KONSTRUKCJE STALOWE

1

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Spis tre

ś

ci:

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 Wyżarzanie .............................................................................................. 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 zależności naprężeń 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 Równoważnik węgla ................................................................................ 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 wysoką 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

KONSTRUKCJE STALOWE

2

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

5.2.1 Produkcja walcownicza na gorąco........................................................... 26

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

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

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

6.1.1 Metoda oparta na naprężeniach 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 naprężeń i odkształceń................................................................ 33

6.2.3

Stosunek momentu przegubu plastycznego do momentu granicznego .. 35

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

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

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

7. Połączenia ................................................................................................................... 38

7.1 Połączenia rozbierane ......................................................................................... 38

7.1.1 Połączenia sworzniowe............................................................................ 38

7.1.2 Połączenia śrubowe.................................................................................. 41

7.1.3 Obliczanie połączeń sworzniowych i śrubowych .................................... 52

7.2 Połączenia stałe................................................................................................... 60

7.2.1 Połączenia nitowane................................................................................. 60

7.2.2 Połączenia spawane ................................................................................. 61

7.2.3 Obliczanie połączeń spawanych .............................................................. 74

KONSTRUKCJE STALOWE

3

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

1. Stal

1.1 Zastosowanie stali:

-

Hale przemysłowe i pawilony

-

Mosty

-

Hangary lotnicze

-

Budynki szkieletowe, wysoko

ś

ciowe

-

Budynki dworców komunikacyjnych

-

Budynki wysokie, powłokowe

-

Wie

ż

e

-

Wie

ż

e górnicze, wyci

ą

gowe

-

Maszty

-

Kominy

-

Estakady

-

Konstrukcje z blach (z silosów)

-

Bunkry

-

Jazy, zapory

-

Zasobniki –

krótkotrwałe magazynowanie materiałów sypkich;
niska konstrukcja o ró

ż

nych obj

ę

to

ś

ciach

-

Zbiorniki

–

100 000 m

3

paliwa

(cylindryczne, pionowe, stoj

ą

ce, le

żą

ce)

KONSTRUKCJE STALOWE

4

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

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 zwi

ę

kszamy produkcj

ę

;

Lata 60-te

–

w wyniku oddania Huty Nowej, produkujemy ponad 7 mln ton

stali rocznie;

Lata 70-te

–

Polska produkowała 12 – 16 mln ton stali rocznie;

Lata 80-te

–

Polska produkowała najwi

ę

cej stali - 20 mln ton stali rocznie;

Obecnie

–

Polska produkuje 10 – 12 mln ton stali rocznie;

Produkujemy lepsz

ą

stal. Zmniejszenie ilo

ś

ci było rekompensowanie przez

zmian

ę

jako

ś

ci stali, mo

ż

liwo

ść

lepszego wykorzystania.

2.2 Zalety konstrukcji stalowych:

-

wytwarzanie elementów w specjalnych zakładach

-

obróbka elementów w specjalnych zakładach

-

łatwo

ść

zmechanizowania prac monta

ż

owych i znaczne uniezale

ż

nienie si

ę

od pory roku

i warunków pogodowych

-

znaczny współczynnik lekko

ś

ci konstrukcji:

dop

σ

γ

•

stal (7,85 tony)

6

6

10

2

10

5

−

−

⋅

−

⋅

=

dop

σ

γ

•

drewno (400-600 kg)

6

10

6

−

⋅

=

dop

σ

γ

•

ż

elbet

5

10

2

−

⋅

=

dop

σ

γ

•

aluminium

6

10

7

,

1

−

⋅

=

dop

σ

γ

-

łatwo

ść

wzmacniania i przerabiania konstrukcji stalowych

-

du

ż

y uzysk elementów podczas rozbiórek

-

bezpieczny i łatwiejszy monta

ż

-

urz

ą

dzenia d

ź

wigowe do transportu, o mniejszych no

ś

no

ś

ciach

-

mo

ż

liwo

ść

uzyskania wi

ę

kszych powierzchni u

ż

ytkowych ze wzgl

ę

du na mniejsze

przekroje

-

mniejsze obci

ąż

enia na słupy

KONSTRUKCJE STALOWE

5

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

znikome urz

ą

dzenia w transporcie

-

łatwo

ść

zakładania instalacji

-

mała wra

ż

liwo

ść

na zmian

ę

kierunku sił i obci

ąż

e

ń

-

wysokie napr

ęż

enia styczne

σ

τ

⋅

=

6

,

0

-

konstrukcje stalowe umo

ż

liwiaj

ą

stawianie konstrukcji o du

ż

ych rozpi

ę

to

ś

ciach

i stosunkowo małym ci

ęż

arze

2.3 Wady konstrukcji stalowych:

-

korozja

–

proces niszczenia

-

wra

ż

liwo

ść

na wysokie temperatury

KONSTRUKCJE STALOWE

6

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3. Struktura metali. Skład stali i proces przetwórczy

3.1 Metalografia i proces krystalizacji:

Metalografia to nauka o budowie wewn

ę

trznej, czyli strukturze metali i stopów.

Istnieje

ś

cisły zwi

ą

zek mi

ę

dzy budow

ą

, a własno

ś

ciami metali i stopów.

Wszystkie metale maj

ą

budow

ę

krystaliczn

ą

, tzn.,

ż

e atomy i cz

ą

steczki układaj

ą

si

ę

w nich, w sposób

uporz

ą

dkowany, tworz

ą

c przestrzenne siatki krystaliczne.

Aby tak

ą

siatk

ę

zniszczy

ć

, potrzebna jest praca na pokonanie sił działaj

ą

cych mi

ę

dzy atomami.

Metale maj

ą

na ogół przestrzenn

ą

lub płasko-centryczn

ą

siatk

ę

krystaliczn

ą

.

W zale

ż

no

ś

ci od temperatury metale zmieniaj

ą

swoje wła

ś

ciwo

ś

ci w znacznych zakresach:

-

centryczny -

ż

elazo

α

, do 899°C

-

płasko-centryczny -

ż

elazo

β

, od 899°C - 1401°C

Zmiana wła

ś

ciwo

ś

ci polega na zmianie rozmieszczenia atomów. Zmianie tej zazwyczaj towarzyszy

pochłanianie lub wydzielanie ciepła.
Metale s

ą

ciałami anizotropowymi tzn.,

ż

e ich wła

ś

ciwo

ś

ci zale

żą

od kierunku, w którym je okre

ś

lamy.

Ciała bezpostaciowe, takie jak szkło, ebonit, s

ą

ciałami izotropowymi, tzn.,

ż

e ich własno

ś

ci

s

ą

jednakowe we wszystkich kierunkach, w jakich s

ą

okre

ś

lane.

Podczas krzepni

ę

cia pojawiaj

ą

si

ę

w nich o

ś

rodki krystalizacji i od nich, w 3 przestrzennych,

przecinaj

ą

cych si

ę

kierunkach, narastaj

ą

z rozmaitymi szybko

ś

ciami gał

ę

zie krystaliczne, tworz

ą

c

du

ż

e kryształy na kształt drzewa – tzw. dendryty.

Na proces krystalizacji, czyli szybko

ść

narastania oraz wielko

ść

ziaren istotny wpływ wywieraj

ą

równie

ż

wszelkiego rodzaju domieszki i zanieczyszczenia.

Liczba kryształów i ich wielko

ść

zale

żą

od szybko

ś

ci powstawania o

ś

rodków krystalicznych

i szybko

ś

ci wzrostu gał

ę

zi. Im wi

ę

ksza szybko

ść

chłodzenia tym wi

ę

cej powstaje o

ś

rodków

krystalizacji. Przy wolnym chłodzeniu liczba kryształów b

ę

dzie mniejsza, ale b

ę

d

ą

one znacznie

wi

ę

ksze.

Kryształy

o

regularnej

budowie

wewn

ę

trznej

i

nieregularnym

kształcie

zewn

ę

trznym

(ograniczone ziarnami bocznymi – dochodzi do rozpychania si

ę

ziaren miedzy sob

ą

),

nazywamy krystalitami lub ziarnami. Im wi

ę

ksze b

ę

d

ą

ziarna, tym wi

ę

ksze b

ę

d

ą

ró

ż

nice wytrzymało

ś

ci

próbek okre

ś

lanych w ró

ż

nych kierunkach. Wielo-kryształowe ciała zło

ż

one z dowolnych ziaren

o ró

ż

nej orientacji nazywamy ciałami kwazi-izotropowymi.

(Izotropia jest w skali makro, w skali mikro jest an-izotropia).

KONSTRUKCJE STALOWE

7

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

KONSTRUKCJE STALOWE

8

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.2 Technologia stali:

Stal

-

stop

ż

elaza z w

ę

glem, o zawarto

ś

ci w

ę

gla do 2 %.

Technologia stali polega przede wszystkim na stworzeniu produktu ko

ń

cowego wielkiego pieca -

surówki, uszlachetniaj

ą

c j

ą

i redukuj

ą

c b

ę

d

ą

ce w nadmiarze ro

ż

ne składniki, do danej receptury,

czyli składu chemicznego stali. Proces przetwórczy jest skomplikowany, gdy

ż

jest procesem wysoko-

termicznym. W wysokich temperaturach ma nast

ą

pi

ć

regulacja składu chemicznego, czyli usuni

ę

cie

pewnych składników znajduj

ą

cych si

ę

w nadmiarze w surówce i dodaniem pierwiastków

uszlachetniaj

ą

cych dany rodzaj stali, zwi

ę

kszaj

ą

c jej walory dla takich, czy innych cech

mechanicznych. Temperatura przetwórstwa w stal wynosi ok. 1529

–

2000

°

C (dla czystego

ż

elaza).

Jest to proces bardzo zło

ż

ony (regulacja w czasie, badanie składu w czasie roztopionej masy metalu

z dokładno

ś

ci

ą

do setnych procenta zawarto

ś

ci niektórych pierwiastków).

3.3 Produkcja stali

3.3.1.

Surowce do produkcji sali

Wieki piec nie produkuje stali, tylko surówk

ę

jako produkt ko

ń

cowy.

Surówka składa si

ę

z:

-

93%

ż

elaza

-

7% ró

ż

nych, innych składników w tym:

•

Składników po

ż

ytecznych dla dalszej przeróbki i cech wytrzymało

ś

ciowych

•

Domieszek i zanieczyszcze

ń

:

Siarka

0,02 – 0,08 %

Fosfor

0,1 – 2%

W

ę

giel

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 du

żą

ilo

ść

i dlatego staramy

si

ę

j

ą

usun

ąć

. Technicznie oczy

ś

ci

ć

z siarki nie mo

ż

emy, bo jest to nie mo

ż

liwe i szalenie drogie.

W

ę

giel wyst

ę

puje w dwóch postaciach:

-

Stopu z

ż

elazem – w

ę

glik

ż

elaza

C

Fe

3

(cementyt), bardzo twardy.

Przełom cementytu jest metaliczny, srebrzysty, jasny i st

ą

d nazwa surówki –

surówka biała.

-

Wolnej postaci – grafitu.

Przełom jest szary, st

ą

d nazwa surówki – surówka szara

Rudy – bogate w

ż

elazo magnetyt i hematyt (limonit, syderyt – mniej bogate), w du

ż

ych

kawałkach lub specjalnie prasowanych granulatach,

ż

eby straty przy przechodzeniu do k

ą

pieli

(1600 °C roztopiony wsad w piecu martenowskim) prze z warstw

ę

ż

u

ż

la, powstałego z ró

ż

nego

typu zanieczyszcze

ń

, były jak najmniejsze.

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

ś

elazostopy – dodatki niezb

ę

dne dla przetwórstwa surówki w stal (

ż

elazomangan).

Dodatki uszlachetniaj

ą

ce – mied

ź

, wanad, chrom, molibden.

KONSTRUKCJE STALOWE

9

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.3.2.

Konwertor Bessemera

Konwertor Bessemera (1856 r.), zwany inaczej gruszk

ą

Bessemera. Kształt gruszki pozwala

na przyspieszenie i zwielokrotnienie produkcji stali. Na dnie konwertora zastosował dysz

ę

(wykonan

ą

ze stali

ż

aroodpornej) do przedmuchiwania roztopionego wsadu, spr

ęż

onym

powietrzem. W konwertorze

zastosowano równie

ż

wykładzin

ę

kwa

ś

n

ą

krzemionkow

ą

,

która uniemo

ż

liwiała,

aby

konwertor

si

ę

stopił

(odcinaj

ą

ca

konwertor

od

wsadu).

Zastosowanie krzemionkowej wykładziny spowodowało,

ż

e istniały ograniczenia co do składu

chemicznego surówki. Surówka nie mogła mie

ć

wi

ę

cej fosforu ni

ż

0,1%

3.3.3.

Wykładzina zasadowa

Sir Thomas (1878 r.) opatentował wykładzin

ę

zasadow

ą

, dolomitow

ą

. Umo

ż

liwiała ona

odfosfarzanie surówek, czyli przerabianie surówek o dowolnej zawarto

ś

ci fosforu.

3.3.4.

Piec Martenowski

Siemens i Martin (1864 r.) opatentowali przetwarzanie surówki ze złomem, w stal.
Piec przez nich opracowany nazywa si

ę

piecem martenowskim. Stal martenowska stanowi dzisiaj

95% produkcji stali. Piec martenowski jest układem bardzo racjonalnym pod wzgl

ę

dem

energetycznym, ze znaczn

ą

recyrkulacj

ą

ciepła energetycznego. Przy piecu martenowskim

stworzyli baterie nagrzewnic (kominki stoj

ą

ce, przez które przepływało powietrze i spaliny.

Spaliny dawały

temperatur

ę

i

ogrzewały

wykładzin

ę

w nagrzewnicach

kauperowskich

do temperatury powy

ż

ej 1000°C. Zamykało si

ę

wypływ spalin do baterii nagrzewnic z jednej

strony, puszczało si

ę

w drug

ą

, a tamt

ę

dy puszczało si

ę

powietrze zimne, które przechodz

ą

c przez

nagrzewnic

ę

, nagrzewało si

ę

do temperatury powy

ż

ej 800°C.

KONSTRUKCJE STALOWE

10

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.4

Ś

wie

ż

enie stali

Jest to proces przetwórczy, polegaj

ą

cy na wytapianiu surówek, rud, mikroskładników, regulacji składu

chemicznego w wysokich temperaturach, w stanie płynnym, nast

ę

puje redukcja jednych składników

i dodanie innych w postaci mikrododatków (w procentach, dziesi

ą

tych lub setnych procenta).

Usuwamy w

ę

giel, który jest w nadmiarze (w

ę

gla w surówce szlachetnej jest 0,2% – 4,5%),

(w zwykłej surówce otrzymywanej w hutach 2 – 4,5%).
Okres wyka

ń

czania wytopu polega na wycofaniu nadmiaru wprowadzonego materiału jakim jest tlen.

Tlen w stali jest potrzebny tylko do regulacji składu. Jego obecno

ść

po zakrzepni

ę

ciu jest

nie do zaakceptowania. Musi by

ć

usuni

ę

ty, a dokonujemy tego poprzez dodawanie odtleniaczy.

3.5 Odtlenianie

Proces odtleniania: polega zasadniczo na dodatku

ż

elazomanganu lub surówki zwierciadlistej.

Chc

ą

c uzyska

ć

stal uspokojon

ą

jednorodn

ą

, czyli woln

ą

od

FeO

– stosuje si

ę

ż

elazo-krzem.

Ostatecznie odtlenienie odbywa si

ę

za pomoc

ą

glinu (sproszkowanego). Dodatek

Al

stosuje

si

ę

nawet w ostatniej fazie, dodaj

ą

c j

ą

do wlewków, gdzie b

ę

dzie krzepła stal (aluminium jest bardzo

łapczywe na tlen, jest to reakcja bardzo gwałtowna i w sposób zdecydowany obni

ż

a poziom

FeO

w stali).

Al

słu

ż

y te

ż

do regulacji wielko

ś

ci ziaren stali (minimalne).

Si

oraz

Al

ze wzgl

ę

du

na ogromne powinowactwo do tlenu, reaguj

ą

z rozpuszczonym w stali

FeO

. Powstaj

ą

ce nowe tlenki

s

ą

prawie całkowicie nierozpuszczalne w stali (

ś

ladowe ilo

ś

ci) i tworz

ą

w niej zawiesin

ę

.

W zale

ż

no

ś

ci od stopnia odtlenienia rozró

ż

nia si

ę

stal: nieuspokojon

ą

, półuspokojon

ą

, uspokojon

ą

.

Wlewek – forma

ż

eliwna lub staliwna do której wlewa si

ę

stal w celu uzyskania półfabrykatu.

3.5.1.

Stal nieuspokojona

Stal nieuspokojona to stal, w której wyst

ę

puj

ą

znaczne ilo

ś

ci zakrzepłych p

ę

cherzyków.

Wlewamy do wlewka roztopiony wsad martena. Poprzez obni

ż

anie temperatury b

ę

d

ą

powstawały

o

ś

rodki krystalizacji, wsad b

ę

dzie krzepł i b

ę

d

ą

wydzielały si

ę

tysi

ą

ce p

ę

cherzyków gazu

CO

.

P

ę

cherzyki zostaj

ą

uwi

ę

zione w zakrzepni

ę

tym, st

ęż

onym materiale. Na górze tworzy si

ę

strefa

zag

ę

szczenia i jest to strefa segregacji, w której znajduj

ą

si

ę

wszelkiego typu zanieczyszczenia,

które

CO

(gaz czadnicowy) wynosi.

Stal nieuspokojon

ą

uzyskujemy poprzez odtlenienie w ko

ń

cowej fazie produkcji wył

ą

cznie

manganem. Jest to najta

ń

szy proces produkcyjny, w wyniku którego otrzymujemy stal najgorszej

jako

ś

ci. Mangan obni

ż

a zawarto

ść

tlenku

ż

elaza

FeO

w stali, jednak nie na tyle, aby zapobiec

reakcji:

CO

Fe

C

FeO

+

→

+

Reakcj

ę

t

ę

powoduje spadek rozpuszczalno

ś

ci

FeO

w płynnej stali, przy temperaturze

krzepni

ę

cia. Wydzielaj

ą

si

ę

wi

ę

c gazy

CO

, co powoduje tzw. wrzenie wlewka w miar

ę

obni

ż

ania

si

ę

temperatury, zag

ę

szczania stali i zatrzymaniu w krzepn

ą

cej stali p

ę

cherzyków

CO

.

Wn

ę

trze wlewka jest całkowicie wypełnione p

ę

cherzykami gazu i ten półfabrykat idzie do obróbki

walcowniczej. Nast

ę

puje zgniecenie (otrzymujemy struktur

ę

włóknist

ą

), sklejenie i zduszenie

p

ę

cherzyków, zawalcowanie ich. Je

ś

li obci

ąż

ymy element prostopadle do kierunku walcowania

to stal ulega szybkiemu rozwarstwieniu, gdy

ż

wytrzymało

ść

jej jest mniejsza ani

ż

eli po kierunku

walcowania. Obni

ż

a to wytrzymało

ść

znacznie i mo

ż

na przyj

ąć

,

ż

e rozwarstwienie jest gro

ź

ne dla

odpowiedniego poziomu produkcji; dla stali nieuspokojonych granica obci

ąż

e

ń

wynosi powy

ż

ej

50% no

ś

no

ś

ci danej stali. Stal ta jest podatna na spaczenie, wytrzymało

ść

wzrasta, ale cechy

plastyczne jak udarno

ść

i ci

ą

gliwo

ść

b

ę

d

ą

si

ę

pogarszały. Stal ta jest najta

ń

sza poniewa

ż

mamy

najkrótszy proces wytwarzania i najwi

ę

kszy odzysk, uzyskujemy pełn

ą

obj

ę

to

ść

formy,

poniewa

ż

du

ż

e siły rozpr

ęż

ne gazu redukuj

ą

efekt skurczu.

