notaki z wykladow

5/12/2018 notaki z wykladow - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/notaki-z-wykladow 1/76

KONSTRUKCJE STALOWE 1

Autor: dr inŜ. S. Górski

Copywriter: Danka W.

Spis treści:

1. Stal ................................................................................................................................3

1.1 Zastosowanie stali................................................................................................. 3

2. Stal ................................................................................................................................4

2.1 Historia stali ..........................................................................................................4 2.2 Zalety konstrukcji stalowych ................................................................................4

2.3 Wady konstrukcji stalowych................................................................................. 5

3. Struktura metali. Skład stali i proces przetwórczy........................................................ 6

3.1 Metalografia i proces krystalizacji........................................................................6

3.2 Technologia stali................................................................................................... 8

3.3 Produkcja stali....................................................................................................... 8

3.3.1 Surowce do produkcji stali......................................................................... 8

3.3.2 Konwertor Bessemera................................................................................9

3.3.3 Wykładzina zasadowa................................................................................9

3.3.4 Piec Martenowski....................................................................................... 9

3.4 Świerzenie stali ................................................................................................... 10 3.5 Odtlenianie..........................................................................................................10

3.5.1 Stal nieuspokojona...................................................................................10

3.5.2 Stal półuspokojona...................................................................................11

3.5.3 Stal uspokojona........................................................................................11

3.6 Obróbka cieplna stali ..........................................................................................11

3.6.1 WyŜarzanie .............................................................................................. 12

3.6.2 Hartowanie............................................................................................... 12

3.6.3 Odpuszczanie ...........................................................................................13

3.6.4 Przesycanie .............................................................................................. 13

3.6.5 Starzenie................................................................................................... 13

4. Charakterystyczne właściwości mechaniczne stali.....................................................15 4.1 Wytrzymałość stali..............................................................................................15

4.1.1 Wykres zaleŜności napręŜeń od odkształceń ...........................................16

4.1.2 Opis ..........................................................................................................17

4.1.3 Definicje granic........................................................................................19

4.2 Udarność stali...................................................................................................... 19

4.2.1 Badanie udarności....................................................................................20

4.2.2 Odmiany plastyczyczności....................................................................... 20

4.3 Spawalność stali..................................................................................................21

4.3.1 Warunki spawalności ...............................................................................21

4.3.2 RównowaŜnik w

ęgla................................................................................22 4.4 Twardość stali .....................................................................................................22

4.5 Odporność stali na wysokie temperatury............................................................23

4.5.1 Zachowanie stali w wysokiej temperaturze .............................................23

4.5.2 Zabezpieczenie stali przed wysok ą temperaturą ......................................23

4.6 Korozja stali ........................................................................................................24

4.6.1 Teorie korozji........................................................................................... 24

4.6.2 Rodzaje korozji ........................................................................................24

4.6.3 Zabezpieczenia antykorozyjne konstrukcji stalowych.............................24

4.6.4 Stopnie oczyszczenia powierzchni malowanych.....................................25

5. Stale stosowane w budownictwie ...............................................................................26

5.1 Rodzaje stali........................................................................................................26 5.2 Walcowanie......................................................................................................... 26






5.2.1 Produkcja walcownicza na gorą co...........................................................26

5.2.2 Produkcja hutnicza................................................................................... 28

6. Wymiarowanie konstrukcji .........................................................................................29

6.1 Zasady wymiarowania ........................................................................................29

6.1.1 Metoda oparta na napręŜeniach dopuszczalnych..................................... 29

6.1.2 Metoda tzw. stanów granicznych.............................................................29 6.2 Analiza nośności z dopuszczeniem odkształceń plastycznych ........................... 30

6.2.1 Schemat....................................................................................................31

6.2.2 Analiza napręŜeń i odkształceń................................................................33

6.2.3 Stosunek momentu przegubu plastycznego do momentu granicznego .. 35

6.2.4 Moment plastyczny..................................................................................36

6.2.5 Wskaźnik .............................................................................................. 36

6.2.6 Ugięcia .....................................................................................................37

7. Połą czenia ................................................................................................................... 38

7.1 Połą czenia rozbierane .........................................................................................38

7.1.1 Połą czenia sworzniowe............................................................................ 38

7.1.2 Połą czenia śrubowe..................................................................................41 7.1.3 Obliczanie połą czeń sworzniowych i śrubowych....................................52

7.2 Połą czenia stałe................................................................................................... 60

7.2.1 Połą czenia nitowane.................................................................................60

7.2.2 Połą czenia spawane .................................................................................61

7.2.3 Obliczanie połą czeń spawanych ..............................................................74






1. Stal

1.1 Zastosowanie stali:

- Hale przemysłowe i pawilony

-Mosty

- Hangary lotnicze

- Budynki szkieletowe, wysokościowe

- Budynki dworców komunikacyjnych

- Budynki wysokie, powłokowe

- WieŜe

- WieŜe górnicze, wycią gowe

- Maszty

- Kominy

- Estakady

-

Konstrukcje z blach (z silosów)- Bunkry

- Jazy, zapory

- Zasobniki – krótkotrwałe magazynowanie materiałów sypkich;niska konstrukcja o róŜnych objętościach

- Zbiorniki – 100 000 m3

paliwa(cylindryczne, pionowe, stoją ce, leŜą ce)






2. Stal

2.1 Historia stali.

1938 r. – Polska produkowała 1,7 mln ton stali rocznie;

Niemcy produkowali 40 – 50 mln ton stali rocznie;

1951 r. – Polska produkuje 3,7 mln ton stali rocznie;

1956 r. – w wyniku modernizacji hut zwiększamy produkcję;

Lata 60-te – w wyniku oddania Huty Nowej, produkujemy ponad 7 mln tonstali rocznie;

Lata 70-te – Polska produkowała 12 – 16 mln ton stali rocznie;

Lata 80-te – Polska produkowała najwięcej stali - 20 mln ton stali rocznie;

Obecnie – Polska produkuje 10 – 12 mln ton stali rocznie;Produkujemy lepszą stal. Zmniejszenie ilości było rekompensowanie przezzmianę jakości stali, moŜliwość lepszego wykorzystania.

2.2 Zalety konstrukcji stalowych:

- wytwarzanie elementów w specjalnych zakładach

- obróbka elementów w specjalnych zakładach

- łatwość zmechanizowania prac montaŜowych i znaczne uniezaleŜnienie się od pory rokui warunków pogodowych

-

znaczny współczynnik lekkości konstrukcji:

dopσ

γ

• stal (7,85 tony)66 102105 −−

⋅−⋅=

dopσ

γ

• drewno (400-600 kg)6106 −

⋅=

dopσ

γ

• Ŝelbet

5

102

−⋅=

dopσ

γ

• aluminium6107,1 −

⋅=

dopσ

γ

- łatwość wzmacniania i przerabiania konstrukcji stalowych

- duŜy uzysk elementów podczas rozbiórek

- bezpieczny i łatwiejszy montaŜ

- urzą dzenia dźwigowe do transportu, o mniejszych nośnościach

- moŜliwość uzyskania większych powierzchni uŜytkowych ze względu na mniejsze

przekroje- mniejsze obciąŜenia na słupy






- znikome urzą dzenia w transporcie

- łatwość zakładania instalacji

- mała wraŜliwość na zmianę kierunku sił i obciąŜeń

- wysokie napręŜenia styczne

σ τ ⋅= 6,0

- konstrukcje stalowe umoŜliwiają stawianie konstrukcji o duŜych rozpiętościachi stosunkowo małym cięŜarze

2.3 Wady konstrukcji stalowych:

- korozja – proces niszczenia

- wraŜliwość na wysokie temperatury






3. Struktura metali. Skład stali i proces przetwórczy

3.1 Metalografia i proces krystalizacji:

Metalografia to nauka o budowie wewnętrznej, czyli strukturze metali i stopów.

Istnieje ścisły zwią zek między budową , a własnościami metali i stopów.Wszystkie metale mają budowę krystaliczną , tzn., Ŝe atomy i czą steczki układają się w nich, w sposóbuporzą dkowany, tworzą c przestrzenne siatki krystaliczne.Aby taką siatkę zniszczyć, potrzebna jest praca na pokonanie sił działają cych między atomami.Metale mają na ogół przestrzenną lub płasko-centryczną siatkę krystaliczną .

W zaleŜności od temperatury metale zmieniają swoje właściwości w znacznych zakresach:

- centryczny - Ŝelazo α , do 899°C

- płasko-centryczny - Ŝelazo β , od 899°C - 1401°C

Zmiana właściwości polega na zmianie rozmieszczenia atomów. Zmianie tej zazwyczaj towarzyszypochłanianie lub wydzielanie ciepła.Metale są ciałami anizotropowymi tzn., Ŝe ich właściwości zaleŜą od kierunku, w którym je określamy.Ciała bezpostaciowe, takie jak szkło, ebonit, są ciałami izotropowymi, tzn., Ŝe ich własnościsą jednakowe we wszystkich kierunkach, w jakich są określane.Podczas krzepnięcia pojawiają się w nich ośrodki krystalizacji i od nich, w 3 przestrzennych,przecinają cych się kierunkach, narastają z rozmaitymi szybkościami gałęzie krystaliczne, tworzą cduŜe kryształy na kształt drzewa – tzw. dendryty.Na proces krystalizacji, czyli szybkość narastania oraz wielkość ziaren istotny wpływ wywierają równieŜ wszelkiego rodzaju domieszki i zanieczyszczenia.Liczba kryształów i ich wielkość zaleŜą od szybkości powstawania ośrodków krystalicznychi szybkości wzrostu gałęzi. Im większa szybkość chłodzenia tym więcej powstaje ośrodkówkrystalizacji. Przy wolnym chłodzeniu liczba kryształów będzie mniejsza, ale będą one znaczniewiększe.Kryształy o regularnej budowie wewnętrznej i nieregularnym kształcie zewnętrznym(ograniczone ziarnami bocznymi – dochodzi do rozpychania się ziaren miedzy sobą ),nazywamy krystalitami lub ziarnami. Im większe będą ziarna, tym większe będą róŜnice wytrzymałościpróbek określanych w róŜnych kierunkach. Wielo-kryształowe ciała złoŜone z dowolnych ziareno róŜnej orientacji nazywamy ciałami kwazi-izotropowymi.(Izotropia jest w skali makro, w skali mikro jest an-izotropia).






3.2 Technologia stali:

Stal - stop Ŝelaza z węglem, o zawartości węgla do 2 %.

Technologia stali polega przede wszystkim na stworzeniu produktu końcowego wielkiego pieca -surówki, uszlachetniają c ją i redukują c będą ce w nadmiarze roŜne składniki, do danej receptury,

czyli składu chemicznego stali. Proces przetwórczy jest skomplikowany, gdyŜ jest procesem wysoko-termicznym. W wysokich temperaturach ma nastą pić regulacja składu chemicznego, czyli usunięciepewnych składników znajdują cych się w nadmiarze w surówce i dodaniem pierwiastkówuszlachetniają cych dany rodzaj stali, zwiększają c jej walory dla takich, czy innych cechmechanicznych. Temperatura przetwórstwa w stal wynosi ok. 1529 – 2000°C (dla czystego Ŝelaza).Jest to proces bardzo złoŜony (regulacja w czasie, badanie składu w czasie roztopionej masy metaluz dokładnością do setnych procenta zawartości niektórych pierwiastków).

3.3 Produkcja stali

3.3.1. Surowce do produkcji sali

Wieki piec nie produkuje stali, tylko surówkę jako produkt końcowy.

Surówka składa się z:

- 93% Ŝelaza

- 7% róŜnych, innych składników w tym:

• Składników poŜytecznych dla dalszej przeróbki i cech wytrzymałościowych

• Domieszek i zanieczyszczeń:

Siarka 0,02 – 0,08 %

Fosfor 0,1 – 2% Węgiel 2,5 – 4,5% Mangan 0,2 – 3% Krzem 0,3 – 4,2%

Siarki w surówce dopuszczamy od 0,02 – 0,08 % . To nadal stanowi duŜą ilość i dlatego staramysię ją usunąć. Technicznie oczyścić z siarki nie moŜemy, bo jest to nie moŜliwe i szalenie drogie.

Węgiel występuje w dwóch postaciach:

- Stopu z Ŝelazem – węglik Ŝelaza C Fe3 (cementyt), bardzo twardy.

Przełom cementytu jest metaliczny, srebrzysty, jasny i stą d nazwa surówki –

surówka biała.- Wolnej postaci – grafitu.

Przełom jest szary, stą d nazwa surówki – surówka szara

Rudy – bogate w Ŝelazo magnetyt i hematyt (limonit, syderyt – mniej bogate), w duŜychkawałkach lub specjalnie prasowanych granulatach, Ŝeby straty przy przechodzeniu do ką pieli(1600 °C roztopiony wsad w piecu martenowskim) prze z warstwę ŜuŜla, powstałego z róŜnegotypu zanieczyszczeń, były jak najmniejsze.

Paliwa – gaz czadnicowy, gaz koksowy, ropa naftowa, energia elektryczna.

elazostopy – dodatki niezbędne dla przetwórstwa surówki w stal (Ŝelazomangan).

Dodatki uszlachetniają ce – miedź, wanad, chrom, molibden.






3.3.2. Konwertor Bessemera

Konwertor Bessemera (1856 r.), zwany inaczej gruszką Bessemera. Kształt gruszki pozwalana przyspieszenie i zwielokrotnienie produkcji stali. Na dnie konwertora zastosował dyszę (wykonaną ze stali Ŝaroodpornej) do przedmuchiwania roztopionego wsadu, spręŜonympowietrzem. W konwertorze zastosowano równieŜ wykładzinę kwaśną krzemionkową ,

która uniemoŜliwiała, aby konwertor się stopił (odcinają ca konwertor od wsadu).Zastosowanie krzemionkowej wykładziny spowodowało, Ŝe istniały ograniczenia co do składuchemicznego surówki. Surówka nie mogła mieć więcej fosforu niŜ 0,1%

3.3.3. Wykładzina zasadowa

Sir Thomas (1878 r.) opatentował wykładzinę zasadową , dolomitową . UmoŜliwiała onaodfosfarzanie surówek, czyli przerabianie surówek o dowolnej zawartości fosforu.

3.3.4. Piec Martenowski

Siemens i Martin (1864 r.) opatentowali przetwarzanie surówki ze złomem, w stal.Piec przez nich opracowany nazywa się piecem martenowskim. Stal martenowska stanowi dzisiaj95% produkcji stali. Piec martenowski jest układem bardzo racjonalnym pod względemenergetycznym, ze znaczną recyrkulacją ciepła energetycznego. Przy piecu martenowskimstworzyli baterie nagrzewnic (kominki stoją ce, przez które przepływało powietrze i spaliny.Spaliny dawały temperaturę i ogrzewały wykładzinę w nagrzewnicach kauperowskichdo temperatury powyŜej 1000°C. Zamykało si ę wypływ spalin do baterii nagrzewnic z jednejstrony, puszczało się w drugą , a tamtędy puszczało się powietrze zimne, które przechodzą c przeznagrzewnicę, nagrzewało się do temperatury powyŜej 800°C.






3.4 Ś wie Ŝ enie stali

Jest to proces przetwórczy, polegają cy na wytapianiu surówek, rud, mikroskładników, regulacji składuchemicznego w wysokich temperaturach, w stanie płynnym, następuje redukcja jednych składnikówi dodanie innych w postaci mikrododatków (w procentach, dziesią tych lub setnych procenta).Usuwamy węgiel, który jest w nadmiarze (węgla w surówce szlachetnej jest 0,2% – 4,5%),(w zwykłej surówce otrzymywanej w hutach 2 – 4,5%).Okres wykańczania wytopu polega na wycofaniu nadmiaru wprowadzonego materiału jakim jest tlen.Tlen w stali jest potrzebny tylko do regulacji składu. Jego obecność po zakrzepnięciu jestnie do zaakceptowania. Musi być usunięty, a dokonujemy tego poprzez dodawanie odtleniaczy.

