... 4805.2 PUNI NOSAI...................................................................................................... 482

5.2.1 Osnovni oblici i statiki sistemi .................................................................. 4825.2.2 Puni nosai izraeni od valjanih profila...................................................... 4835.2.3 Puni limeni nosai....................................................................................... 488

Sadraj XVII

5.2.3.1 Oblikovanje poprenih preseka punih limenih nosaa .................. 4905.2.3.2 Optimizacija poprenog preseka.................................................... 505

5.2.4 Kontrola napona.......................................................................................... 5065.2.5 Oblici nosaa i pokrivanje dijagrama momenata ........................................ 509

5.2.5.1 Trapezasti nosai ........................................................................... 5165.2.5.2 Kontinualni nosai ......................................................................... 519

5.2.6 Kontrola deformacija .................................................................................. 5225.2.6.1 Direktna integracija diferencijalne jednaine savijanja ................. 5255.2.6.2 Mor-Maksvelova analogija ............................................................ 5265.2.6.3 Metoda virtualnih sila .................................................................... 5285.2.6.4 Korienje softverskih paketa i gotovih tabela .............................. 530

5.2.7 Dinamiki efekti.......................................................................................... 5325.2.8 Bono torziono izvijanje ............................................................................. 532

5.2.8.1 Linearno elastina teorija bono torzionog izvijanja ..................... 5335.2.8.2 Otpornost nosaa na bono torziono izvijanje ............................... 5415.2.8.3 Proraun stabilnosti nosaa na bono torziono izvijanje

prema JUS U.E7.101/1996............................................................ 5455.2.9 Izboavanje ................................................................................................. 549

5.2.9.1 Linearno elastina teorija izboavanja........................................... 5515.2.9.2 Ukruenja i njihova funkcija.......................................................... 5595.2.9.3 Otpornost pritisnute ploe na izboavanje - koncept

efektivne irine .............................................................................. 5625.2.9.4 Otpornost rebra na izboavanje smicanjem ................................... 5695.2.9.5 Poprena ukruenja........................................................................ 5765.2.9.6 Poduna ukruenja......................................................................... 5805.2.9.7 Dispozicija ukruenja .................................................................... 5825.2.9.8 Proraun stabilnosti lima na izboavanje

prema JUS U.E7. 121/1986........................................................... 5835.3 SAASTI NOSAI .............................................................................................. 592

5.3.1 Uvod............................................................................................................ 5925.3.2 Geometrija saastih nosaa ......................................................................... 5945.3.3 Proraun saastih nosaa............................................................................. 596

5.3.3.1 Kontrola normalnih napona ........................................................... 5985.3.3.2 Kontrola smiuih napona ............................................................. 6015.3.3.3 Kontrola ugiba ............................................................................... 6035.3.3.4 Kontrola stabilnosti pritisnutog pojasa .......................................... 6045.3.3.5 Kontrola stabilnosti nosaa na bono-torziono izvijanje ............... 6055.3.3.6 Kontrola rebra na izboavanje ....................................................... 605

5.4 REETKASTI NOSAI ....................................................................................... 6095.4.1 Uvod............................................................................................................ 6095.4.2 Osnovna pravila za konstruisanje reetkastih nosaa.................................. 6145.4.3 Oblici i dimenzije reetkastih nosaa.......................................................... 6155.4.4 Oblici poprenih preseka reetkastih nosaa............................................... 6215.4.5 Proraun tapova reetkastih nosaa ........................................................... 6245.4.6 Proraun i konstrukcijsko oblikovanje vorova reetkastih nosaa ............ 631

5.4.6.1 Reetkasti nosai sa vornim limom.............................................. 631

XVIII Metalne konstrukcije

5.4.6.2 Reetkasti nosai bez vornog lima ............................................... 6435.4.7 Reetkasti nosai od upljih profila ........................................................... 645

5.4.7.1 Reetkasti nosai od upljih profila krunog poprenog preseka .. 6465.4.7.2 Reetkasti nosai od upljih profila kvadratnog ili

pravougaonog poprenog preseka ................................................. 6525.4.7.3 Nastavci kod reetkastih nosaa od upljih profila ........................ 655