KONSTRUKCJE STALOWE

11

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.5.2.

Stal półuspokojona

Po wst

ę

pnym odtlenieniu manganem, dodajemy krzem (0,15% krzemu). Uzyskujemy w ten

sposób lepsze uspokojenie otrzymuj

ą

c stal półuspokojon

ą

, która jest bardziej odporna

na rozwarstwienie. Jednak przy pełnym obci

ąż

eniu rozwarstwienie mo

ż

e wyst

ą

pi

ć

.

Dodanie krzemu powoduje ze p

ę

cherzyków jest mniej, co ogranicza reakcje

CO

.

Wlewek po zakrzepni

ę

ciu b

ę

dzie odstawał nieco od

ś

ciany, wyst

ą

pi efekt skurczu,

bo nie ma pełnej rekompensaty silami rozpr

ęż

nymi gazu.

3.5.3.

Stal uspokojona

Wi

ę

kszy dodatek krzemu (0,35%) i aluminium (0,15%) powoduje pełne odtlenienie.

Je

ż

eli glin pozostanie we wlewku po skrzepni

ę

ciu w postaci metalicznej, drobnej, sproszkowanej,

w

ś

ladowych ilo

ś

ciach rz

ę

du setnych procenta, powoduj

ą

ze uzyskamy stal o strukturze

drobnoziarnistej, równomiernej. Odtlenienie całkowite powoduje brak p

ę

cherzyków gazów,

a zatem nie ma kompensacji sił skurczu. Wyst

ę

puj

ą

du

ż

e skurcze na poboczu i na dnie.

Wynikiem skurczu jest jama obsadowa.
Jest to stal najlepsza, nadaj

ą

ca si

ę

na obci

ąż

enia dynamiczne.

3.6 Obróbka cieplna stali:

Obróbki termiczne stanowi

ą

istotny sposób poprawy wła

ś

ciwo

ś

ci stali. W obróbkach cieplnych mo

ż

na

zmienia

ć

wła

ś

ciwo

ś

ci stali w stosunkowo du

ż

ym zakresie.

Jest to zespół zabiegów termicznych, zmieniaj

ą

cych struktur

ę

stopów, a zatem jej wła

ś

ciwo

ś

ci

mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Zmiany te dokonywane s

ą

w znacznych granicach

(nawet do 200% wytrzymało

ś

ci)

Z ró

ż

nych zabiegów termicznych w budownictwie najcz

ęś

ciej wykorzystywane s

ą

:

-

Wy

ż

arzanie

-

Hartowanie

-

Odpuszczanie

-

Przesycanie

KONSTRUKCJE STALOWE

12

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.6.1.

Wy

ż

arzanie

Polega na nagrzaniu materiału do okre

ś

lonej temperatury, wygrzaniu na wskro

ś

przez czas

dostatecznie długi i ochłodzeniu

1. wy

ż

arzanie normalizuj

ą

ce – przywracanie stanu normowego polega na nagrzaniu stali

do obszaru austenitu (ok. 900°C), wygrzaniu w tej t emperaturze przez czas dostatecznie długi
i ostudzeniu w spokojnym powietrzu. W efekcie uzyskujemy struktur

ę

równomiern

ą

, drobn

ą

,

co wpływa na ujednolicenie i polepszenie wła

ś

ciwo

ś

ci mechanicznych.

2. warunki odpr

ęż

aj

ą

ce – ma ono na celu usuni

ę

cie napr

ęż

e

ń

własnych np. od przeróbek

plastycznych na gor

ą

co lub zimno, spawania, kucia itp. bez wyra

ź

nych zmian strukturalnych.

Stal podgrzewa si

ę

do temperatury < 650°C, wygrzewa si

ę

, nast

ę

pnie studzi najlepiej z całym

piecem (do 2 tygodni).

Temperatura wy

ż

arzania powinna by

ć

wi

ę

ksza od temperatury, w której wytrzymało

ść

stali znacznie si

ę

obni

ż

a, a rosn

ą

jej cechy plastyczne, co umo

ż

liwia wyzwolenie

napr

ęż

e

ń

plastycznych poprzez wewn

ę

trzne odkształcenia plastyczne.

3. warunki rekrystalizuj

ą

ce – wy

ż

arzanie to ma na celu usuni

ę

cie zjawiska zgniotu

(zniszczenia siatki krystalicznej w wyniku przekroczenia granicy plastyczno

ś

ci na zimno,

czyli w temperaturze otoczenia). Wy

ż

arzanie to stosujemy po zabiegach kucia, walcowania,

tłoczenia i przeci

ą

gania – na zimno. Ju

ż

podgrzanie do 200-300°C daje zmiany

w zgniecionym materiale, nast

ę

puje cz

ęś

ciowa rekrystalizacja, czyli regeneracja siatki

krystalograficznej zmienionej przez zgniot. Efektem jest zmniejszenie napr

ęż

e

ń

i cz

ęś

ciowy

nawrót do własno

ś

ci materiału nie zgniecionego. W temperaturze wy

ż

szej, czyli temperaturze

rekrystalizacji (ok. 600 - 700°C) równej 0,4 temper atury topnienia nast

ę

puj

ą

istotne zmiany,

gdy

ż

zaczynaj

ą

si

ę

tworzy

ć

nowe o

ś

rodki krystalizacji i wokół nich, kosztem zgniecionych

narastaj

ą

nowe kryształy, osi

ą

gaj

ą

c niekiedy rozmiary wi

ę

ksze ni

ż

przed zgniotem.

Zjawiska zachodz

ą

ce

poni

ż

ej

temperatury

rekrystalizacji

nazywane

s

ą

nawrotem

(cz

ęś

ciowe 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 powy

ż

ej A3 (–>na wykresie

ż

elazo-w

ę

giel 900°C)

dla stali podeutektoidalnych lub powy

ż

ej A1 (723°C) dla stali nadeutektoidalnych i wygrza niu

w niej na wskro

ś

celem uzyskania struktury austenitycznej w stalach podeutektoidalnych

lub austenityczno-cementytowej w stalach nadeutektoidalnych i nast

ę

pnie szybkim ostudzeniu

olejem.
Cementyt jest twardym weglikiem

ż

elaza.

Celem hartowania jest otrzymanie struktury martenzytycznej (blaszkowej – bardzo twardej),
zapewniaj

ą

cej

stali

du

żą

twardo

ść

,

wytrzymało

ść

i

odporno

ść

na

ś

cieranie.

W stalach nadeutektoidalnych otrzymuje si

ę

struktur

ę

martenzytyczn

ą

z nierozpuszczonym

cementytem.
Satysfakcjonuj

ą

ce efekty hartowania uzyskuje si

ę

w stalach o wy

ż

szych zawarto

ś

ciach w

ę

gla

ni

ż

0,25%.

Nie jest celem hartowania podwy

ż

szenie wytrzymało

ś

ci stali (osi

ą

gamy to innymi drogami),

gdy

ż

podniesienie wytrzymało

ś

ci, wi

ąż

e si

ę

z jeszcze wi

ę

kszym zmniejszeniem cech

plastycznych stali.

KONSTRUKCJE STALOWE

13

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

3.6.3.

Odpuszczanie

Jest

to

zabieg

stosowany

zasadniczo

do

przedmiotów

uprzednio

zahartowanych.

Słu

ż

y on polepszeniu własno

ś

ci plastycznych przy jednoczesnym usuni

ę

ciu napr

ęż

e

ń

pohartowniczych. Warto

ść

temperatury odpuszczania to 150 – 650°C, czyli zaw sze poni

ż

ej

temperatury A1.
Ju

ż

w 150°C nast

ę

puj

ą

pierwsze zmiany w materiale i zale

ż

nie od temperatury rozró

ż

nia

si

ę

odpuszczanie:

-

niskie (150 – 250°C)

-

ś

rednie (250 - 450°C)

-

wysokie (450 - 650°C)

Zale

ż

nie od potrzeby je

ż

eli b

ę

d

ą

obci

ąż

enia dynamiczne czy kwazi-dynamiczne b

ę

dziemy

odpuszczali wysoko do temperatury 650°C (zawsze ta temperatura musi by

ć

ni

ż

sza od 723°C)

3.6.4.

Przesycanie

Polega ono na nagrzaniu stali do temperatury, w której jeden b

ą

d

ź

wi

ę

cej składników przechodzi

do roztworu stałego (bez przemiany alotropowej), wygrzaniu w tej temperaturze i nast

ę

pnie

szybkim ochłodzeniu. W stalach mi

ę

kkich usuwa si

ę

w ten sposób cementyt 3-cio rz

ę

dowy

umieszczony na granicach ziaren ferrytu (cz

ęść

mi

ę

kka stali). Stal nagrzewa si

ę

do temperatury

600-680°C wygrzewa do przegrzania na wskro

ś

i nast

ę

pnie studzi w oleju. Dzi

ę

ki podgrzaniu

cementyt rozpuszcza si

ę

w ferrycie, a w skutek przyspieszonego chłodzenia, nie mo

ż

e si

ę

z niego

wydzieli

ć

. Powstaje wiec przesycony ferryt, co powoduje,

ż

e stal jest bardziej mi

ę

kka i plastyczna.

Ta struktura roztworu stałego nie jest jednak trwała i łatwo daje si

ę

wytraci

ć

z równowagi.

Wydzielanie si

ę

z roztworu przesyconego, składnika przesycaj

ą

cego pod postaci

ą

drobnej drugiej

fazy nazywa si

ę

starzeniem.

Rozró

ż

nia si

ę

:

-

starzenie naturalne – przebiegaj

ą

ce przez dłu

ż

szy okres czasu

-

starzenie sztuczne – przez wy

ż

arzanie starzej

ą

ce

Obróbka

cieplna

składaj

ą

ca

si

ę

z przesycania

i

nast

ę

pnie

starzenia

nosi

nazw

ę

utwardzania dyspersyjnego (wydzielania składnika twardego ze stali mi

ę

kkiej jako drobnej

drugiej fazy).

3.6.5.

Starzenie

Starzenie jest to zjawisko wydzielania si

ę

składnika przesycaj

ą

cego z ferrytu. Stal zmienia swe

własno

ś

ci, staje si

ę

twardsza, bardziej wytrzymała lecz jednocze

ś

nie mniej ci

ą

gliwa i krucha.

Przyczyna starzenia le

ż

y w zmiennej rozpuszczalno

ś

ci niektórych ciał w ferrycie, w zale

ż

no

ś

ci

od temperatury.

Ciałami starzej

ą

cymi s

ą

tu:

-

w

ę

giel

-

azot

-

tlen

Skłonno

ść

do starzenia zwi

ę

ksza si

ę

po przekroczeniu granicy plastyczno

ś

ci na zimno,

czyli w przypadku

zgniotu

(cz

ęś

ciowym

zniszczeniu

siatki

krystalicznej).

W normalnej temperaturze

proces

starzenia

naturalnego

przebiega

bardzo

długo,

jednak po podgrzaniu do temperatury 250 – 350°C pro ces znacznie si

ę

przyspiesza powoduj

ą

c

pogorszenie jako

ś

ci stali.

KONSTRUKCJE STALOWE

14

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Ochrona przed starzeniem

polega

na

zmniejszeniu

zawarto

ś

ci

składników,

o zmiennej rozpuszczalno

ś

ci w ferrycie, czyli tych które wchodz

ą

i wychodz

ą

buforowo

oraz na dodaniu pierwiastków, które ł

ą

cz

ą

si

ę

chemicznie z ciałami wywołuj

ą

cymi starzenie,

tworz

ą

c zwi

ą

zki bardziej rozpuszczalne w ferrycie, albo nie rozpuszczalne w nim.

Tymi pierwiastkami zapobiegaj

ą

cymi s

ą

najcz

ęś

ciej (czyli te pierwiastki, które s

ą

stosowane

dla uspokojenia stali):

-

mangan

-

krzem

-

tytan

-

aluminium

Stal uspokojona za pomoc

ą

glinu i krzemu w zasadzie nie wykazuje skłonno

ś

ci do starzenia.

Podczas spawania temperatury 200 – 350°C s

ą

osi

ą

gane w znacznych obszarach elementów

i tam mo

ż

e nast

ą

pi

ć

starzenie. Tam gdzie wyst

ę

puje du

ż

o spawania w konstrukcji, nie ma mowy

o zastosowaniu stali półuspokojonej. Wył

ą

cznie stosujemy stal uspokojon

ą

.

KONSTRUKCJE STALOWE

15

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

4. Charakterystyczne wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne stali

Własno

ś

ci mechaniczne, s

ą

to cechy zwi

ą

zane z wytrzymało

ś

ci

ą

materiału na działanie ró

ż

nego

rodzaju sił zewn

ę

trznych, s

ą

kryterialnymi wielko

ś

ciami w doborze materiałów. Poznanie własno

ś

ci

materiałów nie jest wystarczaj

ą

ce do oceny ich przydatno

ś

ci do okre

ś

lonego celu. Niezb

ę

dne jest

tu jeszcze poznanie wpływu ró

ż

nych czynników, np. temperatury, czasu, sposobu i wielko

ś

ci

obci

ąż

enia, kształtu i wymiarów przedmiotu, na zmiany tych własno

ś

ci.

Metody bada

ń

własno

ś

ci mechanicznych mo

ż

emy podzieli

ć

na dwie grupy:

-

własno

ś

ci technologiczne, decyduj

ą

ce o przydatno

ś

ci materiałów do okre

ś

lonej

obróbki

-

własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe, do wyznaczania, których niezb

ę

dna jest znajomo

ść

siły

lub momentu sił, jako jednej z wielko

ś

ci mierzonych podczas badania. Wyniki bada

ń

s

ą

wykorzystywane przez konstruktorów w procesie projektowania elementów

konstrukcyjnych.

4.1 Wytrzymało

ść

stali:

Wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie. W statycznej próbie rozci

ą

gania znormalizowan

ą

próbk

ę

wykonan

ą

z badanego materiału o stałym przekroju

o

S

poddaje si

ę

działaniu sił rozci

ą

gaj

ą

cych F skierowanych

wzdłu

ż

osi pr

ę

ta. Wówczas w dowolnym przekroju prostopadłym do kierunku działania siły powstan

ą

napr

ęż

enia rozci

ą

gaj

ą

ce

σ

(sigma), których warto

ść

oblicza si

ę

wg wzoru









=

2

0

mm

N

S

F

σ

Napr

ęż

enia powoduj

ą

wydłu

ż

enie wzgl

ę

dne materiału o wielko

ść

ε

(epsilon)

0

L

L

∆

=

ε

gdzie:

L

∆

— przyrost długo

ś

ci próbki,

0

L

— długo

ść

pomiarowa próbki.

KONSTRUKCJE STALOWE

16

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

4.1.1.

Wykres zale

ż

no

ś

ci napr

ęż

enia od odkształcenia stali

e

R

–

fizyczna granica plastyczno

ś

ci (Fe/S0)









=

2

0

mm

N

S

F

R

e

e

eH

R

–

górna

eL

R

–

dolna

2

,

0

R

–

umowna granica plastyczno

ś

ci,

(przy

%

2

,

0

=

ε

, gdy brak wyra

ź

nej)

m

R

–

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie,









=

2

0

mm

N

S

F

R

m

m

U

R

–

napr

ęż

enie zrywaj

ą

ce









=

2

mm

N

S

F

R

U

U

U

E

–

moduł Younga (w zakresie liniowo-spr

ęż

ystym)

[

]

MPa

E

ε

σ

∆

∆

=

KONSTRUKCJE STALOWE

17

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

5 – 6

6

6 – 7

7

0 – 1

-

przyjmujemy jako lini

ę

prost

ą

; ciało idealne

1 – 2

-

lekko krzywoliniowy, jednostkowy wzrost napr

ęż

e

ń

; towarzyszy mu wzrost

ε

2 – 3

-

dalsze zakrzywianie, wi

ę

ksza intensywno

ść

3 – 4 – 5

-

plastyczne płyni

ę

cie próbki

5 - 6

-

okres wzmocnienia lub samowzmocnienia stali, czyli nast

ę

puje na nowo

przywrócenie zdolno

ś

ci do przenoszenia wi

ę

kszych obci

ąż

e

ń

. Odkształcenia zaczynaj

ą

by

ć

bardzo du

ż

e, do 20%. Stal do punktu

5

jest materiałem o modelu spr

ęż

ysto plastycznym.

4.1.2.

Opis

W pocz

ą

tkowym okresie rozci

ą

gania przy znacznym wzro

ś

cie warto

ś

ci siły obserwuje si

ę

nieznaczny przyrost długo

ś

ci próbki. Powstaj

ą

ce pod wpływem działania siły rozci

ą

gaj

ą

cej

odkształcenia maj

ą

charakter spr

ęż

ysty. Je

ż

eli jednak siła wzro

ś

nie ponad pewn

ą

warto

ść

,

to pojawi

ą

si

ę

odkształcenia trwałe. Znaczy to,

ż

e została przekroczona granica spr

ęż

ysto

ś

ci

i,

ż

e w materiale powstały nie tylko odkształcenia spr

ęż

yste, lecz równie

ż

i odkształcenia

plastyczne.

Granic

ę

spr

ęż

ysto

ś

ci

sp

R

okre

ś

la teoretycznie najwi

ę

ksza warto

ść

napr

ęż

enia, przy której

nie wyst

ę

puje jeszcze odkształcenie trwałe









=

2

0

mm

N

S

F

R

sp

sp

Wyznaczenie w praktyce granicy spr

ęż

ysto

ś

ci jest bardzo trudne. Z tego powodu w celu

okre

ś

lenia napr

ęż

e

ń

powoduj

ą

cych odkształcenia trwałe mo

ż

na posługiwa

ć

si

ę

tzw. umown

ą

granic

ą

plastyczno

ś

ci, wyznaczon

ą

przy odkształceniu trwałym wynosz

ą

cym

0,2% dla stali twardej (0,01% dla stali mi

ę

kkiej) z wzoru:









=

3

0

2

,

0

2

,

0

mm

N

S

F

R

KONSTRUKCJE STALOWE

18

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Poczynaj

ą

c od warto

ś

ci siły

e

F

przyrostowi długo

ś

ci próbki ze stali mi

ę

kkiej nie towarzyszy

dalszy wzrost siły. Przeciwnie, czasem obserwuje si

ę

jej zmniejszenie.

Tylko niektóre materiały daj

ą

na wykresach rozci

ą

gania gwałtowne załamanie krzywej.

Wiele materiałów daje wykresy, na których zmiany nachylenia krzywej nast

ę

puj

ą

łagodnie,

bez ostrych załama

ń

(rys. 7b).

Dla wyznaczenia umownej granicy plastyczno

ś

ci dla tych materiałów przyjmuje si

ę

tak

ą

warto

ść

siły

F

, przy której osi

ą

ga si

ę

odkształcenie trwałe okre

ś

lonej warto

ś

ci.

