VVŠB ŠB –– Technická univerzita OstravaTechnická univerzita Ostrava

Fakulta stavebníFakulta stavební

LudvLudv ííka ka PodPod éšéštětě 18751875, ,

708 708 3333 Ostrava Ostrava -- PorubaPoruba

Miloš Miloš RiegerRieger

1. přednáška

OCELOVÉ KONSTRUKCE

Základní návrhové p ředpisy:

- ČSN 73 1401/98 Navrhování ocelových konstrukcí

- ČSN 73 0035/86 Zatížení stavebních konstrukcí

- ČSN P ENV 1993-1-1 (73 1401) Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1.1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby

- EN 1991 Eurocode 1 : Zásady navrhování a zatížení staveb(patnost do 31.12.2008)

- Eurokód 3 ( ČSN EN 1993-1-1). Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla pro pozemní stavby. Praha : ČNI, 2006.

- EN 1991 Eurocode 1 : Zásady navrhování a zatížení staveb

Doporu čená studijní literatura:

- Pechar, Bureš, Studni čka, Šafka: Prvky kovových konstrukcí, SNTL/ALFA, 1984

- Studni čka, Macháček, Votlu čka: Ocelové konstrukce 20,

ČVUT, 1997

- Studni čka, J. : Ocelové konstrukce 10 (Skriptum).

ČVUT, 2005.

- Wald: Prvky ocelových konstrukcí – P říklady podle Eurokód ů, ČVUT, 1998-2005

Výhody a nevýhody O.K.

Výhody:

- Vysoká pevnost vzhledem k hmotnosti

- Průmyslová výroba (přesnost, produktivita, automatizace, odstranění sezónnosti, nízká hmotnost, atd.)

- Rychlá montáž (montážní dílce, bloková montáž…)

- Adaptabilnost, rekonstrukce,…

- Recyklovatelnost až 90%

Výhody a nevýhody O.K.

Nevýhody:- Náročnější údržba (koroze)

- Nižší odolnost proti ohni (poměrně rychlý pokles hodnoty meze kluzu)

- Nižší fyzická životnost

- Vyšší tepelná a akustická vodivost

- Relativn ě vyšší cena

- chemicky čisté železo

- technické železo (slitina) - ocel (max 2% C)

- litina a surové železo

Základní druhy ocelí: - uhlíkové (Fe, C, Mn, Si…)

- legované (Cr, Ni, V…)

podle ú čelu:

- konstruk ční oceli (max 0,6% C)

- nástrojové oceli

MATERIÁL

Slitiny železa – základní rozd ělení:

běžné doprovodné prvky

krystalizace z taveniny

Dvě modifikace krychlové soustavy:

Krystalická stavba železa a jeho slitin

< 912 °C až 1394 °C >

nad 1394°C – δ

(modifikace α)

α γ

c)

Uhlík je v železe do jisté míry rozpustný tuhý roztok

ferit - tuhý roztok v železe α

austenit - tuhý roztok v železe γ

Soustava železo - uhlík

(max C 0,018 %)

(max C 2,11 %)

Fe3C C

Soustava železo - uhlík (rovnovážná soustava- pomalé chladnutí)

Microstructure of hot rolled steel containing 0,2% carbon

showing ferrite (white) and pearlite colonies (dark) . (x 200)

Nerovnovážné soustavy (rychlé chladnutí - kalení)

martensit (přechlazený austenit se mění v martensit, bainit,…)

Microstructure of martensite (x 500)

Nerovnovážné soustavy (rychlé chladnutí - kalení)

oblast p řeměny martenzitické, bainitické, vylu čování

feritu, tvorba perlitu

Nerovnovážné soustavy (rychlé chladnutí - kalení)

oblast p řeměny martenzitické, bainitické , vylu čování

feritu, tvorba perlitu Isotermický rozpad p řechlazeného austenitu nad teplotou Ms

Microstructure of quenched hot rolled steel containing 0, 36% carbon showing bainite (x 200)

Nerovnovážné soustavy (rychlé chladnutí - kalení)