5.4.8 Izrada radionike dokumentacije ................................................................ 6625.4.9 Prostorni reetkasti nosai........................................................................... 663

5.4.9.1 vorovi prostornih reetkastih nosaa ........................................... 6695.4.9.2 Prostorne reetkaste konstrukcije sistema "MERO"...................... 670

5.5 OKVIRNI NOSAI .............................................................................................. 6745.5.1 Metode prorauna okvirnih nosaa .............................................................. 678

5.5.1.1 Proraun bono nepomerljivih okvirnih nosaa............................. 6815.5.1.2 Proraun bono pomerljivih okvirnih nosaa ................................ 683

5.5.2 Odreivanje duine izvijanja okvirnih nosaa prema JUS U.E7.111 ......... 6835.5.2.1 Bono nepomerljivi okvirni nosai ................................................ 6835.5.2.2 Bono pomerljivi okvirni nosai.................................................... 685

5.6 OSLONCI I LEITA.......................................................................................... 6885.6.1 Uvod............................................................................................................ 6885.6.2 Leita ......................................................................................................... 692

5.6.2.1 elina leita................................................................................ 6935.6.2.2 Leita na bazi elastomera ............................................................. 699

METALNE KONSTRUKCIJE Specijalna poglavlja i tehnologija izrade

Dr Dragan Buevac, dipl. in. gra.vanredni profesor, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Zlatko Markovi, dipl. in. gra.asistent, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Dragana Bogavac, dipl. in. gra.asistent, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Mr Dragoslav Toi, dipl. in. gra.asistent, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu

Recenzenti:Prof. Gojko Nenadi, Graevinski fakultet u Podgorici

Prof. dr Branislav ori, Graevinski fakultet Univerziteta u BeograduProf. dr Mihailo Muravljov, Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Izdava:Graevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Bulevar kralja Aleksandra 73/I

Odobreno za tampu odlukom Vea katedara za materijale i konstrukcijebroj 02-16/16, od 16.12.1997.

Za izdavaa:Dekan, prof. dr ivojin Praevi

Tehniki urednici:Mr Dragana BogavacMr Zlatko Markovi

Grafika obrada:Mr Mihailo Mitrinovi

Mr Predrag ivkovi, dipl. in.Sinia Kukolj, dipl. in.

MD&PROFY GRAFIKI CENTAR, tel: (011) 43-85-64

Grafiki prilozi:DELFIN INENJERING

Beograd, Dobropoljska 12, tel: (011) 3690-429, fax: (011) 64-84-74

tampa:Zavod za grafiku tehniku Tehnoloko-metalurkog fakulteta Univerziteta u Beogradu

Karnegijeva 4, tel/fax: (011) 3370-492

Tira:500 primeraka

ISBN 86-80049-91-3ISBN 86-80049-93-X

METALNE KONSTRUKCIJESpecijalna poglavlja i tehnologija izrade

1OSNOVE METALNIH KONSTRUKCIJA

1 UVOD

1.1 KARAKTERISTIKE METALNIH KONSTRUKCIJA

Upotreba gvoa, a potom elika, kao materijala za nosee konstrukcije u graevinar-stvu, je relativno skorijeg datuma. Prva konstrukcija od gvoa stara je tek neto vie od200 godina. Za izvoenje graevinskih objekata sa noseom konstrukcijom od metala e-lik predstavlja jo i danas po upotrebljenoj koliini glavni materijal, mada se poslednjihdecenija uoava i poveana upotreba aluminijuma. eline konstrukcije poseduju specifi-na svojstva i znaajne tehnike i funkcionalne prednosti u odnosu na druge graevinskematerijale, te zato imaju iroku primenu za sve vrste graevinskih konstrukcija. Takoe,karakterie ih izuzetno brz trend razvoja koji je prouzrokovan pojavom i razvojem novihsavremenih metoda prorauna i analize, novih visoko sofisticiranih konstrukcijskih siste-ma, zatim razvoj potpuno automatizovanih sistema za izradu radionike dokumentacije naraunaru, kao i sistema za izradu konstrukcija u radionici i novih postupaka montae nagradilitu.elik, kao osnovni materijal za nosee metalne konstrukcije, se koristi skoro za sve ti-