Zwykle przyjmuje si

ę

do tego celu warto

ść

wydłu

ż

enia trwałego wynosz

ą

c

ą

0,2%, obliczon

ą

z zale

ż

no

ś

ci

%

100

0

⋅

∆

L

L

Po przekroczeniu napr

ęż

e

ń

odpowiadaj

ą

cych granicy plastyczno

ś

ci wydłu

ż

enie próbki

wzrasta znacznie, mimo

ż

e przyrosty siły s

ą

niewielkie. W pewnej chwili siła osi

ą

ga najwi

ę

ksz

ą

warto

ść

m

F

. Od tej chwili jej warto

ść

maleje do

u

F

, kiedy to nast

ę

puje zerwanie próbki.

Pocz

ą

tkowo próbka wydłu

ż

a si

ę

równomiernie. Po osi

ą

gni

ę

ciu najwi

ę

kszego obci

ąż

enia

m

F

w pewnym miejscu próbki zaczyna si

ę

tworzy

ć

zw

ęż

enie zwane szyjk

ą

. Dalsze rozci

ą

ganie

powoduje szybkie wydłu

ż

enie si

ę

próbki w miejscu zw

ęż

enia.

Stosunek siły

m

F

do pierwotnego przekroju próbki

0

S

nazywa si

ę

wytrzymało

ś

ci

ą

na rozci

ą

ganie i oznacza symbolem

m

R









=

2

0

mm

N

S

F

R

m

m

Na podstawie wyników próby rozci

ą

gania mo

ż

na okre

ś

li

ć

nie tylko wytrzymało

ś

ciowe

własno

ś

ci materiału, lecz równie

ż

i plastyczne (wydłu

ż

enie i przew

ęż

enie).

Wzgl

ę

dne wydłu

ż

enie procentowe próbki po zerwaniu wyra

ż

a si

ę

stosunkiem przyrostu długo

ś

ci

pomiarowej próbki do jej pierwotnej długo

ś

ci.

%

100

%

100

0

0

0

⋅

−

=

⋅

∆

=

L

L

L

L

L

A

u

gdzie:

u

L

–

długo

ść

pomiarowa po zerwaniu,

0

L

–

pierwotna długo

ść

pomiarowa.

Przew

ęż

enie

okre

ś

la

stosunek

ró

ż

nicy

powierzchni

przekroju

pocz

ą

tkowego

próbki

0

S

i powierzchni

u

S

,

do przekroju pocz

ą

tkowego

0

S

%

100

0

0

⋅

−

=

S

S

S

Z

u

Stal mi

ę

kka

-

stal wykazuj

ą

ca półk

ę

plastyczna, ma wyra

ź

n

ą

granice plastyczno

ś

ci

powoduj

ą

c

ą

plastyczne płyni

ę

cie. Wydłu

ż

enie przy zerwaniu od 18 – 25, 30, 35 %.

Przed zerwaniem wyst

ę

puj

ą

odkształcenia, które s

ą

widoczne, które s

ą

sygnalizowane.

KONSTRUKCJE STALOWE

19

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Stal twarda

-

nie posiada półki plastycznej, jest mniej ci

ą

gliwa i ma wy

ż

sza

wytrzymało

ść

dlatego wykres musi i

ść

powy

ż

ej granicy plastyczno

ś

ci stali mi

ę

kkiej.

Wydłu

ż

enie przy zerwaniu wynosi od 7 – 14, 16%. Nie posiada rezerwy plastycznej

na przemieszczenie, wydłu

ż

enie, dostosowanie si

ę

.

4.1.3.

Definicje granic

Definicj

ą

granicy s

ą

napr

ęż

enia!!!

Granica proporcjonalno

ś

ci

H

σ

(granica stosowalno

ś

ci prawa Hooke'a ) jest to taka

graniczna warto

ść

napr

ęż

enia, do osi

ą

gni

ę

cia której przyrostom wydłu

ż

enia jednostkowego

odpowiadaj

ą

proporcjonalne przyrosty napr

ęż

e

ń

, czyli:

const

=

∆

∆

ε

σ

Oznacza to,

ż

e wykres rozci

ą

gania jest do momentu osi

ą

gni

ę

cia granicy proporcjonalno

ś

ci lini

ą

prost

ą

.

Granica plastyczno

ś

ci

–

warto

ść

napr

ęż

enia po osi

ą

gni

ę

ciu którego stal wydłu

ż

a si

ę

w sposób znaczny. Górna granica plastyczno

ś

ci stali mi

ę

kkiej

eH

R

odpowiada chwilowemu

wzrostowi napr

ęż

enia, zanim jeszcze nast

ą

pi płyni

ę

cie plastyczne materiału.

Po osi

ą

gni

ę

ciu

eH

R

stal odkształca si

ę

płyn

ą

c plastycznie bez wzrostu obci

ąż

enia.

Tak si

ę

dzieje przez

pewien

okres

trudny

do

matematycznego

zdefiniowania.

Po okresie płyni

ę

cia, przemieszczania si

ę

ziaren, kryształów, przecinania, niszczenia siatki

krystalograficznej, nast

ę

puje zakleszczenie, zatrzymanie tych odkształce

ń

. Stal po osi

ą

gni

ę

ciu

pewnych napr

ęż

e

ń

wydłu

ż

a si

ę

, płynie i nast

ę

puje zahamowanie. Stal na nowo jest zdolna

do przeniesienia nowych, wi

ę

kszych obci

ąż

e

ń

. Granica plastyczno

ś

ci to nie jest płyni

ę

cie stali

i wył

ą

czenie si

ę

z no

ś

no

ś

ci. Ona płynie, odkształca si

ę

, ale pod wpływem wyst

ę

puj

ą

cych

napr

ęż

e

ń

. Je

ś

li damy lekki impuls obni

ż

enia nast

ą

pi zahamowanie.

Pocz

ą

tek półki plastycznej

wyst

ę

puje

przy

odkształceniu

próbki

od

0,12

–

0,18%;

koniec przy odkształceniu 1,5%.

Granica plastyczno

ś

ci to napr

ęż

enie odpowiadaj

ą

ce odkształceniu. Jest to najwa

ż

niejsza granica

bowiem do niej odnosimy wszystkie sprawy obliczeniowe, zarówno w zakresie napr

ęż

e

ń

plastycznych, spr

ęż

ysto – plastycznych.

Granica wytrzymało

ś

ci

–

jest to najwi

ę

ksze napr

ęż

enie przy zerwaniu próbki.

Nast

ę

puje szybkie gwałtowne przew

ęż

enie próbki. Je

ś

li próbka jest okr

ą

gła to wchodzi

w sferyczny układ walca.

4.2 Udarno

ść

stali

Udarno

ść

stali to odporno

ść

, wytrzymało

ść

na uderzenia lub nagłe zginania.

Udarno

ść

zale

ż

y od:

-

składu

-

wzajemnej relacji składników stali

-

temperatury (wraz ze spadkiem temperatury spada udarno

ść

)

-

spawania (wprowadza napr

ęż

enia pospawalnicze i obni

ż

enie cech plastycznych)

KONSTRUKCJE STALOWE

20

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Zale

ż

nie od sposobu obci

ąż

enia mo

ż

na wyró

ż

ni

ć

udarowe:

-

rozci

ą

ganie

-

ś

ciskanie

-

skr

ę

canie

-

zginanie

4.2.1.

Badanie udarno

ś

ci

Wynik badania udarowego zginania nazywa si

ę

udarno

ś

ci

ą

. Do badania stosuje si

ę

próbk

ę

w postaci pr

ę

ta o przekroju kwadratowym. Na jednym z jej boków naci

ę

ty jest karb ułatwiaj

ą

cy

p

ę

kni

ę

cie próbki podczas badania; wymiary próbki oraz wymiary karbu okre

ś

la norma.

Przyrz

ą

d do okre

ś

lania udarno

ś

ci nazywa si

ę

młotem udarno

ś

ciowym.

Najcz

ęś

ciej stosuje si

ę

-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 gł

ę

boko

ś

ci 2 mm pod katem 45°.

Jedna

ś

ciana jest podci

ę

ta (tylna) młot uderza od strony nie podci

ę

tej. Młot przechodzi, łamie

próbk

ę

i po przej

ś

ciu ró

ż

nica wysoko

ś

ci decyduje o warto

ś

ci pracy, która została zu

ż

yta

na złamanie próbki. Udarno

ść

okre

ś

lamy poprzez ubytek energii i prace potrzebna zu

ż

yta

na złamanie próbki – tzw. próg udarno

ś

ciowy.

4.2.2.

Odmiany plastyczno

ś

ci

Wg ISO stosuje si

ę

nast

ę

puj

ą

ce odmiany plastyczno

ś

ci:

A – dotyczy elementów nie badanych udarno

ś

ciowo

B – 20°C
C – 0°C
D – -20°C
E – -50°C

KONSTRUKCJE STALOWE

21

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Dla stali w

ę

glowych pospolitych jako

ś

ci próg udarno

ś

ciowy wynosi 35 J/cm

2

.

Udarno

ść

stali zale

ż

y od składu chemicznego. Zwi

ę

kszenie w

ę

gla daje zwi

ę

kszenie twardo

ś

ci

i pogorszenie cech plastycznych.

Spawanie obni

ż

a udarno

ść

. Im wi

ę

cej w

ę

gla tym wi

ę

ksze trudno

ś

ci ze spawaniem.

Zawarto

ść

w

ę

gla w stalach mi

ę

kkich budowlanych 0,22-0,23%, w stalach twardych 0,07%.

Dla stali niskostopowych o podwy

ż

szonej wytrzymało

ś

ci mamy podwy

ż

szone rygory dla progu

udarno

ś

ciowego – 50 J/cm

2

AA – dotyczy elementów nie badanych udarno

ś

ciowo

BB – 20°C
CC – 0°C
DD – -20°C
EE – -50°C

Dla stali o zastosowaniach w niskich temperaturach (dla stali kriogenicznych) stosujemy odmiany
plastyczno

ś

ci:

F – -80°C
G – -120°C
H – -160°C

Poni

ż

ej tych temperatur wytrzymuj

ą

stopy aluminium (nawet do -240°C)

4.3 Spawalno

ść

stali:

Nie ma stali niespawalnych. Ka

ż

da stal jest spawalna, je

ż

eli przez spawanie rozumiemy roztopienie

i zakrzepni

ę

cie; tworzy si

ę

jednolity twór, który jest w stanie przenie

ść

obci

ąż

enia.

Mog

ą

wyst

ę

powa

ć

ró

ż

ni

ą

ce si

ę

walory danego procesu spawania. Stale normalne przy zwykłym

spawaniu b

ę

d

ą

przyzwoicie pracowały. Spawalno

ść

stali o wy

ż

szych wytrzymało

ś

ciach b

ę

dzie

utrudniona. Stale o zdecydowanie wy

ż

szych wytrzymało

ś

ciach osi

ą

gn

ą

nie do zaakceptowania

warto

ś

ci obni

ż

enia napr

ęż

e

ń

i no

ś

no

ś

ci.

Dla poszczególnych rodzajów stali opracowane s

ą

indywidualne technologie wykonywania poł

ą

cze

ń

spawanych, dostosowanych do danego rodzaju stali.

4.3.1.

Warunki spawalno

ś

ci

Spawalno

ść

stali zale

ż

y od:

-

składu stali

Składniki stali, które polepszaj

ą

spawanie:

-

nikiel

Składniki stali, które utrudniaj

ą

spawanie:

-

chrom

-

molibden

-

wanad

-

w

ę

giel (najgorszy składnik – im wi

ę

cej w

ę

gla tym gorsza spawalno

ść

,

tym bardziej pogarszaj

ą

si

ę

cechy plastyczne po spawaniu stali

wysokow

ę

glowych i o wi

ę

kszej zawarto

ś

ci w

ę

gla)

KONSTRUKCJE STALOWE

22

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

grubo

ś

ci elementu

Im element grubszy tym gorsza spawalno

ść

. Spawalno

ść

, struktura, uwłóknienie pogarsza si

ę

przy grubo

ś

ciach powy

ż

ej 4 cm. St

ą

d ograniczenie grubo

ś

ci elementu do 4 cm. Im grubszy

element tym gorsze wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne, nie za dobre walcowanie, inna udarno

ść

.

4.3.2.

Równowa

ż

nik w

ę

gla

Spawalno

ść

opisywana jest przez równowa

ż

nik w

ę

gla. Jest to

E

C

, w którym zapisane s

ą

ró

ż

ne

pierwiastki w stali o udziale ró

ż

no – stopniowym.

Zawarto

ść

w

ę

gla w pełnym zapisie:

C

C

E

=

%

22

C

C

C

E

22

,

0

=

-

je

ż

eli

E

C

38

,

0

<

jest

poni

ż

ej

0,38

to

stal

jest

łatwo

spawalna

(wszystkie zasadnicze metody spawania b

ę

d

ą

mo

ż

liwe do zastosowania,

pod warunkiem odpowiedniej grubo

ś

ci. Te same walory wytrzymało

ś

ciowe

uzyskamy przy zwi

ę

kszonej grubo

ś

ci i zmniejszonym równowa

ż

niku w

ę

gla).

-

je

ż

eli

E

C

(

)

42

,

0

;

38

,

0

∈

, to jest to stal spawalna z pewnymi ograniczeniami

-

je

ż

eli

E

C

42

,

0

>

,

to

jest

to

stal

trudno

spawalna.

Wymaga indywidualnych technologii spawania:

1) ograniczenia mocy liniowej łuku
2) ograniczenia szybko

ś

ci przesuwu elektrody

3) wst

ę

pnego podgrzania kraw

ę

dzi

2

15

5

,

,

6

H

Ni

Cu

V

Mo

Cr

Mn

C

C

E

+

+

+

+

+

=

Zarówno

liczniki

jak

i

mianowniki

mog

ą

ulega

ć

zmianie.

Ten zapis mo

ż

e si

ę

zmienia

ć

dla ka

ż

dej stali.

4.4 Twardo

ść

stali:

Twardo

ść

- odporno

ść

stali na wgniatanie twardego materiału (wgniatanie elementów diamentowych,

w

ę

glikowych). Wzrost twardo

ś

ci ł

ą

czy si

ę

ze wzrostem wytrzymało

ś

ci (je

ż

eli chodzi o skład

chemiczny). Poprzez ocen

ę

twardo

ś

ci dochodzimy do wytrzymało

ś

ci stali.

Twardo

ść

stali wzrasta wraz ze wzrostem ilo

ś

ci Cr, Mo, Ni, V i C, jednak te składniki pogarszaj

ą

cechy

plastyczne stali. Mo

ż

emy j

ą

zwi

ę

kszy

ć

równie

ż

poprzez spawanie lub podhartowanie.

Twardo

ść

badamy metod

ą

nie niszcz

ą

c

ą

tzw. młotkiem Poldiego. Za jego pomoc

ą

mo

ż

emy stwierdzi

ć

jaka jest twardo

ść

stali i z twardo

ś

ci przej

ść

na wytrzymało

ść

.

Dla stali w

ę

glowych:

B

m

H

R

36

,

0

=

gdzie:

m

R

–

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

B

H

–

twardo

ść

Brinella

KONSTRUKCJE STALOWE

23

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Dla stali niskostopowych o du

ż

ej zawarto

ś

ci chromu, niklu:

B

m

H

R

34

,

0

=

Bada

ń

nie wolno prowadzi

ć

w bezpo

ś

rednim s

ą

siedztwie spoin i w odległo

ś

ciach nie mniejszych

ni

ż

300 – 500 mm, by nie powstało miejscowe podhartowanie w wyniku wysokich temperatur

przy spawaniu. Nale

ż

y je wykonywa

ć

w miejscach rozrzuconych po obiekcie.

Twardo

ść

badamy poza stref

ą

spawania w odległo

ś

ci 0,5 m lub wi

ę

cej, w kilku ró

ż

nych miejscach.

4.5 Odporno

ść

stali na wysokie temperatury:

4.5.1.

Zachowanie stali w wysokiej temperaturze

Stal nale

ż

y do materiałów ognioochronnych, a nie ognioodpornych (nie pali si

ę

, ale znacznie

zmienia wła

ś

ciwo

ś

ci). Dla wi

ę

kszo

ś

ci stali budowlanych przy podgrzaniu do temperatury 500°C

wytrzymało

ść

stali spada o 50%.

Pocz

ą

tkowo przy podgrzaniu stali do 100°C - 300°C wytrzy mało

ść

stali wzrasta od temperatury

otoczenia, by potem ulec nagłemu załamaniu i w temp. 500°C osi

ą

gn

ąć

50% wytrzymało

ś

ci

(nie dotyczy to stali

ż

aroodpornych).

Moduł spr

ęż

ysto

ś

ci Young’a maleje od temperatury otoczenia w sposób prawie liniowy, w całym

zakresie termicznym, za

ś

granica plastyczno

ś

ci ma bardzo podobny przebieg do wytrzymało

ś

ci

(powoli wzrasta, a potem maleje).
Wydłu

ż

enie stali do 200°C maleje, by po przekroczeniu 200 °C w sposób zdecydowany wzrasta

ć

i w temperaturze 700°C osi

ą

gn

ąć

70%













=

∆

%

70

l

l

4.5.2.

Zabezpieczenie stali przed wysok

ą

temperatur

ą

-

Farby p

ę

czniej

ą

ce, powłoka o grubo

ś

ci 1 – 2 mm; zabezpieczaj

ą

konstrukcj

ę

w ten sposób,

ż

e p

ę

czniej

ą

c tworz

ą

porowat

ą

powłok

ę

, czyli warstw

ę

izolacyjn

ą

.

Zapewnia to ochron

ę

20 – 30 min.

-

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

szamotowej (na zaprawie szamotowej).

-

obetonowanie

Warstwa 3cm betonu (na siatce) daje odporno

ść

1h, stosuje si

ę

te

ż

natryski

z włóknem szklanym na bazie gipsu. Cz

ę

sto na główne elementy no

ś

ne stosuje

si

ę

wła

ś

nie powłoki betonowe lub po prostu słupy

ż

elbetowe.

-

okładziny suche na bazie gipsu (kiedy

ś

na włóknie azbestowym)

-

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

temperatury, chroni stal w sposób wła

ś

ciwy; obudowy te nie daj

ą

reakcji

chemicznych

-

ograniczenie mo

ż

liwo

ś

ci wyst

ą

pienia po

ż

aru

-

wyposa

ż

enie w materiały trudnopalne o małej kaloryczno

ś

ci

-

stosowanie osłon zabezpieczaj

ą

cych przed naporem gor

ą

cych mas powietrza

(np. malowanie farbami ognioochronno-p

ę

czniej

ą

cymi, zabezpieczenie do 20,

30 min)

KONSTRUKCJE STALOWE

24

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

4.6 Korozja stali

Korozja

–

proces niszczenia stali ( i nie tylko). Walka z korozj

ą

jest bardzo droga

(kwoty na walk

ę

z korozja s

ą

to drugie, po zbrojeniach, kwoty wydawane na

ś

wiecie).

4.6.1.

