Plan WykŁadu

09-10-28 Konstrukcje metalowe - Wykład 4 1

Kruche pękanie staliDobór stali na konstrukcje budowlanePodstawy metody stanów granicznych

Połączenia śrubowe i nitowe - materiały

KONSTRUKCJE METALOWE


PLAN WYKŁADU

KRUCHE PĘKANIE STALI

DOBÓR STALI NA KONSTRUKCJE

PODSTAWY METODY STANÓW GRANICZNYCH

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE - MATERIAŁY

BIBLIOGRAFIA



Stal może ulegać zniszczeniu plastycznemu lub kruchemu w zależności od warunków, w których następuje zniszczenie.

Kruche pękniecie jest jednym z najpoważniejszych niebezpieczeństw zagrażających stalowym konstrukcjom, szczególnie spawanym,w trakcie eksploatacji.

Kruche pękanie rozwija się w materiale bez lub przy względnie małych odkształceniach plastycznych, nagle, bez wcześniejszych oznak, często przy niskim poziomie naprężeń eksploatacyjnych, za to wysokim poziomie naprężeń własnych.



Przełamanie statku w wyniku kruchego pęknięcia



Pęknięcie kruche mostu



Kruche pękanie stali może mieć miejsce gdy jednocześnie:

- istnieje tzw. karb, im silniejszy jest wpływ karbu, tym naprężenia przy których powstają kruche pęknięcia, mogą być mniejsze,

- w obszarze karbu działają odpowiednio duże naprężenia rozciągające, skierowane prostopadle do powierzchni przekroju narażonego na pękniecie,

- zapoczątkowaniu i rozwijaniu się kruchego pęknięcia sprzyja temperatura niższa od tzw. „temperatury kruchości Tk”.



Wpływ karbu na wytrzymałość i wydłużenia próbki.



Wraz z obniżeniem temperatury wzrasta granica plastyczności, maleje zaś wydłużenie A. W pewniej temperaturze granica plastyczności fy (Re)osiąga wartość równą wytrzymałości na rozciąganie fu (Rm). Temperaturę tą nazywamy temperaturą kruchości Tk.

Wpływ temperaturyna właściwości stali.



Ryzyko kruchego pęknięcia wzrasta gdy: - wzrasta poziom naprężeń (zwłaszcza trójosiowy)- w elemencie występują naprężenia własne (np. spawalnicze) - w elemencie występują obszary koncentracji naprężeń wokół wad

spoin i w SWC (np. mikropękniecia). - element stalowy jest gruby- nastąpił zgniot na zimno- stal jest nieuspokojona

Wzrost zawartości węgla obniża odporność na kruche pękanie (zwiększenie o 0,01% C przesuwa Tk o 1-2 oC).

Dodatki stopowe Cr, Co, Mo i Si powyżej 0,4% pogarszają odpornośćna kruche pękanie.

Odporność na kruche pękanie zwiększa domieszka do 2% Mn oraz Tii Ni.



Dokonując doboru stali do wykonania konstrukcji, należy brać pod uwagę:

- kształtowanie elementów (ich schematy statyczne, przekroje, połączenia, stateczność miejscową i ogólną, przemieszczenia),

- stan naprężeń (rodzaj - rozciąganie, ściskanie; wartość, koncentracja),

- zachowanie materiałów pod wpływem obciążeń statycznych, dynamicznych, udarowych, zmęczeniowych itd.,

- zachowanie materiałów w podwyższonej lub obniżonej temperaturze,


- technologię wytwarzanie (spawalność stali, łatwość obróbki, wiercenia otworów, gięcia),

- odporność na korozję, ścieranie (np. szyny belek podsuwnicowych, zasobniki na materiały sypkie),

- koszt materiału



W procesie wymiarowania w doborze kształtowników i blach należy kierować się następującymi wytycznymi:

- nie stosować wyrobów nie objętych programem walcowania,

- wymiary części z blach tak dobrać, aby w sposób najbardziej efektywny wykorzystać arkusze blach,

- w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części o wymiarach trudnych do rozróżnienia, a w szczególności:

- kątowników o ramionach jednakowej szerokości, lecz różniących się grubością mniej niż 3 mm (np. L 60x60x6 i L 60x60x9),

