lake metalne konstrukcije - university of belgrade...lake metalne konstrukcije p07-3 serije...
TRANSCRIPT
Označavanje Al-legura
– Aluminijumske legure su podeljene u dve kategorije,
livene i gnječene a svaka od njih u podkategorije - klase
prema sastavu, odnosno dominantnom legirajućem
elementu.
– Veliki broj različitih vrsta Al legura, kao i zahtevi za
visokim stepenom standardizacije njihove proizvodnje,
prometa i upotrebe doveli su do potrebe za uvođenjem
sistema označavanja kojim bi se pojednostavila
komunikacija između naručioca i proizvođača i izbegle
nedoumice prilikom trgovine materijalima.
Lake metalne konstrukcije P07-1
Označavanje Al-legura
– U Evropi je usvojen set propisa EN 573 koji se
sastoji iz četiri dela, i zasnovan je na standardu
Američke Asocijacije za Aluminijum u
Vašingtonu (U.S. Aluminium Association AA).
– Definisan je numerički sistem označavanja
pomoću četverocifrenih arapskih brojeva, sa
prefiksom EN AW (Aluminium Wrought). Prvi
broj u oznaci opisuje seriju prema dominantnom
legirajućem elementu, dok ostali brojevi bliže
opisuju svojstva konkretne legure.
Lake metalne konstrukcije P07-2
Lake metalne konstrukcije P07-3
Serije Al-legura
Serija 1XXX : U ovoj grupi su legure koje imaju najmanje 99%
čistog aluminijuma.
Serija 2XXX : Legure aluminijuma sa bakrom, magnezijumom
i silicijumom (Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Si).
Serija 3XXX : Legure aluminijuma sa manganom (Al-Mn).
Serija 4XXX : Legure aluminijuma sa silicijumom (Al-Si).
Serija 5XXX : Legure aluminijuma sa magnezijumom (Al-Mg).
Serija 6XXX : Legure aluminijuma sa silicijumom i
magnezijumom (Al-Si-Mg).
Serija 7XXX : Legure aluminijuma sa cinkom i magnezijumom
(Al-Zn-Mg).
Serija 8XXX : Legure aluminijuma sa ostalim legirajućim
elementima.
Lake metalne konstrukcije P07-4
Dodatne oznake
– Ostali brojevi u osnovnoj oznaci (XXX) podrobnije
opisuju pojedina svojstva konkretne Al-legure.
– Pored osnovne oznake Al-legure mogu da imaju i
dodatne oznake koje opisuju stanje, odnosno
način termičke obrade.
– Proizvod od iste legure dobijen istim osnovnim
proizvodnim procesom, ima bitno različite
upotrebne osobine u zavisnosti od načina
termičke obrade proizvoda, odnosno stanja.
Dodatne oznake
– Na primer oznaka EN AW 6082-T6 definiše leguru Al-Si-
Mg sa obradom - termički očvrslo sa veštačkim
starenjem. U zavisnosti od podobnosti za termičko
očvršćavanje, Al legure se dele na termički neočvrstive
leggure (Al-Mn, Al-Mg), pogodne za obradu u hladnom
stanju i termički očvrstive legure (Al-Si-Mg, Al-Zn-Mg),
pogodne za termičku obradu (žarenje, kaljenje,
dozrevanje i obrada u hladnom stanju).
– Prilikom obrade aluminijumskih legura, dva najznačajnija
aspekta obrade moraju da budu uzeta u obzir: promena
oblika elementa i promena mikrostrukture i mehaničkih
karakteristika.
Lake metalne konstrukcije P07-5
Lake metalne konstrukcije P07-6
Značenje dodatnih oznaka
Lake metalne konstrukcije P07-7
Evrokod 9: Proračun aluminijumskih
konstrukcija
– U okviru procesa usaglašavanja na
međunarodnom nivou, Evropska Asocijacija za
Aluminijum (European Aluminium Association-
EAA) promoviše Evropske stadnarde koji
obuhvataju sve aspekte proizvodnje, prometa i
primene aluminijumskih legura, kao i smernice u
projektovanju i konstruisanju i koji treba da
zamene postojeće nacionalne standarde.