Teorie korozji

W

ś

ród wielu teorii korozji (niszczenia) dla stali najpopularniejsze s

ą

trzy:

1) korozja w wyniku działania kwasu w

ę

glowego

2) korozja w wyniku zmian elektrochemicznych
3) korozja w wyniku zmian czysto chemicznych

Najwi

ę

cej zniszcze

ń

powoduje korozja atmosferyczna, któr

ą

najlepiej opisuje teoria zmian

elektrochemicznych (na poziomie dzisiejszego rozpoznania zagadnie

ń

). Podlega jej 90%

konstrukcji. Wg niej niechroniona powierzchnia stali składa si

ę

z du

ż

ej liczby mikroogniw

galwanicznych. Cz

ą

steczki

Fe

s

ą

anodami, a pozostałe jak mikroskładniki stali, tlenki, zgorzelina,

zendra, rdza, wysady w

ę

glikowe i inne zanieczyszczenia stanowi

ą

katody. Dla działania ogniwa

galwanicznego potrzebny jest elektrolit. Elektrolitem jest wilgo

ć

atmosferyczna.

Cz

ą

steczki

Fe

rozpadaj

ą

si

ę

w elektrolicie na kation

−

2

Fe

i 2 elektrony. Aniony

–

przyci

ą

gane

s

ą

przez stal i szybko utworzyłyby warstw

ę

ochronn

ą

, gdyby nie to,

ż

e z kolei na katodzie

nast

ę

puje rozpad drobin wody na

−

OH

2

i

+

H

2

. Kationy

Fe

ł

ą

cz

ą

si

ę

z

−

OH

2

i tworz

ą

2

)

(OH

Fe

, w postaci jasnego nalotu na anodzie (surowat rdzy). Chwilow

ą

równowag

ę

na anodzie niszcz

ą

atomy tlenu, rozpuszczonego w elektrolicie, powietrza, ł

ą

cz

ą

si

ę

one z

+

H

i tworz

ą

nowe grupy wodorotlenowe

−

OH

. Te za

ś

w poł

ą

czeniu z

2

)

(OH

Fe

tworz

ą

3

)

(OH

Fe

– ciemn

ą

rdz

ę

odstaj

ą

c

ą

ju

ż

od metalu i bardzo porowat

ą

(obj

ę

to

ść

kilka razy wiesza od obj

ę

to

ś

ci

surowców wyj

ś

ciowych). I tak koło si

ę

zamyka. Rdza jest doskonał

ą

katod

ą

w zderzeniu z anod

ą

,

czyli cz

ą

steczkami

Fe

powoduje spot

ę

gowanie procesu korozyjnego.

Rdza – mieszanina tlenków i wodorotlenków.

4.6.2.

Rodzaje korozji

-

wodn

ą

– zwłaszcza na styku woda – powietrze

-

ziemn

ą

-

w wyniku działania pr

ą

dów bł

ą

dz

ą

cych (nihilizacja stalowych konstrukcji,

elementów stalowych)

-

chemiczna

-

napr

ęż

eniowa

-

mi

ę

dzykrystaliczna

Ostatnie dwie s

ą

szczególnie niebezpieczne, bez oznak niszczenia. Proces polega na kruchym

p

ę

kaniu stali, na wytworzeniu warunków do kruchego p

ę

kni

ę

cia. S

ą

to działania w wyniku zmian

pól energetycznych w rozci

ą

ganym materiale (dzieje si

ę

to przy materiale wysoko wyt

ęż

onym),

tworz

ą

si

ę

ostrza elektromagnetyczne które przecinaj

ą

kryształy, ziarna. Nast

ę

puje kruche

p

ę

kni

ę

cie. Obie korozje wynikaj

ą

z ró

ż

nych przyczyn. Korozja napr

ęż

eniowa wynika ze składu

materiału; skład chemiczny przy ró

ż

nych poziomach napi

ę

cia b

ę

dzie powodował ro

ż

ne wpływy.

4.6.3.

Zabezpieczenia antykorozyjne konstrukcji stalowych

-

Stosowanie stali nierdzewnych (nie koroduj

ą

w normalnych warunkach; s

ą

drogie)

-

Zwi

ę

kszanie

odporno

ś

ci

korozyjnej

poprzez

dodatek

miedzi

(zmniejsza wytrzymało

ść

stali)

-

Zabezpieczanie powłokami:

KONSTRUKCJE STALOWE

25

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

•

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

•

Powłoki z tworzyw sztucznych odpowiednich do

ś

rodowiska pracy, powłoki

gumowe

•

Powłoki lakiernicze – farby – jednak powłoki te powinny by

ć

dwuwarstwowe.

Pierwsza powłoka składa si

ę

z 2-3 warstw podkładowych stanowi

ą

cych wła

ś

ciwe

zabezpieczenie przed korozj

ą

. S

ą

to farby na bazie minii ołowianej lub cynkorów

i cynkanów. S

ą

to farby pasywuj

ą

ce podło

ż

e, które musz

ą

si

ę

charakteryzowa

ć

bardzo du

żą

przyczepno

ś

ci

ą

do podło

ż

a.

Druga powłoka – farby nawierzchniowe (2-3 warstwy), najcz

ęś

ciej olejne,

chlorokauczukowe i podobne, kompatybilne z podkładem; stanowi

ą

ochron

ę

farb

podkładowych przed uszkodzeniem mechanicznym i bezpo

ś

rednim działaniem

korozji chemicznej.

Ka

ż

da kolejna warstwa powinna by

ć

nakładana po całkowitym

wyschni

ę

ciu poprzedniej (im grubsza warstwa tym wi

ę

kszy skurcz –

powstaj

ą

p

ę

kni

ę

cia)

Malowanie powinno odbywa

ć

si

ę

w hermetycznie zamkni

ę

tym

pomieszczeniu, w stałej temperaturze, stałej, mo

ż

liwie najni

ż

szej

wilgotno

ś

ci powietrza

Ka

ż

da z warstw powinna by

ć

w innym kolorze, w okre

ś

lonej ilo

ś

ci

i rodzaju farby (podanym przez projektanta)..

Grubo

ść

pojedynczej warstwy wynosi 30 – 35 mikrometrów

Sumaryczna grubo

ść

warstw wynosi 150 – 200 mikrometrów

przy 6 warstwach

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

Dobrze wykonane powłoki zabezpieczaj

ą

nawet na 20 lat.

4.6.4.

Stopnie oczyszczenia powierzchni malowanych

I stopie

ń

– (najwy

ż

szy st. czysto

ś

ci) – uzyskiwany przez

ś

rutowanie lub piaskowanie;

powierzchnia jednolita, metaliczna, srebrzysta;

II stopie

ń

– uzyskiwany przez nie do ko

ń

ca doprowadzone

ś

rutowanie i piaskowanie

w poł

ą

czeniu z czyszczeniem r

ę

cznym i opalaniem; powierzchnia mo

ż

e by

ć

matowa,

szara, a nawet brunatno-szara jednak bez rdzy, zgorzeliny, zendry i innych
zanieczyszcze

ń

.

Dopuszcza si

ę

miejscowe wyst

ę

powanie szarych tlenków silnie przylegaj

ą

cych

do podło

ż

a (max 10%, powierzchni, powierzchnia pojedynczej plamki nie wi

ę

ksza

ni

ż

0,2 cm

2

); powierzchnia poci

ą

gni

ę

ta suchym p

ę

dzlem nie mo

ż

e pyli

ć

III stopie

ń

– czyszczenie mechaniczno-r

ę

czne; powierzchnia niejednolita, brunatno - szara,

ale bez rdzy i zgorzeliny lu

ź

no przylegaj

ą

cej do podło

ż

a.

Dopuszczalne miejscowe plamy zgorzeliny silnie przylegaj

ą

cej.

KONSTRUKCJE STALOWE

26

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

5. Stale stosowane w budownictwie

5.1 Rodzaje stali

1) Stale

w

ę

glowe

zwykłej

jako

ś

ci

(St30)

–

na

elementy

niewymiarowane

(drugo i trzeciorz

ę

dne) i w obiektach tymczasowych, na małe obci

ąż

enia

2) Stale w

ę

glowe wy

ż

szej jako

ś

ci – to głównie stale grupy St3 (St3S – uspokojona, St3SX –

nieuspokojona, St3SY – półuspokojona, St3V, St3W)

3) Stale mi

ę

kkie budowlane – stale grupy St4 (St4W, St4V, St4VX, St4VY) – wykazuj

ą

półk

ę

plastyczn

ą

.

4) Stale niskostopowe o podwy

ż

szonych i wysokich wytrzymało

ś

ciach – to głównie stale

z grupy 15G(15GA, 15GAV, 15G2VA) oraz grupy 18G(18G2, 18G2A, 18G2AV, 18G2VA) -
charakteryzuj

ą

si

ę

pewnymi ograniczeniami zwi

ą

zanymi z udarno

ś

ci

ą

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

ś

ci

(powy

ż

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

6) Stale o podwy

ż

szonej odporno

ś

ci na korozj

ę

– odpowiedniki stali COR – TEN

(za granic

ą

), 10H (w Polsce); koroduj

ą

w ten sposób,

ż

e szybko tworz

ą

warstwy tlenków

(co

ś

w rodzaju patyny na miedzi); dobra ochrona przed korozj

ą

elektrochemiczn

ą

(nie mo

ż

e wyst

ą

pi

ć

ś

cieranie konstrukcji, bo korozja wchodzi w gł

ą

b)

Stale specjalne
St2N, St44N

– stosowane na nity,

St3M

– stosowane na mosty, o zmiennej dynamice

St44GS, 60GS
D90

– stal wysokow

ę

glowa, (wytrzymało

ść

do 240 kN/cm2 – 10 razy

wytrzymalsza od zwykłej; na struny do spr

ęż

ania),

45S

– stal wysokokrzemowa – w drutach o

∅

1,2 – 1,5 mm, dobra wytrzymało

ść

7) Stale

ż

aroodporne

8) Stale kwasoodporne – stal gorzej spawalna, bardziej wytrzymała, o wi

ę

kszej krucho

ś

ci

im wi

ę

kszy udział granicy plastyczno

ś

ci na rozci

ą

ganie

5.2 Walcowanie

Walcowanie ulepsza struktur

ę

(staje si

ę

włóknista). Ok. 90% stali idzie do obróbki walcowniczej:

-

Walcowania na gor

ą

co

-

Walcowania na zimno

5.2.1.

Produkcja walcownicza na gor

ą

co

-

Pr

ę

ty okr

ą

głe –

o

∅

5,5 – 150 mm najcz

ęś

ciej stosowane na nity, sworznie,

wieszaki,

ś

ci

ą

gi; długo

ść

walcowania tych elementów wynosi od kilku do 15m

-

Płaskowniki

–

walcowane w szeroko

ś

ciach od 20 – 150 mm,

przy grubo

ś

ciach od 60 – 400 mm; walcowane jednokierunkowo, płaszczyzny boczne

w płaskownikach najcz

ęś

ciej nie s

ą

proste (

ś

cianki na ko

ń

cach s

ą

lekko zaokr

ą

glone)

-

Blachy uniwersalne

–

przekroje

o

szeroko

ś

ciach

151÷700

mm.

Walcowane w dwóch kierunkach, o przekroju prostok

ą

tnym poprawionej strukturze,

uwłóknionej

budowie,

a

zatem

o

podwy

ż

szonej

wytrzymało

ś

ci.

Produkowane w długo

ś

ciach do 14 m. Stosowane na pasy ci

ęż

kich kratownic

KONSTRUKCJE STALOWE

27

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

Kształtowniki:

•

k

ą

townik

-

równoramienny

(szeroko

ś

ci obu półek takie same),

-

nierównoramienny

(o stosunku boków 1:2, 2:3)

To najpopularniejsze kształtowniki stosowane w konstrukcjach budowlanych.
Walcuje si

ę

od 15x15 mm do 200x200 mm.

(do 70 mm – co 5 mm, powy

ż

ej 70 mm – co 10 mm, od 160 do 200mm – co 20 mm)

•

dwuteowniki

-

PN

–

zwykły

-

PE

–

równoległo

ś

cienny;

daje du

żą

swobod

ę

ł

ą

czenia w

ę

złów

-

Grey’a –

szerokostopowe

-

HEB

–

Painerowskie szerokostopowe;

wysoko

ść

= szeroko

ść

pasów;

gdy

wysoko

ść

jest

wi

ę

ksza

ni

ż

300mm

(ro

ś

nie do 1000 –1200mm), wtedy szeroko

ść

pasów

jest stała i równa 300mm

-

HEM

–

o jeszcze grubszych pasach i

ś

rodnikach ni

ż

HEB

-

HEA

–

szerokostopowe, smuklejsze od HEB

-

HEAA –

podwójnie pocieniane z HEB-ów

Ś

rodnik powinien przenosi

ć

50% momentu zginaj

ą

cego w elemencie zginanym;

mimo,

ż

e zdolno

ść

pasów mo

ż

e by

ć

90%;

Ś

rodnik przenosi cało

ść

siły poprzecznej.

ś

rodnika

smuklosc

ś

rodnika

grubosc

ś

rodnika

wysokosc

_

_

_

=

•

ceowniki –

produkowane w wysoko

ś

ciach do 330 mm, tak

ż

e jako

pocienione i ekonomiczne;
słu

żą

jako elementy składowe do tworzenia elementów

-

normalny

-

równoległo

ś

cienny

•

zetownik –

stosowany na płatwie zginane; pełn

ą

no

ś

no

ść

wykorzystuje

si

ę

, gdy obci

ąż

enie b

ę

dzie w

ś

rodku

ś

cinania

•

szyny kolejowe

-

S49

–

w

ą

skotorowe

-

S60

–

normalnotorowe

-

SD 75 (80,100)

–

szyny specjalne;
walcowane na skład

KONSTRUKCJE STALOWE

28

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

k – szeroko

ść

główki szyny

h – wysoko

ść

szyny (dla SD 100 h=100 mm)

•

blachy

–

walcujemy w 2 rodzajach:
Cienkie – do 5 mm grubo

ś

ci,

Grube – 5 – 100 mm grubo

ś

ci (na skład)

Walcujemy w arkuszach o szeroko

ś

ci 1 – 3,5m i długo

ś

ci 3,5 – 16 m zale

ż

no

ś

ci

od szeroko

ś

ci. Walcuje si

ę

blachy jednostronnie chropowate, tworzy si

ę

blachy

ż

eberkowe (

ż

eberka wystaj

ą

na 1,2 – 1,8 mm) lub nawalcane łezki.

•

rury

–

Rury walcowane bezszwowo, na gor

ą

co;

Ś

rednice zewn

ę

trzne

∅

20 –508 mm;

Mog

ą

mie

ć

przekrój prostok

ą

tny o bokach do 300 mm

i wi

ę

kszych.

5.2.2.

Produkcja hutnicza:

-

Belki dwuteowe KKS, PB o szeroko

ś

ci pasów do 500 mm

-

Wyra

ź

nie tłoczone np. blachy nieckowe, faliste, fałdowe,

ż

eberkowe

-

Wyroby zimno-gi

ę

te; grubo

ś

ci

ś

cianek 2 mm, 2,5 mm, 3 mm.

W belkach i słupach przekrój dostosowany jest do potrzeb funkcjonalnych
i wytrzymało

ś

ciowych, s

ą

racjonalne pod wzgl

ę

dem zu

ż

ycia materiału (nawet do 40 %

w układzie kratownicowym). Koszt wytworzenia jest wi

ę

kszy. Odporno

ść

ogniowa

i korozyjna znacznie mniejsza. Wyroby te s

ą

słabe na obci

ąż

enia dynamiczne.

KONSTRUKCJE STALOWE

29

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

6. Wymiarowanie konstrukcji

6.1 Zasady wymiarowania

Wymiar to pewien kompromis mi

ę

dzy mo

ż

liwie najwi

ę

kszym bezpiecze

ń

stwem, a ekonomik

ą

budowli.

Wymiarowanie obejmuje w zasadzie dwie czynno

ś

ci:

-

Obliczenie sił wewn

ę

trznych, napr

ęż

e

ń

normalnych

σ

oraz odkształce

ń

ε

,

okre

ś

lenie własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych materiału.

-

Okre

ś

lenie przekrojów elementów gwarantuj

ą

cych wymagane bezpiecze

ń

stwo.

Rozpatruje si

ę

kilka schematów statycznych, przyjmuj

ą

c mo

ż

liwie jak najkorzystniejszy,

mo

ż

na stosowa

ć

układy płaskie jak i przestrzenne.

Okre

ś

la si

ę

warto

ść

podparcia i zamocowania i wymiaruje elementy stalowe

przy uwzgl

ę

dnieniu trzech to

ż

samych warunków, o takiej samej randze:

-

Wytrzymało

ść

-

Sztywno

ść

-

Stateczno

ść

: miejscowa i ogólna

Obliczenia statyczne przeprowadza si

ę

zgodnie z zasadami Mechaniki Budowli i Wytrzymało

ś

ci

Materiałów

w

oparciu

o ró

ż

ne

metody

wymiarowania.

Aktualnie

stosuje

si

ę

metod

ę

tzw. stanów granicznych.

Metoda stanów granicznych polegałaby na okre

ś

leniu obci

ąż

e

ń

niszcz

ą

cych i opracowania do nich

okre

ś

lonych współczynników bezpiecze

ń

stwa.

6.1.1.

Metoda oparta na napr

ęż

eniach dopuszczalnych

Okre

ś

lano je jako jaki

ś

procent granicy plastyczno

ś

ci. Napr

ęż

enia dopuszczalne ustalono

na poziomie:

m

R

e

gdzie:

m

–

współczynnik pewno

ś

ci (przyj

ę

to poni

ż

ej granicy plastyczno

ś

ci,

ś

rednio ok. 1,4 – 1,6)

Przyj

ę

to:

e

gran

R

87

,

0

=

σ

Zatem pozostaje tylko 13% no

ś

no

ś

ci.

6.1.2.

Metoda tzw. stanów granicznych

d

f

– napr

ęż

enia obliczeniowe, s

ą

nieco ni

ż

sze ni

ż

w metodzie napr

ęż

e

ń

dopuszczalnych

dop

σ

.

Teraz współczynniki obci

ąż

enia dla wiatru

ś

niegu itp. s

ą

wy

ż

sze od 1,1 – 1,5. Podwy

ż

szono tak

ż

e

współczynniki aerodynamiczne bardziej dokładnie uwzgl

ę

dnia si

ę

zró

ż

nicowanie obci

ąż

e

ń

,

dopuszcza si

ę

wyst

ą

pienie w niektórych obiektach napr

ęż

e

ń

i odkształce

ń

plastycznych.

Zakres plastyczny jest uwzgl

ę

dnieniem tego co by si

ę

stało, gdyby napr

ęż

enia były wi

ę

ksze.

KONSTRUKCJE STALOWE

30

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

6.2 Analiza no

ś

no

ś

ci z dopuszczeniem odkształce

ń

plastycznych

W wyniku przyło

ż

enia obci

ąż

enia nast

ę

puje uplastycznienie przekrojów podporowych (tzn. tych,

które maj

ą

rozkład obci

ąż

enia), których moment wzrasta z intensywno

ś

ci

ą

12

2

ql

, a w prz

ęś

le

24

2

ql

.

Utworzenie dwóch przegubów plastycznych na ko

ń

cach belki (w utwierdzeniu w murze, czy innych

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

statyczny), jest belk

ą

swobodnie podpart

ą

, na nadwy

ż

k

ę

obci

ąż

enia (ale belk

ą

swobodnie podpart

ą

z zaczepionymi na ko

ń

cach tej belki momentami maksymalnymi – momentami przegubu

plastycznego).

Z t

ą

chwil

ą

jednak, intensywno

ść

przyrostu momentu prz

ę

słowego wzrasta do

8

2

ql

,czyli jak belka

swobodnie podparta.