- dwuteowników i ceowników tej samej wysokości lecz różniących się grubością pasów lub środników (np. HEA 200 i HEB 200),

- części z blach uniwersalnych lub grubych tej samej szerokości, lecz różniących się grubością mniej niż 3 mm,



- w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części z blach lub kształtowników o jednakowych wymiarach, lecz wykonanych z różnych gatunków stali (np. S235 i S355),

- zważać aby długości poszczególnych części nie przekraczały długości handlowych poszczególnych asortymentów,

- w elementach złożonych, w szczególności kratowych, ograniczaćliczbę różnych kształtowników; w zwykłych kratownicach wykonywanych jednostkowo, stosować nie więcej niż 5 - 6 różnych kształtowników.


09-10-28 14

PODTAWY METODY STANÓW GRANICZNYCH

Wymiarowanie konstrukcji stalowych przeprowadzamy wg METODY STANÓW GRANICZNYCH.

Wyróżniamy:

- stan graniczny nośności (SGN),

- stan graniczny użytkowania (SGU)

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

d dE R≤

k kE C≤gdzie:E – efekty działania obciążeń (siły, momenty, przemieszczenia),Rd – wartość obliczeniowa nośności,Ck – wartość graniczna parametru SGU.

STAN GRANICZNY NOŚNOŚCI:

- kombinacja podstawowa

09-10-28 15

, , ,1 ,1 , 0, ,1 1

" " " " " "m n

d G j k j p Q k Q i i k ij i

E G P Q Q≥ >

= ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅∑ ∑γ γ γ γ ψ



gdzie:Gk,j , P , Qk,i – wartości charakterystyczne obciążeń stałych, od sprężania i zmiennych,γG,j , γp , γQ,i – współczynniki obciążeń stałych, od sprężania i zmiennych,Ψ0,i – współczynniki jednoczesności obciążeń zmiennych.

STAN GRANICZNY UŻYTKOWANIA:

- kombinacja podstawowa

09-10-28 16Konstrukcje metalowe - Wykład 4


gdzie:Gk,j , P , Qk,i – wartości charakterystyczne obciążeń stałych, od sprężania i zmiennych,Ψ0,i – współczynniki jednoczesności obciążeń zmiennych.

, ,1 0, ,1 1

" " " " " "≥ >

= + + + ⋅∑ ∑m n

k k j k i k ij i

E G P Q Qψ

09-10-28 17

W metodzie stanów granicznych dla danej kombinacji obciążeńprzeprowadza się sprawdzenie nośności na trzech poziomach:

- wytrzymałości materiału w najbardziej wytężonym punkcie przekroju, np

- nośności przekroju poprzecznego elementu, np

- nośności elementu konstrukcyjnego, np


,2

y

M

f≤σγ

,

1Ed

t Rd

NN

≤



POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE

Podział połączeń trzpieniowych:

- ROZBIERALNE – łączone elementy można rozdzielić bez konieczności zniszczenia łączników:- śrubowe,- sworzniowe,- na wkręty samowiercące,- na wkręty samogwintujące,

- NIEROZBIERALNE – łączone elementy można rozdzielić po wcześniejszym zniszczeniu łączników:- nitowe,- na kołki wstrzeliwane,- na gwoździe (kołki) wstrzeliwane- na nity jednostronne



Połączenie zakładkowe Połączenie doczołowe

Podział połączeń trzpieniowych (z uwagi na sposób obciążenia):

- ZAKŁADKOWE - obciążenie działa prostopadle do osi łącznika(śrubowe, nitowe, sworzniowe),

- DOCZOŁOWE - obciążenie działa równolegle do osi łącznika(śrubowe).

Źródło

[2]


Źródło [1]


Połączenie nitowe:

Źródło www.wikipedia.org


Źródło [1]


Połączenie sworzniowe:

Źródło [7]


Źródło [1]


Połączenie śrubowe:

Źródło [7]


Zalety połączeń trzpieniowych:

- mogą być wykonane w każdych warunkach atmosferycznych,- mogą być wykonane przez pracowników nie mających wysokich

kwalifikacji,- mogą łączyć elementy z różnych gatunków stali, a nawet różnych

metali

Wady połączeń trzpieniowych:

- większe zużycie stali (osłabienie przekroju otworami, dodatkowe blachy węzłowe),

- brak możliwości odnowy powłok antykorozyjnych między elementami połączonymi

Obecnie powszechnie stosuje się połączenia spawane jako złącza warsztatowe i połączenia śrubowe jako montażowe.




