Hliníkové a nerezové...

transcript

Hliníkové a nerezové konstrukce

Studijní program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ magisterské studiumStudijní program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ, magisterské studiumKód předmětu: k134YHNKVolitelný předmět 1+1, zápočet

Hliníkové konstrukceProf. Ing. František Wald, CSc., místnost B 632Nerezové konstrukceProf. Ing. Josef Macháček, DrSc.

Sylabus přednášek

1. Úvod, příklady použití, materiál, značení

2. Tepelně ovlivněné oblasti, tlak, ohyb2. Tepelně ovlivněné oblasti, tlak, ohyb

3 Svarové šroubové a lepené spoje 3. Svarové, šroubové a lepené spoje

Obsah přednáškyOpakováníOpakováníTepelně ovlivněné oblastiMezní stav použitelnostiTlačené prutyače é p uty

Vliv třídy materiálu na únosnost tlačeného prutu Vliv podélných svarů na únosnost tlačeného prutuVliv podélných svarů na únosnost tlačeného prutuVliv příčných svarů na únosnost tlačeného prutu

NosníkyNosníkyKlasifikacePružně plastický ohyb

Pružně-plastický ohybShrnutí

Protlačování

ProfilyProtlačování

OdlitkOdlitky

Evropské značení slitin11 11xx čistý Al2xxx Al-Cu-Mg – dural Al-Cu-4Mg, super Al-Zn6-Cu-Mgg g, p g

2024 přirozené stárnutí, na únavu, trupy letadel 3 Al M h d é h i ké3xxx Al-Mn - nevhodné mechanické4xxx Al-Si - slévárenské, silium,5xxx Al-Mg - Al-Mg2; Al-Mg3; Al-Mg5 - korozivdorné66xxx Al-Mg-Si - protlačované, stavební, svařitelné7xxx Al-Zn-Mg-Cu - nesvařitelnégXxxx Al-Li 5

ČČSN EN 1991-1-1Vlastnosti slitin hliníku protlačované průřezy podrobnosti viz tab 3 2b v EN 1999-1-1Vlastnosti slitin hliníku, protlačované průřezy, podrobnosti viz tab. 3.2b v EN 1999-1-1

SlitinaEN -AW

Výrobek Tepelná úprava

Tloušťkat v mm

fo fu A fo,haz, fu,haz

SoučinitelHAZ BC np

AW úprava t v mm MPa % MPa ρo,haz ρu,haz

ET, EP,ER/B

O / H111, F,

H112t ≤ 200 110 270

12110 270 1 1 B 5

EP,ER/B H112

H12/22/32 t ≤ 10 200 280 6

135 2700,68 0,96 B 14

H14/24/ 4

A - tepelná úprava má vliv na vzpěrnou únosnost

H14/24/34 t ≤ 5 235 300 4 0,57 0,90 A 18

B - tepelná úprava vliv na vzpěrnou únosnost nemá

EP - Protlačovaný průřez podle EN 755

ER/B - Protlačovaný plný průřez podle EN 755 ET - Protlačovaný trubka podle EN 755DT - Tažená trubka podle EN 754

Materiálový modelσMez úměrnosti Mez pevnostiσσ Experiment

εεεPružně - plastický

εPružně - zpevněný nelineární modelTuho - plastický

Tepelně ovlivněné oblastiRedukce pevnosti v okolí svaru součinitelemRedukce pevnosti v okolí svaru součinitelem ρhaz

místo meze úměrnosti ρhaz * f0d k j tl šťk * tse redukuje tloušťka ρhaz * t

Šířka teplem ovlivněné oblasti bhaz

ht ρbhaz

hazt ρ

9bhaz bhaz

Vzpěrnostní třída materiálu BS v tabulce pro materiályVlastnosti slitin hliníku protlačované průřezy podrobnosti viz tab 3 2b v EN 1999-1-1Vlastnosti slitin hliníku, protlačované průřezy, podrobnosti viz tab. 3.2b v EN 1999-1-1

SlitinaEN -AW

Tloušťkat v mm

fo fu A fo,haz fu,haz Součintel HAZ BC npAW úprava t v mm

MPa % MPa ρo,haz ρu,haz

ET, EP,ER/B

O / H111, F,

H112t ≤ 200 110 270

12110 270 1 1 B 5

EP,ER/B H112

H12/22/32 t ≤ 10 200 280 6

135 2700,68 0,96 B 14

H14/24/ 4

H14/24/34 t ≤ 5 235 300 4 0,57 0,90 A 18

ER/B - Protlačovaný plný průřez podle EN 755 ET - Protlačovaná trubka podle EN 755DT - Tažená trubka podle EN 754