pove graevinskih objekata kao to su: industrijske hale, spratne zgrade, izlobene i sport-ske dvorane, hangari, krovovi stadiona, garae, mostovi, rezervoari, silosi, bunkeri, vodo-tornjevi, antenski stubovi, stubovi dalekovoda, dimnjaci, ustave, ofor-platforme i mnogedruge konstrukcije za specijalne namene.

Ukupna proizvodnja konstrukcionog elika u nekim zemljama Evrope, sa procentual-nim ueem pojedinih tipova elinih konstrukcija prema ukupnoj izgradnji za dati tipkonstrukcije, prema podacima Evropske konvencije za eline konstrukcije (ECCS), pri-kazana je u tabeli 1.1. Na osnovu ove tabele moe se sagledati koliki je udeo elinih kon-strukcija u graevinskom konstrukterstvu razvijenih zemalja Zapada.

Kao materijal za nosee konstrukcije elik poseduje izuzetne karakteristike u koje spa-daju:

visoka mehanika svojstva, male dimenzije i teine elemenata elinih konstrukcija,

2 Metalne konstrukcije

industrijalizovana proizvodnja, laka manipulacija, transport i montaa, relativno lako fundiranje, velika seizmika otpornost, fleksibilnost i adaptibilnost, mogunost demontae i trajna vrednost.

Tabela 1.1 - Pregled proizvodnje elika i procentualno uee elinih konstrukcija za datitip objekta prema ukupnoj izgradnji

Procentualno uee prema ukupnoj izgradnjiZemlja Proizvodnja(1000 t) Spratne

zgradeIndustrijske

haleNeindustrijskeprizemne hale

Poljoprivre-dni objekti

Mostovi

Nemaka 1205 17 25 - 10 10Francuska 800 23 78 56 62 40

Italija 680 11 20 7 12 30V. Britanija 1182 57 95 61 85 40

panija 1084 30 85 55 15 10Holandija 482 26 80 - - 40

Visoke mehanike karakteristike i duktilnost konstrukcionih elika, mnogo vee negokod drugih graevinskih materijala, obezbeuju najvei stepen iskorienja noseih svoj-stava, a pri tom i znatnu plastinu rezervu nosivosti. To ima posebnog znaaja pri izuzet-nim ekstremnim optereenjima kao to je sleganje temelja, dejstvo zemljotresa ili udar vo-zila o konstrukciju. Zahvaljujui izuzetnim mehanikim svojstvima elementi elinih kon-strukcija, u poreenju sa konstrukcijama od drugih materijala, imaju znatno manje dimen-zije, a samim tim i manju teinu to omoguava laku manipulaciju i transport. Zbog maleteine pogodne su za primenu u seizmiki aktivnim regionima. Optimalni rasponi pri pri-meni elinih konstrukcija su bitno vei nego pri upotrebi drugih materijala, a poveanjekotanja pri prekoraenju tih optimalnih raspona je minimalno. eline konstrukcije omo-guavaju savlaivanje velikih raspona i visina, kako kod hala i spratnih zgrada, tako i kodmostova, pri emu su teine i dimenzije nosee eline konstrukcije bitno manje nego koddrugih graevinskih materijala. U mnogim sluajevima, kao na primer kod mostova izu-zetno velikih raspona, hala velikih povrina bez stubova, zgrada visoke spratnosti ili viso-kih tornjeva i jarbola nosea konstrukcija od elika predstavlja jedinu prihvatljivu soluciju.Zbog prethodno reenog eline konstrukcije dre sve rekorde u graevinarstvu.