Przekroje uplastycznione, czyli podporowe nie s

ą

w stanie przej

ąć

nic wi

ę

cej, bo nast

ę

puje w nich

plastyczne płyni

ę

cie. W zwi

ą

zku z tym cało

ść

momentu musi by

ć

przekazana przez belk

ę

swobodnie

podpart

ą

i dlatego moment w

ś

rodku b

ę

dzie wzrastał z intensywno

ś

ci

ą

trzy razy wi

ę

ksz

ą

ni

ż

na pocz

ą

tku z

24

2

ql

na

8

2

ql

.

Zale

ż

nie od zakresu uplastycznienia zmienia si

ę

zakres zmiany przyrostu momentu prz

ę

słowego.

Z chwil

ą

wej

ś

cia skrajnych włókien na podporach w napr

ęż

enia plastyczne, zacznie si

ę

zmienia

ć

układ na

23

2

ql

,

22

2

ql

… a

ż

dojdzie przy pełnych przegubach plastycznych na podporach do

8

2

ql

.

Zniszczenie belki nast

ą

pi z chwil

ą

wyst

ą

pienia przegubu plastycznego w

ś

rodku, tzn. powstania

ła

ń

cucha kinematycznego. Miar

ą

mo

ż

liwo

ś

ci wyst

ą

pienia uplastycznienia, b

ę

dzie mo

ż

liwo

ść

odci

ąż

enia i kolejnych cykli obci

ąż

enia, które b

ę

d

ą

sprawne dla konstrukcji. Przy kolejnych cyklach

obci

ąż

enia po uprzednim odci

ąż

eniu, nast

ę

puje pogorszenie stabilizacji odkształce

ń

trwałych,

zwi

ę

kszenie ich narastania. Po kilku cyklach obci

ąż

enia nast

ą

pi zniszczenie elementu, tzw. p

ę

tla

histerezy.

Spr

ęż

ysto – plastyczn

ą

rezerw

ę

mo

ż

na wykorzysta

ć

jako rezerw

ę

no

ś

no

ś

ci w obiektach ju

ż

istniej

ą

cych. Nie mo

ż

na jednak dopu

ś

ci

ć

do zakresu spr

ęż

ysto – plastycznego w przypadku obci

ąż

e

ń

dynamicznych. Przekroje te musz

ą

by

ć

odpowiednio sztywne ,czyli w zasadzie odpowiada

ć

klasie I,

odpowiednio kr

ę

pe, nie wra

ż

liwe na lokaln

ą

utrat

ę

stateczno

ś

ci, a pozwalaj

ą

ce na wyst

ą

pienie

pełnego przegubu plastycznego z redystrybucj

ą

sił wewn

ę

trznych.

KONSTRUKCJE STALOWE

31

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

6.2.1.

Schemat

(rys. 9)

Przyło

ż

enie obci

ąż

enia powoduje,

ż

e momenty podporowe rosn

ą

2 razy szybciej ni

ż

momenty

prz

ę

słowe.

(rys. 10)

Włókna skrajne wył

ą

czaj

ą

si

ę

z pracy na nadwy

ż

k

ę

obci

ąż

enia.

(rys. 11)

Doj

ś

cie do przegubu plastycznego, wytworzy si

ę

tylko na podporach, a w

ś

rodku belki napr

ęż

enia

nie przyrosn

ą

za du

ż

o (dwa razy wolniej).

KONSTRUKCJE STALOWE

32

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

(rys. 12)

Przekroje podporowe nie mog

ą

przej

ąć

wi

ę

cej. Tworzy si

ę

przegub plastyczny.

(rys. 13)

Belka zaczyna pracowa

ć

jak belka swobodnie podparta na nadwy

ż

k

ę

obci

ąż

enia, gdy

ż

podpory

nie s

ą

w stanie przenie

ść

wi

ę

cej. Powstaje przegub plastyczny, nast

ę

puje szybszy przyrost

napr

ęż

e

ń

σ

.

(rys. 14)

Belka przestaje pracowa

ć

, gdy przechodzi w geometrycznie zmienny ła

ń

cuch kinematyczny.

KONSTRUKCJE STALOWE

33

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

6.2.2.

Analiza napr

ęż

e

ń

i odkształce

ń

Zakres plastyczny

1 – 1

raz osi

ą

gni

ę

ty jest akceptowalny. Natomiast je

ś

li jest osi

ą

gany

kilkukrotnie (kilka cykli), stanowi problem. Nast

ę

puje pogorszenie stabilizacji odkształce

ń

ε

i powstaje tzw. p

ę

tla histerezy. Sytuacja taka jest niedopuszczalna w przypadku obci

ąż

e

ń

poniewa

ż

zniszczenie nast

ą

piłoby bardzo szybko.

Odkształcenia włókien skrajnych musiałyby d

ąż

y

ć

do niesko

ń

czono

ś

ci, czyli całkowitego obrotu

przegubu.

15

,

0

=

e

R

odkształcenie

ε

przyjmuje warto

ść

5

,

1

=

ε

Stosunek

e

R

do

ε

wynosi 1:10, co oznacza

ż

e wysoko

ść

belki jest 10 razy wi

ę

ksza

od wysoko

ś

ci j

ą

dra spr

ęż

ysto

ś

ci.

Przy czystym zginaniu nie mo

ż

na osi

ą

gn

ąć

j

ą

dra spr

ęż

ysto

ś

ci przegubu. Osi

ą

gniemy je dopiero

po uwzgl

ę

dnieniu

τ

.

Musimy prze

ś

ledzi

ć

, czy odci

ąż

enie i kolejne obci

ąż

enie nie spowoduj

ą

wzrostu

σ

w jakichkolwiek włóknach przekroju.

Odkształcenia okre

ś

la prosta

1 – 1

, przy napr

ęż

eniach okre

ś

lanych wykresem

2 – 2

.

Tak odkształcony przekrój odci

ąż

amy. Przekrój wraca do układu nieobci

ąż

onego, jednak

w strefach uplastycznionych le

żą

cych na zewn

ą

trz linii a – a, cofni

ę

cie odkształce

ń

w pełni jest

niemo

ż

liwe. Po odkształceniu przyjmuje posta

ć

3 – 3

, cz

ęść

odkształce

ń

zostanie,

cz

ęść

si

ę

cofnie.

Wykres 3 – 3 opisuje płaski przekrój po odci

ąż

eniu. Wywołuje to tzw. p

ę

tl

ę

histerezy.

Obci

ąż

amy przekrój ponownie. Cały zakres napr

ęż

e

ń

równy jest sumie napr

ęż

e

ń

przeniesionych

i napr

ęż

e

ń

plastycznych.

e

e

całałkowit

R

+

=

σ

σ

Sumaryczny wykres napr

ęż

e

ń

jest taki sam. Napr

ęż

enia we wszystkich włóknach s

ą

takie same

jak na pocz

ą

tku. Nie mo

ż

emy jednak wyj

ść

poza wykres j

ą

dra spr

ęż

ystego.

KONSTRUKCJE STALOWE

34

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Wady:

-

Wyst

ę

puj

ą

ce przy kolejnych cyklach obci

ąż

e

ń

i odci

ąż

e

ń

pogarszanie si

ę

odkształce

ń

trwałych, oraz znaczne zwi

ę

kszenie ugi

ęć

. Powoduje to,

ż

e wykorzystanie pełnego

wykresu tak poj

ę

tej pracy spr

ęż

ysto – plastycznej przekroju nie jest do przyj

ę

cia.

W pierwszej fazie obci

ąż

enia we włóknach skrajnych nast

ą

pi zmniejszanie napr

ęż

e

ń

przeciwnego

znaku i dopiero od tej chwili wzrost napr

ęż

e

ń

. Mamy okre

ś

lone

σ

,

e

R

(rys.16).

Je

ż

eli b

ę

dziemy

dodawali do tego, to odkształcenia włókien b

ę

d

ą

odpowiadały wykresowi napr

ęż

e

ń

(rys.16)

.

Tyle ile cofn

ę

ło

si

ę

tyle

jest

tym

układem

jaki

powodowałby

tego

typu

posta

ć

.

A zatem wykres napr

ęż

e

ń

4 – 4

jest tym wykresem, który uzyskamy przy powtórnym obci

ąż

eniu

osi

ą

gaj

ą

c we włóknach skrajnych napr

ęż

enie

e

R

. Suma napr

ęż

e

ń

musi da

ć

w jednym momencie

napr

ęż

enia pierwszego typu obci

ąż

enia. Osi

ą

gni

ę

cie napr

ęż

e

ń

e

R

,czyli granicy plastyczno

ś

ci

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

całej

cz

ęś

ci

plastycznej,

le

żą

cej

na

zewn

ą

trz

j

ą

dra

spr

ęż

ystego

a

.

Przy kolejnych cyklach obci

ąż

enia nast

ę

puje pogarszanie si

ę

stabilizacji odkształce

ń

trwałych,

narastanie tych odkształce

ń

, co prowadzi do zniszczenia. Zleca si

ę

wykorzystywanie zakresu

spr

ęż

ysto – plastycznego w połowie,

ż

eby wymiarowa

ć

nie na

plastyczne

W

, przegubu plastycznego,

ale na

sprezyste

W

2

sprezyste

plastyczne

ś

rednie

W

W

W

+

=

Wysoko

ść

j

ą

dra spr

ęż

ystego 1/10 wysoko

ś

ci przekroju z uwagi na to,

ż

e napr

ęż

enia włókien

skrajnych nie mog

ą

wej

ść

w okres wzmocnienia.

Wyst

ą

pienie przegubu plastycznego przy czystym zginaniu jest niemo

ż

liwe. Bo nie mo

ż

emy wej

ść

poza model elasto – plastyczny, faz

ę

wzmocnienia, czyli musimy ograniczy

ć

odkształcenia

włókien skrajnych do

ε

wzmocnienia.

KONSTRUKCJE STALOWE

35

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

6.2.3.

Stosunek momentu przegubu plastycznego do momentu granicznego

W momencie granicznym spr

ęż

ystym napr

ęż

enia

e

R

malej

ą

do zera w osi, natomiast

w momencie przegubu plastycznego osi

ą

gaj

ą

e

R

w osi. Ró

ż

nic

ą

jest zakres obu wykresów

napr

ęż

e

ń

.

Dla przekrojów dwuteowych, poprawnie zaprojektowanych na zginanie stosunek momentu
spr

ęż

ysto – plastycznego do momentu plastycznego, kształtuje si

ę

w granicy 0,999. mo

ż

emy

przyj

ąć

,

ż

e moment graniczny pokrywa si

ę

z momentem przegubu plastycznego.

Pod wpływem obci

ąż

enia momentem nie mo

ż

emy wytworzy

ć

przegubu plastycznego, bo włókna

skrajne musiałyby wej

ść

w okres wzmocnienia. Odkształcenia zmierzałyby do niesko

ń

czono

ś

ci.

W pewnych przypadkach, gdy napr

ęż

enia główne

y

x

σ

σ

,

s

ą

przeciwnych znaków to trzeci człon

b

ę

dzie ze znakiem minus. Napr

ęż

enia

zastepcze

σ

szybko wzrosn

ą

. Je

ż

eli dojdzie napr

ęż

enie

styczne,

styczne

charaktery

σ

przyjmuje warto

ść

:

3

⋅

=

τ

σ

char

KONSTRUKCJE STALOWE

36

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

W pewnych sytuacjach mo

ż

e by

ć

tak,

ż

e

σ

jest znacznie mniejsze od sigma plastycznego,

a napr

ęż

enia b

ę

d

ą

wzrasta

ć

do warto

ś

ci

e

R

w

ś

rodku przekroju. Nie wyst

ę

puje przegub

plastyczny, natomiast pewne włókna mog

ą

ulec uplastycznieniu. Je

ż

eli jest to uplastycznienie

od siły

ś

cinaj

ą

cej w osi x to nast

ą

pi

ś

ci

ę

cie, czyli wzajemne przemieszczenie warstwy górnej belki

wzgl

ę

dem warstwy dolnej. Dojdzie do zniszczenia belki przez jej rozwarstwienie.

Zale

ż

nie od wielko

ś

ci sił poprzecznych, czyli charakteru obci

ąż

enia, i układu statycznego

rozwarstwienie wyst

ę

puje w belkach krótkich, silnie obci

ąż

onych, gdzie decyduj

ą

siły napr

ęż

enia

rozwarstwiaj

ą

ce, styczne, które decyduj

ą

o wytrzymało

ś

ci belki.

6.2.4.

Moment plastyczny

Definicja momentu plastycznego

e

plastyczne

plastyczny

R

W

M

⋅

=

∫

∫

⋅

⋅

+

⋅

⋅

=

2

1

0

0

y

y

plastyczne

dy

y

b

dy

y

b

W

Dla przekrojów z poziom

ą

osi

ą

symetrii

∫

⋅

⋅

=

2

0

2

h

plastyczne

dy

y

b

W

6.2.5.

Wska

ź

nik

Ω

O istocie wykorzystania rezerwy (ró

ż

nicy napr

ęż

e

ń

), b

ę

dzie decydowa

ć

wielko

ść

wska

ź

nika

Ω

,gdzie

sprezysty

graniczny

plastyczny

M

M

,

=

Ω

Dla ró

ż

nych przekrojów wska

ź

nik

Ω

kształtuje si

ę

nast

ę

puj

ą

co:

5

,

1

=

Ω

(masa równomiernie rozło

ż

ona)



0

,

2

=

Ω

(liniowy przyrost masy)



0

,

2

〈

Ω

,

75

,

1

=

Ω

(nieliniowy przyrost masy)



27

,

1

=

Ω

(przyrost wzrasta i nast

ę

pnie maleje –

zale

ż

nie od grubo

ś

ci

ś

ciany)

I

PN

17

,

1

=

Ω

Jakichkolwiek napr

ęż

e

ń

spr

ęż

ysto – plastycznych nie wolno stosowa

ć

w elementach obci

ąż

onych

dynamicznie (tam gdzie jest obci

ąż

enie dynamiczne wyst

ę

puje praca wył

ą

cznie spr

ęż

ysta).

KONSTRUKCJE STALOWE

37

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Wyj

ą

tkiem jest przypadek kiedy liczymy na

e

R

, wytrzymało

ś

ciowo,

ż

eby poddał si

ę

du

ż

ym

odkształceniom, przemieszczeniom i aby wytłumi

ć

dynamizm uderzenia (np. kozły odbojowe

na torach suwnicowych).

Je

ż

eli wykorzystujemy rezerw

ę

spr

ęż

ysto – plastyczn

ą

to zaleca si

ę

, by to wykorzystanie było

na poziomie połowy mo

ż

liwo

ś

ci.

I

PN

17

,

1

=

Ω

→

085

,

1

=

Ω

Dopuszczenie odkształce

ń

plastycznych wi

ąż

e si

ę

równie

ż

z kształtem przekroju. Przekrój musi

by

ć

sztywny, klasy I – niepodatny na lokaln

ą

utrat

ę

stateczno

ś

ci, zapewniaj

ą

cy pełn

ą

redystrybucj

ę

odkształce

ń

plastycznych.

6.2.6.

Ugi

ę

cia

-

Wzrastaj

ą

. Je

ż

eli mamy odkształcenia plastyczne to w stosunku do spr

ęż

ystych

s

ą

wi

ę

ksze.

-

Ugi

ę

cie w fazie spr

ęż

ystej zale

ż

y od, schematu statycznego belki, od sposobu

obci

ąż

enia oraz sztywno

ś

ci i zginania.

Ugi

ę

cie belki równomiernie obci

ąż

onej wynosi

4

384

5

ql

f

=

EI

-

moduł Young’a pomno

ż

ony przez moment bezwładno

ś

ci przekroju;

W zakresie spr

ęż

ysto – plastycznym ulega zmianie, pogł

ę

biaj

ą

cej si

ę

wraz

ze wzrostem strefy uplastycznienia. Wyst

ę

puje bowiem sztywno

ść

zginania spr

ęż

ysto

– plastycznego.

Ugi

ę

cia wzrastaj

ą

nieliniowo przy wzro

ś

cie obci

ąż

enia.

KONSTRUKCJE STALOWE

38

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7. Poł

ą

czenia

Poł

ą

czenia s

ą

pewn

ą

chorob

ą

. Przerywaj

ą

bowiem ci

ą

gło

ść

układu konstrukcyjnego danego

elementu. Sprawia,

ż

e element jest bardziej wra

ż

liwy na zm

ę

czenie dynamiczne.

Okazuje si

ę

ze przyczyna wi

ę

kszo

ś

ci katastrof le

ż

y w złym zaprojektowaniu, wykonaniu i w złym

traktowaniu poł

ą

cze

ń

.

Podział poł

ą

cze

ń

-

Rozbieralne (sworzniowe,

ś

rubowe)

-

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

7.1 Poł

ą

czenia rozbieralne

7.1.1.

Poł

ą

czenie sworzniowe

7.1.1.1.

Podział poł

ą

cze

ń

sworzniowych

-

Stricte sworzniowe

-

Ś

rubowe

-

Nitowane

7.1.1.2.

Budowa poł

ą

czenia sworzniowego

Sworze

ń

to poł

ą

czenie przegubowe. Słu

ż

y do monta

ż

u konstrukcji poprzez obrót wzgl

ę

dem

jakiej

ś

osi (np. wykonywanie masztów). Otwory s

ą

o 1 mm wi

ę

ksze aby móc wło

ż

y

ć

sworze

ń

.

Od dołu i góry mamy zawleczki.

KONSTRUKCJE STALOWE

39

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.1.3.

Rozkład napr

ęż

e

ń

w poł

ą

czeniu sworzniowym

KONSTRUKCJE STALOWE

40

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Sworze

ń

jest

ś

cinany, zginany i dociskany. Rozkład napr

ęż

e

ń

dociskowych jest nieliniowy.

Nieliniowo

ść

wyst

ę

puje w dwóch kierunkach, ze kształtem trudnym do okre

ś

lenia.

Rozkład napr

ęż

e

ń

dociskowych z uwagi na luzy ( zginanie sworznia ), stosuje si

ę

jedynie

w przegubowych poł

ą

czeniach w układach np. trójprzegubowych lub jako przeguby

do monta

ż

u całego elementu.

Zniszczenie elementu wyst

ą

pi gdy:

-

Nast

ą

pi

ś

ci

ę

cie trzpienia

-

Nast

ą

pi pokonanie docisku

Na prac

ę

sworznia ma wpływ:

-

Stosowanie otworów do grubo

ś

ci elementu

-

Wielko

ść

luzu w poł

ą

czeniach sworzniowych

7.1.1.4.

No

ś

no

ść

poł

ą

cze

ń

sworzniowych

-

No

ś

no

ść

na

ś

cinanie









⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

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

-

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

e

R

-

granica plastyczno

ś

ci

A

-

pole

ś

cinanej cz

ęś

ci przekroju

m

-

liczba płaszczyzn

ś

cinania

KONSTRUKCJE STALOWE

41

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.2.

Poł

ą

czenia

ś

rubowe

S

ą

to poł

ą

czenia rozbieralne. Zaleta tych poł

ą

cze

ń

jest to ze nie powoduj

ą

one niszczenia powłok

ochronnych (antykorozyjnych, ocynkowanych konstrukcji). Wymuszaj

ą

one znacznie wi

ę

ksz

ą

dokładno

ść

monta

ż

u.

Styk monta

ż

owy wykonywany jest tylko do zmontowania, pó

ź

niej przestaje istnie

ć

.