Šířka tepelně ovlivněné oblasti bhazp haz

MIGMIGslitiny třídy 5xxx, 6xxx a 7xxx

0 < t ≤ 6 mm b = 20 mm0 < t ≤ 6 mm bhaz = 20 mm,6 < t ≤ 12 mm bhaz = 30 mm12 t 25 b 35 12 < t ≤ 25 mm bhaz = 35 mmt > 25 mm bhaz = 40 mm

TIG0 < t ≤ 6 mm bhaz = 30 mm

bhaz bhaz

bhazbhaz

bhaz bhaz

bhazbb bhazbhaz

Součinitel pevnosti materiálu při svařování ρhSoučinitel pevnosti materiálu při svařování ρhaz

slitina tepelná úprava ρhaz (MIG) ρhaz (TIG)protlačované profily, plechy a odlitky

6xxx T4 1,00 - T5 0,65 0,60 T6 0,65 0,50

7xxx T6 0,80 0,60, , T6 1,00 0,80

plechy a odlitky 5xxx H22 0,86 0,86, ,

H24 0,80 0,80 3xxx H14, H16, H18 0,60 0,60 1xxx H14 0,60 0,601xxx H14 0,60 0,60

Mezní stav použitelnostiNosníky δmax = L / 360

Vaznice δmax = L / 100

zobecnění evropských předpisů pro okna jakovýrobkyvýrobky

pro jednoduché zasklení δmax = L / 175pro dvojité zasklení δmax = L / 250

kde L je rozpětí nosníku

Mezní stav použitelnostiPro průřezy třídy 4 lze uvažovat účinný moment setrvačnosti

konstantní podél nosníku grσ

)( effgro

grgrser I - I

f - I = Iσ

kdeje moment setrvačnosti neoslabeného průřezu

č i l b éh ůř ři í grI

moment setrvačnosti neoslabeného průřezu při mezním stavu únosnosti, s uvažováním lokálního boulení

j ětší tl k é ětí ři í t žit l ti

největší tlakové napětí při mezním stavu použitelnosti pro neoslabený průřez, který se do výrazu dosazuje s kladmým znaménkem

znaménkem.

ÚÚnosnost tlačeného prutu v EN 1999-1-1Návrhová únosnost ve vzpěrném tlaku

M1oeffRdb γχκ /fAN =součinitel vlivu svařování

či it l ě ti

M1oeffRdb, γχ fκ

součinitel vzpěrnosti účinná plocha pro průřezy třídy 4

effA AA =eff

Křivky vzpěrné pevnosti 1

kd22 λφφ

χ−+

2kde ))(1(5,0 20 λλλαφ +−+=

j či it l i f k

oeff=λ

α je součinitel imperfekcedélka vodorovné částiλ 0 délka vodorovné části

Ncr pružná kritická síla pro příslušný způsob b č í l b éh ůř

vybočení neoslabeného průřezu

Vzpěrnostní třída

Vzpěrnostní třídaVzpěrnostní třída A 0 20 0 10

α 0λ

Vzpěrnostní třída A 0,20 0,10Vzpěrnostní třída B 0,32 0,00p

Vzpěrnostní třída materiálu BC v tabulce pro materiályVlastnosti slitin hliníku protlačované průřezy podrobnosti viz tab 3 2b v EN 1999-1-1Vlastnosti slitin hliníku, protlačované průřezy, podrobnosti viz tab. 3.2b v EN 1999-1-1

SlitinaEN -AW

Tloušťkat v mm

fo fu A fo,haz, fu,haz HAZ-factor BC np

AW úprava t v mm MPa % MPa ρo,haz ρu,haz

ET, EP,ER/B

O / H111, F,

H112t ≤ 200 110 270

12110 270 1 1 B 5

EP,ER/B H112

H12/22/32 t ≤ 10 200 280 6

135 2700,68 0,96 B 14

H14/24/ 4

H14/24/34 t ≤ 5 235 300 4 0,57 0,90 A 18

ER/B - Protlačovaný plný průřez podle EN 755 ET - Protlačovaný trubka podle EN 755DT - Tažená trubka podle EN 754