Mostovi, bez sumnje, predstavljaju najvee dostignue modernog graditeljstva, a po-sebno mesto svakako pripada metalnim mostovima, koji dre sve rekorde u pogledu raspo-na, visine subova i pilona, irine kolovozne table itd.

Slina situacija je i u drugim oblastima primene, na primer, u zgradarstvu gde elinekonstrukcije dre sve rekorde kako po visini, tako i po rasponima, brzini izgradnje itd.

Sve bri porast broja ljudi i intenzivna migracija u velike gradove postavlja zahtev zanaputanjem konvencionalnih naina graenja i prelazak na potpunu industrijalizaciju gra-enja. Industrijalizacija obuhvata kompleksno planiranje, projektovanje, izradu, montau,finalizaciju i odravanje objekata kroz jedan prostudiran koncept, koji objedinjuje sve ue-

Osnove metalnih konstrukcija 3

snike u procesu izgradnje, kako bi se postavljeni ciljevi ispunili uz ekonomisanje u vreme-nu i kotanju. Ovim se maksimalno koristi savremena tehnologija proizvodnje u fabrika-ma, a s tim u vezi dobija se bolji kvalitet i nia cena. Znaajnim smanjenjem radova nagradilitu, a time i uticaja faktora "ovek" i "vremenski uslovi" ostvaruje se skoro potpunoeliminisanje nepredvienih radova.

Za razliku od mnogih drugih pozitivnih osobina, osetljivost elinog materijala na dej-stvo korozije i poara predstavlja problem koji zahteva posebnu panju tokom izgradnje iekspolatacije objekta. Zbog toga e ovim problemima biti posveena duna panja u knji-zi, uz osvrt na neka savremena reenja.

1.2 ISTORIJSKI RAZVOJ METALNIH KONSTRUKCIJA

Ruda gvoa se u prirodi uglavnom javlja kao ferit, magnetit, hematit, limonit i pirit.Da bi se gvoe moglo koristiti ruda se mora osloboditi znatnih procenata neistoa. Duginiz godina su arheolozi pokuavali da odgonetnu tajnu o tome ko je bio pronalaza gvoai njegove izrade. Meutim ni najstariji spisi ne daju odgovor na ovo pitanje, jer oni govorekako je svaki stari kulturni narod dobijao svoje znanje o dobijanju gvoa od nekog bo-anstva ili nekakve misteriozne linosti. Pri istraivanju velike Keopsove piramide 1837.godine, Englez Hil (Hill) je u njenim zidinama pronaao pare gvoa, ija starost dostieoko 5000 godina, a koje se kao najvea retkost uva u Britanskom muzeju u Londonu. Do-bijanje metala u Kini i Indiji bilo je poznato od davnina, tako da je car Ju (Yu), 2000 godi-na pre nove ere, dobijao od stanovnika Tibeta gvoe kao danak. Od Jevreja, Feniana,Jermena i drugih starih naroda preneta je vetina izrade metala u najstarije kulturne draveEvrope.

Vetina livenja gvoa i gvozdenih predmeta starim narodima nije bila poznata, jer seliveno gvoe javlja tek poetkom XV veka i to mahom za izradu topova. Sve do srednjegveka gvoe se dobijalo redukcijom pomou drvenog uglja u rovovima ili niskim ahtnimpeima izgraenim od blata i lomljenog kamena, a kasnije i u veim peima. U XV vekuiz ahtnih pei je razvijena visoka pe, koja je zbog dovoda vazduha pomou vodom po-kretanih mehova mogla biti zagrejana na viu temperaturu. Tek pronalaskom postupka do-bijanja sirovog gvoa pomou koksa u visokim peima 1735. godine omoguena je veaproizvodnja sirovog gvoa, a time i njegova ira primena.