3.5 Odtlenianie

Proces odtleniania: polega zasadniczo na dodatku Ŝelazomanganu lub surówki zwierciadlistej.

Chcą c uzyskać stal uspokojoną jednorodną , czyli wolną od FeO – stosuje się Ŝelazo-krzem.

Ostatecznie odtlenienie odbywa się za pomocą glinu (sproszkowanego). Dodatek Al stosuje

się nawet w ostatniej fazie, dodają c ją do wlewków, gdzie będzie krzepła stal (aluminium jest bardzo

łapczywe na tlen, jest to reakcja bardzo gwałtowna i w sposób zdecydowany obniŜa poziom FeO

w stali). Al słuŜy teŜ do regulacji wielkości ziaren stali (minimalne). Si oraz Al ze względu

na ogromne powinowactwo do tlenu, reagują z rozpuszczonym w stali FeO . Powstają ce nowe tlenki

są prawie całkowicie nierozpuszczalne w stali (śladowe ilości) i tworzą w niej zawiesinę.W zaleŜności od stopnia odtlenienia rozróŜnia się stal: nieuspokojoną , półuspokojoną , uspokojoną .

Wlewek – forma Ŝeliwna lub staliwna do której wlewa się stal w celu uzyskania półfabrykatu.

3.5.1. Stal nieuspokojona

Stal nieuspokojona to stal, w której występują znaczne ilości zakrzepłych pęcherzyków.

Wlewamy do wlewka roztopiony wsad martena. Poprzez obniŜanie temperatury będą powstawały

ośrodki krystalizacji, wsad będzie krzepł i będą wydzielały się tysią ce pęcherzyków gazu CO .

Pęcherzyki zostają uwięzione w zakrzepniętym, stęŜonym materiale. Na górze tworzy się strefazagęszczenia i jest to strefa segregacji, w której znajdują się wszelkiego typu zanieczyszczenia,

które CO (gaz czadnicowy) wynosi.

Stal nieuspokojoną uzyskujemy poprzez odtlenienie w końcowej fazie produkcji wyłą czniemanganem. Jest to najtańszy proces produkcyjny, w wyniku którego otrzymujemy stal najgorszej

jakości. Mangan obniŜa zawartość tlenku Ŝelaza FeO w stali, jednak nie na tyle, aby zapobiec

reakcji:

COFeC FeO +→+

Reakcję tę powoduje spadek rozpuszczalności FeO w płynnej stali, przy temperaturze

krzepnięcia. Wydzielają się więc gazy CO , co powoduje tzw. wrzenie wlewka w miarę obniŜania

się temperatury, zagęszczania stali i zatrzymaniu w krzepną cej stali pęcherzyków CO .

Wnętrze wlewka jest całkowicie wypełnione pęcherzykami gazu i ten półfabrykat idzie do obróbkiwalcowniczej. Następuje zgniecenie (otrzymujemy strukturę włóknistą ), sklejenie i zduszeniepęcherzyków, zawalcowanie ich. Jeśli obciąŜymy element prostopadle do kierunku walcowaniato stal ulega szybkiemu rozwarstwieniu, gdyŜ wytrzymałość jej jest mniejsza aniŜeli po kierunkuwalcowania. ObniŜa to wytrzymałość znacznie i moŜna przyjąć, Ŝe rozwarstwienie jest groźne dlaodpowiedniego poziomu produkcji; dla stali nieuspokojonych granica obciąŜeń wynosi powyŜej50% nośności danej stali. Stal ta jest podatna na spaczenie, wytrzymałość wzrasta, ale cechy

plastyczne jak udarność i cią gliwość będą się pogarszały. Stal ta jest najtańsza poniewaŜ mamynajkrótszy proces wytwarzania i największy odzysk, uzyskujemy pełną objętość formy,poniewaŜ duŜe siły rozpręŜne gazu redukują efekt skurczu.






3.5.2. Stal półuspokojona

Po wstępnym odtlenieniu manganem, dodajemy krzem (0,15% krzemu). Uzyskujemy w tensposób lepsze uspokojenie otrzymują c stal półuspokojoną , która jest bardziej odpornana rozwarstwienie. Jednak przy pełnym obciąŜeniu rozwarstwienie moŜe wystą pić.

Dodanie krzemu powoduje ze pęcherzyków jest mniej, co ogranicza reakcje CO .

Wlewek po zakrzepnięciu będzie odstawał nieco od ściany, wystą pi efekt skurczu,bo nie ma pełnej rekompensaty silami rozpręŜnymi gazu.

3.5.3. Stal uspokojona

Większy dodatek krzemu (0,35%) i aluminium (0,15%) powoduje pełne odtlenienie.JeŜeli glin pozostanie we wlewku po skrzepnięciu w postaci metalicznej, drobnej, sproszkowanej,w śladowych ilościach rzędu setnych procenta, powodują ze uzyskamy stal o strukturzedrobnoziarnistej, równomiernej. Odtlenienie całkowite powoduje brak pęcherzyków gazów,a zatem nie ma kompensacji sił skurczu. Występują duŜe skurcze na poboczu i na dnie.Wynikiem skurczu jest jama obsadowa.Jest to stal najlepsza, nadają ca się na obciąŜenia dynamiczne.

3.6 Obróbka cieplna stali:

Obróbki termiczne stanowią istotny sposób poprawy właściwości stali. W obróbkach cieplnych moŜnazmieniać właściwości stali w stosunkowo duŜym zakresie.Jest to zespół zabiegów termicznych, zmieniają cych strukturę stopów, a zatem jej właściwościmechaniczne, fizyczne i chemiczne. Zmiany te dokonywane są w znacznych granicach(nawet do 200% wytrzymałości)

Z róŜnych zabiegów termicznych w budownictwie najczęściej wykorzystywane są :

- WyŜarzanie

- Hartowanie

-

Odpuszczanie- Przesycanie






3.6.1. WyŜarzanie

Polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu na wskroś przez czasdostatecznie długi i ochłodzeniu

1. wy Ŝ arzanie normalizuj ące – przywracanie stanu normowego polega na nagrzaniu stalido obszaru austenitu (ok. 900°C), wygrzaniu w tej t emperaturze przez czas dostatecznie długii ostudzeniu w spokojnym powietrzu. W efekcie uzyskujemy strukturę równomierną , drobną ,co wpływa na ujednolicenie i polepszenie właściwości mechanicznych.

2. warunki odpr ęŜ aj ące – ma ono na celu usunięcie napręŜeń własnych np. od przeróbekplastycznych na gorą co lub zimno, spawania, kucia itp. bez wyraźnych zmian strukturalnych.Stal podgrzewa się do temperatury < 650°C, wygrzewa si ę, następnie studzi najlepiej z całympiecem (do 2 tygodni).Temperatura wyŜarzania powinna być większa od temperatury, w której wytrzymałość stali znacznie się obniŜa, a rosną jej cechy plastyczne, co umoŜliwia wyzwolenienapręŜeń plastycznych poprzez wewnętrzne odkształcenia plastyczne.

3. warunki rekrystalizuj ące – wyŜarzanie to ma na celu usunięcie zjawiska zgniotu(zniszczenia siatki krystalicznej w wyniku przekroczenia granicy plastyczności na zimno,czyli w temperaturze otoczenia). WyŜarzanie to stosujemy po zabiegach kucia, walcowania,tłoczenia i przecią gania – na zimno. JuŜ podgrzanie do 200-300°C daje zmianyw zgniecionym materiale, następuje częściowa rekrystalizacja, czyli regeneracja siatkikrystalograficznej zmienionej przez zgniot. Efektem jest zmniejszenie napręŜeń i częściowynawrót do własności materiału nie zgniecionego. W temperaturze wyŜszej, czyli temperaturzerekrystalizacji (ok. 600 - 700°C) równej 0,4 temper atury topnienia następują istotne zmiany,gdyŜ zaczynają się tworzyć nowe ośrodki krystalizacji i wokół nich, kosztem zgniecionychnarastają nowe kryształy, osią gają c niekiedy rozmiary większe niŜ przed zgniotem.Zjawiska zachodzą ce poniŜej temperatury rekrystalizacji nazywane są nawrotem(częściowe odtworzenie).

t r t t ⋅= 4,0

gdzie:

r t - temperatura rekrystalizacji

t t - temperatura topnienia

3.6.2. Hartowanie

Polega na nagrzaniu stali do temperatury powyŜej A3 (–>na wykresie Ŝelazo-węgiel 900°C)dla stali podeutektoidalnych lub powyŜej A1 (723°C) dla stali nadeutektoidalnych i wygrza niuw niej na wskroś celem uzyskania struktury austenitycznej w stalach podeutektoidalnychlub austenityczno-cementytowej w stalach nadeutektoidalnych i następnie szybkim ostudzeniuolejem.Cementyt jest twardym weglikiem Ŝelaza.Celem hartowania jest otrzymanie struktury martenzytycznej (blaszkowej – bardzo twardej),zapewniają cej stali duŜą twardość, wytrzymałość i odporność na ścieranie.W stalach nadeutektoidalnych otrzymuje się strukturę martenzytyczną z nierozpuszczonymcementytem.Satysfakcjonują ce efekty hartowania uzyskuje się w stalach o wyŜszych zawartościach węglaniŜ 0,25%.Nie jest celem hartowania podwyŜszenie wytrzymałości stali (osią gamy to innymi drogami),

gdyŜ podniesienie wytrzymałości, wiąŜe się z jeszcze większym zmniejszeniem cechplastycznych stali.






3.6.3. Odpuszczanie

Jest to zabieg stosowany zasadniczo do przedmiotów uprzednio zahartowanych.SłuŜy on polepszeniu własności plastycznych przy jednoczesnym usunięciu napręŜeń pohartowniczych. Wartość temperatury odpuszczania to 150 – 650°C, czyli zaw sze poniŜejtemperatury A1.

JuŜ w 150°C nast ępują pierwsze zmiany w materiale i zaleŜnie od temperatury rozróŜniasię odpuszczanie:

- niskie (150 – 250°C)

- średnie (250 - 450°C)

- wysokie (450 - 650°C)

ZaleŜnie od potrzeby jeŜeli będą obciąŜenia dynamiczne czy kwazi-dynamiczne będziemyodpuszczali wysoko do temperatury 650°C (zawsze ta temperatura musi być niŜsza od 723°C)

3.6.4. Przesycanie

Polega ono na nagrzaniu stali do temperatury, w której jeden bą dź więcej składników przechodzido roztworu stałego (bez przemiany alotropowej), wygrzaniu w tej temperaturze i następnieszybkim ochłodzeniu. W stalach miękkich usuwa się w ten sposób cementyt 3-cio rzędowyumieszczony na granicach ziaren ferrytu (część miękka stali). Stal nagrzewa się do temperatury600-680°C wygrzewa do przegrzania na wskro ś i następnie studzi w oleju. Dzięki podgrzaniucementyt rozpuszcza się w ferrycie, a w skutek przyspieszonego chłodzenia, nie moŜe się z niegowydzielić. Powstaje wiec przesycony ferryt, co powoduje, Ŝe stal jest bardziej miękka i plastyczna.

Ta struktura roztworu stałego nie jest jednak trwała i łatwo daje się wytracić z równowagi.Wydzielanie się z roztworu przesyconego, składnika przesycają cego pod postacią drobnej drugiejfazy nazywa się starzeniem.

RozróŜnia się:

- starzenie naturalne – przebiegają ce przez dłuŜszy okres czasu

- starzenie sztuczne – przez wyŜarzanie starzeją ce

Obróbka cieplna składają ca się z przesycania i następnie starzenia nosi nazwę utwardzania dyspersyjnego (wydzielania składnika twardego ze stali miękkiej jako drobnejdrugiej fazy).

3.6.5. Starzenie

Starzenie jest to zjawisko wydzielania się składnika przesycają cego z ferrytu. Stal zmienia swe

własności, staje się twardsza, bardziej wytrzymała lecz jednocześnie mniej cią gliwa i krucha.Przyczyna starzenia leŜy w zmiennej rozpuszczalności niektórych ciał w ferrycie, w zaleŜnościod temperatury.

Ciałami starzeją cymi są tu:

- węgiel

- azot

- tlen

Skłonność do starzenia zwiększa się po przekroczeniu granicy plastyczności na zimno,czyli w przypadku zgniotu (częściowym zniszczeniu siatki krystalicznej).

W normalnej temperaturze proces starzenia naturalnego przebiega bardzo długo, jednak po podgrzaniu do temperatury 250 – 350°C pro ces znacznie się przyspiesza powodują cpogorszenie jakości stali.






Ochrona przed starzeniem polega na zmniejszeniu zawartości składników,o zmiennej rozpuszczalności w ferrycie, czyli tych które wchodzą i wychodzą buforowooraz na dodaniu pierwiastków, które łą czą się chemicznie z ciałami wywołują cymi starzenie,tworzą c zwią zki bardziej rozpuszczalne w ferrycie, albo nie rozpuszczalne w nim.

Tymi pierwiastkami zapobiegają cymi są najczęściej (czyli te pierwiastki, które są stosowane

dla uspokojenia stali):

- mangan

- krzem

- tytan

- aluminium

Stal uspokojona za pomocą glinu i krzemu w zasadzie nie wykazuje skłonności do starzenia.

Podczas spawania temperatury 200 – 350°C s ą osią gane w znacznych obszarach elementówi tam moŜe nastą pić starzenie. Tam gdzie występuje duŜo spawania w konstrukcji, nie ma mowy

o zastosowaniu stali półuspokojonej. Wyłą cznie stosujemy stal uspokojoną .






4. Charakterystyczne właściwości mechaniczne stali

Własności mechaniczne, są to cechy zwią zane z wytrzymałością materiału na działanie róŜnegorodzaju sił zewnętrznych, są kryterialnymi wielkościami w doborze materiałów. Poznanie własnościmateriałów nie jest wystarczają ce do oceny ich przydatności do określonego celu. Niezbędne jest

tu jeszcze poznanie wpływu róŜnych czynników, np. temperatury, czasu, sposobu i wielkościobciąŜenia, kształtu i wymiarów przedmiotu, na zmiany tych własności.

Metody badań własności mechanicznych moŜemy podzielić na dwie grupy:

- własności technologiczne, decydują ce o przydatności materiałów do określonejobróbki

- własności wytrzymałościowe, do wyznaczania, których niezbędna jest znajomość siłylub momentu sił, jako jednej z wielkości mierzonych podczas badania. Wyniki badań są wykorzystywane przez konstruktorów w procesie projektowania elementówkonstrukcyjnych.

4.1 Wytrzymało ść stali:

Wytrzymałość na rozcią ganie. W statycznej próbie rozcią gania znormalizowaną próbkę wykonaną

z badanego materiału o stałym przekroju oS poddaje się działaniu sił rozcią gają cych F skierowanych

wzdłuŜ osi pręta. Wówczas w dowolnym przekroju prostopadłym do kierunku działania siły powstaną napręŜenia rozcią gają ce σ (sigma), których wartość oblicza się wg wzoru

=

2

0 mm

N

S

F σ

NapręŜenia powodują wydłuŜenie względne materiału o wielkość ε (epsilon)

0 L

L∆=ε

gdzie:

L∆ — przyrost długości próbki,

0 L — długość pomiarowa próbki.






4.1.1. Wykres zaleŜności napręŜenia od odkształcenia stali

e R – fizyczna granica plastyczności (Fe/S0)

=

2

0 mm

N

S

F R e

e

eH R – górna

eL R – dolna

2,0 R – umowna granica plastyczności,

(przy %2,0=ε , gdy brak wyraźnej)

m R – wytrzymałość na rozcią ganie,

=

2

0 mm

N

S

F R m

m

U R – napręŜenie zrywają ce

=

2mm

N

S

F R

U

U U

E – moduł Younga (w zakresie liniowo-spręŜystym)

[ ] MPa E ε

σ

∆

∆=






5 – 6 6 6 – 7 7

0 – 1 - przyjmujemy jako linię prostą ; ciało idealne

1 – 2 - lekko krzywoliniowy, jednostkowy wzrost napręŜeń; towarzyszy mu wzrost ε

2 – 3 - dalsze zakrzywianie, większa intensywność

3 – 4 – 5 - plastyczne płynięcie próbki

5 - 6 - okres wzmocnienia lub samowzmocnienia stali, czyli następuje na nowoprzywrócenie zdolności do przenoszenia większych obciąŜeń. Odkształcenia zaczynają być bardzo duŜe, do 20%. Stal do punktu 5 jest materiałem o modelu spręŜysto plastycznym.