7.1.2.1.

Rodzaje stosowanych

ś

rub

-

Ś

ruby zgubne

-

Ś

ruby

ś

rednio dokładne

-

Ś

ruby pasowane

-

Ś

ruby spr

ęż

aj

ą

ce

Gwint

ś

ruby jest zazwyczaj ostrok

ą

tny. Stosujemy

ś

ruby w metrycznej skali Sellersa 6 lub 4 –

kr

ę

tne.

.

Ś

ruby wykonuje si

ę

jako:

1)

ś

ruby zgrubne - Jest to poł

ą

czenie monta

ż

owe nie obliczane na obci

ąż

enia zasadnicze.

Ś

ruby te s

ą

wykonywane poprzez tłoczenie (tendencja do przesuni

ę

cia osi

ś

ruby i łba

oraz opalizacji łba). Z uwagi na pewne tolerancje w owalno

ś

ci trzpienia

ś

ruby te

wymagaj

ą

wi

ę

kszych luzów, st

ą

d ich stosowanie jedynie w poł

ą

czeniach tymczasowych

i poł

ą

czeniach nie podlegaj

ą

cych obliczeniom. Z uwagi na wi

ę

ksze luzy wyst

ę

puje w nich

wi

ę

ksze zró

ż

nicowanie obci

ąż

e

ń

, wi

ę

ksze zginanie, znaczne zmniejszenie no

ś

no

ś

ci

zm

ę

czeniowej (nawet do 2 i wi

ę

cej raza).

Ś

ruby te produkuje si

ę

w

ś

rednicach od 8-52

mm.

2)

ś

ruby

ś

rednio dokładne -

ś

ruby z tolerancj

ą

wymiarow

ą

1/10, a zatem stosowane

do ł

ą

cznia elementów konstrukcyjnych obci

ąż

onych statycznie i dynamicznie

3)

ś

ruby pasowane - s

ą

obrabiane przez obróbk

ę

wiórow

ą

, przez wytoczenie; stosowane

w poł

ą

czeniach o du

ż

ym obci

ąż

eniu dynamicznym, przy odpowiednio małych luzach,

najcz

ęś

ciej s

ą

to

ś

ruby ciasno pasowane

4)

ś

ruby zbie

ż

ne – rzadziej stosowane otwór rozwierca si

ę

rozwiertakiem sto

ż

kowym,

do uzyskania odpowiedniego pochylenia i

ś

rednicy; wkładamy

ś

rub

ę

i dokr

ę

camy,

poklepuj

ą

c

ś

rub

ę

np. młotkiem gumowym dla wielu pakietów blach: wkładamy

ś

rub

ę

,

zakładamy nakr

ę

tki, ale wi

ę

kszej nie dokr

ę

camy – dobijamy młotkiem i dokr

ę

camy,

doci

ą

gaj

ą

c

5)

ś

ruby hakowe

6)

ś

ruby kotwowe – zakotwienie przez siły przyczepno

ś

ci

ś

ruby zakotwienia płytkowe

zakotwienia specjalne typu młotkowego

7) wkr

ę

ty do stali

8)

ś

ruby rzymskie (nakr

ę

tki rzymskie) – składaj

ą

si

ę

z dwóch nakr

ę

tek, na jednej gwint

lewy, na drugiej prawy; przy kr

ę

ceniu w jedna stron

ę

pr

ę

t si

ę

wydłu

ż

a, w drug

ą

skraca;

słu

żą

do wst

ę

pnego naci

ą

gu, do podwiesze

ń

, do regulacji długo

ś

ci

KONSTRUKCJE STALOWE

42

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.2.2.

Poł

ą

czenia

ś

rubowe stosujemy gdy:

-

poł

ą

czenie ma by

ć

wykonane na monta

ż

u

-

ł

ą

cznik ma pracowa

ć

na rozci

ą

ganie ( w poł

ą

czeniach doczołowych)

-

gdy ł

ą

czy si

ę

elementy wra

ż

liwe na uderzenia

-

gdy nitowanie jest utrudnione ( ze wzgl

ę

du na trudny dost

ę

p i zagro

ż

enie ogniowe)

-

ł

ą

czymy elementy metalizowane (cynkowane i aluminiowane)

7.1.2.3.

Budowa

ś

ruby

Surowa

ś

ruba składa si

ę

z :

-

sworznia z gwintem

( długo

ść

nagwintowania mo

ż

e wynosi

ć

,

3

2

,

2

1

,

3

1

1

długo

ś

ci sworznia)

Długo

ść

jest dostosowana do pakietu ł

ą

czonych blach, które nale

ż

y do siebie dopasowa

ć

.

Długo

ść

zakleszczenia nale

ż

y przyj

ąć

najbli

ż

sz

ą

odpowiadaj

ą

cej.

W poł

ą

czeniach zakładkowych

ś

ruby nie mog

ą

by

ć

nagwintowane na długo

ś

ci poł

ą

czenia

(dopuszcza si

ę

wej

ś

cie gwintu na gł

ę

boko

ść

nie wi

ę

ksz

ą

ni

ż

1,5 zwoju gwintu

dla elementów ł

ą

czonych).

-

łba

-

nakr

ę

tki

-

podkładki

podkładki s

ą

pomocne w dostosowaniu długo

ś

ci zakleszczenia, do długo

ś

ci

ś

ruby.

Je

ż

eli nie wystarczy jedna podkładka mo

ż

na zastosowa

ć

dwie (jedna pod łeb, jedn

ą

pod nakr

ę

tk

ę

) lub trzy (dwie pod nakr

ę

tk

ę

jedn

ą

pod łeb). Najlepiej aby gwint znajdował

si

ę

w obr

ę

bie podkładki.

7.1.2.4.

Klasy

ś

rub

W elementach konstrukcyjnych stosujemy minimalnie

ś

ruby M10, natomiast zaleca

si

ę

stosowa

ć

ś

ruby M12, ze wzgl

ę

du na korozj

ę

i trwało

ść

.

Ś

ruby M30, M33, M36, M39, M42, M43 i wi

ę

ksze produkowane s

ą

na zamówienie.

KONSTRUKCJE STALOWE

43

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

KONSTRUKCJE STALOWE

44

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.2.5.

Podział poł

ą

cze

ń

ś

rubowych

Poł

ą

czenia

ś

rubowe podzielono na 6 kategorii:

A, B, C – dotycz

ą

poł

ą

cze

ń

zakładkowych

D, E, F – dotycz

ą

poł

ą

cze

ń

doczołowych

Poł

ą

czenia zakładkowe:

-

tendencje do zginania, dla blach o małej grubo

ś

ci

-

obci

ąż

enie symetryczne, nie ma zginania

-

ł

ą

cznik pracuje na docisk i

ś

cinanie

-

docisk do elementów – przyjmujemy, ze na całej powierzchni docisku obci

ąż

enie jest

liniowe, nieliniowo

ś

ci malej

ą

im mniejsze luzy ( najmniejsze przy ciasno pasowanych)

Poł

ą

czenia doczołowe:

-

s

ą

to poł

ą

czenia w których ł

ą

czymy dwa elementy za pomoc

ą

dwóch blach doczołowych

na ł

ą

czniki

-

ł

ą

czniki pracuj

ą

przede wszystkim na rozci

ą

ganie, nie powinno si

ę

dopuszcza

ć

ś

cinania

i docisku (które powoduj

ą

obni

ż

enie no

ś

no

ś

ci tego ł

ą

cznika)

-

W przypadku obci

ąż

e

ń

dynamicznych i zmiennych wielokrotnie stosuje si

ę

poł

ą

czenia

spr

ęż

one (na

ś

ruby spr

ęż

one), na

ś

ruby pasowane lub ewentualnie poł

ą

czenia nitowe,

czyli kategori

ę

C i F

-

Długo

ść

trzpienia ł

ą

cznika w cz

ęś

ci zakleszczenia (czyli w obr

ę

bie ł

ą

czonych

elementów) musi by

ć

mniejsza ni

ż

d

5

dla poł

ą

cze

ń

ś

rubowych nitowanych oraz

d

8

dla poł

ą

cze

ń

spr

ęż

onych.

-

W wyj

ą

tkowych przypadkach mo

ż

na dopu

ś

ci

ć

zwi

ę

kszenie długo

ś

ci odcinka docisku

cz

ęś

ci zakleszczonej nity do

t

8

, a nawet

t

10

pod warunkiem zastosowania specjalnych

technologii zaklepywania

7.1.2.6.

Ś

rednica otworów

-

dla poł

ą

cze

ń

na

ś

ruby

ś

rednio – dokładne

mm

d

1

14

8

=

∆

⇒

<

<

mm

d

2

24

16

=

∆

⇒

<

<

mm

d

3

45

27

=

∆

⇒

<

<

-

dla otworów pasowanych

dla otworów pasowanych stosujemy

ś

ruby z dokładno

ś

ci

ą

do 0,05 mm

mm

d

D

d

2

,

0

20

=

∆

⇒

∆

+

=

→

≤

mm

d

D

d

3

,

0

20

=

∆

⇒

∆

+

=

→

≥

-

otwory powi

ę

kszone

mm

d

D

)

6

,

4

,

2

(

2

=

∆

⇒

∆

+

=

KONSTRUKCJE STALOWE

45

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

otwory owalne

umo

ż

liwiaj

ą

wzajemne przemieszczanie elementów (np. wydłu

ż

enia termiczne, ugi

ę

cia

dachu)

-

otwór krótki

szeroko

ść

∆

+

=

d

S

długo

ść

∆

+

=

4

d

L

-

otwór długi

szeroko

ść

∆

+

=

d

S

długo

ść

∆

+

⋅

=

d

L

5

,

2

-

otwory na nity i sworznie

mm

d

D

1

+

=

Odległo

ś

ci mi

ę

dzy ł

ą

cznikami s

ą

okre

ś

lone co do warto

ś

ci minimalnej i maksymalnej –

warto

ść

minimalna wynika z mo

ż

liwo

ś

ci wykonania poł

ą

czenia.

Układ normalny

Układ mijankowy

3

a

-

odległo

ść

mi

ę

dzy szeregami

min

d

5

,

2

max

)

200

,

14

min(

mm

d

2

1

, a

a

-

odległo

ś

ci od kraw

ę

dzi

min

d

a

a

5

,

1

2

1

=

=

max











+

mm

t

mm

t

40

4

150

12

a

-

odległo

ść

mi

ę

dzy

ś

rubami

min

d

5

,

2

max

3

max

3

2

a

a

−

t

-

grubo

ść

blachy

d

-

ś

rednica ł

ą

cznika

KONSTRUKCJE STALOWE

46

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

W elementach rozci

ą

ganych mo

ż

na zwi

ę

kszy

ć

a

do

max

5

,

1

a

.

Wynika to z tego,

ż

e przy maksymalnym rozci

ą

ganiu nast

ę

puje uszczelnienie

szczeliny miedzy dociskami.

W elementach rozci

ą

ganych w szeregach wewn

ę

trznych mo

ż

na zwi

ę

kszy

ć

rozstawy

z

a

do

max

2

a

.

Odległo

ś

ci

2

1

, a

a

musz

ą

by

ć

tak dobierane by odpowiadały no

ś

no

ś

ci na docisk

(uplastycznienie w skutek docisku).

7.1.2.7.

No

ś

no

ś

ci obliczeniowe

ś

rub

Klas

ę

własno

ś

ci mechanicznych

ś

rub

)

,

(

e

m

R

R

nale

ż

y dobiera

ć

odpowiednio do kategorii

poł

ą

czenia przy czym zawsze

m

R

ś

rub powinno by

ć

wi

ę

ksze od

m

R

stali.

No

ś

no

ś

ci obliczeniowe:

-

na zerwanie trzpienia







⋅

⋅

⋅

⋅

=

s

e

s

m

Rt

A

R

A

R

S

85

,

0

65

,

0

min

gdzie:

Rt

S

-

no

ś

no

ść

ś

ruby na rozci

ą

ganie

m

R

-

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

e

R

-

granica plastyczno

ś

ci

s

A

-

pole przekroju czynnego rdzenia

ś

ruby

-

z uwagi na rozwarcie styku spr

ęż

onego

Rt

Rr

S

S

⋅

=

85

,

0

dla obci

ąż

e

ń

statycznych

Rt

Rr

S

S

⋅

=

6

,

0

dla obci

ąż

e

ń

dynamicznych

gdzie:

Rt

S

-

no

ś

no

ść

ś

ruby na rozci

ą

ganie

Rr

S

-

no

ś

no

ść

z uwagi na rozwarcie styku

KONSTRUKCJE STALOWE

47

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

ze wzgl

ę

du na

ś

ci

ę

cie

ś

ruby (trzpienia)

m

A

R

S

v

m

Rv

⋅

⋅

⋅

=

45

,

0

gdzie:

Rv

S

-

no

ś

no

ść

na

ś

ci

ę

cie trzpienia

m

R

-

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

v

A

-

pole cz

ęś

ci przekroju czynnej na

ś

cinanie

4

2

d

A

A

v

⋅

=

=

π

przy

ś

cinaniu cz

ęś

ci

nie nagwintowanej

s

v

A

A

⋅

=

8

,

0

ś

ruby klasy 10.9 przy

ś

cinaniu

cz

ęś

ci nagwintowanej

s

v

A

A

=

dla

ś

rub innych klas przy

ś

cinaniu

cz

ęś

ci nagwintowanej

m

-

liczba płaszczyzn

ś

cinania

-

no

ś

no

ść

na docisk

∑

⋅

⋅

⋅

=

t

d

f

S

d

Rb

α

gdzie:

α

-

współczynnik wytrzymało

ś

ci

75

,

0

1

−

=

=

d

a

d

a

α

α

5

,

2

5

,

2

≤

≤

d

f

-

wytrzymało

ść

obliczeniowa materiału cz

ęś

ci ł

ą

czonych

Rb

S

-

no

ś

no

ść

ś

ruby na docisk

d

-

ś

rednica

ś

ruby

∑

t

-

sumaryczna grubo

ść

cz

ęś

ci podlegaj

ą

cych dociskowi w tym samym kierunku

Dla obci

ąż

e

ń

spr

ęż

onych współczynnik

0

,

3

=

α

. No

ś

no

ść

Rb

S

musi uwzgl

ę

dnia

ć

ewentualne wej

ś

cie gwintu.

Przy docisku do cz

ęś

ci gwintowanej nale

ż

y przyj

ąć

zamiast

d

d

7

,

0

⇒

KONSTRUKCJE STALOWE

48

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

-

no

ś

no

ść

z uwagi na po

ś

lizg styku spr

ęż

onego

(

)

m

S

S

S

t

Rt

s

Rs

⋅

−

⋅

⋅

=

µ

α

gdzie:

Rt

S

-

no

ś

no

ść

ś

ruby na rozci

ą

ganie

t

S

-

ewentualna siła rozci

ą

gaj

ą

ca

ś

rub

ę

w poł

ą

czeniu doczołowym

µ

-

współczynnik tarcia

s

α

-

współczynnik wytrzymało

ś

ci

7

,

0

=

s

α

otwory owalne długie

85

,

0

=

s

α

otwory owalne krótkie

otwory okr

ą

głe powi

ę

kszone

0

,

1

=

s

α

otwory okr

ą

głe pasowane

otwory okr

ą

głe

ś

rednio dokładne

KONSTRUKCJE STALOWE

49

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.2.8.

No

ś

no

ść

przekroju obci

ąż

onego siłami

V

R

S

S ,

(rozci

ą

ganie i

ś

cinanie)

Ł

ą

cznik powinien pracowa

ć

1-osiowo,w przypadku wyst

ę

powania ł

ą

cze

ń

2-osiowych

no

ś

no

ść

ł

ą

cznika trzeba sprawdzi

ć

na sił

ę

V

R

S

S ,

0

,

1

2

2

≤













+













Rv

v

Rt

t

S

S

S

S

7.1.2.9.

Klasy

ś

rub

Ś

ruby wykonuje si

ę

w klasach od 3.6 do 12.9

Klasa

ś

ruby okre

ś

la:

-

1 cyfra okre

ś

la 0,1 wytrzymało

ś

ci stali

ś

ruby na rozci

ą

ganie

-

2 cyfra okre

ś

la 0,1 procentowego stosunku granicy plastyczno

ś

ci do granicy

wytrzymało

ś

ci

-

Iloczyn obu cyfr oznacza granic

ę

plastyczno

ś

ci stali

ś

ruby

KONSTRUKCJE STALOWE

50

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Np. kl. 4.6

Wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie









2

40

cm

kN

%

60

.

.

=

sci

wytrzymalo

gran

sci

plastyczno

gran

Granica plastyczno

ś

ci









=

⋅

2

24

6

4

cm

kN

Do normalnych poł

ą

cze

ń

szeregowych przy obci

ąż

eniach pseudo i kwazi – dynamicznych

nale

ż

y stosowa

ć

ś

ruby klas 5.6 lub 4.6 rzadziej 4.8

Do spr

ęż

ania konstrukcji stosuje si

ę

ś

ruby klas ni

ż

szych 8.8 i 10.9 i w wyj

ą

tkowych sytuacjach

12.9

Ś

ruba spr

ęż

aj

ą

ca ró

ż

ni si

ę

od pozostałych. Ma silniejszy łeb i nakr

ę

tk

ę

.

Łeb

ś

ruby ma poł

ą

czenie pier

ś

cieniowe

Wy

ż

sze s

ą

nakr

ę

tki, bo gwint musi wytrzyma

ć

dwa razy wi

ę

ksze obci

ąż

enie

Zalet

ą

poł

ą

czenia spr

ęż

onego jest jego du

ż

a sztywno

ść

, czyli mała podatno

ść

na odkształcenia i to,

ż

e ł

ą

czniki pracuj

ą

na stałym poziomie wyt

ęż

enia bez wzgl

ę

du

na zmian

ę

wielko

ś

ci, warto

ś

ci sił działaj

ą

cych na poł

ą

czenie. To istotna zaleta gdy

ś

ruby

nie ulegaj

ą

zm

ę

czeniu w stykach zakładkowych poł

ą

cze

ń

, nie wyst

ę

puje opalizacja otworów

ani niszczenie ł

ą

czników z uwagi na to,

ż

e siły s

ą

przeniesione przez tarcie dociskowe

elementu, a w poł

ą

czeniach doczołowych ró

ż

nice w warto

ś

ci sił zewn

ę

trznych

s

ą

kompensowane

przez

zmian

ę

wielko

ś

ci

sił

dociskowych

styku

doczołowego.

A zatem warto

ść

sił rozci

ą

gaj

ą

cych

ś

rub

ę

jest zawsze stała tak długo dopóki siła zewn

ę

trzna

rozci

ą

gaj

ą

ca

ś

rub

ę

nie przekroczy no

ś

no

ś

ci

ś

ruby z uwagi na rozwarcie styku spr

ęż

onego.

KONSTRUKCJE STALOWE

51

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

KONSTRUKCJE STALOWE

52

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.3.