Primena gvoa u graevinskim konstrukcijama bila je uglavnom ograniena na po-boljanje poznatih tehnika spajanja elemenata. Upotreba eksera datira jo od prvog mileni-juma pre nove ere. Zavrtnjevi poinju da se koriste od sredine XVI veka, a podvezice odkovanog gvoa za spajanje elemenata drvene grae od XVII veka. Do pred kraj XVIIIveka liveno gvoe uglavnom je korieno za alate i ratnu tehniku, tako da poznatih pri-mera upotrebe gvoa kao glavnog materijala za nosee konstrukcije u graevinarstvu ne-ma sve do kasnih godina XVIII veka, osim izuzetno retkih sluajeva u kojima je gvoejednostavno zamenjivalo drvo, kamen ili opeku.

Prva nosea konstrukcija od gvoa u svetu podignuta je u periodu 1777-1779. godine umestu Kolbrukdejl u Engleskoj preko reke Severn (slika 1.1) od strane Abrahama Darbija(Abraham Darby). Most je luni, raspona 30,6 m, sa strelom od 13,7 m. Most se sastoji odpet segmentnih lukova na tri zgloba na razmaku od 1,5 m. Lukovi su izliveni iz dve polovi-ne. U most je ugraeno 378 t gvoa. Most je i danas u upotrebi i slui za peaki saobraaj.Prethodni pokuaj francuskih inenjera da izgrade most u Lionu 1755. godine je propao, jerse nije moglo proizvesti liveno gvoe u traenim koliinama po konkurentnoj ceni.


Slika 1.1 - Most preko reke Severn u Engleskoj

Posle ove konstrukcije izveden je 1796. godine takoe luni most, raspona 72,0 m, pre-ko reke Ver kod Sanderlenda, po projektu Tomasa Vilsona (Thomas Wilson), a zatim prviluni most u Nemakoj u leziji.

Pronalaskom parne maine postupak za dobijanje gvoa u visokim peima je postajaosve efikasniji zbog upotrebe maina na parni pogon za uduvavanje prethodno zagrejanogvazduha. Potom je Henri Kort (Henry Cort), 1784. godine, pronaao pudel-proces, odno-sno postupak proizvodnje varenog gvoa, sa svojstvima veoma slinim dananjem eliku.U pudel peima se sirovo gvoe iz visokih pei dovodom zagrejanog vazduha i stalnimmeanjem dugakim kukastim ipkama oslobaalo od ugljenika, silicijuma i mangana.Svojstva varenog gvoa omoguila su izradu smelijih konstrukcija, tako da je od ovogmaterijala izveden most Britannia preko moreuza Menej, 1850. godine (slika 1.2). Most jebio dvokoloseni za elezniki saobraaj, sa rasponima 71,9+2x141,7+71,9 m. Konstruk-cija mosta sastojala se od dva odvojena paralelna sanduasta nosaa kroz koje prolaze vo-zovi. Ovaj objekat je posebno znaajan za razvoj mostova uopte i predstavlja preteu sa-vremenih mostova sanduastog poprenog preseka.

Progres u graenju mostova i krovova od varenog gvoa brzo se proirio na sve razvi-jene zemlje, to je zahtevalo proizvodnju novih oblika noseih elemenata, tako da je dolodo pojave prvih profila. Francuski inenjer Ferdinand Zores je uspeo 1839. godine da izva-lja prvi I-profil, potom U-profil i na kraju 1852. godine po njemu nazvano Zores gvoe,koje je kasnije iroko primenjivano za obrazovanje kolovoznih tabli mostova.

Mnogi naunici tog doba kao to su Francuzi - Navije (Navier), Lame, Klapejron (Cla-peyron), Levi (Levie) i Maso (Massau), Italijani - Kremona, Kastiljano (Kastigliano), Me-nabrea, Ovaca (Ovazza) i Gebria, vajcarci - Bernuli (Bernoulli), Ojler (Euler) i Tetmajer,(Tetmayer), Englezi - Viliot (Williot) i Maksvel (Maxwell), i Nemci - Vinkler (Winkler),Kulman (Culmann), Riter (Ritter), Gerber, Mor (Mohr) svojim neumornim radom postavi-li su teorijske osnove za projektovanje i izvoenje novih, jo smelijih konstrukcija.