4.1.2. Opis

W począ tkowym okresie rozcią gania przy znacznym wzroście wartości siły obserwuje się nieznaczny przyrost długości próbki. Powstają ce pod wpływem działania siły rozcią gają cejodkształcenia mają charakter spręŜysty. JeŜeli jednak siła wzrośnie ponad pewną wartość,to pojawią się odkształcenia trwałe. Znaczy to, Ŝe została przekroczona granica spręŜystościi, Ŝe w materiale powstały nie tylko odkształcenia spręŜyste, lecz równieŜ i odkształceniaplastyczne.

Granic ę spr ęŜ ysto ści sp R określa teoretycznie największa wartość napręŜenia, przy której

nie występuje jeszcze odkształcenie trwałe

=

2

0 mm

N

S

F R

sp

sp

Wyznaczenie w praktyce granicy spręŜystości jest bardzo trudne. Z tego powodu w celuokreślenia napręŜeń powodują cych odkształcenia trwałe moŜna posługiwać się tzw. umowną granicą plastyczności, wyznaczoną przy odkształceniu trwałym wynoszą cym0,2% dla stali twardej (0,01% dla stali miękkiej) z wzoru:

=

3

0

2,0

2,0mm

N

S

F R






Poczynają c od wartości siłyeF przyrostowi długości próbki ze stali miękkiej nie towarzyszy

dalszy wzrost siły. Przeciwnie, czasem obserwuje się jej zmniejszenie.Tylko niektóre materiały dają na wykresach rozcią gania gwałtowne załamanie krzywej.Wiele materiałów daje wykresy, na których zmiany nachylenia krzywej następują łagodnie,bez ostrych załamań (rys. 7b).

Dla wyznaczenia umownej granicy plastyczności dla tych materiałów przyjmuje się taką wartość siły F , przy której osią ga się odkształcenie trwałe określonej wartości.

Zwykle przyjmuje się do tego celu wartość wydłu Ŝ enia trwałego wynoszą cą 0,2%, obliczoną z zaleŜności

%1000

⋅∆

L

L

Po przekroczeniu napręŜeń odpowiadają cych granicy plastyczności wydłuŜenie próbkiwzrasta znacznie, mimo Ŝe przyrosty siły są niewielkie. W pewnej chwili siła osią ga największą

wartość mF . Od tej chwili jej wartość maleje do uF , kiedy to następuje zerwanie próbki.Począ tkowo próbka wydłuŜa się równomiernie. Po osią gnięciu największego obciąŜenia mF

w pewnym miejscu próbki zaczyna się tworzyć zwęŜenie zwane szyjką . Dalsze rozcią ganiepowoduje szybkie wydłuŜenie się próbki w miejscu zwęŜenia.

Stosunek siłymF do pierwotnego przekroju próbki 0S nazywa się wytrzymało ści ą

na rozci ąganie i oznacza symbolem m R

=

2

0 mm

N

S

F R m

m

Na podstawie wyników próby rozcią gania moŜna określić nie tylko wytrzymałościowewłasności materiału, lecz równieŜ i plastyczne (wydłuŜenie i przewęŜenie).Względne wydłuŜenie procentowe próbki po zerwaniu wyraŜa się stosunkiem przyrostu długościpomiarowej próbki do jej pierwotnej długości.

%100%1000

0

0

⋅−

=⋅∆

= L

L L

L

L A u

gdzie:

u

L – długość pomiarowa po zerwaniu,

0 L – pierwotna długość pomiarowa.

Przew ęŜ enie określa stosunek róŜnicy powierzchni przekroju począ tkowego próbki

0S i powierzchniuS , do przekroju począ tkowego 0S

%1000

0⋅

−=

S

SS Z u

Stal mi ękka - stal wykazują ca półkę plastyczna, ma wyraźną granice plastycznościpowodują cą plastyczne płynięcie. WydłuŜenie przy zerwaniu od 18 – 25, 30, 35 %.Przed zerwaniem występują odkształcenia, które są widoczne, które są sygnalizowane.






Stal twarda - nie posiada półki plastycznej, jest mniej cią gliwa i ma wyŜszawytrzymałość dlatego wykres musi iść powyŜej granicy plastyczności stali miękkiej.WydłuŜenie przy zerwaniu wynosi od 7 – 14, 16%. Nie posiada rezerwy plastycznejna przemieszczenie, wydłuŜenie, dostosowanie się.

4.1.3. Definicje granic

Definicją granicy są napręŜenia!!!

Granica proporcjonalno ści H σ (granica stosowalności prawa Hooke'a ) jest to taka

graniczna wartość napręŜenia, do osią gnięcia której przyrostom wydłuŜenia jednostkowegoodpowiadają proporcjonalne przyrosty napręŜeń, czyli:

const =∆

∆

ε

σ

Oznacza to, Ŝe wykres rozcią gania jest do momentu osią gnięcia granicy proporcjonalności linią prostą .

Granica plastyczno ści – wartość napręŜenia po osią gnięciu którego stal wydłuŜa się

w sposób znaczny. Górna granica plastyczności stali miękkiej eH R odpowiada chwilowemu

wzrostowi napręŜenia, zanim jeszcze nastą pi płynięcie plastyczne materiału.

Po osią gnięciueH R stal odkształca się płyną c plastycznie bez wzrostu obciąŜenia.

Tak się dzieje przez pewien okres trudny do matematycznego zdefiniowania.Po okresie płynięcia, przemieszczania się ziaren, kryształów, przecinania, niszczenia siatkikrystalograficznej, następuje zakleszczenie, zatrzymanie tych odkształceń. Stal po osią gnięciupewnych napręŜeń wydłuŜa się, płynie i następuje zahamowanie. Stal na nowo jest zdolnado przeniesienia nowych, większych obciąŜeń. Granica plastyczności to nie jest płynięcie stalii wyłą czenie się z nośności. Ona płynie, odkształca się, ale pod wpływem występują cychnapręŜeń. Jeśli damy lekki impuls obniŜenia nastą pi zahamowanie.

Począ tek półki plastycznej występuje przy odkształceniu próbki od 0,12 – 0,18%;koniec przy odkształceniu 1,5%.

Granica plastyczności to napręŜenie odpowiadają ce odkształceniu. Jest to najwaŜniejsza granicabowiem do niej odnosimy wszystkie sprawy obliczeniowe, zarówno w zakresie napręŜeń plastycznych, spręŜysto – plastycznych.

Granica wytrzymało ści – jest to największe napręŜenie przy zerwaniu próbki.Następuje szybkie gwałtowne przewęŜenie próbki. Jeśli próbka jest okrą gła to wchodziw sferyczny układ walca.

4.2 Udarno ść stali

Udarność stali to odporność, wytrzymałość na uderzenia lub nagłe zginania.

Udarność zaleŜy od:

- składu

-

wzajemnej relacji składników stali- temperatury (wraz ze spadkiem temperatury spada udarność)

- spawania (wprowadza napręŜenia pospawalnicze i obniŜenie cech plastycznych)






ZaleŜnie od sposobu obciąŜenia moŜna wyróŜnić udarowe:

- rozcią ganie

- ściskanie

- skręcanie

-zginanie

4.2.1. Badanie udarności

Wynik badania udarowego zginania nazywa się udarnością . Do badania stosuje się próbkę w postaci pręta o przekroju kwadratowym. Na jednym z jej boków nacięty jest karb ułatwiają cypęknięcie próbki podczas badania; wymiary próbki oraz wymiary karbu określa norma.Przyrzą d do określania udarności nazywa się młotem udarnościowym.Najczęściej stosuje się-młot typu Charpy przedstawiony na rysunku.

Młot udarnościowy Charpy`ego

(rys. 7)

1- próbka (10x10x55 mm), 2 – wahadło, 3 – podziałka, 4- wskaźnik

Próbka osłabiona jest karbem do głębokości 2 mm pod katem 45°.

Jedna ściana jest podcięta (tylna) młot uderza od strony nie podciętej. Młot przechodzi, łamiepróbkę i po przejściu róŜnica wysokości decyduje o wartości pracy, która została zuŜytana złamanie próbki. Udarność określamy poprzez ubytek energii i prace potrzebna zuŜytana złamanie próbki – tzw. próg udarnościowy.

4.2.2. Odmiany plastyczności

Wg ISO stosuje się następują ce odmiany plastyczności:

A – dotyczy elementów nie badanych udarnościowoB – 20°CC – 0°C

D – -20°CE – -50°C






Dla stali węglowych pospolitych jakości próg udarnościowy wynosi 35 J/cm2.

Udarność stali zaleŜy od składu chemicznego. Zwiększenie węgla daje zwiększenie twardościi pogorszenie cech plastycznych.

Spawanie obniŜa udarność. Im więcej węgla tym większe trudności ze spawaniem.Zawartość węgla w stalach miękkich budowlanych 0,22-0,23%, w stalach twardych 0,07%.

Dla stali niskostopowych o podwyŜszonej wytrzymałości mamy podwyŜszone rygory dla proguudarnościowego – 50 J/cm

2

AA – dotyczy elementów nie badanych udarnościowoBB – 20°CCC – 0°CDD – -20°CEE – -50°C

Dla stali o zastosowaniach w niskich temperaturach (dla stali kriogenicznych) stosujemy odmianyplastyczności:

F – -80°CG – -120°CH – -160°C

PoniŜej tych temperatur wytrzymują stopy aluminium (nawet do -240°C)

4.3 Spawalno ść stali:

Nie ma stali niespawalnych. KaŜda stal jest spawalna, jeŜeli przez spawanie rozumiemy roztopieniei zakrzepnięcie; tworzy się jednolity twór, który jest w stanie przenieść obciąŜenia.

Mogą występować róŜnią ce się walory danego procesu spawania. Stale normalne przy zwykłymspawaniu będą przyzwoicie pracowały. Spawalność stali o wyŜszych wytrzymałościach będzieutrudniona. Stale o zdecydowanie wyŜszych wytrzymałościach osią gną nie do zaakceptowaniawartości obniŜenia napręŜeń i nośności.

Dla poszczególnych rodzajów stali opracowane są indywidualne technologie wykonywania połą czeń spawanych, dostosowanych do danego rodzaju stali.

4.3.1. Warunki spawalności

Spawalność stali zaleŜy od:

- składu stali

Składniki stali, które polepszaj ą spawanie:

- nikiel

Składniki stali, które utrudniaj ą spawanie:

- chrom

- molibden

- wanad

-węgiel (najgorszy składnik – im więcej węgla tym gorsza spawalność,tym bardziej pogarszają się cechy plastyczne po spawaniu staliwysokowęglowych i o większej zawartości węgla)






- grubości elementu

Im element grubszy tym gorsza spawalność. Spawalność, struktura, uwłóknienie pogarsza się przy grubościach powyŜej 4 cm. Stą d ograniczenie grubości elementu do 4 cm. Im grubszyelement tym gorsze właściwości mechaniczne, nie za dobre walcowanie, inna udarność.

4.3.2. RównowaŜnik węgla

Spawalność opisywana jest przez równowaŜnik węgla. Jest to E C , w którym zapisane są róŜne

pierwiastki w stali o udziale róŜno – stopniowym.

Zawartość węgla w pełnym zapisie:

C C E =

%22C C C E 22,0=

-jeŜeli E C 38,0< jest poniŜej 0,38 to stal jest łatwo spawalna(wszystkie zasadnicze metody spawania będą moŜliwe do zastosowania,pod warunkiem odpowiedniej grubości. Te same walory wytrzymałościoweuzyskamy przy zwiększonej grubości i zmniejszonym równowaŜniku węgla).

- jeŜeli E C ( )42,0;38,0∈ , to jest to stal spawalna z pewnymi ograniczeniami

- jeŜeli E C 42,0> , to jest to stal trudno spawalna.

Wymaga indywidualnych technologii spawania:

1) ograniczenia mocy liniowej łuku2) ograniczenia szybkości przesuwu elektrody3) wstępnego podgrzania krawędzi

2155

,,

6 H

NiCuV MoCr MnC C E +

++++=

Zarówno liczniki jak i mianowniki mogą ulegać zmianie.Ten zapis moŜe się zmieniać dla kaŜdej stali.

4.4 Twardo ść stali:

Twardość - odporność stali na wgniatanie twardego materiału (wgniatanie elementów diamentowych,węglikowych). Wzrost twardości łą czy się ze wzrostem wytrzymałości (jeŜeli chodzi o składchemiczny). Poprzez ocenę twardości dochodzimy do wytrzymałości stali.Twardość stali wzrasta wraz ze wzrostem ilości Cr, Mo, Ni, V i C, jednak te składniki pogarszają cechyplastyczne stali. MoŜemy ją zwiększyć równieŜ poprzez spawanie lub podhartowanie.Twardość badamy metodą nie niszczą cą tzw. młotkiem Poldiego. Za jego pomocą moŜemy stwierdzić jaka jest twardość stali i z twardości przejść na wytrzymałość.

Dla stali węglowych:

Bm H R 36,0=

gdzie:

m

R – wytrzymałość na rozcią ganie

B H – twardość Brinella






Dla stali niskostopowych o duŜej zawartości chromu, niklu:

Bm H R 34,0=

Badań nie wolno prowadzić w bezpośrednim są siedztwie spoin i w odległościach nie mniejszychniŜ 300 – 500 mm, by nie powstało miejscowe podhartowanie w wyniku wysokich temperaturprzy spawaniu. NaleŜy je wykonywać w miejscach rozrzuconych po obiekcie.Twardość badamy poza strefą spawania w odległości 0,5 m lub więcej, w kilku róŜnych miejscach.

4.5 Odporno ść stali na wysokie temperatury:

4.5.1. Zachowanie stali w wysokiej temperaturze

Stal naleŜy do materiałów ognioochronnych, a nie ognioodpornych (nie pali się, ale znaczniezmienia właściwości). Dla większości stali budowlanych przy podgrzaniu do temperatury 500°Cwytrzymałość stali spada o 50%.

Począ tkowo przy podgrzaniu stali do 100°C - 300°C wytrzy małość stali wzrasta od temperaturyotoczenia, by potem ulec nagłemu załamaniu i w temp. 500°C osi ą gnąć 50% wytrzymałości(nie dotyczy to stali Ŝaroodpornych).Moduł spręŜystości Young’a maleje od temperatury otoczenia w sposób prawie liniowy, w całymzakresie termicznym, zaś granica plastyczności ma bardzo podobny przebieg do wytrzymałości(powoli wzrasta, a potem maleje).WydłuŜenie stali do 200°C maleje, by po przekroczeniu 200 °C w sposób zdecydowany wzrasta ć

i w temperaturze 700°C osi ą gnąć 70%

=

∆%70

l

l

4.5.2. Zabezpieczenie stali przed wysoką temperaturą

- Farby pęcznieją ce, powłoka o grubości 1 – 2 mm; zabezpieczają konstrukcję w ten sposób, Ŝe pęcznieją c tworzą porowatą powłokę, czyli warstwę izolacyjną .Zapewnia to ochronę 20 – 30 min.

- stosowanie obmurowania z cegły zwykłej, klinkierowej (na zaprawie cementowej)szamotowej (na zaprawie szamotowej).

- obetonowanieWarstwa 3cm betonu (na siatce) daje odporność 1h, stosuje się teŜ natryskiz włóknem szklanym na bazie gipsu. Często na główne elementy nośne stosujesię właśnie powłoki betonowe lub po prostu słupy Ŝelbetowe.