Obliczanie poł

ą

cze

ń

sworzniowych,

ś

rubowych

Przy obliczaniu poł

ą

cze

ń

elementów rozci

ą

ganych i

ś

cinanych (poł

ą

czenia zakładkowe

klasy A, B, C)
Zakłada si

ę

,

ż

e:

-

Wypadkowa sił przekazywanych przez ł

ą

czniki pokrywa si

ę

z osi

ą

pr

ę

ta

-

Wszystkie ł

ą

czniki bior

ą

jednakowy udział w przenoszeniu siły

-

Przy obliczaniu pr

ę

ta uwzgl

ę

dnia si

ę

przekrój netto

-

Rozkład napr

ęż

e

ń

σ

przyjmuje si

ę

równomierny na całej powierzchni netto

bez uwzgl

ę

dniania szczytów

σ

w s

ą

siedztwie otworów

Zało

ż

enia:

1) Osiowo

ść

realizuje si

ę

przez odpowiedni

ą

geometri

ę

rozmieszczenia ł

ą

czników.

2) W zakresie spr

ęż

ystym jest nie do spełnienia

Wyrównanie napr

ęż

e

ń

nast

ą

piłoby gdyby wyst

ą

piło uplastycznienie ł

ą

czników.

Krzywizna jest ró

ż

na, ogranicza si

ę

długo

ś

ci takich poł

ą

cze

ń

.

Poł

ą

czenie projektuje si

ę

inaczej ni

ż

wynika to z wielko

ś

ci obci

ąż

e

ń

, powinno umo

ż

liwi

ć

bez przeszkód przemieszczanie si

ę

obci

ąż

e

ń

.

Styk w konstrukcji nie mo

ż

e decydowa

ć

o no

ś

no

ś

ci całej konstrukcji. Styki projektujemy

na okre

ś

lon

ą

no

ś

no

ść

przekroju, na pełn

ą

sił

ę

.

KONSTRUKCJE STALOWE

53

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.3.1.

Pr

ę

t z płaskownika

(rys. 18)

Zakładamy,

ż

e

ż

eby przenie

ść

sił

ę

N potrzebne jest 6

ś

rub. Mo

ż

na je ró

ż

nie rozmie

ś

ci

ć

(rys. 19)

Mniejsze wykorzystanie no

ś

no

ś

ci, czyli uzyskanie wi

ę

kszej rezerwy no

ś

no

ś

ci uzyskamy

stosuj

ą

c mijankowe uło

ż

enie

ś

rub.

=

=

=

γ

β

α

N

6

5

KONSTRUKCJE STALOWE

54

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.1.3.2.

Poł

ą

czenia zło

ż

one

I grupa

ś

rub -

1 – 4

II grupa

ś

rub -

5 – 6

III grupa

ś

rub -

7 – 10

7.1.3.3.

Schemat rozwi

ą

zania

1) Siły

H

P,

przenosimy do

ś

rodka ci

ęż

ko

ś

ci ł

ą

czników.

2) Dodajemy moment

b

H

a

P

M

⋅

+

⋅

=

3) W ka

ż

dym ł

ą

czniku przyjmuj

ę

siły:

10

'

10

'

H

n

H

H

P

n

P

P

=

=

=

=

4) Zgodnie z teori

ą

obrotu tarczy sztywnej siły przypadaj

ą

ce na ł

ą

czniki zale

żą

od ich

odległo

ś

ci od

ś

rodka obrotu.

Zgodnie z t

ą

zasada mo

ż

na zapisa

ć

:

n

n

S

r

N

r

N

r

N

r

N

M

⋅

+

+

⋅

+

⋅

+

⋅

=

...

3

3

2

2

1

1

3

2

1

3

2

1

:

:

:

:

r

r

r

N

N

N

=

1

3

1

3

1

2

1

2

r

r

N

N

r

r

N

N

⋅

=

⋅

=

KONSTRUKCJE STALOWE

55

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

5) Podstawiamy warto

ś

ci

i

N

do wzoru na

S

M

(

)

∑

∑

⋅

=

⋅

=

+

+

+

=

⋅

⋅

+

⋅

⋅

+

⋅

=

2

2

1

1

2

1

1

2

3

2

2

2

1

1

1

3

1

3

1

2

1

2

1

1

1

i

S

i

i

S

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.

Poł

ą

czenia zakładkowe

Zało

ż

enie:

Wszystkie ł

ą

czniki pracuj

ą

tak samo, s

ą

tak samo obci

ąż

one, ale ze wzgl

ę

du na cechy.

7.1.3.5.

Poł

ą

czenia doczołowe

S

ą

to poł

ą

czenia w których ł

ą

czymy dwa elementy za pomoc

ą

dwóch blach doczołowych

na ł

ą

czniki.

Ł

ą

czniki pracuj

ą

przede wszystkim na rozci

ą

ganie, nie powinno si

ę

dopuszcza

ć

ś

cinania

i docisku (które powoduj

ą

obni

ż

enie no

ś

no

ś

ci tego ł

ą

cznika)

KONSTRUKCJE STALOWE

56

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Sił

ę

poprzeczn

ą

powoduj

ą

c

ą

ś

cinanie i docisk przejmuje stolik podpieraj

ą

cy, natomiast sił

ę

normaln

ą

i momenty przejmuj

ą

ś

ruby jako siły rozci

ą

gaj

ą

ce w ł

ą

cznikach. Ł

ą

cznik jest tylko

rozci

ą

gany, nie ma tutaj zło

ż

onego stanu napr

ęż

e

ń

. Stolik podpieraj

ą

cy powoduje znaczne

ułatwienie monta

ż

u. Rozdział obci

ąż

enia zale

ż

y od poziomu rozpatrywanych włókien,

czyli od poziomu, na którym znajduj

ą

si

ę

ł

ą

czniki w zale

ż

no

ś

ci od

ś

rodka obrotu.

Dyskusyjne jest przyj

ę

cie

ś

rodka obrotu, gdy ł

ą

czymy przekrój dwuteowy rygla do słupa.

Jest pewna strefa docisku w strefie dolnej. O wielko

ś

ci sił wyst

ę

puj

ą

cych w

ś

rubach b

ę

dzie

decydowa

ć

geometria układu, czyli odległo

ść

tych ł

ą

czników od osi obrotu. Zakładamy,

ż

e osi

ą

obrotu i centrum powierzchni docisku jest o

ś

pasa

ś

ciskanego przekroju dwuteowego.

Siły w

ś

rubach s

ą

zale

ż

ne od odległo

ś

ci od osi obrotu. Zgodnie z teori

ą

obrotu tarczy

sztywnych, siły s

ą

wprost proporcjonalne do odległo

ś

ci od osi obrotu. Najsilniej w sensie

teoretycznym, s

ą

obci

ąż

one ł

ą

czniki le

żą

ce najdalej od osi obrotu. One b

ę

d

ą

doznawały

najwi

ę

kszych obci

ąż

e

ń

, ale pod warunkiem,

ż

e układ jest idealny. Obci

ąż

enie przekazuje

si

ę

w sposób spr

ęż

ysty, dostosowany do sztywno

ś

ci elementów. Priorytetem w obliczaniu

tego typu poł

ą

cze

ń

jest okre

ś

lenie minimalnej grubo

ś

ci elementów styków doczołowych.

KONSTRUKCJE STALOWE

57

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

(Do oblicze

ń

przyjmujemy tylko trzy rz

ę

dy

ś

rub, bo siły w nich s

ą

mo

ż

liwie najwi

ę

ksze).

7.1.3.6.

Efekt d

ź

wigni

Grubo

ś

ci minimalne blach styków doczołowych nale

ż

y okre

ś

la

ć

jako:

d

s

Rt

f

b

S

c

t

⋅

⋅

⋅

=

2

,

1

min

gdzie:

d

f

-

wytrzymało

ść

obliczeniowa stali

s

b

-

szeroko

ść

współpracuj

ą

ca blachy przypadaj

ą

ca na 1

ś

rub

ę

KONSTRUKCJE STALOWE

58

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

(

)

d

c

b

s

+

⋅

≤

2

d

-

ś

rednica

ś

ruby

c

-

odległo

ść

miedzy spoin

ą

, a brzegiem otworu na

ś

rub

ę

d

c

≤

Rt

S

-

no

ś

no

ść

ś

ruby na rozci

ą

ganie

Powy

ż

szy wzór ma zastosowanie w przypadku poł

ą

cze

ń

prostych, gdy w obliczeniach nale

ż

y

uwzgl

ę

dni

ć

tzw. efekt d

ź

wigni.

Tego typu obci

ąż

enie daje wi

ę

ksze obci

ąż

enia w

ś

rubie ni

ż

siła

2

F

, bo dochodzi efekt

zginania.

Efekt d

ź

wigni nie powstałby gdy:

-

Blachy byłyby niesko

ń

czenie sztywne (nie grubsze ni

ż

400 mm)

-

Blachy byłyby niesko

ń

czenie wiotkie

Uciekamy od efektu d

ź

wigni przez odpowiednie zwi

ę

kszenie sztywno

ś

ci elementów,

ale nie na zasadzie zwi

ę

kszenia grubo

ś

ci tylko usztywnienia elementami (

ż

eberkami).

Wówczas siły wyst

ę

puj

ą

ce w

ś

rubach s

ą

równe

2

F

.

KONSTRUKCJE STALOWE

59

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Eliminuj

ą

c efekt d

ź

wigni grubo

ść

blach doczołowych styków, równie

ż

w poł

ą

czeniach

doczołowych spr

ęż

anych nale

ż

y przyjmowa

ć

jako:

3

min

1000

m

R

d

t

⋅

=

Je

ż

eli wyst

ą

pi efekt d

ź

wigni to uwzgl

ę

dniamy go poprzez zastosowanie współczynnika

zmniejszaj

ą

cego:

min

67

,

2

t

t

−

=

β

Je

ż

eli grubo

ść

blachy

min

t

t

=

to

67

,

1

<

β

. Dla

min

t

t

>

,

67

,

2

<

β

. Ka

ż

dorazowo je

ż

eli

05

,

1

>

β

to nale

ż

y sprawdzi

ć

no

ś

no

ść

zm

ę

czeniow

ą

poł

ą

czenia przy obci

ąż

eniach

dynamicznych lub przyj

ąć

jego no

ś

no

ść

zredukowan

ą

o 50%.

Współczynnik wł

ą

czenia si

ę

poszczególnych

ś

rub do współpracy w przenoszeniu obci

ąż

enia

działaj

ą

cego na styk zale

ż

y od grubo

ś

ci i sztywno

ś

ci blachy.

Sztywno

ść

okre

ś

la si

ę

wzorem:

12

3

h

b

I

⋅

=

Mo

ż

emy zmienia

ć

te sztywno

ść

przez zmian

ę

schematu statycznego blachy, usztywniaj

ą

c

j

ą

ż

eberkami. Zmiana sztywno

ś

ci na wi

ę

ksz

ą

, przez usztywnienie

ż

eberkami jest

korzystniejsza ni

ż

pogrubianie blachy. Współczynniki rozdziału obci

ąż

enia

i

Ω

stosujemy dla

ś

rub M20 i M24, tylko dla 2 lub 4

ś

rub, a przy innych nie wolno stosowa

ć

.

Przy obci

ąż

eniach dynamicznych podane wy

ż

ej minimalne grubo

ś

ci blach nale

ż

y zwi

ę

kszy

ć

do:

min

min

67

,

1

'

t

t

⋅

>

d

s

Rt

f

b

S

c

t

⋅

⋅

⋅

=

2

,

1

min

Lub

min

min

25

,

1

'

t

t

⋅

>

3

min

1000

m

R

d

t

⋅

=

dla poł

ą

cze

ń

spr

ęż

onych bez efektu

d

ź

wigni.

W poł

ą

czeniach zakładkowych (w poł

ą

czeniach, w których je

ś

li odpowiednio rozmie

ś

cimy

ł

ą

czniki i ich o

ś

pokrywa si

ę

z osi

ą

siły obci

ąż

aj

ą

cej) przyjmujemy,

ż

e wszystkie ł

ą

czniki

pracuj

ą

jednakowo je

ż

eli odległo

ść

mi

ę

dzy skrajnymi

ś

rubami nie przekracza

d

15

.

Je

ż

eli odległo

ść

ta jest wi

ę

ksza ni

ż

d

15

to skrajne ł

ą

czniki s

ą

bardzo obci

ąż

one, a

ś

rodkowe

nie pracuj

ą

.

W poł

ą

czeniach doczołowych decyduj

ą

c

ą

jest geometria. Zale

ż

y nam, aby

ś

ruby były jak

najdalej od osi obrotu. Wiotczenie tego poł

ą

czenia b

ę

dzie powodowało daleko id

ą

ce zmiany

w redystrybucji obci

ąż

e

ń

na poszczególne szeregi i ł

ą

czniki.

KONSTRUKCJE STALOWE

60

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2 Poł

ą

czenia stałe

7.2.1.

Poł

ą

czenia nitowane

Jest to poł

ą

czenie wykonywane na gor

ą

co w temperaturze ok. 1050

°

C, czyli temperaturze

czerwonego

ż

aru. Stal ma w tej temperaturze du

żą

kujno

ść

i niska wytrzymało

ść

(bez szkody

dla materiału). Nit zakrzywiany jest r

ę

cznie na zimno lub mechanicznie na gor

ą

co.

7.2.1.1.

Budowa i wykonanie nitu

Surowy nit składa si

ę

z trzpienia i łba

zako

ń

czonego na długo

ś

ci

d

5

,

1

sto

ż

kowo

dla wygodniejszego i lepszego uło

ż

enia go w ł

ą

czonym elemencie.

Ś

rednica otworu pod nit

jest o 1 mm wi

ę

ksza od

ś

rednicy

ś

ruby.

Rozró

ż

nia si

ę

łby:

-

Łeb kulisty zwykły

-

Łeb kulisty powi

ę

kszony –

ś

rednio mocny, szczelny

-

Łeb wpuszczany sto

ż

kowy – z wyj

ś

ciem soczewkowym

-

Łeb wpuszczany sto

ż

kowy – z wyj

ś

ciem płaskim

Rozgrzewamy nity i zaklepujemy w temperaturze 600

°

C i wy

ż

szej. Mo

ż

na wykonywa

ć

zaklepanie w temperaturze 550

°

C, ale w konstrukcjach dynamicznie obci

ąż

onych. Nit stygnie

kurcz

ą

c si

ę

i wywołuje siły docisku w ł

ą

czonych elementach. W nicie wyst

ę

puj

ą

znaczne

napr

ęż

enia rozci

ą

gaj

ą

ce

(

)

e

R

9

,

0

5

,

0

−

, a nawet do granicy plastycznej

e

R

.

Nity s

ą

obarczone szeregiem wad, ale s

ą

doskonałe technicznie, a ich wykonanie nie jest

kontrolowane elektronicznie.

Nit po zaklepaniu jest oklepywany w poziomie i pionie. Długo

ść

trzpienia nitu musi by

ć

dostosowana do grubo

ś

ci poł

ą

czenia, musi zapełni

ć

wypełnienie otworu, pogrubienie o 1 mm

(przy zaklepywaniu musi powsta

ć

odpowiednia zakuwka, co oznacza,

ż

e nit nie wszedł

do ko

ń

ca, tylko aby materiał został na zewn

ą

trz.

Nity s

ą

modelem doskonałym technicznie. Elementy musz

ą

by

ć

płaskie, nie mog

ą

wyst

ę

powa

ć

szczeliny i rozwarcia (szczelinomierz nie mo

ż

e wchodzi

ć

na wi

ę

cej ni

ż

10 mm,

do wielko

ś

ci kilku dziesi

ą

tych, setnych mm w poł

ą

czeniach spr

ęż

aj

ą

cych.

Poł

ą

czenia spr

ęż

one s

ą

doskonałe, ale na obci

ąż

enia dynamiczne. Poł

ą

czenia spr

ęż

one

ciasne stosowane dodatkowo opiłki kormudu o du

ż

ej twardo

ś

ci. Dzi

ę

ki nim otrzymuje

si

ę

wi

ę

ksz

ą

wytrzymało

ść

na

ś

ci

ę

cie.

7.2.1.2.

Wady nitu

Niedopuszczalne wady:

Ś

ruby wykonuje si

ę

jako:

1) Nit lu

ź

ny (sprawdzane przez opukiwanie młotkiem)

2) cz

ęś

ciowe przyleganie łba nitu ( musi całkowicie przylega

ć

)

3) p

ę

kni

ę

cie łba nitu (promieniowe)

4) niecałkowite wypełnienie otworów (złe sp

ę

cznienie) – zakuwka jest wi

ę

ksza, gdy

ż

cały

materiał nie wszedł tam gdzie powinien

Trzeba wówczas wyci

ąć

nit i wykona

ć

na nowo!

KONSTRUKCJE STALOWE

61

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2.1.3.

No

ś

no

ś

ci nitów w poł

ą

czeniu nitowanym

-

No

ś

no

ść

nitów na

ś

cinanie i docisk analogicznie jak dla

ś

rub lub te

ż

na podstawie

wyników bada

ń

na budowie. Nale

ż

y przyjmowa

ć

warto

ść

80% uzyskanej warto

ś

ci

charakterystycznej.

-

Dopuszczalna no

ś

no

ść

nitu na rozci

ą

ganie jest ograniczona do

m

R

⋅

3

,

0

ze wzgl

ę

du

na to,

ż

e si

ę

on kurczy.

A

R

S

m

Rt

⋅

⋅

=

3

,

0

przy czym nit nie powinien pracowa

ć

wył

ą

cznie na rozci

ą

ganie (stosowa

ć

wówczas

ś

ruby).

W przypadku wyst

ę

powania obci

ąż

enia zło

ż

onego nale

ż

y bezwzgl

ę

dnie sprawdza

ć

jego

no

ś

no

ść

jak wy

ż

ej dla

ś

rub.

7.2.2.

Poł

ą

czenia spawane

Spawanie

jest

procesem

cieplnym

czyli

termicznym

stałego

ł

ą

czenia

elementów.

Dla wykonawstwa konstrukcji stalowych jest to podstawowy proces ł

ą

czenia i przebiega

on głównie z zastosowaniem spawania łukowego, czyli łuku elektrycznego.

Spawanie to mo

ż

e si

ę

odbywa

ć

:

1) Spawanie elektrod

ą

topliw

ą

, elektroda si

ę

topi i doprowadza materiał spoiwa,

w którym rozró

ż

niamy trzy rodzaje:

a) Spawanie elektrod

ą

otulon

ą

(wył

ą

cznie otulon

ą

)

b) Spawanie łukiem krytym
c) Spawanie w osłonie gazów ochronnych (dwutlenek wegla)

2) Spawanie elektrod

ą

nietopliw

ą

:

a) Elektroda wolframowa lub w

ę

glowa

b) Spawanie atomowe
c) W osłonie gazów ochronnych

7.2.2.1.

Spoina

Spoina – cz

ęść

zł

ą

cza składaj

ą

ca si

ę

z materiału stopionego podczas procesu spawania.

Mo

ż

e ona powsta

ć

wył

ą

cznie z materiału rodzimego (rzadziej) lub zwyczajowo z materiału

rodzimego i doprowadzonego z zewn

ą

trz w postaci drutu elektrody lub drutu spawalniczego,

(w spawaniu automatycznym, łukiem krytym) zwanego spoiwem, po stopieniu doprowadzamy
dodatkowy materiał. Podczas spawania metal w mniejszym lub wi

ę

kszym zakresie przechodzi

przez faz

ę

ciekł

ą

. Temperatura w łuku elektrycznym waha si

ę

od 3000 - 6000

°

C.

A zatem nast

ę

puje błyskawiczne roztopienie metalu, tworz

ą

c jeziorko roztopionego metalu

oraz z uwagi na mał

ą

obj

ę

to

ść

tego jeziorka, szybkie krzepni

ę

cie, co powoduje powstanie

du

ż

ych napr

ęż

e

ń

po spawalniczych i ró

ż

nego typu zmian strukturalnych zarówno w spoinie

jak i materiale rodzimym, poza stref

ą

zł

ą

cza.