Slika 1.2 - Most Britannia preko moreuza Menej

Poseban znaaj za razvoj metalnih konstrukcija imao je pronalazak topljenog elika,1855. godine, od strane Henrija Besemera (Henry Bessemer). elik se proizvodio u veli-kim krukastim okretnim posudama, zvanim konvertori, u rastopljenom stanju, te otuda injegov naziv. Meutim, do druge polovine XIX veka elik se nije proizvodio u dovoljnimkoliinama i sa dovoljno niskom cenom da bi bio konkurent varenom gvou. Glavna raz-lika u hemijskom sastavu gornja dva metala je u sadraju ugljenika.

Most Sent Luis preko reke Misisipi zavren 1874. godine je prvi znaajan most napra-vljen od elika (slika 1.3). Most je luni, raspona 153,0+159,0+153,0 m.

Slika 1.3 - Most Sent Luis preko reke Misisipi


Uvoenjem Simens-Martinovog, a naroito Tomasovog postupka omoguena je posle1880. godine masovna proizvodnja elika, dobrog kvaliteta, takozvanog topljenog elikakoji je i danas u upotrebi. Preko reke Ist (East River) u Njujorku zavren je 1883. godinevisei Brookline Bridge, sa najveim rasponom u to doba od 486,0 m (slika 1.4).

Slika 1.4 - Bruklinski most preko reke Ist u Njujorku

Prva znaajna konstrukcija od elika u Engleskoj je monumentalni Forth Bridge, ra-spona 210,0+521,0+210,0 m, koji je zavren 1889. godine (slika 1.5). Most je reetkast, si-stema Gerberovog nosaa. Teina konstrukcije je 53.305 t, sa ugraenih 6.500.000 zakiva-ka. Most je izuzetno impresivan, pa i danas izaziva panju inenjera irom sveta. Sve do1917. godine, kada je puten u promet most u Kvibeku u Kanadi bio je to gredni most sanajveim rasponom na svetu.

Slika 1.5 Forth Bridge


Za mostove lunog sistema Francuzi imaju neosporno najvee zasluge, ali ubrzo onipoinju da se primenjuju u veem obimu u Nemakoj i drugim zamljama. Prvi luni mostnazvan Arcole od varenog gvoa bez zglobova sagradio je Odri (Oudry) 1854. godine uParizu. Raspon ovog mosta je 80,0 m, sa izuzetno malom strelom (1/13 raspona). MostGarabit (slika 1.6) je jedan od najznaajnijih lunih mostova. Takoe je izgraen u Fran-cuskoj, 1884. godine, sa rasponom od 165,0 m. Projektant i graditelj ovog mosta je bio u-veni Gustav Ajfel (Gustav Eiffel).

Slika 1.6 - Most Garabit

Godina 1881. je vezana za poetke elektrolunog zavarivanja, a 1928. za primenu za-varivanja u mostogradnji. Decembra 1928. godine zavren je most na Sludvi (Sludwa) uPoljskoj, prvi drumski most na svetu izraen zavarivanjem. U poetku primene, zavariva-nje je dalo izuzetne rezultate, jer su mostovi postali jednostavnije konstrukcije, a jeftinijiod odgovarajuih zakovanih. Meutim, ubrzo su, 1936. godine, otkrivene pukotine u po-dunom avu izmeu rebra i noica glavnog nosaa eleznikog mosta u Berlinu. Ista ote-enja otkrivena su i na drumskom mostu u Nemakoj, 1938. godine. Noice oba mosta bi-le su debele 60 mm, a avovi su popucali u toku zime, na niskim temperaturama. Izmeu1938. i 1940. godine tri mosta preko Albert-kanala u Belgiji, sistema Virendel nosaa, do-iveli su havarije usled krtog loma. Ove havarije su inicirale dopunska teorijsko-eksperi-mentalna istraivanja irom sveta, to je dovelo do novih saznanja u oblasti zavarenih kon-strukcija, a kasnije i do toga da zavarivanje postane dominantan postupak spajanja pri izra-di elinih konstrukcija.