- okładziny suche na bazie gipsu (kiedyś na włóknie azbestowym)

- obudowy prefabrykowane z płyt głównie na bazie gipsu; gips wytrzymuje wysokie

temperatury, chroni stal w sposób właściwy; obudowy te nie dają reakcjichemicznych

- ograniczenie moŜliwości wystą pienia poŜaru

- wyposaŜenie w materiały trudnopalne o małej kaloryczności

- stosowanie osłon zabezpieczają cych przed naporem gorą cych mas powietrza(np. malowanie farbami ognioochronno-pęcznieją cymi, zabezpieczenie do 20,30 min)






4.6 Korozja stali

Korozja – proces niszczenia stali ( i nie tylko). Walka z korozją jest bardzo droga(kwoty na walkę z korozja są to drugie, po zbrojeniach, kwoty wydawane na świecie).

4.6.1. Teorie korozji

Wśród wielu teorii korozji (niszczenia) dla stali najpopularniejsze są trzy:

1) korozja w wyniku działania kwasu węglowego2) korozja w wyniku zmian elektrochemicznych3) korozja w wyniku zmian czysto chemicznych

Najwięcej zniszczeń powoduje korozja atmosferyczna, którą najlepiej opisuje teoria zmianelektrochemicznych (na poziomie dzisiejszego rozpoznania zagadnień). Podlega jej 90%konstrukcji. Wg niej niechroniona powierzchnia stali składa się z duŜej liczby mikroogniw

galwanicznych. Czą steczki Fe są anodami, a pozostałe jak mikroskładniki stali, tlenki, zgorzelina,

zendra, rdza, wysady węglikowe i inne zanieczyszczenia stanowią katody. Dla działania ogniwagalwanicznego potrzebny jest elektrolit. Elektrolitem jest wilgoć atmosferyczna.

Czą steczki Fe rozpadają się w elektrolicie na kation−2

Fe i 2 elektrony. Aniony –

przycią gane

są przez stal i szybko utworzyłyby warstwę ochronną , gdyby nie to, Ŝe z kolei na katodzie

następuje rozpad drobin wody na−

OH 2 i+ H 2 . Kationy Fe łą czą się z

−OH 2 i tworzą

2)(OH Fe , w postaci jasnego nalotu na anodzie (surowat rdzy). Chwilową równowagę

na anodzie niszczą atomy tlenu, rozpuszczonego w elektrolicie, powietrza, łą czą się one z+ H

i tworzą nowe grupy wodorotlenowe−

OH . Te zaś w połą czeniu z 2)(OH Fe tworzą 3)(OH Fe

– ciemną rdzę odstają cą juŜ od metalu i bardzo porowatą (objętość kilka razy wiesza od objętościsurowców wyjściowych). I tak koło się zamyka. Rdza jest doskonałą katodą w zderzeniu z anodą ,czyli czą steczkami Fe powoduje spotęgowanie procesu korozyjnego.

Rdza – mieszanina tlenków i wodorotlenków.

4.6.2. Rodzaje korozji

- wodną – zwłaszcza na styku woda – powietrze

- ziemną

- w wyniku działania prą dów błą dzą cych (nihilizacja stalowych konstrukcji,elementów stalowych)

- chemiczna

- napręŜeniowa

- międzykrystaliczna

Ostatnie dwie są szczególnie niebezpieczne, bez oznak niszczenia. Proces polega na kruchympękaniu stali, na wytworzeniu warunków do kruchego pęknięcia. Są to działania w wyniku zmianpól energetycznych w rozcią ganym materiale (dzieje się to przy materiale wysoko wytęŜonym),tworzą się ostrza elektromagnetyczne które przecinają kryształy, ziarna. Następuje kruchepęknięcie. Obie korozje wynikają z róŜnych przyczyn. Korozja napręŜeniowa wynika ze składumateriału; skład chemiczny przy róŜnych poziomach napięcia będzie powodował roŜne wpływy.

4.6.3. Zabezpieczenia antykorozyjne konstrukcji stalowych

- Stosowanie stali nierdzewnych (nie korodują w normalnych warunkach; są drogie)

-Zwiększanie odporności korozyjnej poprzez dodatek miedzi(zmniejsza wytrzymałość stali)

- Zabezpieczanie powłokami:






• Metalizacja – nakładanie powłok metalicznych (cynkowanie, aluminiowanie,kadmowanie)

• Powłoki z tworzyw sztucznych odpowiednich do środowiska pracy, powłokigumowe

• Powłoki lakiernicze – farby – jednak powłoki te powinny być dwuwarstwowe.Pierwsza powłoka składa się z 2-3 warstw podkładowych stanowią cych właściwezabezpieczenie przed korozją . Są to farby na bazie minii ołowianej lub cynkorówi cynkanów. Są to farby pasywują ce podłoŜe, które muszą się charakteryzować bardzo duŜą przyczepnością do podłoŜa.

Druga powłoka – farby nawierzchniowe (2-3 warstwy), najczęściej olejne,chlorokauczukowe i podobne, kompatybilne z podkładem; stanowią ochronę farbpodkładowych przed uszkodzeniem mechanicznym i bezpośrednim działaniemkorozji chemicznej.

KaŜda kolejna warstwa powinna być nakładana po całkowitymwyschnięciu poprzedniej (im grubsza warstwa tym większy skurcz –

powstają pęknięcia)

Malowanie powinno odbywać się w hermetycznie zamkniętympomieszczeniu, w stałej temperaturze, stałej, moŜliwie najniŜszejwilgotności powietrza

KaŜda z warstw powinna być w innym kolorze, w określonej ilościi rodzaju farby (podanym przez projektanta)..

Grubość pojedynczej warstwy wynosi 30 – 35 mikrometrów

Sumaryczna grubość warstw wynosi 150 – 200 mikrometrówprzy 6 warstwach

Najlepsza temperatura do nakładania powłok wynosi od 18 - 20°C

Dobrze wykonane powłoki zabezpieczają nawet na 20 lat.

4.6.4. Stopnie oczyszczenia powierzchni malowanych

I stopień – (najwyŜszy st. czystości) – uzyskiwany przez śrutowanie lub piaskowanie;powierzchnia jednolita, metaliczna, srebrzysta;

II stopień – uzyskiwany przez nie do końca doprowadzone śrutowanie i piaskowaniew połą czeniu z czyszczeniem ręcznym i opalaniem; powierzchnia moŜe być matowa,szara, a nawet brunatno-szara jednak bez rdzy, zgorzeliny, zendry i innychzanieczyszczeń.Dopuszcza się miejscowe występowanie szarych tlenków silnie przylegają cychdo podłoŜa (max 10%, powierzchni, powierzchnia pojedynczej plamki nie większaniŜ 0,2 cm

2); powierzchnia pocią gnięta suchym pędzlem nie moŜe pylić

III stopień – czyszczenie mechaniczno-ręczne; powierzchnia niejednolita, brunatno - szara,ale bez rdzy i zgorzeliny luźno przylegają cej do podłoŜa.Dopuszczalne miejscowe plamy zgorzeliny silnie przylegają cej.






5. Stale stosowane w budownictwie

5.1 Rodzaje stali

1) Stale węglowe zwykłej jakości (St30) – na elementy niewymiarowane

(drugo i trzeciorzędne) i w obiektach tymczasowych, na małe obciąŜenia

2) Stale węglowe wyŜszej jakości – to głównie stale grupy St3 (St3S – uspokojona, St3SX – nieuspokojona, St3SY – półuspokojona, St3V, St3W)

3) Stale miękkie budowlane – stale grupy St4 (St4W, St4V, St4VX, St4VY) – wykazują półkę plastyczną .

4) Stale niskostopowe o podwyŜszonych i wysokich wytrzymałościach – to głównie stalez grupy 15G(15GA, 15GAV, 15G2VA) oraz grupy 18G(18G2, 18G2A, 18G2AV, 18G2VA) -charakteryzują się pewnymi ograniczeniami zwią zanymi z udarnością

5) Stale wieloskładnikowe – (13 HNMBCU, 14 HNMBCU) – stale wysokich wytrzymałości

(powyŜej 700 MPa; 2,5÷3,5 razy wytrzymalsze od zwykłych)

6) Stale o podwyŜszonej odporności na korozję – odpowiedniki stali COR – TEN(za granicą ), 10H (w Polsce); korodują w ten sposób, Ŝe szybko tworzą warstwy tlenków(coś w rodzaju patyny na miedzi); dobra ochrona przed korozją elektrochemiczną (nie moŜe wystą pić ścieranie konstrukcji, bo korozja wchodzi w głą b)

Stale specjalneSt2N, St44N – stosowane na nity,St3M – stosowane na mosty, o zmiennej dynamiceSt44GS, 60GSD90 – stal wysokowęglowa, (wytrzymałość do 240 kN/cm2 – 10 razy

wytrzymalsza od zwykłej; na struny do spręŜania),

45S – stal wysokokrzemowa – w drutach o ∅1,2 – 1,5 mm, dobra wytrzymałość

7) Stale Ŝaroodporne

8) Stale kwasoodporne – stal gorzej spawalna, bardziej wytrzymała, o większej kruchościim większy udział granicy plastyczności na rozcią ganie

5.2 Walcowanie

Walcowanie ulepsza strukturę (staje się włóknista). Ok. 90% stali idzie do obróbki walcowniczej:

-

Walcowania na gorą co- Walcowania na zimno

5.2.1. Produkcja walcownicza na gorą co

- Pręty okrą głe – o ∅ 5,5 – 150 mm najczęściej stosowane na nity, sworznie,

wieszaki, ścią gi; długość walcowania tych elementów wynosi od kilku do 15m

- Płaskowniki – walcowane w szerokościach od 20 – 150 mm,przy grubościach od 60 – 400 mm; walcowane jednokierunkowo, płaszczyzny bocznew płaskownikach najczęściej nie są proste (ścianki na końcach są lekko zaokrą glone)

- Blachy uniwersalne – przekroje o szerokościach 151÷700 mm.

Walcowane w dwóch kierunkach, o przekroju prostoką tnym poprawionej strukturze,uwłóknionej budowie, a zatem o podwyŜszonej wytrzymałości.Produkowane w długościach do 14 m. Stosowane na pasy cięŜkich kratownic






- Kształtowniki:

• ką townik

- równoramienny(szerokości obu półek takie same),

-

nierównoramienny(o stosunku boków 1:2, 2:3)

To najpopularniejsze kształtowniki stosowane w konstrukcjach budowlanych.Walcuje się od 15x15 mm do 200x200 mm.(do 70 mm – co 5 mm, powyŜej 70 mm – co 10 mm, od 160 do 200mm – co 20 mm)

• dwuteowniki

- PN – zwykły

- PE – równoległościenny;daje duŜą swobodę łą czenia węzłów

- Grey’a – szerokostopowe

- HEB – Painerowskie szerokostopowe;

wysokość = szerokość pasów;gdy wysokość jest większa niŜ 300mm(rośnie do 1000 –1200mm), wtedy szerokość pasów jest stała i równa 300mm

- HEM – o jeszcze grubszych pasach i środnikach niŜ HEB

- HEA – szerokostopowe, smuklejsze od HEB

- HEAA – podwójnie pocieniane z HEB-ów

Środnik powinien przenosić 50% momentu zginają cego w elemencie zginanym;mimo, Ŝe zdolność pasów moŜe być 90%;Środnik przenosi całość siły poprzecznej.

środnikasmuklosc środnikagrubosc

środnikawysokosc_

_

_=

• ceowniki – produkowane w wysokościach do 330 mm, takŜe jakopocienione i ekonomiczne;słuŜą jako elementy składowe do tworzenia elementów

- normalny

- równoległościenny

• zetownik – stosowany na płatwie zginane; pełną nośność wykorzystujesię, gdy obciąŜenie będzie w środku ścinania

• szyny kolejowe

- S49 – wą skotorowe

- S60 – normalnotorowe

-SD 75 (80,100) – szyny specjalne;

walcowane na skład






k – szerokość główki szynyh – wysokość szyny (dla SD 100 h=100 mm)

• blachy – walcujemy w 2 rodzajach:Cienkie – do 5 mm grubości,Grube – 5 – 100 mm grubości (na skład)

Walcujemy w arkuszach o szerokości 1 – 3,5m i długości 3,5 – 16 m zaleŜnościod szerokości. Walcuje się blachy jednostronnie chropowate, tworzy się blachyŜeberkowe (Ŝeberka wystają na 1,2 – 1,8 mm) lub nawalcane łezki.

• rury – Rury walcowane bezszwowo, na gorą co;

Średnice zewnętrzne ∅ 20 –508 mm;

Mogą mieć przekrój prostoką tny o bokach do 300 mmi większych.

5.2.2. Produkcja hutnicza:

-Belki dwuteowe KKS, PB o szerokości pasów do 500 mm

- Wyraźnie tłoczone np. blachy nieckowe, faliste, fałdowe, Ŝeberkowe

- Wyroby zimno-gięte; grubości ścianek 2 mm, 2,5 mm, 3 mm.W belkach i słupach przekrój dostosowany jest do potrzeb funkcjonalnychi wytrzymałościowych, są racjonalne pod względem zuŜycia materiału (nawet do 40 %w układzie kratownicowym). Koszt wytworzenia jest większy. Odporność ogniowai korozyjna znacznie mniejsza. Wyroby te są słabe na obciąŜenia dynamiczne.






6. Wymiarowanie konstrukcji

6.1 Zasady wymiarowania

Wymiar to pewien kompromis między moŜliwie największym bezpieczeństwem, a ekonomiką budowli.

Wymiarowanie obejmuje w zasadzie dwie czynności:

- Obliczenie sił wewnętrznych, napręŜeń normalnych σ oraz odkształceń ε ,określenie własności wytrzymałościowych materiału.

- Określenie przekrojów elementów gwarantują cych wymagane bezpieczeństwo.Rozpatruje się kilka schematów statycznych, przyjmują c moŜliwie jak najkorzystniejszy,moŜna stosować układy płaskie jak i przestrzenne.

Określa się wartość podparcia i zamocowania i wymiaruje elementy staloweprzy uwzględnieniu trzech toŜsamych warunków, o takiej samej randze:

- Wytrzymałość

-Sztywność

- Stateczność: miejscowa i ogólna

Obliczenia statyczne przeprowadza się zgodnie z zasadami Mechaniki Budowli i WytrzymałościMateriałów w oparciu o róŜne metody wymiarowania. Aktualnie stosuje się metodę tzw. stanów granicznych.

Metoda stanów granicznych polegałaby na określeniu obciąŜeń niszczą cych i opracowania do nichokreślonych współczynników bezpieczeństwa.

6.1.1. Metoda oparta na napręŜeniach dopuszczalnych

Określano je jako jakiś procent granicy plastyczności. NapręŜenia dopuszczalne ustalonona poziomie:

m

Re

gdzie:

m – współczynnik pewności (przyjęto poniŜej granicy plastyczności, średnio ok. 1,4 – 1,6)

Przyjęto:

egranR87,0=σ

Zatem pozostaje tylko 13% nośności.

6.1.2. Metoda tzw. stanów granicznych

d f – napręŜenia obliczeniowe, są nieco niŜsze niŜ w metodzie napręŜeń dopuszczalnych dopσ .

Teraz współczynniki obciąŜenia dla wiatru śniegu itp. są wyŜsze od 1,1 – 1,5. PodwyŜszono takŜewspółczynniki aerodynamiczne bardziej dokładnie uwzględnia się zróŜnicowanie obciąŜeń,

dopuszcza się wystą pienie w niektórych obiektach napręŜeń i odkształceń plastycznych.Zakres plastyczny jest uwzględnieniem tego co by się stało, gdyby napręŜenia były większe.






6.2 Analiza no śno ści z dopuszczeniem odkształce ń plastycznych

W wyniku przyłoŜenia obciąŜenia następuje uplastycznienie przekrojów podporowych (tzn. tych,

które mają rozkład obciąŜenia), których moment wzrasta z intensywnością

12

2ql

, a w przęśle

24

2ql

.

Utworzenie dwóch przegubów plastycznych na końcach belki (w utwierdzeniu w murze, czy innych

elementach stalowych) wcale nie oznacza zniszczenia belki (belka zmienia tylko swój schemat

statyczny), jest belką swobodnie podpartą , na nadwyŜkę obciąŜenia (ale belką swobodnie podpartą

z zaczepionymi na końcach tej belki momentami maksymalnymi – momentami przegubu

plastycznego).