Lake metalne konstrukcije P07-8
Evrokod 9: Proračun aluminijumskih
konstrukcija
– EN 1999-1-1: Opšta konstrukcijska pravila
(General structural rules);
– EN 1999-1-2: Proračun konstrukcija na dejstvo
požara (Structural fire design);
– EN 1999-1-3: Konstrukcije osetljive na zamor
(Structures susceptible to fatigue);
– EN 1999-1-4: Hladnooblikovani konstrukcioni
limovi (Cold-formed structural sheeting);
– EN 1999-1-5: Ljuske (Shell structures);
Lake metalne konstrukcije P07-9
EN 1999-1-1: Opšta konstrukcijska pravila
– Osnovni standard za proračun konstrukcija od
Al-legura objavljen je 2007. god;
– Sadrži 8 poglavlja i 13 Aneksa na preko 200 str;
– P1: Opšte odredbe,
– P2: Osnove proračuna,
– P3: Materijali,
– P4: Trajnost,
– P5: Konstrukcijska analiza,
– P6: Granična stanja nosivosti,
– P7: Granična stanja upotrebljivosti,
– P8: Proračun veza.
Lake metalne konstrukcije P07-10
Aneksi
– Aneks A: Klase izvođenja;
– Aneks B: Ekvivalentni zategnuti T-element;
– Aneks C: Izbor materijala;
– Aneks D: Korozija i zaštita površina;
– Aneks E: Analitički modeli za vezu napon-dilatacija;
– Aneks F: Ponašanje poprečnih preseka iznad granice elastičnosti;
– Aneks G: Kapacitet rotacije;
– Aneks H: Metoda plastičnih zglobova za kontinualne nosače;
– Aneks I: Bočno-torziono izvijanje nosača i torziono ili torziono-
fleksiono izvijanje pritisnutih elemenata;
– Aneks J: Karakteristike poprečnih preseka;
– Aneks K: "Šir leg" efekti pri proračunu elemenata;
– Aneks L: Klasifikacija veza;
– Aneks M: Veze ostvarene lepljenjem;
Lake metalne konstrukcije P07-11
P1: Opšte odredbe
– Polje primene standarda;
– Veza sa ostalim Evrokodovima i bitnim EN standardima
(EN1990, EN1991, EN1090-3: Izvođenje čeličnih i
aluminijumskih konstrukcija, Deo 3: Tehnički zahtevi za
aluminijumske konstrukcije);
– Prateći referentni standardi (osnovni materijal: hemijski
sastav, termička obrada, mehanička svojstva, tehnički
uslovi isporuke; svostva materijala i dimenzije; spojna
sredstva, zavarivanje,...)
– Osnovni pojmovi i definicije;
– Simboli koji se koriste u standardu;
Lake metalne konstrukcije P07-12
Konvencije
osa
Lake metalne konstrukcije P07-13
P2: Osnove proračuna
– Osnovni principi proračuna prema metodi
graničnih stanja (ULS, SLS, metoda parcijalnih
koeficijenata);
– U velikoj meri se poziva na EN 1990: Osnove
proračuna;
– Životni vek konstrukcije, trajnost i robusnost
(faktori koji utiču na trajnost Al-konstrukcija);
– Proračunske vrednosti glavnih promenljivih
veličina (dejstva i uticaji okruženja, svojstva
materijala, geometrijski podaci);
Lake metalne konstrukcijeP07-14
P3: Materijali
– Referentni standardi za osnovni materijal i
spojna sredstva;
– Dve grupe Al-legura:
– gnječene Al-legure (wrought aluminium alloy) i
– livene Al-legure (cast aluminium alloy);
– Mehanička svojstva za brojne Al-legure u skladu
sa odgovarajućim EN (standardima);
– Velika varijacija mehaničkih svojstava različitih
Al-legura;
– Više značajnih parametara za opisivanje
ponašanja Al-legura nego za čelike!
– Uticaj temperature na mehanička svojstva;
Lake metalne konstrukcije P07-15
Gnječene Al-legure za konstrukcije
Lake metalne konstrukcije P07-16
Livene Al-legure za konstrukcije
Lake metalne konstrukcije P07-17
Svojstva materijala za gnječene Al-legure
– Mehanička svojstva materijala f0 i fu su data
posebno za tri grupe proizvoda:
– profilisane limove, trake i limove
– ekstrudirane (presovane) šipke, štapove, cevi i profile;
– otkivke.
– Pored osnovnih vrednosti mehaničkih svojstava,
date su i redukovane vrednosti u ZUT-u f0,haz fu,haz
– Takođe su dati i izduženje pri lomu A50, klasa
izvijanja - A ili B (BC - buckling class) i parametar
np za Ramberg-Ozgudovu formulu);
Lake metalne konstrukcije P07-18
Uticaj temperature na mehanička svostva
– Vrednosti mehaničkih svojstava važe za ekploatacione
(servisne) temperature do 80ºC;
– U slučaju temperatura između 80ºC i 100ºC mehanička
svojstva (f0 fu f0,haz fu,haz) treba da se redukuju na sledeći
način:
Xkkarakteristična vrednost svojstva na temperaturi < 80ºC;
T najviša servisna temperatura 80<T<100ºC;
k100=0,1 za serije 3XXX i 5XXX i EN AW8011A;
k100=0,2 za seriju 6XXX i EN AW7020
Za temperature preko 100 ºC treba da se redukuje i E!