Porovnání součinitelů vzpěrnosti hliníkových slitin tříd BS A a B a křivky oceli a až d

1,0sti

Hliník třída BS A (0 20; 0 1)

rnos Hliník třída BS A (0,20; 0,1)

Hlinik třída BS B (0,32; 0,0)Ocel křivka A (0 21; 0 2)

oučin

itel Ocel křivka A (0,21; 0,2)

Ocel křivka B (0,24; 0,2)Ocel křivka C (0 49; 0 2)0,6So Ocel křivka C (0,49; 0,2)Ocel křivka D (0,76; 0,2)

Poměrná štíhlost

0,00,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Poměrná štíhlost

Třídy tepelné úpravy materiálu

BC - vzpěrnostní třída materiálu (Buckling Class)A t l á ú á li ě ú tA - tepelná úprava má vliv na vzpěrnou únosnostB - tepelná úprava vliv na vzpěrnou únosnost nemá

Hodnoty a pro vzpěrnostní křivky viz tab 6 6 v EN 1999 1 1Hodnoty a pro vzpěrnostní křivky, viz tab. 6.6 v EN 1999-1-1Třída materiálu podle tab. 3.2 v EN 1999-1-1 α0λ

Třída ATřída B

0,200,32

0,100,00

Porovnání součinitele vzpěrnosti pro hliníkové slitiny Porovnání součinitele vzpěrnosti pro hliníkové slitiny, α = 0,20; 0,32; pro ocel

1 0χ1,0

0 60,6

ÚÚnosnost tlačeného prutu v EN 1999-1-1Návrhová únosnost ve vzpěrném tlaku

M1oeffRdb γχκ /fAN =součinitel vlivu svařování

Hodnoty součinitele pro prvky s podélnými svary

M1oeffRdb, γχ fκ

Hodnoty součinitele pro prvky s podélnými svaryTřída materiálu A podle tab. 3.2 v EN 1999-1-1 Třída materiálu B podle tab. 3.2 v EN 1999-1-1

jestližeλλ )(AA ⎟

⎞⎜⎛

⎟⎞

⎜⎛ 1311 1 1=κ 20,≤λ

pro , jestliže

λκ λλ )(,

AA −− ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−= 1311 100501011 1

)(AAA hazo,haz1 1 ρ−−=

,)(,),( ,)(, λλ λλκ −− −+= 14150 22040401

20>λ27kde je plocha tepelně ovlivněné oblasti HAZ

jestližehazA 20,>λ

Vliv podélných svarůna únosnost tlačeného prutu

P t l ú T5 bhaz

Pro tepelnou úpravu T5 pro třídu materiálu B bez svarůvzpěrná únosnost prutu Nb,Rd = 61,6 kN bhaz

Pro tepelnou úpravu T6pro třídu materiálu A bez svarů y3pvzpěrná únosnost prutu Nb,Rd = 69,2 kN

Pro tepelnou úpravu T5 pro třídu materiálu B s podélným svarem

pro třídu materiálu B s podélným svarem vzpěrná únosnost prutu Nb,Rd = 52,1 kN 3

Součinitele vzpěrnosti pro průřez 60 x 3 – 40 x 21 0st

Hliník EN - AW 6060 úprava T5

rno Hliník EN AW 6060 úprava T5

Hlinik EN - AW 6060 úprava T6Ocel křivka A

činite

l v Ocel křivka AŠtíhlost v řešeném příkladěy

5 5h =

0,4 z144114

Štíhlost 57532b =

0,00 50 100 150 200

Součinitel redukce pevnosti materiálu svařováním Součinitel redukce pevnosti materiálu svařováním

P říč é

Pro příčné svarykonzervativně k2 = ρh

k2 = ρhaz

nebo lc lc

x2k ω=

2Mh 1/f γρ

( ) s1M0

2Mahazx

lxsin1

χχγγρ

ω−+

χ je vzpěrnostní součinitel

Vzpěrná délka lc a definice xs ( xA nebo xB)