Z tą chwilą jednak, intensywność przyrostu momentu przęsłowego wzrasta do

8

2ql

,czyli jak belka

swobodnie podparta.

Przekroje uplastycznione, czyli podporowe nie są w stanie przejąć nic więcej, bo następuje w nich

plastyczne płynięcie. W zwią zku z tym całość momentu musi być przekazana przez belkę swobodnie

podpartą i dlatego moment w środku będzie wzrastał z intensywnością trzy razy większą

niŜ na począ tku z24

2qlna

8

2ql.

ZaleŜnie od zakresu uplastycznienia zmienia się zakres zmiany przyrostu momentu przęsłowego.

Z chwilą wejścia skrajnych włókien na podporach w napręŜenia plastyczne, zacznie się zmieniać

układ na23

2ql

,22

2ql

… aŜ dojdzie przy pełnych przegubach plastycznych na podporach do8

2ql

.

Zniszczenie belki nastą pi z chwilą wystą pienia przegubu plastycznego w środku, tzn. powstaniałańcucha kinematycznego. Miarą moŜliwości wystą pienia uplastycznienia, będzie moŜliwość odciąŜenia i kolejnych cykli obciąŜenia, które będą sprawne dla konstrukcji. Przy kolejnych cyklachobciąŜenia po uprzednim odciąŜeniu, następuje pogorszenie stabilizacji odkształceń trwałych,zwiększenie ich narastania. Po kilku cyklach obciąŜenia nastą pi zniszczenie elementu, tzw. pętla

histerezy.

SpręŜysto – plastyczną rezerwę moŜna wykorzystać jako rezerwę nośności w obiektach juŜ istnieją cych. Nie moŜna jednak dopuścić do zakresu spręŜysto – plastycznego w przypadku obciąŜeń dynamicznych. Przekroje te muszą być odpowiednio sztywne ,czyli w zasadzie odpowiadać klasie I,odpowiednio krępe, nie wraŜliwe na lokalną utratę stateczności, a pozwalają ce na wystą pieniepełnego przegubu plastycznego z redystrybucją sił wewnętrznych.






6.2.1. Schemat

(rys. 9)

PrzyłoŜenie obciąŜenia powoduje, Ŝe momenty podporowe rosną 2 razy szybciej niŜ momentyprzęsłowe.

(rys. 10)

Włókna skrajne wyłą czają się z pracy na nadwyŜkę obciąŜenia.

(rys. 11)

Dojście do przegubu plastycznego, wytworzy się tylko na podporach, a w środku belki napręŜenianie przyrosną za duŜo (dwa razy wolniej).






(rys. 12)

Przekroje podporowe nie mogą przejąć więcej. Tworzy się przegub plastyczny.

(rys. 13)

Belka zaczyna pracować jak belka swobodnie podparta na nadwyŜkę obciąŜenia, gdyŜ podporynie są w stanie przenieść więcej. Powstaje przegub plastyczny, następuje szybszy przyrostnapręŜeń σ.

(rys. 14)

Belka przestaje pracować, gdy przechodzi w geometrycznie zmienny łańcuch kinematyczny.






6.2.2. Analiza napręŜeń i odkształceń

Zakres plastyczny 1 – 1 raz osią gnięty jest akceptowalny. Natomiast jeśli jest osią ganykilkukrotnie (kilka cykli), stanowi problem. Następuje pogorszenie stabilizacji odkształceń ε i powstaje tzw. pętla histerezy. Sytuacja taka jest niedopuszczalna w przypadku obciąŜeń

poniewaŜ zniszczenie nastą piłoby bardzo szybko.

Odkształcenia włókien skrajnych musiałyby dąŜyć do nieskończoności, czyli całkowitego obrotuprzegubu.

15,0=e R odkształcenie ε przyjmuje wartość 5,1=ε

Stosuneke

R do ε wynosi 1:10, co oznacza Ŝe wysokość belki jest 10 razy większa

od wysokości ją dra spręŜystości.

Przy czystym zginaniu nie moŜna osią gnąć ją dra spręŜystości przegubu. Osią gniemy je dopieropo uwzględnieniu τ .

Musimy prześledzić, czy odciąŜenie i kolejne obciąŜenie nie spowodują wzrostu σ w jakichkolwiek włóknach przekroju.

Odkształcenia określa prosta 1 – 1, przy napręŜeniach określanych wykresem 2 – 2.Tak odkształcony przekrój odciąŜamy. Przekrój wraca do układu nieobciąŜonego, jednakw strefach uplastycznionych leŜą cych na zewną trz linii a – a, cofnięcie odkształceń w pełni jestniemoŜliwe. Po odkształceniu przyjmuje postać 3 – 3, część odkształceń zostanie,część się cofnie.Wykres 3 – 3 opisuje płaski przekrój po odciąŜeniu. Wywołuje to tzw. pętlę histerezy.

ObciąŜamy przekrój ponownie. Cały zakres napręŜeń równy jest sumie napręŜeń przeniesionychi napręŜeń plastycznych.

eecałałkowit R+=σ σ

Sumaryczny wykres napręŜeń jest taki sam. NapręŜenia we wszystkich włóknach są takie same

jak na począ tku. Nie moŜemy jednak wyjść poza wykres ją dra spręŜystego.






Wady:

- Występują ce przy kolejnych cyklach obciąŜeń i odciąŜeń pogarszanie się odkształceń trwałych, oraz znaczne zwiększenie ugięć. Powoduje to, Ŝe wykorzystanie pełnegowykresu tak pojętej pracy spręŜysto – plastycznej przekroju nie jest do przyjęcia.

W pierwszej fazie obciąŜenia we włóknach skrajnych nastą pi zmniejszanie napręŜeń przeciwnego

znaku i dopiero od tej chwili wzrost napręŜeń. Mamy określone σ ,e R (rys.16). JeŜeli będziemy

dodawali do tego, to odkształcenia włókien będą odpowiadały wykresowi napręŜeń (rys.16).Tyle ile cofnęło się tyle jest tym układem jaki powodowałby tego typu postać.

A zatem wykres napręŜeń 4 – 4 jest tym wykresem, który uzyskamy przy powtórnym obciąŜeniuosią gają c we włóknach skrajnych napręŜenie e R . Suma napręŜeń musi dać w jednym momencie

napręŜenia pierwszego typu obciąŜenia. Osią gnięcie napręŜeń e

R ,czyli granicy plastyczności

w skrajnych włóknach, powoduje od razu uplastycznienie całych stref uprzednio uplastycznionych,

czyli całej części plastycznej, leŜą cej na zewną trz ją dra spręŜystego a.Przy kolejnych cyklach obciąŜenia następuje pogarszanie się stabilizacji odkształceń trwałych,narastanie tych odkształceń, co prowadzi do zniszczenia. Zleca się wykorzystywanie zakresu

spręŜysto – plastycznego w połowie, Ŝeby wymiarować nie na plastyczne

W , przegubu plastycznego,

ale nasprezyste

W

2

sprezyste plastyczne

średnie

W W W

+=

Wysokość ją dra spręŜystego 1/10 wysokości przekroju z uwagi na to, Ŝe napręŜenia włókienskrajnych nie mogą wejść w okres wzmocnienia.

Wystą pienie przegubu plastycznego przy czystym zginaniu jest niemoŜliwe. Bo nie moŜemy wejść poza model elasto – plastyczny, fazę wzmocnienia, czyli musimy ograniczyć odkształceniawłókien skrajnych doε wzmocnienia.






6.2.3. Stosunek momentu przegubu plastycznego do momentu granicznego

W momencie granicznym spręŜystym napręŜenia e R maleją do zera w osi, natomiast

w momencie przegubu plastycznego osią gają e R w osi. RóŜnicą jest zakres obu wykresów

napręŜeń.

Dla przekrojów dwuteowych, poprawnie zaprojektowanych na zginanie stosunek momentuspręŜysto – plastycznego do momentu plastycznego, kształtuje się w granicy 0,999. moŜemyprzyjąć, Ŝe moment graniczny pokrywa się z momentem przegubu plastycznego.Pod wpływem obciąŜenia momentem nie moŜemy wytworzyć przegubu plastycznego, bo włóknaskrajne musiałyby wejść w okres wzmocnienia. Odkształcenia zmierzałyby do nieskończoności.

W pewnych przypadkach, gdy napręŜenia główne y x σ σ , są przeciwnych znaków to trzeci człon

będzie ze znakiem minus. NapręŜenia zastepczeσ szybko wzrosną . JeŜeli dojdzie napręŜenie

styczne,stycznecharakteryσ przyjmuje wartość:

3⋅= τ σ char






W pewnych sytuacjach moŜe być tak, Ŝe σ jest znacznie mniejsze od sigma plastycznego,

a napręŜenia będą wzrastać do wartości e R w środku przekroju. Nie występuje przegub

plastyczny, natomiast pewne włókna mogą ulec uplastycznieniu. JeŜeli jest to uplastycznienieod siły ścinają cej w osi x to nastą pi ścięcie, czyli wzajemne przemieszczenie warstwy górnej belkiwzględem warstwy dolnej. Dojdzie do zniszczenia belki przez jej rozwarstwienie.ZaleŜnie od wielkości sił poprzecznych, czyli charakteru obciąŜenia, i układu statycznegorozwarstwienie występuje w belkach krótkich, silnie obciąŜonych, gdzie decydują siły napręŜeniarozwarstwiają ce, styczne, które decydują o wytrzymałości belki.

6.2.4. Moment plastyczny

Definicja momentu plastycznego

e plastyczne plastyczny RW M ⋅=

∫ ∫ ⋅⋅+⋅⋅=

21

00

y y

plastyczne dy ybdy ybW

Dla przekrojów z poziomą osią symetrii

∫ ⋅⋅=

2

0

2

h

plastyczne dy ybW

6.2.5. Wskaźnik Ω

O istocie wykorzystania rezerwy (róŜnicy napręŜeń), będzie decydować wielkość wskaźnika

Ω ,gdzie

sprezystygraniczny

plastyczny

M

M

,

=Ω

Dla róŜnych przekrojów wskaźnik Ω kształtuje się następują co:

5,1=Ω (masa równomiernie rozłoŜona) 0,2=Ω (liniowy przyrost masy) 0,2⟨Ω , 75,1=Ω (nieliniowy przyrost masy) 27,1=Ω (przyrost wzrasta i następnie maleje –

zaleŜnie od grubości ściany) I PN 17,1=Ω

Jakichkolwiek napręŜeń spręŜysto – plastycznych nie wolno stosować w elementach obciąŜonychdynamicznie (tam gdzie jest obciąŜenie dynamiczne występuje praca wyłą cznie spręŜysta).






Wyją tkiem jest przypadek kiedy liczymy nae R , wytrzymałościowo, Ŝeby poddał się duŜym

odkształceniom, przemieszczeniom i aby wytłumić dynamizm uderzenia (np. kozły odbojowena torach suwnicowych).

JeŜeli wykorzystujemy rezerwę spręŜysto – plastyczną to zaleca się, by to wykorzystanie byłona poziomie połowy moŜliwości.

I PN 17,1=Ω → 085,1=Ω

Dopuszczenie odkształceń plastycznych wiąŜe się równieŜ z kształtem przekroju. Przekrój musibyć sztywny, klasy I – niepodatny na lokalną utratę stateczności, zapewniają cy pełną redystrybucję odkształceń plastycznych.

6.2.6. Ugięcia

- Wzrastają . JeŜeli mamy odkształcenia plastyczne to w stosunku do spręŜystych

są większe.

- Ugięcie w fazie spręŜystej zaleŜy od, schematu statycznego belki, od sposobuobciąŜenia oraz sztywności i zginania.

Ugięcie belki równomiernie obciąŜonej wynosi

4

384

5ql f =

EI - moduł Young’a pomnoŜony przez moment bezwładności przekroju;W zakresie spręŜysto – plastycznym ulega zmianie, pogłębiają cej się wrazze wzrostem strefy uplastycznienia. Występuje bowiem sztywność zginania spręŜysto – plastycznego.

Ugięcia wzrastają nieliniowo przy wzroście obciąŜenia.






7. Połą czenia

Połą czenia są pewną chorobą . Przerywają bowiem cią głość układu konstrukcyjnego danegoelementu. Sprawia, Ŝe element jest bardziej wraŜliwy na zmęczenie dynamiczne.Okazuje się ze przyczyna większości katastrof leŜy w złym zaprojektowaniu, wykonaniu i w złym

traktowaniu połą czeń.

Podział połą czeń

- Rozbieralne (sworzniowe, śrubowe)

- Stałe (nitowanie, spawane, zgrzewane, klejone, mieszane)

7.1 Poł ączenia rozbieralne

7.1.1. Połą czenie sworzniowe

7.1.1.1. Podział połą czeń sworzniowych

- Stricte sworzniowe

- Śrubowe

- Nitowane

7.1.1.2. Budowa połą czenia sworzniowego

Sworzeń to połą czenie przegubowe. SłuŜy do montaŜu konstrukcji poprzez obrót względem jakiejś osi (np. wykonywanie masztów). Otwory są o 1 mm większe aby móc włoŜyć sworzeń.Od dołu i góry mamy zawleczki.






7.1.1.3. Rozkład napręŜeń w połą czeniu sworzniowym






Sworzeń jest ścinany, zginany i dociskany. Rozkład napręŜeń dociskowych jest nieliniowy.Nieliniowość występuje w dwóch kierunkach, ze kształtem trudnym do określenia.Rozkład napręŜeń dociskowych z uwagi na luzy ( zginanie sworznia ), stosuje się jedyniew przegubowych połą czeniach w układach np. trójprzegubowych lub jako przegubydo montaŜu całego elementu.

Zniszczenie elementu wystą pi gdy:

- Nastą pi ścięcie trzpienia

- Nastą pi pokonanie docisku

Na pracę sworznia ma wpływ:

- Stosowanie otworów do grubości elementu

- Wielkość luzu w połą czeniach sworzniowych

7.1.1.4. Nośność połą czeń sworzniowych

- Nośność na ścinanie

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

m A R

m A R

V

V

e

m

α

α

6,0

4,0

gdzie:

V α - 0,1

3,0

max

≤=t

d V

α

m R - wytrzymałość na rozcią ganie

e R - granica plastyczności

A - pole ścinanej części przekroju

m - liczba płaszczyzn ścinania






7.1.2. Połą czenia śrubowe

Są to połą czenia rozbieralne. Zaleta tych połą czeń jest to ze nie powodują one niszczenia powłokochronnych (antykorozyjnych, ocynkowanych konstrukcji). Wymuszają one znacznie większą dokładność montaŜu.

Styk montaŜowy wykonywany jest tylko do zmontowania, później przestaje istnieć.

7.1.2.1. Rodzaje stosowanych śrub

- Śruby zgubne

- Śruby średnio dokładne

- Śruby pasowane

- Śruby spręŜają ce

Gwint śruby jest zazwyczaj ostroką tny. Stosujemy śruby w metrycznej skali Sellersa 6 lub 4 –

krętne..Śruby wykonuje się jako:

1) śruby zgrubne - Jest to połą czenie montaŜowe nie obliczane na obciąŜenia zasadnicze.Śruby te są wykonywane poprzez tłoczenie (tendencja do przesunięcia osi śruby i łbaoraz opalizacji łba). Z uwagi na pewne tolerancje w owalności trzpienia śruby tewymagają większych luzów, stą d ich stosowanie jedynie w połą czeniach tymczasowychi połą czeniach nie podlegają cych obliczeniom. Z uwagi na większe luzy występuje w nichwiększe zróŜnicowanie obciąŜeń, większe zginanie, znaczne zmniejszenie nośnościzmęczeniowej (nawet do 2 i więcej raza). Śruby te produkuje się w średnicach od 8-52mm.