Zahřívání zakalené oceli popoušt ění(martenzitická struktura se přibližuje k rovnovážnému stavu)

ohřev na 500 – 600 °C sorbit (směs feritu a cementitu)

zakalení + popušt ění = zušlecht ění

Struktura slitin železa

Vlastnosti ocelí

Fyzikální vlastnosti:Základní fyzikální hodnoty oceli (pro válcovanou, litou a kovanou ocel),

lze převzít nap ř. z ČSN 73 1401 (EC3):

Modul pružnosti v tahu i tlaku E = 210.103 MPa

ve smyku G = 81.103 MPa

součinitel p říčné deformace ν = 0,3

součinitel délkové roztažnosti teplem α = 12.10-6 (oK) -1

objemová hustota ς = 7850 kg .m-3

Vlastnosti ocelí

Mechanické vlastnosti:K základním mechanickým vlastnostem pat ří: - pružnost

- pevnost

- tvárnost (tažnost)

- houževnatost

- tvrdost

Vlastnosti ocelí

Pracovní diagram oceli:

Vlastnosti ocelí

Pracovní diagram oceli:

konvenční napětí σ = F / Ao

ε = ∆ llll/ llllo

Vlastnosti ocelí

Zkouška tahem:

Vlastnosti ocelí

Druhy lomu: - houževnatý

- křehký

- smíšený

- únavový

Vlastnosti ocelí

Svařitelnost: - zaručená

- podmín ěně zaručená (např. předehřev)

- dobrá ( bez záruky výrobce )

- obtížná (materiál nevhodný pro sva řování)

Svařitelnost se zjiš ťuje: - zkouška vrubové houževnatosti

- návarová zkouška ohybem

- uhlíkový ekvivalent

uhlíkový ekvivalent:

Výroba surového železaKonečná fáze p římé redukce ve vysoké peci p ři teplot ě nad 1000°C:

FeO + C = Fe + CO

Výroba oceli

Tváření oceli: - tváření za studena

Tváření oceli: - tváření za tepla

Tváření oceli: - tváření za tepla

Tváření oceli:- tváření za tepla

Vlastnosti ocelí

Tepelné zpracování oceli: (ohřev, výdrž, ochlazování )- žíhání (pomalé ochlazování)

- žíhání ke snížení vlastních pnutí

- rekrystaliza ční žíhání (odstran ění zpevn ění tvá ření za studena)

- žíhání na m ěkko (pevnost nižší – houževnatost vyšší)

- normaliza ční žíhání (jemná austenitická zrna)

- homogeniza ční žíhání (při rozdílech chem. složení)

- izotermické žíhání (velmi jemnozrnná struktura)

- kalení (martensit, bainit)

- popoušt ění (zvýšení tažnosti a houževnatosti)

Konstruk ční oceli

Materiál pro ocelové konstrukce

min f u / fy = 1,10min tažnost 15%

εu alespo ň 15x větší než εy

Konstruk ční oceli musí mít dostate čné vlastnosti s ohledem na:

- lomovou houževnatost (k řehký lom)

- svařitelnost

- lamelární praskavost

- kvalitu z hlediska vnit řních vad

- použité pr ůřezy musí vyhovovat mezním úchylkám a tolerancím

Materiál pro ocelové konstrukce- lamelární praskavost

- kvalita z hlediska vnitřních vad

- kvalita z hlediska povrchových vad

Konstruk ční oceli

Konstruk ční oceli

(ČSN EN 10027 – např. Fe360, Fe430, Fe510)

Konstruk ční oceli

(ČSN EN 10027 – např. Fe360, Fe430, Fe510)

Značení oceli: nap ř. 11 378.1 - j. st. J0 až J2

Konstruk ční oceli

Hutní výrobky

Výroba: - válcování za tepla

- tvarování za studena

- odlévání

- kování

- tažení

- ohýbání

Hutní výrobky

Hutní výrobky

Longitudinal stringers of inclusions in hot rolled steel. (x 500)

Hutní materiál

Členění do skupin: - předvalky (bloky, bramy,sochory, ploštiny,

duté p ředvalky)

- tyče

- dráty

- plechy

- široká ocel

- pásy

- trubky

- tenkost ěnné profily

Hutní materiál

Hutní materiál

Hutní materiál

Hutní materiál

Hutní materiál

Hutní materiál

Hutní materiál

Konec prezentace