Lake metalne konstrukcije P07-19
Svojstva gnječenih
Al-legura - limovi i
trake
Lake metalne konstrukcije P07-20
Svojstva gnječenih Al-
legura - ekstrudirani
profili
Lake metalne konstrukcije P07-21
Konstante materijala
– Modul elastičnosti: E = 70000 N/mm2
– Modul smicanja: G = 27000 N/mm2
– Poasonov koeficijent:n = 0,3
– specifična masa: r = 2700 kg/m3
– Koeficijent linearnog
termičkog širenja: at =2,3x10-5 1/ºC
Lake metalne konstrukcije P07-22
Mehanička svojstva
mehaničkih spojnih
sredstava
Lake metalne konstrukcije P07-23
Dodatni materijal za zavarivanje
Dodatni materijal za zavarivanje Al-legura (elektrode,
elektrodne žice,...) može da se podeli na tri grupe,
odnosno tipa.
Izbor tipa dodatnog materijala zavisi od vrste (serije) Al-
legure koja se zavaruje i zahteva koje veza treba da ispuni.
Evrokod 9 daje uputstva za izbor odgovarajućeg dodatnog
materijala za konstrukcije.
Lake metalne konstrukcije P07-24
Izbor dodatnog
materijala za
zavarivanje
Gornji red: najbolji izbor u
pogledu čvrstoće (nosivosti);
Srednji red: najbolji izbor u
pogledu korozije;
Donji red: najbolji izbor u
pogledu izbegavanja pojave
prslina;
Lake metalne konstrukcije P07-25
P4: Trajnost
– Evrokod 9 se poziva na osnovne zahteve u
pogledu trajnosti koji su dati u EN 1990: Osnove
proračuna;
– Na trajnost Al-konstrukcija negativno utiču korozija
(u mnogo manjoj meri nego kod čelika) i zamor
materijala (videti EN 1999-1-3);
– Zahtevi u pogledu trajnosti treba da budu
zadovoljeni kroz primenu odgovarajuće klase
izvođenja (execution classes), prema EN 1090-3;
– Klase izvođenja Al-konstrukcija su takođe opisane
u EN 1999-1-1 Aneks A;
Lake metalne konstrukcije P07-26
P5: Konstrukcijska analiza
– Sadržaj ovog dela je veoma sličan kao u EC3!
– Tipovi globalne analize (elastična, plastična; I
reda i II reda);
– Kriterijumi za izbor tipa globalne analize;
– Početne imperfekcije (lokalne i globalne);
– Metode analize okvirnih nosača;
– metoda ekvivalentnog stuba;
– metoda ekvivalentnih bočnih uticaja;
Lake metalne konstrukcije P07-27
Globalne i lokalne imperfekcije i
ekvivalentne sile
Lake metalne konstrukcije P07-28
Metode analize okvirnih nosača
Lake metalne konstrukcije P07-29
P6: Granična stanja nosivosti - ULS
– Metoda proračunskih vrednosti - Metoda
parcijalnih koeficijenata sigurnosti;
– Parcijalni koeficijenti za kontrole nosivosti
poprečnog preseka i elementa na izvijanje:
gM1=1,10;
– Parcijalni koeficijent za nosivost neto preseka na
zatezanje: gM2=1,25;
– Parcijalni koeficijenti sigurnosti za proračun
nosivosti veza (definisani u poglavlju 8);
Lake metalne konstrukcije P07-30
Klase poprečnih preseka
– Klasa 1 – Preseci koji imaju dovoljan kapacitet rotacije da formiraju
plastični zglob koji omogućava upotrebu globalne plastične analize
bez redukcije nosivosti.
– Klasa 2 – Poprečni preseci koji mogu da dostignu plastični moment
nosivosti, ali imaju ograničeni kapacitet rotacije usled lokalnog
izbočavanja, koji nije dovoljan za globalnu plastičnu analizu
– Klasa 3 – Poprečni preseci kod kojih je dostignuta granica
razvlačenja samo u krajnjim vlaknima, ali je dalja plastifikacija
onemogućena usled lokalnog izbočavanja. Može se razviti samo
elastični moment nosivosti.
– Klasa 4 – Poprečni preseci kod kojih se usled lokalnog izbočavanja
ne može dostići granica razvlačenja f0,2 ni u najudaljenijem vlaknu
preseka. Do izbočavanja dolazi pre nego što se plastifikuje
najopterećenije vlakno u poprečnom preseku.