2) śruby średnio dokładne - śruby z tolerancją wymiarową 1/10, a zatem stosowanedo łą cznia elementów konstrukcyjnych obciąŜonych statycznie i dynamicznie

3) śruby pasowane - są obrabiane przez obróbkę wiórową , przez wytoczenie; stosowanew połą czeniach o duŜym obciąŜeniu dynamicznym, przy odpowiednio małych luzach,najczęściej są to śruby ciasno pasowane

4) śruby zbieŜne – rzadziej stosowane otwór rozwierca się rozwiertakiem stoŜkowym,do uzyskania odpowiedniego pochylenia i średnicy; wkładamy śrubę i dokręcamy,poklepują c śrubę np. młotkiem gumowym dla wielu pakietów blach: wkładamy śrubę,zakładamy nakrętki, ale większej nie dokręcamy – dobijamy młotkiem i dokręcamy,docią gają c

5) śruby hakowe

6) śruby kotwowe – zakotwienie przez siły przyczepności śruby zakotwienia płytkowezakotwienia specjalne typu młotkowego

7) wkręty do stali

8) śruby rzymskie (nakrętki rzymskie) – składają się z dwóch nakrętek, na jednej gwintlewy, na drugiej prawy; przy kręceniu w jedna stronę pręt się wydłuŜa, w drugą skraca;słuŜą do wstępnego nacią gu, do podwieszeń, do regulacji długości






7.1.2.2. Połą czenia śrubowe stosujemy gdy:

- połą czenie ma być wykonane na montaŜu

- łą cznik ma pracować na rozcią ganie ( w połą czeniach doczołowych)

- gdy łą czy się elementy wraŜliwe na uderzenia

-gdy nitowanie jest utrudnione ( ze względu na trudny dostęp i zagroŜenie ogniowe)

- łą czymy elementy metalizowane (cynkowane i aluminiowane)

7.1.2.3. Budowa śruby

Surowa śruba składa się z :

- sworznia z gwintem

( długość nagwintowania moŜe wynosić ,3

2,

2

1,

3

11 długości sworznia)

Długość jest dostosowana do pakietu łą czonych blach, które naleŜy do siebie dopasować.

Długość zakleszczenia naleŜy przyjąć najbliŜszą odpowiadają cej.W połą czeniach zakładkowych śruby nie mogą być nagwintowane na długości połą czenia(dopuszcza się wejście gwintu na głębokość nie większą niŜ 1,5 zwoju gwintudla elementów łą czonych).

- łba

- nakrętki

- podkładkipodkładki są pomocne w dostosowaniu długości zakleszczenia, do długości śruby.JeŜeli nie wystarczy jedna podkładka moŜna zastosować dwie (jedna pod łeb, jedną pod nakrętkę) lub trzy (dwie pod nakrętkę jedną pod łeb). Najlepiej aby gwint znajdowałsię w obrębie podkładki.

7.1.2.4. Klasy śrub

W elementach konstrukcyjnych stosujemy minimalnie śruby M10, natomiast zalecasię stosować śruby M12, ze względu na korozję i trwałość.

Śruby M30, M33, M36, M39, M42, M43 i większe produkowane są na zamówienie.






7.1.2.5. Podział połą czeń śrubowych

Połą czenia śrubowe podzielono na 6 kategorii:

A, B, C – dotyczą połą czeń zakładkowychD, E, F – dotyczą połą czeń doczołowych

Połą czenia zakładkowe:

- tendencje do zginania, dla blach o małej grubości

- obciąŜenie symetryczne, nie ma zginania

- łą cznik pracuje na docisk i ścinanie

- docisk do elementów – przyjmujemy, ze na całej powierzchni docisku obciąŜenie jestliniowe, nieliniowości maleją im mniejsze luzy ( najmniejsze przy ciasno pasowanych)

Połą czenia doczołowe:

- są to połą czenia w których łą czymy dwa elementy za pomocą dwóch blach doczołowychna łą czniki

- łą czniki pracują przede wszystkim na rozcią ganie, nie powinno się dopuszczać ścinaniai docisku (które powodują obniŜenie nośności tego łą cznika)

- W przypadku obciąŜeń dynamicznych i zmiennych wielokrotnie stosuje się połą czeniaspręŜone (na śruby spręŜone), na śruby pasowane lub ewentualnie połą czenia nitowe,czyli kategorię C i F

- Długość trzpienia łą cznika w części zakleszczenia (czyli w obrębie łą czonych

elementów) musi być mniejsza niŜ d 5 dla połą czeń śrubowych nitowanych oraz d 8

dla połą czeń spręŜonych.

-W wyją tkowych przypadkach moŜna dopuścić zwiększenie długości odcinka docisku

części zakleszczonej nity do t 8 , a nawet t 10 pod warunkiem zastosowania specjalnych

technologii zaklepywania

7.1.2.6. Średnica otworów

- dla połą czeń na śruby średnio – dokładne

mmd 1148 =∆⇒<<

mmd 22416 =∆⇒<<

mmd 34527 =∆⇒<<

- dla otworów pasowanych

dla otworów pasowanych stosujemy śruby z dokładnością do 0,05 mm

mmd Dd 2,020 =∆⇒∆+=→≤

mmd Dd 3,020 =∆⇒∆+=→≥

- otwory powiększone

mmd D )6,4,2(2 =∆⇒∆+=






- otwory owalneumoŜliwiają wzajemne przemieszczanie elementów (np. wydłuŜenia termiczne, ugięciadachu)

- otwór krótki

szerokość ∆+= d S

długość ∆+= 4d L

- otwór długi

szerokość ∆+= d S

długość ∆+⋅= d L 5,2

- otwory na nity i sworznie

mmd D 1+=

Odległości między łą cznikami są określone co do wartości minimalnej i maksymalnej – wartość minimalna wynika z moŜliwości wykonania połą czenia.

Układ normalny Układ mijankowy

3a - odległość między szeregami min d 5,2 max )200,14min( mmd

21,aa - odległości od krawędzi min d aa 5,121 == max

+ mmt

mm

t

404

150

12

a - odległość między śrubami min d 5,2 max 3max32 aa −

t - grubość blachy

d - średnica łą cznika






W elementach rozcią ganych moŜna zwiększyć a do max5,1 a .

Wynika to z tego, Ŝe przy maksymalnym rozcią ganiu następuje uszczelnienieszczeliny miedzy dociskami.W elementach rozcią ganych w szeregach wewnętrznych moŜna zwiększyć rozstawy

z a do max2a .

Odległości 21,aa muszą być tak dobierane by odpowiadały nośności na docisk

(uplastycznienie w skutek docisku).

7.1.2.7. Nośności obliczeniowe śrub

Klasę własności mechanicznych śrub ),( em R R naleŜy dobierać odpowiednio do kategorii

połą czenia przy czym zawszem R śrub powinno być większe od

m R stali.

Nośności obliczeniowe:

- na zerwanie trzpienia

⋅⋅

⋅⋅=

se

sm

Rt A R

A RS

85,0

65,0min

gdzie:

Rt S - nośność śruby na rozcią ganie


e R - granica plastyczności

s A - pole przekroju czynnego rdzenia śruby

- z uwagi na rozwarcie styku spręŜonego

Rt Rr SS ⋅= 85,0 dla obciąŜeń statycznych

Rt Rr SS ⋅= 6,0 dla obciąŜeń dynamicznych

gdzie:


Rr S - nośność z uwagi na rozwarcie styku






- ze względu na ścięcie śruby (trzpienia)

m A RS vm Rv ⋅⋅⋅= 45,0

gdzie:

RvS - nośność na ścięcie trzpienia


v A - pole części przekroju czynnej na ścinanie

4

2d

A Av

⋅==π

przy ścinaniu części

nie nagwintowanej

sv A A ⋅= 8,0 śruby klasy 10.9 przy ścinaniu

części nagwintowanej

sv A A = dla śrub innych klas przy ścinaniu

części nagwintowanej

m - liczba płaszczyzn ścinania

- nośność na docisk

∑⋅⋅⋅= t d f S d Rb α

gdzie:

α - współczynnik wytrzymałości

75,0

1

−=

=

d

a

d

a

α

α

5,2

5,2

≤

≤

d f - wytrzymałość obliczeniowa materiału części łą czonych

RbS - nośność śruby na docisk

d - średnica śruby

∑t - sumaryczna grubość części podlegają cych dociskowi w tym samym kierunku

Dla obciąŜeń spręŜonych współczynnik 0,3=α . Nośność RbS musi uwzględniać

ewentualne wejście gwintu.

Przy docisku do części gwintowanej naleŜy przyjąć zamiast d d 7,0⇒






- nośność z uwagi na poślizg styku spręŜonego

( ) mSSS t Rt s Rs ⋅−⋅⋅= µ α

gdzie:


t S - ewentualna siła rozcią gają ca śrubę w połą czeniu doczołowym

µ - współczynnik tarcia

sα - współczynnik wytrzymałości

7,0=sα otwory owalne długie

85,0=sα otwory owalne krótkie

otwory okrą głe powiększone

0,1=sα otwory okrą głe pasowaneotwory okrą głe średnio dokładne






7.1.2.8. Nośność przekroju obciąŜonego siłamiV R SS , (rozcią ganie i ścinanie)

Łą cznik powinien pracować 1-osiowo,w przypadku występowania łą czeń 2-osiowych

nośność łą cznika trzeba sprawdzić na siłę V R SS ,

0,1

22

≤

+

Rv

v

Rt

t

S

S

S

S

7.1.2.9. Klasy śrub

Śruby wykonuje się w klasach od 3.6 do 12.9

Klasa śruby określa:

- 1 cyfra określa 0,1 wytrzymałości stali śruby na rozcią ganie

- 2 cyfra określa 0,1 procentowego stosunku granicy plastyczności do granicywytrzymałości

-Iloczyn obu cyfr oznacza granicę plastyczności stali śruby






Np. kl. 4.6

Wytrzymałość na rozcią ganie

2

40cm

kN

%60.

.=

sciwytrzymalogran

sci plastycznogran

Granica plastyczności

=⋅

22464

cm

kN

Do normalnych połą czeń szeregowych przy obciąŜeniach pseudo i kwazi – dynamicznychnaleŜy stosować śruby klas 5.6 lub 4.6 rzadziej 4.8

Do spręŜania konstrukcji stosuje się śruby klas niŜszych 8.8 i 10.9 i w wyją tkowych sytuacjach12.9

Śruba spręŜają ca róŜni się od pozostałych. Ma silniejszy łeb i nakrętkę.

Łeb śruby ma połą czenie pierścieniowe

WyŜsze są nakrętki, bo gwint musi wytrzymać

dwa razy większe obciąŜenie

Zaletą połą czenia spręŜonego jest jego duŜa sztywność, czyli mała podatność na odkształcenia i to, Ŝe łą czniki pracują na stałym poziomie wytęŜenia bez względuna zmianę wielkości, wartości sił działają cych na połą czenie. To istotna zaleta gdy śrubynie ulegają zmęczeniu w stykach zakładkowych połą czeń, nie występuje opalizacja otworówani niszczenie łą czników z uwagi na to, Ŝe siły są przeniesione przez tarcie dociskoweelementu, a w połą czeniach doczołowych róŜnice w wartości sił zewnętrznychsą kompensowane przez zmianę wielkości sił dociskowych styku doczołowego.

A zatem wartość sił rozcią gają cych śrubę jest zawsze stała tak długo dopóki siła zewnętrznarozcią gają ca śrubę nie przekroczy nośności śruby z uwagi na rozwarcie styku spręŜonego.






7.1.3. Obliczanie połą czeń sworzniowych, śrubowych

Przy obliczaniu połą czeń elementów rozcią ganych i ścinanych (połą czenia zakładkoweklasy A, B, C)Zakłada się, Ŝe:

-Wypadkowa sił przekazywanych przez łą czniki pokrywa się z osią pręta

- Wszystkie łą czniki biorą jednakowy udział w przenoszeniu siły

- Przy obliczaniu pręta uwzględnia się przekrój netto

- Rozkład napręŜeń σ przyjmuje się równomierny na całej powierzchni netto

bez uwzględniania szczytów σ w są siedztwie otworów

ZałoŜenia:

1) Osiowość realizuje się przez odpowiednią geometrię rozmieszczenia łą czników.2) W zakresie spręŜystym jest nie do spełnienia

Wyrównanie napręŜeń nastą piłoby gdyby wystą piło uplastycznienie łą czników.Krzywizna jest róŜna, ogranicza się długości takich połą czeń.Połą czenie projektuje się inaczej niŜ wynika to z wielkości obciąŜeń, powinno umoŜliwić bez przeszkód przemieszczanie się obciąŜeń.Styk w konstrukcji nie moŜe decydować o nośności całej konstrukcji. Styki projektujemyna określoną nośność przekroju, na pełną siłę.






7.1.3.1. Pręt z płaskownika

(rys. 18)

Zakładamy, Ŝe Ŝeby przenieść siłę N potrzebne jest 6 śrub. MoŜna je róŜnie rozmieścić

(rys. 19)

Mniejsze wykorzystanie nośności, czyli uzyskanie większej rezerwy nośności uzyskamystosują c mijankowe ułoŜenie śrub.

=

=

=

γ

β

α

N 6

5






7.1.3.2. Połą czenia złoŜone

I grupa śrub - 1 – 4II grupa śrub - 5 – 6III grupa śrub - 7 – 10

7.1.3.3. Schemat rozwią zania

1) Siły H P, przenosimy do środka cięŜkości łą czników.

2) Dodajemy moment

b H aP M ⋅+⋅=

3) W kaŜdym łą czniku przyjmuję siły:

10'

10'

H

n

H H

P

n

PP

==

==

4) Zgodnie z teorią obrotu tarczy sztywnej siły przypadają ce na łą czniki zaleŜą od ichodległości od środka obrotu.Zgodnie z tą zasada moŜna zapisać:

nnS r N r N r N r N M ⋅++⋅+⋅+⋅= ...332211

321321 :::: r r r N N N =

1

313

1

212

r r N N

r

r N N

⋅=

⋅=






5) Podstawiamy wartościi N do wzoru na

S M

( )

∑

∑

⋅=

⋅=

+++=

⋅⋅+⋅⋅+⋅=

2

2

11

2

1

1

23

22

21

1

1

3

1

312

1

2111

i

S

i

iS

S

S

r

r M N

r r

N M

r r r r N M

r r

r N r

r

r N r N M

7.1.3.4. Połą czenia zakładkowe

ZałoŜenie:

Wszystkie łą czniki pracują tak samo, są tak samo obciąŜone, ale ze względu na cechy.

7.1.3.5. Połą czenia doczołowe

Są to połą czenia w których łą czymy dwa elementy za pomocą dwóch blach doczołowychna łą czniki.Łą czniki pracują przede wszystkim na rozcią ganie, nie powinno się dopuszczać ścinaniai docisku (które powodują obniŜenie nośności tego łą cznika)






Siłę poprzeczną powodują cą ścinanie i docisk przejmuje stolik podpierają cy, natomiast siłę normalną i momenty przejmują śruby jako siły rozcią gają ce w łą cznikach. Łą cznik jest tylkorozcią gany, nie ma tutaj złoŜonego stanu napręŜeń. Stolik podpierają cy powoduje znaczneułatwienie montaŜu. Rozdział obciąŜenia zaleŜy od poziomu rozpatrywanych włókien,czyli od poziomu, na którym znajdują się łą czniki w zaleŜności od środka obrotu.Dyskusyjne jest przyjęcie środka obrotu, gdy łą czymy przekrój dwuteowy rygla do słupa.

Jest pewna strefa docisku w strefie dolnej. O wielkości sił występują cych w śrubach będziedecydować geometria układu, czyli odległość tych łą czników od osi obrotu. Zakładamy,Ŝe osią obrotu i centrum powierzchni docisku jest oś pasa ściskanego przekroju dwuteowego.Siły w śrubach są zaleŜne od odległości od osi obrotu. Zgodnie z teorią obrotu tarczysztywnych, siły są wprost proporcjonalne do odległości od osi obrotu. Najsilniej w sensieteoretycznym, są obciąŜone łą czniki leŜą ce najdalej od osi obrotu. One będą doznawałynajwiększych obciąŜeń, ale pod warunkiem, Ŝe układ jest idealny. ObciąŜenie przekazujesię w sposób spręŜysty, dostosowany do sztywności elementów. Priorytetem w obliczaniu

tego typu połą czeń jest określenie minimalnej grubości elementów styków doczołowych.