Rodzaje nitów:

Stal stosowana do produkcji nitów:

Źródło

[2]

Źródło

[2]



Długość trzpienia nita:

1,12 1, 4l g d= ⋅ + ⋅∑gdzie:g - grubość łączonych elementówd - średnica otworu

Źródło [2]



Proces nitowania:

rozgrzanie nitado temperatury tzw.

„pomarańczowego żaru”(900 – 1100o C)

Wprowadzenie gorącego nita do otworu

Uformowanie (zakucie) drugiego łba (młot lub niciarka)

Źródło www.wikipedia.org



Śruby zwykłe:

Źródło [2]


Śruby pasowane:


Śruby pasowane stosuje się przy naprawie połączeń nitowanych (wymiana nitów na śruby pasowane).

Źródło [2]



Śruby rzymskie (nakrętki napinające):

Nakrętki napinające stosuje się przy sprężaniu cięgien. Źródło [3]



Śruby fundamentowe

Śruby fundamentowe stosuje się przy kotwieniu np. słupów w stopach fundamentowych. Źródło [3]



Inne łączniki trzpieniowe:

a) nit jednostronnyb) blachowkręt c) wkręt samogwintującyd) wkręt samowiercącye) kołek wstrzeliwany

Źródło [4]



Podkładki okrągłe:

Źródło

[1]



Podkładki klinowe:

Podkładki klinowe stosuje się przy połączeniach

śrubowych kształtowników z nachyloną stopką

Rowki na spodniej stronie podkładek służą do ich

identyfikacji.

Źródło

[1]



Funkcja podkładek w połączeniach trzpieniowych:

- ochrona powłoki antykorozyjnej przed jej zdarciem podczas ruchu obrotowego nakrętki, ściskającej elementy łączone z coraz większąsiłą w końcowej fazie dokręcania,

- zmniejszenie oporów tarcia obracającej się nakrętki (podkładka jest bardziej gładka niż element łączony),

- rozłożenie nacisku nakrętki na większą powierzchnię.



Klasy wykonania śrub:- zgrubne (C) - stosowane do łączenia elementów drugorzędnych- średnio dokładne (B) - podstawowa klasa śrub stosowana w

budownictwie- dokładne (A) - klasa stosowana w śrubach pasowanych



Stale stosowane do wyrobu śrub zwykłych:- St4- St5- 35- 45

Stale stosowane do wyrobu śrub sprężających:- stale węglowe

- 45- 45Y

- stale stopowe- 40H (chromowa)- 30HGS (chromowo-manganowo-krzemowa)- 35HGS (chromowo-manganowo-krzemowa)



Klasy śrub i nakrętek:

np.:

Śruba 4.6

fu=400 MPa

fyb / fub =0,6

fyb = 0,6 fub = 240 MPa

Nakrętka 4

fub=400 MPa



Klasy śrub i nakrętek:

Źródło [2]



Średnice śrub stosowanych w budownictwie (M oznacza gwint metryczny a liczba średnicę śruby d w mm):

(M5) ; (M6) ; (M8) ; (M10) ; (M12) ; M16 ; M20 ; M24 ; M30 ; M36 ;M36 ; M42 ; M48 ...

Śruby w nawiasie nie powinny być stosowane w konstrukcjach nośnych.


BIBLIOGRAFIA

1. Rykaluk K. „Konstrukcje stalowe. Podstawy i elementy” DWE, Wrocław 20012. Łubiński M., Filipowicz A., Żółtowski W. „Konstrukcje metalowe. Część I”

Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2006 3. Żmuda J. „Podstawy projektowania konstrukcji metalowych” Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 19974. Biegus A. „Stalowe budynki halowe” Wydawnictwa Arkady Warszawa 2007.5. PN-EN 1993-1-8:2006 „Eurokod 3:Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-8:

Projektowanie węzłów”6. Bogucki W., Żyburtowicz M. „Tablice do projektowania konstrukcji metalowych”

Wydawnictwo Arkady, Warszawa 20077. Materiały dydaktyczne ESDEP

Documents

Plan WykŁadu