Ncr Ncr Ncr Ncr Ncr

l cl c l c

l c l /2 cA

x Ax A

Ncr Ncr Ncr Ncr Ncr

Vliv příčných svarů na únosnost tlačeného prutu

Pro tepelnou úpravu T5 pro třídu materiálu B x =s

pbez svaru vzpěrná únosnost prutuvzpěrná únosnost prutu N = 61 6 kN L =

vzpěrná únosnost prutu Nb,Rd = 61,6 kN L =c3000

Pro tepelnou úpravu T5 pro třídu materiálu B ps příčným svarem vzpěrná únosnost prutu N = 48 0 kN

vzpěrná únosnost prutu Nb,Rd = 48,0 kNNb,Rd

Tepelně ovlivněné oblasti – svařovaný T

Tepelně ovlivněné oblasti I

Tepelně ovlivněné oblasti C

Klasifikace průřezů Klasifikace průřezů bt

1PorušeníPevnostní

PlastickéPružné Ohybový moment,

β = b / tφ

Stabilitní Třída 1, tažné průřezy

Tříd 2 k kt í ůř

Třída 3, polokompaktní průřezy

Třída 2, kompaktní průřezy

Natočení průřezu

Třída 4, štíhlé průřezy

pružné natočení plastické natočeníNatočení průřezu,φ

Mezní štíhlostβ = bi / t Pro ohýbaný prut Pro tlačený prutříd 1 β β

ý ptřída 1: β ≤ β1 třída 2: β1 < β ≤ β2 třída 1 nebo 2: β ≤ β2 třída 3: β2 < β ≤ β3 třída 3: β2 < β ≤ β3t da 3: β β β3třída 4: β3 <β třída 4: β3 <β

0f/250=ε

0f/250ε

Parametry štíhlostiPřímá vnitřní část s rovnoměrným napětímPřímá vnitřní část s rovnoměrným napětím nebo přímý přesah s rovnoměrným napětím nebo s největším napětím na konci

β = b / tβ b / tVnitřní část s nerovnoměrným napětím a neutrální osou ve středu

β = 0,40 b / tVnitřní část s nerovnoměrným napětím nebo přesah s největším napětím v ý p p j puložení

β = η b / tb

SO UOSO RUO

Parametry štíhlostiPřímá vnitřní část s rovnoměrným napětímPřímá vnitřní část s rovnoměrným napětím nebo přímý přesah s rovnoměrným napětím nebo s největším napětím na konci

β = b / tβ b / tVnitřní část s nerovnoměrným napětím a neutrální osou ve středu

β = 0,40 b / tVnitřní část s nerovnoměrným napětím nebo přesah s největším napětím v ý p p j puložení

β = η b / t1

η = 0,7

A η = 0,4ψσb)

-2 -1 0 1a)

HraniceParametry štíhlosti β1/ε, β2/ε, a β3/εParametry štíhlosti β1/ε, β2/ε, a β3/ε

Klasifikace materiálu podle tabulky 3.2

Vnitřní část Přesahující část

εβ /1 εβ /2 εβ /3 εβ /1 εβ /2 εβ /3

Třída A, bez svarů 11 16 22 3 4,5 6Třída A, se svary 9 13 18 2,5 4 5 Třída B, bez svarů 13 16,5 18 3,5 4,5 5 Třída B, se svary 10 13,5 15 3 3,5 4

ε = o/f250 , kde fo se uvažuje v N/mm2

Štíhlé průřezy (třídy 4)1 0 j tliž ββcρ = 1,0 jestliže 3ββ ≤

21 CC2

)/()/( εβεβρ

CCc −= jestliže 3ββ >

b2z + t ww

bhazρo,haztf

min( t ; t )

z teff = ρctfb haz

min(ρo,haztw; ρctw)min(ρo,haztf; ρctf)

b c44tw

Konstanty C Konstanty C1 a C2 ve výrazu pro ρcy 1 2 ý p ρc

Klasifikace materiálu podle tabulky 3.2

Vnitřní část Přesahující část

1C 2C 1C 2C Třída A, bez svarů 32 220 10 24 Třída A, se svary 29 198 9 20 Tříd B b ůTřída B, bez svarů 29 198 9 20 Třída B, se svary 25 150 8 16

t b b tt b

Závislost ρc na deskové štíhlosti β/ερc βpro přesahující, vnitřní a kruhové části1