(Do obliczeń przyjmujemy tylko trzy rzędy śrub, bo siły w nich są moŜliwie największe).

7.1.3.6. Efekt dźwigni

Grubości minimalne blach styków doczołowych naleŜy określać jako:

d s

Rt

f b

Sct

⋅

⋅⋅= 2,1min

gdzie:

d f - wytrzymałość obliczeniowa stali

sb - szerokość współpracują ca blachy przypadają ca na 1 śrubę






( )d cbs+⋅≤ 2

d - średnica śruby

c - odległość miedzy spoiną , a brzegiem otworu na śrubę

d c ≤


PowyŜszy wzór ma zastosowanie w przypadku połą czeń prostych, gdy w obliczeniach naleŜyuwzględnić tzw. efekt dźwigni.

Tego typu obciąŜenie daje większe obciąŜenia w śrubie niŜ siła2

F , bo dochodzi efekt

zginania.

Efekt dźwigni nie powstałby gdy:

- Blachy byłyby nieskończenie sztywne (nie grubsze niŜ 400 mm)

- Blachy byłyby nieskończenie wiotkie

Uciekamy od efektu dźwigni przez odpowiednie zwiększenie sztywności elementów,ale nie na zasadzie zwiększenia grubości tylko usztywnienia elementami (Ŝeberkami).

Wówczas siły występują ce w śrubach są równe2

F .






Eliminują c efekt dźwigni grubość blach doczołowych styków, równieŜ w połą czeniachdoczołowych spręŜanych naleŜy przyjmować jako:

3min

1000

m R

d t ⋅=

JeŜeli wystą pi efekt dźwigni to uwzględniamy go poprzez zastosowanie współczynnikazmniejszają cego:

min

67,2t

t −= β

JeŜeli grubość blachy mint t = to 67,1< β . Dla mint t > , 67,2< β . KaŜdorazowo jeŜeli

05,1> β to naleŜy sprawdzić nośność zmęczeniową połą czenia przy obciąŜeniach

dynamicznych lub przyjąć jego nośność zredukowaną o 50%.

Współczynnik włą czenia się poszczególnych śrub do współpracy w przenoszeniu obciąŜeniadziałają cego na styk zaleŜy od grubości i sztywności blachy.

Sztywność określa się wzorem:

12

3hb

I ⋅

=

MoŜemy zmieniać te sztywność przez zmianę schematu statycznego blachy, usztywniają c ją Ŝeberkami. Zmiana sztywności na większą , przez usztywnienie Ŝeberkami jest

korzystniejsza niŜ pogrubianie blachy. Współczynniki rozdziału obciąŜeniaiΩ stosujemy dla

śrub M20 i M24, tylko dla 2 lub 4 śrub, a przy innych nie wolno stosować.

Przy obciąŜeniach dynamicznych podane wyŜej minimalne grubości blach naleŜy zwiększyć do:

minmin 67,1' t t ⋅>

d s

Rt

f b

Sct

⋅

⋅⋅= 2,1min

Lub

minmin 25,1' t t ⋅> 3min

1000

m Rd t ⋅= dla połą czeń spręŜonych bez efektu

dźwigni.

W połą czeniach zakładkowych (w połą czeniach, w których jeśli odpowiednio rozmieścimyłą czniki i ich oś pokrywa się z osią siły obciąŜają cej) przyjmujemy, Ŝe wszystkie łą czniki

pracują jednakowo jeŜeli odległość między skrajnymi śrubami nie przekracza d 15 .

JeŜeli odległość ta jest większa niŜ d 15 to skrajne łą czniki są bardzo obciąŜone, a środkowe

nie pracują .

W połą czeniach doczołowych decydują cą jest geometria. ZaleŜy nam, aby śruby były jaknajdalej od osi obrotu. Wiotczenie tego połą czenia będzie powodowało daleko idą ce zmianyw redystrybucji obciąŜeń na poszczególne szeregi i łą czniki.






7.2 Poł ączenia stałe

7.2.1. Połą czenia nitowane

Jest to połą czenie wykonywane na gorą co w temperaturze ok. 1050°C, czyli temperaturze

czerwonego Ŝaru. Stal ma w tej temperaturze duŜą kujność i niska wytrzymałość (bez szkodydla materiału). Nit zakrzywiany jest ręcznie na zimno lub mechanicznie na gorą co.

7.2.1.1. Budowa i wykonanie nitu

Surowy nit składa się z trzpienia i łba zakończonego na długości d 5,1 stoŜkowo

dla wygodniejszego i lepszego ułoŜenia go w łą czonym elemencie. Średnica otworu pod nit jest o 1 mm większa od średnicy śruby.

RozróŜnia się łby:

-Łeb kulisty zwykły

- Łeb kulisty powiększony – średnio mocny, szczelny

- Łeb wpuszczany stoŜkowy – z wyjściem soczewkowym

- Łeb wpuszczany stoŜkowy – z wyjściem płaskim

Rozgrzewamy nity i zaklepujemy w temperaturze 600°C i wyŜszej. MoŜna wykonywać zaklepanie w temperaturze 550°C, ale w konstrukcjach dynamicznie obciąŜonych. Nit stygniekurczą c się i wywołuje siły docisku w łą czonych elementach. W nicie występują znaczne

napręŜenia rozcią gają ce ( ) e R9,05,0 − , a nawet do granicy plastycznej e R .

Nity są obarczone szeregiem wad, ale są doskonałe technicznie, a ich wykonanie nie jestkontrolowane elektronicznie.

Nit po zaklepaniu jest oklepywany w poziomie i pionie. Długość trzpienia nitu musi być dostosowana do grubości połą czenia, musi zapełnić wypełnienie otworu, pogrubienie o 1 mm(przy zaklepywaniu musi powstać odpowiednia zakuwka, co oznacza, Ŝe nit nie wszedłdo końca, tylko aby materiał został na zewną trz.

Nity są modelem doskonałym technicznie. Elementy muszą być płaskie, nie mogą występować szczeliny i rozwarcia (szczelinomierz nie moŜe wchodzić na więcej niŜ 10 mm,do wielkości kilku dziesią tych, setnych mm w połą czeniach spręŜają cych.

Połą czenia spręŜone są doskonałe, ale na obciąŜenia dynamiczne. Połą czenia spręŜoneciasne stosowane dodatkowo opiłki kormudu o duŜej twardości. Dzięki nim otrzymujesię większą wytrzymałość na ścięcie.

7.2.1.2. Wady nitu

Niedopuszczalne wady:

Śruby wykonuje się jako:

1) Nit luźny (sprawdzane przez opukiwanie młotkiem)2) częściowe przyleganie łba nitu ( musi całkowicie przylegać)3) pęknięcie łba nitu (promieniowe)4) niecałkowite wypełnienie otworów (złe spęcznienie) – zakuwka jest większa, gdyŜ cały

materiał nie wszedł tam gdzie powinien

Trzeba wówczas wyciąć nit i wykonać na nowo!






7.2.1.3. Nośności nitów w połą czeniu nitowanym

- Nośność nitów na ścinanie i docisk analogicznie jak dla śrub lub teŜ na podstawiewyników badań na budowie. NaleŜy przyjmować wartość 80% uzyskanej wartościcharakterystycznej.

- Dopuszczalna nośność nitu na rozcią ganie jest ograniczona do m R⋅3,0 ze względu

na to, Ŝe się on kurczy.

A RS m Rt ⋅⋅= 3,0

przy czym nit nie powinien pracować wyłą cznie na rozcią ganie (stosować wówczas śruby).W przypadku występowania obciąŜenia złoŜonego naleŜy bezwzględnie sprawdzać jegonośność jak wyŜej dla śrub.

7.2.2. Połą czenia spawane

Spawanie jest procesem cieplnym czyli termicznym stałego łą czenia elementów.

Dla wykonawstwa konstrukcji stalowych jest to podstawowy proces łą czenia i przebiegaon głównie z zastosowaniem spawania łukowego, czyli łuku elektrycznego.

Spawanie to moŜe się odbywać:

1) Spawanie elektrodą topliwą , elektroda się topi i doprowadza materiał spoiwa,w którym rozróŜniamy trzy rodzaje:

a) Spawanie elektrodą otuloną (wyłą cznie otuloną )b) Spawanie łukiem krytymc) Spawanie w osłonie gazów ochronnych (dwutlenek wegla)

2) Spawanie elektrodą nietopliwą :

a) Elektroda wolframowa lub węglowab) Spawanie atomowec) W osłonie gazów ochronnych

7.2.2.1. Spoina

Spoina – część złą cza składają ca się z materiału stopionego podczas procesu spawania.MoŜe ona powstać wyłą cznie z materiału rodzimego (rzadziej) lub zwyczajowo z materiałurodzimego i doprowadzonego z zewną trz w postaci drutu elektrody lub drutu spawalniczego,(w spawaniu automatycznym, łukiem krytym) zwanego spoiwem, po stopieniu doprowadzamydodatkowy materiał. Podczas spawania metal w mniejszym lub większym zakresie przechodziprzez fazę ciekłą . Temperatura w łuku elektrycznym waha się od 3000 - 6000°C.A zatem następuje błyskawiczne roztopienie metalu, tworzą c jeziorko roztopionego metaluoraz z uwagi na małą objętość tego jeziorka, szybkie krzepnięcie, co powoduje powstanieduŜych napręŜeń po spawalniczych i róŜnego typu zmian strukturalnych zarówno w spoinie jak i materiale rodzimym, poza strefą złą cza.

7.2.2.2. Strefy wpływu ciepła

RozróŜnia się szereg stref wpływu ciepła, których zasięg jest zaleŜny od wielu parametrówspawania i od temperatur w tej części materiału rodzimego, która jest poza strefą spoiny(czyli przylega do spoiny).

Zakres zmienności poszczególnych stref jest nieliniowy. Minimalna temperatura strefynie spawanej to ok. 3000°C - 6000°C. po zakończeniu roztopienia i ciastowatości temperatura






roztopionego Ŝelaza wynosi ok. 1529°C. Kończy się topnienie. Nie ma juŜ spoiny tylko jestmateriał jednorodny.

I strefa - 1529°C - 1480°CII strefa - 1480°C - 1100°CIII strefa - 1100°C - 860°C

IV strefa - 860°C - 700°CV strefa - 700°C - 500°CVI strefa - 500°C - 200°C

Strefa I – strefa częściowego roztopienia metalu. Kończy się roztapianie,ale jest jeszcze trochę ciastowatości. Jest to cienka strefa.

Strefa II - strefa przegrzania. W strefie tej występuje strukturagruboziarnista, o ziarnach kilku, lub kilkunastu krotnie większych niŜ przed spawaniem.Struktura gruboziarnista przechodzi w strukturę Widmanstättena. Strefa ta charakteryzujesię kolosalnym spadkiem udarności i cią gliwości.

Strefa III - strefa normalizacji zupełnej. Oznacza to, Ŝe ziarna zniekształcone

podczas róŜnego typu obróbek powracają do normalnych rozmiarów. Następuje uspokojenie,poprawienie jakości.

Stefa IV - strefa normalizacji niezupełnej, częściowej.

Strefa V - strefa rekrystalizacji. Ziarna zniszczone odbudowują się osią gają cwielkości większe niŜ wcześniej przed zniekształceniem

Strefa VI - strefa kruchości na niebiesko. W strefie tej występuje w stalachnieuspokojonych i półuspokojonych znacznie przyspieszony proces starzenia.A zatem w tej strefie mogą wystą pić kruche pęknięcia przy obciąŜeniach dynamicznychi kwazi – dynamicznych.

Zasięg poszczególnych stref jest zmienny, w znacznych granicach, zaleŜny od metodyi parametrów spawania. Musimy dbać o to aby zasięg poszczególnych stref był moŜliwie jak najmniejszy i moŜliwie jak najmniejsze zmiany powodował. Najmniejsze strefy wpływuuzyskuje się przy spawaniu automatycznym, łukiem krytym, natomiast największe strefy przyspawaniu gazowym. Stą d zakaz spawania gazowego w wykonawstwie konstrukcji stalowych.






Temperatura łuku: na biegunach 6000°C; w środku 3000°CDługość łuku: 3-5mm.

7.2.2.3. Budowa spoiny

Budowa spoiny jest zasadniczo regularna, ziarna ułoŜone kierunkowo i w osi spoinywystępuje koncentracja zanieczyszczeń, co wiąŜe się z obniŜeniem wytrzymałości spoiny.Jest to szczególnie istotne w spoinach wysokich, grubych. Dlatego teŜ spoiny grube naleŜyukładać jako wielowarstwowe, gdyŜ układanie kaŜdej kolejnej warstwy powoduje przynajmniejczęściowe albo zupełne normalizowanie warstw uprzednio nałoŜonych.Podnosi to zdecydowanie wytrzymałość zmęczeniową złą cza poprawiają c jego cią gliwość i plastyczność czyli wydłuŜalność. Podczas spawania na płynny metal działa otaczają caatmosfera, gazy z otulin oraz składniki materiału rodzimego i składniki gazo - twórczei ŜuŜlotwórcze. Zasadniczo zachodzi utlenianie metalu i redukcja tlenków.Składniki otuliny elektrod tworzą atmosferę ochronną , zabezpieczają cą przed dostępemgazów z powietrza, a niektóre z nich, silniej powinowate do tlenu tworzą tlenki i przechodzą do ŜuŜla.

Tymi składnikami są najczęściej:

- Węgiel

- Krzem

- Mangan

- Tytan

Stale niskostopowe o wyŜszych wytrzymałościach wymagają do spawania elektrod z otuliną zasadową . Otulina zasadowa wymaga prą du stałego. Spoiny wykonane ta metoda są duŜolepszej jakości niŜ spoiny wykonywane innymi metodami.Elektrodami z otuliną kwaśną spawamy stale zwykłej jakości.Normalnie spawamy prą dem zmiennym lub stałym.

7.2.2.4. Otuliny

Sposób nakładania otulin

Otuliny nakłada się w róŜny sposób:

- Przez zaprasowywanie

- Przez zanurzanie

Grubości otulin

Otuliny elektrod mają roŜną grubość.

RozróŜnia się otuliny:

Cienkie - %10< średnicy drutu elektrody

Średnie - %40%10 − średnicy drutu elektrody

Grube - %40> średnicy drutu elektrody






Składniki otulin elektrod

Składniki jonizują ce przestrzeń łukową , by łuk mógł ułatwić przepływ

- O Na2

-

OK 2 - 2CiO

Składniki gazo-twórcze

- Celuloza

- mą czka

Składniki ŜuŜlotwórcze

- Granit

- Rudy Ŝelaza

uŜel jest niedopuszczalny w spoinie. Składniki dodajemy by wytworzyć ŜuŜel, który maza zadanie wydzielić się na spoinie w postaci warstwy ochronnej odcinają cej dostęp gazówatmosferycznych do gorą cej masy metalu (spoiny). Warstwa ta potrzebna jest aby metal mógł

powoli stygnąć. uŜel jest izolacyjnym materiałem. Warstwa ta jest równomiernie rozłoŜona,tak aby nie wchodziła do spoiny.

Składniki upłynniają ce ŜuŜel

- Fluoryt

- Rutyl

Składniki wiąŜą ce masę otulinową

- Szkła wodne (sodowe i potasowe)

Składniki stopowe

- Nikiel

- Molibden

7.2.2.5. Skład chemiczny drutu elektrody

Zawartość siarki i fosforu w drucie elektrody powinna być śladowa, nie przekraczają ca

%03,0 siarki i fosforu.

RóŜna jest zawartość, zaleŜnie od spawanej stali:

- manganu %6,0%3,0 −

- niklu

- molibdenu

Składniki te poprawiają jakość spoiny.

Jakość poprawnie wykonanej spoiny jest na ogół lepsza wytrzymałościowo aniŜeli materiałrodzimy.