Od velikih amerikih viseih mostova treba istai dva najvea. Prvi je George Was-hington preko reke Hadson u Njujorku, sa rasponom od 1067,0 m, graen od 1927. do1932. godine. Autor projekta je poznati ameriki inenjer Aman (O. Amman). Drugi mostje Golden Gate u San Francisku, sagraen 1937. godine, raspona 1281,0 m, koji je duginiz godina bio most sa najveim rasponom na svetu (slika 1.7).


Slika 1.7 - Most Golden Gate u San Francisku

Najstarija primena gvozdenih konstrukcija u zgradarstvu datira iz 1785. godine na jednojkui u Boulonju, francuskog arhitekte Angoa, kod koje su primenjeni gvozdeni nosai meu-spratne konstrukcije raspona 6,5 m. Prve krovne konstrukcije od livenog gvoa javljaju se po-etkom XIX veka i to po ugledu na ve postojee sisteme od drveta. Najznaajnije krovne kon-strukcije od livenog gvoa su: krov za kupolu pariske zgrade Halle aux Bles prenika 13,86 mizveden 1811. godine autora Belana i Brunea (Belange i Brunet), toranj katedrale u Ruanu ikrov bazena u kupatilu Diana u Beu, obe iz 1820. godine.

Slika 1.8 Crystal Palace u Londonu


Prvu viespratnu konstrukciju od livenog gvoa je 1797. godine u revzberiju (Engle-ska) sagradio Bejd (Bage). Petospratna fabrika zgrada je duga 54 m, irine 11 m, korisnepovrine 2880 m2. Za prvu svetsku izlobu koja je otvorena 1. maja 1851. godine izgrae-na je Crystal Palace u Londonu (slika 1.8), za do tada neuveno kratko vreme od samo 17nedelja. Konstrukcija je izvedena kao okvirna, sa vitkim gvozdenim stubovima i reetka-stim nosaima. Detalji spojeva livenog gvoa odaju prefinjeni nivo, kako u projektova-nju, tako i u zanatskom izvoenju.

U Francuskoj je 1876. godine izgraena Ajfelova kula, visine 300 m, to je predstavlja-lo rekordnu visinu sledeih 41 godinu. Znaaj ove konstrukcije na budue visoke zgrade jeu omoguavanju prouavanja dejstva vetra na ovako visoke objekte.

Tokom poslednje decenije XIX veka u SAD je izgraen veliki broj zgrada sa noseomkonstrukcijom okvirnog sistema. Tipini primeri su Jenney's Fair Store (ikago) iz 1892.godine i Bruce Price's American Surety Building (Njujork) dvadesetospratnica ukupne vi-sine 93,0 m. Pratei ameriku praksu u Engleskoj je, kao prva znaajna zgrada kompletnoizvedena od elika, izgraen hotel Ritz (slika 1.9).

Slika 1.9 - Hotel Ritz Slika 1.10 - Empire State Building

Razvoj viespratnih zgrada od elika, okvirnog sistema i velikih visina, prvenstveno jevezan za Ameriku, pa su ovakvi objekti postali sinonimi arhitekture njenih velikih grado-va. U prvoj deceniji dvadesetog veka u SAD se grade zgrade visine do 215 m, iji je tipi-ni predstavnik 53-spratna zgrada Metropolitan Tower (Njujork) iz 1909. godine. Godine1913. zavren je Woolworth Building (Njujork), sa 55 spratova i visinom od 231,8 m, toje bila rekordna visina u zgradarstvu do 1930. godine, kada je rekord preuzeo Empire StateBuilding. Ovaj objekat, doajen svih spratnih zgrada sa 381,0 m visine, bio je svetski re-korder u visini narednih 40 godina i ima 102 sprata sa preko 50.000 t ugraenog elika(slika 1.10).