0,9 a bc

0,6 a b c

β/ε0 20 50 6010 30 40

Legenda:g1 Vnitřní části a kruhové části u trubek; 2 Symetrické přesahující části; 3 Nesymetrické přesahující částia Třída A bez svarů;

a Třída A bez svarů;b Třída A se svary nebo třída B, bez svarů; c Třída B se svary

Ohybový moment Návrhová hodnota ohybového momentu MEd

01Rdc,

Ed ,MM

Návrhová únosnost v ohybu k některé hlavní ose průřezu MRd se stanoví jako menší z

M2unetRdu, / γfWM = neoslabený průřez

M1elRdc, / γα ofWM = libovolný průřez

kde:kde:

α je tvarový součinitel

elW pružný průřezový modul neoslabeného průřezu

netW pružný průřezový modul průřezu oslabeného dírami a v případě svařovaných průřezů HAZ,

tomto případě se počítá s redukovanou tloušťkou thazu,ρ .

Hodnoty tvarového součinitele α

M1elRdc, / γα ofWM =

Průřez třídy Bez svarů S podélnými svary

1 /WW *) /WW *)1 elpl /WW elhazpl, /WW

2 elpl /WW elhazpl, /WW

3 u3,α w3,α

4 eleff /WW elhazeff /WW

eleff /WW elhazeff, /WW

Pružně-plastický výpočetu3α =1 nebo se alternativně uvažuje jakou3,α 1 nebo se alternativně uvažuje jako

⎥⎤

⎢⎡

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

11 3 W - += plββ

⎥⎥⎦⎢

⎢⎣

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝⎟

⎟⎠

⎜⎜⎝

3 -W -

+ = el

pu3, ββ

w3,α = elhazel, /WW nebo se alternativně uvažuje jako

⎥⎤

⎢⎡

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

⎟⎞

⎜⎛ W - W-+W= hazel,hazpl,hazel, ββ3

⎥⎥⎦⎢

⎢⎣

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝ W -

,w3, ββ

ββα

kde β je parametr štíhlosti pro kritický průřez

2β a 3β omezující hodnoty podle tabulky

ShrnutíTl č é tTlačené pruty

Vliv HAZPodélné svaryPříčné svary

Ohýbané prutyKlasifikaceKlasifikace

Modul pružnostiOh bOhyb

Pružně-plastický výpočet

Průřezy třídy 4 – tloušťkou stěny

Řešený příklad - tlačený prut (ocel x hliník)Řešený příklad tlačený prut (ocel x hliník)Protlačovaný profil 60 / 3 x 40 / 2Slitinu EN AW-6060 T6 (f0,2 = 140 MPa, fu = 170 MPa)Ve třetině přivařen styčníkový plech P3-50x50

TIG (ρhaz = 0,60; bhaz = 30 mm),

t = 32 P 3 - 50 x 501b

s 1 000

3b2 60

lc3 000

t = 21

40 Nb.Rd

Vliv modulu pružnosti na únosnost tlačeného prutuVliv modulu pružnosti na únosnost tlačeného prutu

S 235fy = 235 MPa; α = 0,21 (křivka A)

0,4 EN AW-6082

fy 235 MPa; α 0,21 (křivka A)

T6, tepelně upravená; f0 = 250 MPa,

0,2 α = 0,20; 00 =λ

0,00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 λ

Zatřídění průřezu b ε16tb

i ≤ .

V našem případě je 25025034b1 4,2114025016

f250161617

1 ===≤== ε ,

4,217,183

2 ≤== ,

což splňuje podmínky pro průřez třídy 2.

Štíhlost při vybočení v hlavních rovinách 0003L

3,563,53

0003iL

yy ===λ ,

1,1095,27

0003iL

zz ===λ (rozhoduje).

37000070Eλ 3,701400,1f0

1 =∗

== πη

πλ .

55,13,703,109

zz ===

λλλ ,

Ú tÚnosnost

20,2 kN2025Únosnost, kN

14,3 kN 15,3 kN

2012,1 kN

0Po tepelné úpravě slitiny

Bez svaru Zjednodušený postup

Uvedený postupý p p

Sylabus přednášek

1. Úvod, příklady použití, materiál, značení

2. Tepelně ovlivněné oblasti, tlak, ohyb2. Tepelně ovlivněné oblasti, tlak, ohyb

3 Svarové šroubové a lepené spoje 3. Svarové, šroubové a lepené spoje

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Hliníkové a nerezové...

Documents