Decydują o tym:

- Technologia spawania

- Rodzaj zastosowanych elektrod

- Ścisłe przestrzeganie rygorów napięcia, natęŜenia i mocy liniowej łuku.






7.2.2.6. Napięcia i natęŜenia przy spawaniu

Stosuje się napięcie do 24V, przy zajarzeniu łuku napięcie musi być większe do 40V, 60V.NatęŜenie spawania zaleŜy od średnicy elektrody i rodzaju spoiny (czy jest to spoina podolna,naścienna czy sufitowa).

7.2.2.7. Siły działają ce na roztopiony materiał

Na kroplę roztopionego metalu działają :

- Siły grawitacji

- Siły elektrodynamiczne łuków

- Podmuch gazów otulin elektrod

Wypadkowa tych trzech sił jest zawsze skierowana ku łą czonemu elementowi co umoŜliwianam wykonywanie połą czeń spawanych sufitowych (pułapowych).

W spoinie moŜe wystą pić wolny tlen, który łą czą c się w drobiny 2O zwiększa swoją objętość

i powoduje kruche pęknięcia. Zawartość tlenu zmniejszamy do technicznego minimumpoprzez dodawanie pierwiastków bardziej aktywnych, które łą czą się z nim tworzą c róŜnego

typu tlenki, natomiast wolny wodór łą czą c się w drobiny 2 H zwiększa swoją objętość

i powoduje kruchość na gorą co. Jest to tzw. kruchość wodorowa.Podobne efekty daje siarka. Tlenek siarki jest wielokrotnie większy objętościowo aniŜelimateriały wyjściowe i równieŜ powoduje mikropęknięcia. Zatem w procesie spawaniaelektrody muszą mieć odpowiedni skład chemiczny by spełnić cały szereg funkcjizapewniają cych moŜliwie największą jakość połą czenia.

7.2.2.8. Warunki spawania

Spawanie powinno odbywać się w warunkach cieplarnianych przy konstrukcjach naraŜonychna duŜe obciąŜenia dynamiczne.

Warunkiem podstawowym podjęcia się spawania elementów jest sprawdzenie,czy nie ma zanieczyszczeń organicznych na krawędziach łą czonych elementów i ichsą siedztwie.NaleŜy spawać w pomieszczeniach zamkniętych, w halach zamkniętych bez przewiewów.Wiatr powoduje nierównomierne i zredukowane przyspieszenie procesu stygnięciai nierównomierny jego przebieg, co wpływa na powstanie znacznych napręŜeń pospawalniczych.

Elektrody produkuje się w warunkach sterylnych z duŜym ograniczeniem wilgoci.Elektrody po wyprodukowaniu zamykane są w opakowaniach hermetycznych, bez moŜliwości

dostępu wilgoci atmosferycznej. Po otwarciu są natychmiast zuŜywane lub przekładasię je do termosów hermetycznych i wycią ga pojedynczo.Elektrody naleŜy suszyć przez co najmniej 1,5 godziny w temperaturze 120 - 150°C, dla otulinkwaśnych i rucydowych, a dla otulin zasadowych przez 1,5 godziny w temperaturze250 - 350°C.

7.2.2.9. Rodzaje spoin

Rodzaje spoin:

- Spoiny czołowe

- Spoiny pachwinowe

- Spoiny otworowe, bruzdowe

- Spoiny kroplowe






7.2.2.10. Spoiny czołowe

Najkorzystniej pracują cym układem spoin są spoiny czołowe. Łą czą spoiny od czoła albona przedłuŜeniu od czoła, wymagają przy większych grubościach obróbki krawędzi.Zapewniają one na ogół najlepsze kontinuum materiałowe, cią głość materiałową .Przy odpowiedniej technologii spawania zapewniają osią gnięcie wytrzymałości złą cza

wyŜszych aniŜeli materiału rodzimego.Spoiny czołowe wykonuje się dla blach cienkich do 5 mm bez przygotowania krawędzi.

(rys. 36)

Spoina bez ukosowania krawędzi typu IW przypadku spawania automatycznego o tzw. głębokim stopie moŜna tak łą czyć blachę do grubości 10 mm. W normalnych układach od 5 mm i wzwyŜ, zawsze przygotowujemykrawędzie.

Dla spoiny czołowej wyglą da następują co:

(rys. 37)

Ką t rowka wynosi od 50 - 60° zaleŜnie od grubości. Im większa grubość tym mniejszy ką t.






Nadlew spoiny usuwamy przez obróbkę wiórową . Grań wyciąć i wykonać podpawkę.

JeŜeli element jest rozcią gany osiowo to trajektorie napręŜeń idą ce włókniście w układzie,ulegają zakrzywianiu co powoduje powstanie uprzestrzennienia stanu napręŜeń włóknistego,co obniŜa wytrzymałość zmęczeniową .W przypadku obciąŜeń dynamicznych i odkształceń spręŜysto – plastycznych często dodaniemateriału jest szkodliwe, będzie powodowało poprzez róŜne karby zmniejszenie nośnościzmęczeniowej.

Typy spoin czołowych

(rys. 39)

Tego typu spoiny wykonujemy przy łą czeniu elementów o grubościach od 3 – 20mm.Wysokość progu wynosi 0 – 2mm, a odległość progu 1 – 3mm.






(rys. 40)

Spoina połówkowa – spoina czołowa wykonana pod ką tem prostym z innym elementem, ½ V.

Przy spoinie połówkowej grubość spoiny do 16 mm, wysokość progu wynosi 1 – 2mm,a odległość od progu 1 – 3mm.Ką t ukosowania w spoinie połówkowej jest zarazem ką tem rowka i wynosi od 45 - 55°.

(rys. 41)

Stosujemy je dla blach grubszych niŜ 20mm, dla spoin połówkowych przy teowym połą czeniudo 16 mm. Spoiny wykonywane przy dwustronnym dostępie i przy grubościach 15 – 40mm.Połową spoiny typu „X” jest spoina typu „K”.






(rys. 42)

Spoiny wykonywane przy dwustronnym dostępie i przy grubościach od 12 – 40mm.

(rys. 43)

JeŜeli nie mamy dwustronnego dostępu to wykonujemy spoinę kielichową (spoina typu „U”).Ką t ukosowania przy tej spoinie wynosi 19°. Promień zaokrą glenia R 4 – 5 mm, czyli trzebafrezować. Grubość spoiny do 40mm.

(rys. 44)

Grubość spoiny wynosi 16 – 40 mm.






Grubość spoin czołowych

Grubość spoiny czołowej będzie grubością cieńszego z łą czonych elementów.

RóŜnice grubości nie są korzystne dla styku dlatego staramy się łagodzić problem zmianykształtu i zmiany przepływu trajektorii napręŜeń. MoŜna wykonywać spoiny czołowebez ukosowania blach do grubości cieńszej blachy gdy, przesunięcie krawędzi czołowych(róŜnica grubości elementów) nie jest większe niŜ grubość cieńszej blachy i nie przekracza10 mm. Wówczas moŜemy w spoinie wykonać połą czenie blachy cieńszej do grubszej.Nachylenie Nita spoiny musi wynosić:

a) Dla obciąŜeń statycznych 1:1

b) Dla obciąŜeń dynamicznych 4:1

c) Blachy zukosowane

Długość spoiny czołowej jest zawsze szerokością węŜszego z łą czonych elementów, ale tylkopod warunkiem odpowiedniego wykonania tych spoin. W momencie zajarzenia łukuelektrycznego, następuje podtopienie i powstaje jama obsadowa, krater na począ tku spoiny.Jeziorka roztopionego metalu stygną szybciej i powstają kratery na począ tku, które osłabiają spoinę i zakłócają trajektorie rozkładu przestrzennego napręŜeń. MoŜna odejmować efektyzłego wpływu kraterów, lub robić tak aby te kratery nie powstały. Aby kratery nie powstały

to od długości obliczeniowej spoiny odejmujemy wartość a2 . Przyjmuje się, Ŝe krater jest

równy grubości spoiny.Aby kratery nie powstawały to musimy wyprowadzić spoinę na płytki wypiekowe.Podkładamy płytkę na począ tku i na końcu spawania. Powstaje spoina jednorodna, a płytkiprzycinamy. Wówczas długość spoiny jest faktycznie szerokością łą czonych elementów.






7.2.2.11. Spoiny pachwinowe

Wykonywane w pachwinach, czyli przy łą czeniu elementów usytuowanych do siebiew zasadzie pod ką tem prostym. Zmiana ką ta powoduje pogorszenie walorówwytrzymałościowych tego połą czenia i obniŜenie nośności. Przyjmuje się, Ŝe ką t wynosi60 - 90°.

W spoinach pachwinowych istotna jest ich grubość.

Grubość spoiny jest w zasadzie dowolna ale powinna spełniać dwa warunki:

Parametr 1W jakich zakresach grubości elementów łą czonych moŜna wykonywać grubości spoinpachwinowych.

Parametr 2 Lico spoiny (wypukłe, gładkie, wklęsłe)

Grubością obliczeniową spoiny pachwinowej jest wysokość trójką ta wpisanego w spoinę.Przy jednakowych bokach, ramionach spoiny mamy roŜne grubości spoiny.

Nadlew spoiny nie jest dobry. Trajektorie napręŜeń się rozchylają , następuje zakłócenie,uprzestrzennienie przepływu strugi trajektorii napręŜeń, co obniŜa znaczniewytrzymałościową .

Najlepsze są spoiny wklęsłe.

„Przy du Ŝ ych dynamicznych obci ąŜ eniach, ewentualne podtopienia kraw ędzi spoin nale Ŝ y usun ąć przez obróbk ę wiórow ą lub równowa Ŝ n ą.”

S.G.






Stosuje się często spoiny przerywane. Wykonuje się szew łańcuchowy,mijankowy(przestawny). Zawsze na końcu łą czą cych elementów dwustronna spoina, dalejszew łańcuchowy.

Grubość spoin pachwinowych

Grubość spoin pachwinowych wynosi 7,02,0 − i nie moŜe przekraczać mm16 .

2,0 - dotyczy minimalnej grubości, jest to 2,0 grubszego z łą czonych elementów

7,0 - dotyczy maksymalnej grubości, jest to 7,0 cieńszego z łą czonych elementów

Długość spoin pachwinowych

Długość spoin pachwinowych ułoŜonych równolegle do kierunku działania siły:

l

≥

⋅≥

⋅≤

mm

aa

40

10100

Grubość spoin krzyŜowych

Grubość spoin krzyŜowych wynosi:

t a 5,0<

t - grubość blachy do której mocujemy Ŝeberka

mmt 6>

7.2.2.12. Spoiny otworowe i bruzdowe

Spoiny te stosujemy gdy:

- Mamy ograniczona długość zachodzenia

- Spoiny pachwinowe nie wystarczają .

Otwór zakończony jest półkoliście na obu końcach.






gdzie:

d - szerokość otworów

t - grubość dachu (elementu, gdzie wykonujemy otwory)

Długość obliczeniowa spoiny to:

iawyokraglenl 22 +

Długość obliczeniowa spoiny po łuku to:

ad −

Całkowita długość obliczeniowa spoiny to:

π ⋅−⋅+ )(22 ad l

W spoinach bruzdowych:

- Otwór musi być zakończony półkoliście

- Długość otworu d l + nie moŜe przekraczać t 10 , czyli 10 grubości blach, w której

się znajduje.

- Spoin tych nie naleŜy stosować dla blach o grubości mm25> silnie obciąŜonych oraz

w konstrukcjach obciąŜonych dynamicznie

7.2.2.13. Spoiny kroplowe

Spoiny kroplowe stosowane są w łą czeniu elementów blach cienkich. Przekrój podłuŜnytej spoiny to ½ elipsoidy obrotowej.

MoŜna równieŜ przyjmować:

d l ⋅⋅75,0

gdzie:

l - długość d - półoś elipsy






7.2.3. Obliczanie połą czeń spawanych

Połą czenia spawane naleŜy tak projektować aby spiętrzenia napręŜeń były jak najmniejsze

NaleŜy unikać nadmiernego skupiania spoin, np. poprzez ścinanie naroŜy Ŝeber usztywniają cych

jak i zachowanie minimalnych odległości między elementami połą czeń przesuniętych

c

>

>

t

mm

2

30

Spoiny naleŜy tak projektować aby ich środek cięŜkości pokrywał się z osią cięŜkości pręta.

Przy projektowaniu spoin w miejscach trudnodostępnych naleŜy mieć na uwadze to Ŝe pochylenielektrody w czasie spawania powinno wynosić w stosunku do osi podłuŜnej spoiny 30 - 60°,

a odległość elektrody od jakiejkolwiek części metalowej musi być mm10> .

NapręŜenia obliczeniowe w spoinach naleŜy zmniejszyć o 10% w przypadku wykonywaniapołą czenia na montaŜu i o 20% dla spoin sufitowych, pułapowych – ze względów wykonawczych jak i montaŜowych.

Spoiny pionowe z góry na dół i odwrotnie wykonuje się z zastosowaniem specjalnych technikspawania i specjalnych elektrod, z pewnym ograniczeniem mocy liniowej łuku i napręŜenia prą du.

W spoinach sufitowych teŜ mamy ograniczenia co do stosowanych elektrod i napręŜenia prą du.

7.2.3.1. Współczynniki zmniejszają ce nośność spoin

Współczynniki zmniejszają ce nośność spoin ( )α z uwagi na charakter obciąŜenia,kierunek obciąŜenia, rodzaj materiału oraz warunki wykonania.

O 10% - w przypadku spoin montaŜowychO 20% - w przypadku spoin pułapowychO 30% - w przypadku spoin pułapowych na montaŜu

W przypadku spoin wykonywanych podolnie współczynnik zaleŜy od tego, czy spoina jestrozcią gana czy ściskana. Nie jest obojętny kierunek i znak obciąŜenia w spoinach.

Współczynniki zmniejszają ce stosowne w obliczeniach połą czeń czołowych.

W spoinach ściskanych 0,1=⊥α . Wytrzymałość poprawnie wykonanej spoiny z uŜyciem

odpowiednich technologii, jest na ogół większa niŜ materiału rodzimego.

W spoinach rozcią ganych ν α ⋅−=⊥

15,00,1

cychrozciagaja

śr

.maxσ

σ ν =

0,1=ν dla czystego rozcią gania

0,1≠ν dla mimośrodowego działania siły






W spoinach zginanych:

0,1=⊥

α .

W spoinie ścinanej nośność spoiny czołowej jest równa nośności przekroju spawanego.

W spoinach ścinanych

6,0|| =α .

W spoinach pachwinowych wielkość współczynników zmniejszają cych zaleŜyod wytrzymałości materiału spawanego, od warunków wykonania oraz warunków pracypołą czenia.

Pod względem wytrzymałościowym podzielono stal na 3 kategorie plastyczności:

I klasa e R 255≤ [ ] MPa

II klasa ≤255 e R 355≤ [ ] MPa

III klasa ≤355 e R 460≤ [ ] MPa

Występują napręŜenia normalne i napręŜenia ścinają ce.

NapręŜenia ścinają ce równolegle do osi podłuŜnej ||τ i napręŜenie ścinają ce prostopadle

do osi podłuŜnej⊥

τ .

Wielkość współczynników zmniejszają cych dla poszczególnych kategorii

⊥α ||α

e R 255≤ [ ] MPa 9,0 8,0

≤255 e R 355≤ [ ] MPa 8,0 7,0

≤355 e R 460≤ [ ] MPa 7,0 6,0

W układzie złoŜonym sprawdzamy nośności w spoinach wzorem na napręŜeniazastępcze złoŜone

d f <+⋅⋅⋅⊥

)(322

||

2

|| τ τ σ κ

gdzie:

κ - jest zaleŜne od granicy plastyczności stali

=κ

0,1

85,0

7,0






„To na tyle dywagacji gospodarczo politycznych, mojego autorstwa. Nie wskazuje tutaj na Ŝadną opcje polityczna, która by za tym stała. Po prostu…bezpartyjny obywatel kraju, co nieco wiedzą cy.Więcej moŜe niŜ inni…”

S.G.

notaki z wykladow

Documents