Klase poprečnih preseka
– Klasifikacija poprečnih preseka aluminijumskih
konstrukcija se vrši pomoću koeficijenta vitkosti
β kojim se definiše osetljivost delova poprečnog
preseka na izbočavanje, koji se posebno
određuje za neukrućene i ukrućene delove
poprečnog preseka. Za neukrućene delove
poprečnog preseka koeficijent β treba da se
odredi prema tabeli.
Lake metalne konstrukcije P07-31
Lake metalne konstrukcije P07-32
Lake metalne konstrukcije P07-33
Klasifikacija poprečnih preseka
– Klasa se određuje za sve pritisnute delove
poprečnog preseka;
– Klasa dela preseka zavisi od njegove vitkosti
(odnos širina/debljina), načina naprezanja,
uslova oslanjanja, vrste Al-legure;
– Za klasu poprečnog preseka se usvaja klasa
njegovog najnepovoljnijeg pritisnutog dela
(najviša klasa);
Lake metalne konstrukcije P07-34
Definicija različitih delova poprečnog preseka
Lake metalne konstrukcije P07-35
Koeficijent vitkosti b za neukrućene
delove poprečnog preseka
Lake metalne konstrukcije P07-36
Koeficijent h
A – za unutrašnje delove preseka i konzolne delove preseka sa maksimalnim
naponom pritiska u oslonjenoj ivici (uklješetenju)
B - za konzolne delove preseka sa maksimalnim naponom pritiska na slobodnoj
ivici (prepustu)
Lake metalne konstrukcije P07-37
Modeli loma ukrućenih delova preseka
Model 1 – Ukrućeni deo preseka se izbočava zajedno sa ukrućenjem -
distorziono izvijanje (a);
Model 2 – Izbočavanje ukrućenog polja i ukrućenja je nezavisno, a
veza ukrućenja sa presekom je prava (b).
Model 3 – Predstavlja kombinaciju prva dva modela (c). Superponiraju
se uticaji lokalnog izbočavanja ravnog (neukrućenog) dela (d) i čitave
ukrućene zone (e).
Lake metalne konstrukcije P07-38
Koeficijent vitkosti b za ukrućene delove
poprečnog preseka
Za uobičajena standardna ukrućenja (koja su
iste debljine kao i element koji ukrućuju) i
konstantan napon pritiska, koeficijent vitkosti b
može da se odredi na osnovu izraza za
neukrućene delove preseka
b = ηb/t
gde se koeficijent η određuje na osnovu
dijagrama ili izraza, u zavisnosti od tipa i broja
ukrućenja.
Lake metalne konstrukcije P07-39
Koeficijent h za poprečne preseke sa
standardnim ukrućenjima
opterećene konstantnim
naponom pritiska
Lake metalne konstrukcije P07-40
Koeficijent h za poprečne preseke sa nestandardnim ukrućenjima
opterećene konstantnim naponom pritiska
– Nestandardna jednostruka ukrućenja mogu da se
zamene ekvivalentnim standardnim ukrućenjem u vidu
prevoja ili rebra debljine t.
– Vrednost visine prevoja ili rebra c treba da se odredi
tako da ekvivalentno ukrućenja ima isti moment inercije
oko srednje ravni ravnog dela preseka kao razmatrano
nestandardno ukrućenje!
– Koeficijent h se onda određuje kao kod standardnih
ukrućenja!
Lake metalne konstrukcije P07-41
Koeficijent vitkosti b za kompleksna
ukrućenja
scr0 elastičan kritičan napon za neukrućeni deo, smatrajući
da je zglobno oslonjen na ivicama;
scr elastičan kritičan napon za ukrućeni deo, smatrajući da je
zglobno oslonjen na ivicama;
Na sličan način može da se odredi i koeficijent b za slučaj
promenljivog napona pritiska, samo se tada vrednosti
scr0 i scr određuju za ivicu preseka koja je izložena
najvećem naponu pritiska!
Za konstantan napon pritiska i ukrućenja složenog,
kompleksnog preseka koeficijent vitkosti b treba da se
odredi na osnovu izraza:
Lake metalne konstrukcije P07-42
Određivanje klase pritisnutog dela
poprečnog preseka
Lake metalne konstrukcije P07-43
Granične vrednosti koeficijenta vitkosti
Kod delova poprečnog preska opterećenih savijanjem (promenljiv
dijagram normalnog napona), kod kojih je razmatrani deo preseka
manje opterećen od najopterećenijeg vlakna poprečnog preseka,
može da se koristi modifikovana vrednost koeficijenta e:
z1 rastojanje od težišta preseka do najopterećenijeg vlakna preseka,
z2 rastojanje od težišta preseka do najopterećenijeg vlakna
razmatranog dela preseka,
Vrednosti z1 i z2 se određuju iterativno, za efektivan poprečni presek.