1.3 PRIMENA METALNIH KONSTRUKCIJA U MOSTOGRADNJI

Mostovi, bez sumnje, predstavljaju najvee dostignue modernog graditeljstva, a po-sebno mesto svakako pripada metalnim mostovima koji dre sve rekorde u pogledu raspo-na, visine stubova i pilona, irine kolovozne table itd. Velika nosivost elika najbolje je is-koriena pri izgradnji mostova velikih raspona, razliitih statikih i konstrukcijskih siste-ma. Kako kod mostova sopstvena teina ini veliki udeo u optereenju, to primena elikaprestavlja esto jedino optimalno reenje. Najznaajniji visei mostovi velikog raspona usvetu su:

Akashi Kaikyo - Japan ! = 1990,0 mHumber Bridge - Velika Britanija ! = 1410,0 m

Tsing Ma - Hong Kong ! = 1377,0 mVerrazano Narrows - Njujork (SAD) ! = 1298,0 m

Golden Gate - San Francisko (SAD) ! = 1281,0 m

Mackinac Staits - Miigen (SAD) ! = 1158,0 mBosfor - Turska ! = 1074,0 m

George Washington - Njujork (SAD) ! = 1067,0 m

Tajo - Lissabon (Portugal) ! = 1013,0 mFirth of Forth - Velika Britanija ! = 1006,0 mNa osnovu novih saznanja i savremene tehnologije sagraen je 1964. godine u Americi

most Verrazano Narrows u Njujorku (slika 1.11), ime je nasledio Golden Gate, i postaomost najveeg raspona na svetu. Most je dvospratan, drumski, sa 12 kolovoznih traka.

Slika 1.11 - Most Verrazano Narrows u Njujorku


Za neto vie od 100 metara premaen je ovaj rekord izgradnjom mosta preko rekeHamber (Humber Bridge) u Velikoj Britaniji (slika 1.12), koji je puten u saobraaj 1981.godine. Most ima posebno oblikovanu kolovoznu tablu kako bi zadovoljio zahteve aerodi-namike stabilnosti. irina kolovozne table je 28,5 m.

Slika 1.12 - Most preko reke Hamber u Velikoj BritanijiTrenutno se privode kraju radovi na viseem elinom mostu Akashi-Kaikyo (slika

1.13) koji e po zavretku montae, 1998. godine, i zvanino postati most sa najveim ra-sponom na svetu.

Ovaj savremeni drumski most je predvien za est traka auto puta i spajae japanskigrad Kobe sa ostrvom Anjai. Veoma frekventan prekookenaski saobraaj koji se odvijapreko ovog vodenog puta (1400 brodova dnevno) zahtevao je irinu slobodnog plovnogprofila od ak 1500,0 m. Stoga je usvojen raspon srednjeg, glavnog otvora od 1990,0 m.Konstrukcija mosta je tipina za visee mostove: ukupan raspon (3910 m) je podeljen natri otvora (960+1990+960 m), a glavni nosei kabl se prevlai preko elinih pilona koji senalaze na srednjim stubovima i ankeruje u ankerne blokove na oporcima. Rekordan rasponuslovio je i rekordnu visinu pilona (297,2 m) koji su za oko 100 m vii od pilona postoje-ih mostova. Kolovozna tabla je irine 35,5 m, a visina grede za ukruenje je 14,0 m.

Mostovi sa kosim kablovima, poslednjih decenija, zbog bitno jednostavnije konstrukci-je, potiskuju visee mostove kod raspona do 500 m. Prvi moderni most sa kosim kablovi-ma sagraen je preko trosmunda u vedskoj 1955. godine. Jedan od najznaajnijih mo-stova ovog sistema je Sent Nazaire (Francuska) sa rasponom od 404,0 m (slika 1.14). Dvaznaajna mosta ovog tipa izgraena u Japanu poslednjih godina su Higashi-Kobe, ukupneduine 885,0m i srednjeg raspona od 458,0 m i Ikuchi, srednjeg raspona 490,0 m.


Slika 1.13 - Most Akashi-Kaikyo

Slika 1.14 - Most sa kosim kablovima Sent Nazaire

Documents

Metalne Konstrukcije Z.markovic,D.budjevac