7.2.2.2.

Strefy wpływu ciepła

Rozró

ż

nia si

ę

szereg stref wpływu ciepła, których zasi

ę

g jest zale

ż

ny od wielu parametrów

spawania i od temperatur w tej cz

ęś

ci materiału rodzimego, która jest poza stref

ą

spoiny

(czyli przylega do spoiny).

Zakres zmienno

ś

ci poszczególnych stref jest nieliniowy. Minimalna temperatura strefy

nie spawanej to ok. 3000

°

C - 6000

°

C. po zako

ń

czeniu roztopienia i ciastowato

ś

ci temperatura

KONSTRUKCJE STALOWE

62

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

roztopionego

ż

elaza wynosi ok. 1529

°

C. Ko

ń

czy si

ę

topnienie. Nie ma ju

ż

spoiny tylko jest

materiał jednorodny.

I

strefa -

1529

°

C - 1480

°

C

II

strefa -

1480

°

C - 1100

°

C

III

strefa -

1100

°

C - 860

°

C

IV

strefa -

860

°

C - 700

°

C

V

strefa -

700

°

C - 500

°

C

VI

strefa -

500

°

C - 200

°

C

Strefa I

–

strefa cz

ęś

ciowego roztopienia metalu. Ko

ń

czy si

ę

roztapianie,

ale jest jeszcze troch

ę

ciastowato

ś

ci. Jest to cienka strefa.

Strefa II

-

strefa przegrzania. W strefie tej wyst

ę

puje struktura

gruboziarnista, o ziarnach kilku, lub kilkunastu krotnie wi

ę

kszych ni

ż

przed spawaniem.

Struktura gruboziarnista przechodzi w struktur

ę

Widmanstättena. Strefa ta charakteryzuje

si

ę

kolosalnym spadkiem udarno

ś

ci i ci

ą

gliwo

ś

ci.

Strefa III

-

strefa normalizacji zupełnej. Oznacza to,

ż

e ziarna zniekształcone

podczas ró

ż

nego typu obróbek powracaj

ą

do normalnych rozmiarów. Nast

ę

puje uspokojenie,

poprawienie jako

ś

ci.

Stefa IV

-

strefa normalizacji niezupełnej, cz

ęś

ciowej.

Strefa V

-

strefa rekrystalizacji. Ziarna zniszczone odbudowuj

ą

si

ę

osi

ą

gaj

ą

c

wielko

ś

ci wi

ę

ksze ni

ż

wcze

ś

niej przed zniekształceniem

Strefa VI

-

strefa krucho

ś

ci na niebiesko. W strefie tej wyst

ę

puje w stalach

nieuspokojonych

i

półuspokojonych

znacznie

przyspieszony

proces

starzenia.

A zatem w tej strefie mog

ą

wyst

ą

pi

ć

kruche p

ę

kni

ę

cia przy obci

ąż

eniach dynamicznych

i kwazi – dynamicznych.

Zasi

ę

g poszczególnych stref jest zmienny, w znacznych granicach, zale

ż

ny od metody

i parametrów spawania. Musimy dba

ć

o to aby zasi

ę

g poszczególnych stref był mo

ż

liwie

jak najmniejszy i mo

ż

liwie jak najmniejsze zmiany powodował. Najmniejsze strefy wpływu

uzyskuje si

ę

przy spawaniu automatycznym, łukiem krytym, natomiast najwi

ę

ksze strefy przy

spawaniu gazowym. St

ą

d zakaz spawania gazowego w wykonawstwie konstrukcji stalowych.

KONSTRUKCJE STALOWE

63

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Temperatura łuku: na biegunach 6000°C; w

ś

rodku 3000°C

Długo

ść

łuku: 3-5mm

.

7.2.2.3.

Budowa spoiny

Budowa spoiny jest zasadniczo regularna, ziarna uło

ż

one kierunkowo i w osi spoiny

wyst

ę

puje koncentracja zanieczyszcze

ń

, co wi

ąż

e si

ę

z obni

ż

eniem wytrzymało

ś

ci spoiny.

Jest to szczególnie istotne w spoinach wysokich, grubych. Dlatego te

ż

spoiny grube nale

ż

y

układa

ć

jako wielowarstwowe, gdy

ż

układanie ka

ż

dej kolejnej warstwy powoduje przynajmniej

cz

ęś

ciowe

albo

zupełne

normalizowanie

warstw

uprzednio

nało

ż

onych.

Podnosi to zdecydowanie wytrzymało

ść

zm

ę

czeniow

ą

zł

ą

cza poprawiaj

ą

c jego ci

ą

gliwo

ść

i plastyczno

ść

czyli wydłu

ż

alno

ść

. Podczas spawania na płynny metal działa otaczaj

ą

ca

atmosfera, gazy z otulin oraz składniki materiału rodzimego i składniki gazo - twórcze
i

ż

u

ż

lotwórcze. Zasadniczo zachodzi utlenianie metalu i redukcja tlenków.

Składniki otuliny elektrod tworz

ą

atmosfer

ę

ochronn

ą

, zabezpieczaj

ą

c

ą

przed dost

ę

pem

gazów z powietrza, a niektóre z nich, silniej powinowate do tlenu tworz

ą

tlenki i przechodz

ą

do

ż

u

ż

la.

Tymi składnikami s

ą

najcz

ęś

ciej:

-

W

ę

giel

-

Krzem

-

Mangan

-

Tytan

Stale niskostopowe o wy

ż

szych wytrzymało

ś

ciach wymagaj

ą

do spawania elektrod z otulin

ą

zasadow

ą

. Otulina zasadowa wymaga pr

ą

du stałego. Spoiny wykonane ta metoda s

ą

du

ż

o

lepszej jako

ś

ci ni

ż

spoiny wykonywane innymi metodami.

Elektrodami z otulin

ą

kwa

ś

n

ą

spawamy stale zwykłej jako

ś

ci.

Normalnie spawamy pr

ą

dem zmiennym lub stałym.

7.2.2.4.

Otuliny

Sposób nakładania otulin

Otuliny nakłada si

ę

w ró

ż

ny sposób:

-

Przez zaprasowywanie

-

Przez zanurzanie

Grubo

ś

ci otulin

Otuliny elektrod maj

ą

ro

ż

n

ą

grubo

ść

.

Rozró

ż

nia si

ę

otuliny:

Cienkie

-

%

10

<

ś

rednicy drutu elektrody

Ś

rednie

-

%

40

%

10

−

ś

rednicy drutu elektrody

Grube

-

%

40

>

ś

rednicy drutu elektrody

KONSTRUKCJE STALOWE

64

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Składniki otulin elektrod

Składniki jonizuj

ą

ce przestrze

ń

łukow

ą

, by łuk mógł ułatwi

ć

przepływ

-

O

Na

2

-

O

K

2

-

2

CiO

Składniki gazo-twórcze

-

Celuloza

-

m

ą

czka

Składniki

ż

u

ż

lotwórcze

-

Granit

-

Rudy

ż

elaza

ś

u

ż

el jest niedopuszczalny w spoinie. Składniki dodajemy by wytworzy

ć

ż

u

ż

el, który ma

za zadanie wydzieli

ć

si

ę

na spoinie w postaci warstwy ochronnej odcinaj

ą

cej dost

ę

p gazów

atmosferycznych do gor

ą

cej masy metalu (spoiny). Warstwa ta potrzebna jest aby metal mógł

powoli stygn

ąć

.

ś

u

ż

el jest izolacyjnym materiałem. Warstwa ta jest równomiernie rozło

ż

ona,

tak aby nie wchodziła do spoiny.

Składniki upłynniaj

ą

ce

ż

u

ż

el

-

Fluoryt

-

Rutyl

Składniki wi

ążą

ce mas

ę

otulinow

ą

-

Szkła wodne (sodowe i potasowe)

Składniki stopowe

-

Nikiel

-

Molibden

7.2.2.5.

Skład chemiczny drutu elektrody

Zawarto

ść

siarki i fosforu w drucie elektrody powinna by

ć

ś

ladowa, nie przekraczaj

ą

ca

%

03

,

0

siarki i fosforu.

Ró

ż

na jest zawarto

ść

, zale

ż

nie od spawanej stali:

-

manganu

%

6

,

0

%

3

,

0

−

-

niklu

-

molibdenu

Składniki te poprawiaj

ą

jako

ść

spoiny.

Jako

ść

poprawnie wykonanej spoiny jest na ogół lepsza wytrzymało

ś

ciowo ani

ż

eli materiał

rodzimy.

Decyduj

ą

o tym:

-

Technologia spawania

-

Rodzaj zastosowanych elektrod

-

Ś

cisłe przestrzeganie rygorów napi

ę

cia, nat

ęż

enia i mocy liniowej łuku.

KONSTRUKCJE STALOWE

65

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2.2.6.

Napi

ę

cia i nat

ęż

enia przy spawaniu

Stosuje si

ę

napi

ę

cie do 24V, przy zajarzeniu łuku napi

ę

cie musi by

ć

wi

ę

ksze do 40V, 60V.

Nat

ęż

enie spawania zale

ż

y od

ś

rednicy elektrody i rodzaju spoiny (czy jest to spoina podolna,

na

ś

cienna czy sufitowa).

7.2.2.7.

Siły działaj

ą

ce na roztopiony materiał

Na kropl

ę

roztopionego metalu działaj

ą

:

-

Siły grawitacji

-

Siły elektrodynamiczne łuków

-

Podmuch gazów otulin elektrod

Wypadkowa tych trzech sił jest zawsze skierowana ku ł

ą

czonemu elementowi co umo

ż

liwia

nam wykonywanie poł

ą

cze

ń

spawanych sufitowych (pułapowych).

W spoinie mo

ż

e wyst

ą

pi

ć

wolny tlen, który ł

ą

cz

ą

c si

ę

w drobiny

2

O

zwi

ę

ksza swoj

ą

obj

ę

to

ść

i powoduje kruche p

ę

kni

ę

cia. Zawarto

ść

tlenu zmniejszamy do technicznego minimum

poprzez dodawanie pierwiastków bardziej aktywnych, które ł

ą

cz

ą

si

ę

z nim tworz

ą

c ró

ż

nego

typu tlenki, natomiast wolny wodór ł

ą

cz

ą

c si

ę

w drobiny

2

H

zwi

ę

ksza swoj

ą

obj

ę

to

ść

i powoduje krucho

ść

na gor

ą

co. Jest to tzw. krucho

ść

wodorowa.

Podobne efekty daje siarka. Tlenek siarki jest wielokrotnie wi

ę

kszy obj

ę

to

ś

ciowo ani

ż

eli

materiały wyj

ś

ciowe i równie

ż

powoduje mikrop

ę

kni

ę

cia. Zatem w procesie spawania

elektrody musz

ą

mie

ć

odpowiedni skład chemiczny by spełni

ć

cały szereg funkcji

zapewniaj

ą

cych mo

ż

liwie najwi

ę

ksz

ą

jako

ść

poł

ą

czenia.

7.2.2.8.

Warunki spawania

Spawanie powinno odbywa

ć

si

ę

w warunkach cieplarnianych przy konstrukcjach nara

ż

onych

na du

ż

e obci

ąż

enia dynamiczne.

Warunkiem

podstawowym

podj

ę

cia

si

ę

spawania

elementów

jest

sprawdzenie,

czy nie ma zanieczyszcze

ń

organicznych na kraw

ę

dziach ł

ą

czonych elementów i ich

s

ą

siedztwie.

Nale

ż

y spawa

ć

w pomieszczeniach zamkni

ę

tych, w halach zamkni

ę

tych bez przewiewów.

Wiatr powoduje nierównomierne i zredukowane przyspieszenie procesu stygni

ę

cia

i nierównomierny jego przebieg, co wpływa na powstanie znacznych napr

ęż

e

ń

pospawalniczych.

Elektrody produkuje si

ę

w warunkach sterylnych z du

ż

ym ograniczeniem wilgoci.

Elektrody po wyprodukowaniu zamykane s

ą

w opakowaniach hermetycznych, bez mo

ż

liwo

ś

ci

dost

ę

pu wilgoci atmosferycznej. Po otwarciu s

ą

natychmiast zu

ż

ywane lub przekłada

si

ę

je do termosów hermetycznych i wyci

ą

ga pojedynczo.

Elektrody nale

ż

y suszy

ć

przez co najmniej 1,5 godziny w temperaturze 120 - 150

°

C, dla otulin

kwa

ś

nych i rucydowych, a dla otulin zasadowych przez 1,5 godziny w temperaturze

250 - 350

°

C.

7.2.2.9.

Rodzaje spoin

Rodzaje spoin:

-

Spoiny czołowe

-

Spoiny pachwinowe

-

Spoiny otworowe, bruzdowe

-

Spoiny kroplowe

KONSTRUKCJE STALOWE

66

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2.2.10.

Spoiny czołowe

Najkorzystniej pracuj

ą

cym układem spoin s

ą

spoiny czołowe. Ł

ą

cz

ą

spoiny od czoła albo

na przedłu

ż

eniu od czoła, wymagaj

ą

przy wi

ę

kszych grubo

ś

ciach obróbki kraw

ę

dzi.

Zapewniaj

ą

one na ogół najlepsze kontinuum materiałowe, ci

ą

gło

ść

materiałow

ą

.

Przy odpowiedniej technologii spawania zapewniaj

ą

osi

ą

gni

ę

cie wytrzymało

ś

ci zł

ą

cza

wy

ż

szych ani

ż

eli materiału rodzimego.

Spoiny czołowe wykonuje si

ę

dla blach cienkich do 5 mm bez przygotowania kraw

ę

dzi.

(rys. 36)

Spoina bez ukosowania kraw

ę

dzi typu I

W przypadku spawania automatycznego o tzw. gł

ę

bokim stopie mo

ż

na tak ł

ą

czy

ć

blach

ę

do grubo

ś

ci 10 mm. W normalnych układach od 5 mm i wzwy

ż

, zawsze przygotowujemy

kraw

ę

dzie.

Dla spoiny czołowej wygl

ą

da nast

ę

puj

ą

co:

(rys. 37)

K

ą

t rowka wynosi od 50 - 60

°

zale

ż

nie od grubo

ś

ci. Im wi

ę

ksza grubo

ść

tym mniejszy k

ą

t.

KONSTRUKCJE STALOWE

67

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Nadlew spoiny usuwamy przez obróbk

ę

wiórow

ą

. Gra

ń

wyci

ąć

i wykona

ć

podpawk

ę

.

Je

ż

eli element jest rozci

ą

gany osiowo to trajektorie napr

ęż

e

ń

id

ą

ce włókni

ś

cie w układzie,

ulegaj

ą

zakrzywianiu co powoduje powstanie uprzestrzennienia stanu napr

ęż

e

ń

włóknistego,

co obni

ż

a wytrzymało

ść

zm

ę

czeniow

ą

.

W przypadku obci

ąż

e

ń

dynamicznych i odkształce

ń

spr

ęż

ysto – plastycznych cz

ę

sto dodanie

materiału jest szkodliwe, b

ę

dzie powodowało poprzez ró

ż

ne karby zmniejszenie no

ś

no

ś

ci

zm

ę

czeniowej.

Typy spoin czołowych

(rys. 39)

Tego typu spoiny wykonujemy przy ł

ą

czeniu elementów o grubo

ś

ciach od 3 – 20mm.

Wysoko

ść

progu wynosi 0 – 2mm, a odległo

ść

progu 1 – 3mm.

KONSTRUKCJE STALOWE

68

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

(rys. 40)

Spoina połówkowa – spoina czołowa wykonana pod k

ą

tem prostym z innym elementem, ½ V.

Przy spoinie połówkowej grubo

ść

spoiny do 16 mm, wysoko

ść

progu wynosi 1 – 2mm,

a odległo

ść

od progu 1 – 3mm.

K

ą

t ukosowania w spoinie połówkowej jest zarazem k

ą

tem rowka i wynosi od 45 - 55

°.

(rys. 41)

Stosujemy je dla blach grubszych ni

ż

20mm, dla spoin połówkowych przy teowym poł

ą

czeniu

do 16 mm. Spoiny wykonywane przy dwustronnym dost

ę

pie i przy grubo

ś

ciach 15 – 40mm.

Połow

ą

spoiny typu „X” jest spoina typu „K”.

KONSTRUKCJE STALOWE

69

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

(rys. 42)

Spoiny wykonywane przy dwustronnym dost

ę

pie i przy grubo

ś

ciach od 12 – 40mm.

(rys. 43)

Je

ż

eli nie mamy dwustronnego dost

ę

pu to wykonujemy spoin

ę

kielichow

ą

(spoina typu „U”).

K

ą

t ukosowania przy tej spoinie wynosi 19

°

. Promie

ń

zaokr

ą

glenia R 4 – 5 mm, czyli trzeba

frezowa

ć

. Grubo

ść

spoiny do 40mm.

(rys. 44)

Grubo

ść

spoiny wynosi 16 – 40 mm.

KONSTRUKCJE STALOWE

70

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Grubo

ść

spoin czołowych

Grubo

ść

spoiny czołowej b

ę

dzie grubo

ś

ci

ą

cie

ń

szego z ł

ą

czonych elementów.

Ró

ż

nice grubo

ś

ci nie s

ą

korzystne dla styku dlatego staramy si

ę

łagodzi

ć

problem zmiany

kształtu i zmiany przepływu trajektorii napr

ęż

e

ń

. Mo

ż

na wykonywa

ć

spoiny czołowe

bez ukosowania blach do grubo

ś

ci cie

ń

szej blachy gdy, przesuni

ę

cie kraw

ę

dzi czołowych

(ró

ż

nica grubo

ś

ci elementów) nie jest wi

ę

ksze ni

ż

grubo

ść

cie

ń

szej blachy i nie przekracza

10 mm. Wówczas mo

ż

emy w spoinie wykona

ć

poł

ą

czenie blachy cie

ń

szej do grubszej.

Nachylenie Nita spoiny musi wynosi

ć

:

a) Dla obci

ąż

e

ń

statycznych

1

:

1

b) Dla obci

ąż

e

ń

dynamicznych

4

:

1

c) Blachy zukosowane

Długo

ść

spoiny czołowej jest zawsze szeroko

ś

ci

ą

w

ęż

szego z ł

ą

czonych elementów, ale tylko

pod warunkiem odpowiedniego wykonania tych spoin. W momencie zajarzenia łuku
elektrycznego, nast

ę

puje podtopienie i powstaje jama obsadowa, krater na pocz

ą

tku spoiny.

Jeziorka roztopionego metalu stygn

ą

szybciej i powstaj

ą

kratery na pocz

ą

tku, które osłabiaj

ą

spoin

ę

i zakłócaj

ą

trajektorie rozkładu przestrzennego napr

ęż

e

ń

. Mo

ż

na odejmowa

ć

efekty

złego wpływu kraterów, lub robi

ć

tak aby te kratery nie powstały. Aby kratery nie powstały

to od długo

ś

ci obliczeniowej spoiny odejmujemy warto

ść

a

2

. Przyjmuje si

ę

,

ż

e krater jest

równy grubo

ś

ci spoiny.

Aby kratery nie powstawały to musimy wyprowadzi

ć

spoin

ę

na płytki wypiekowe.

Podkładamy płytk

ę

na pocz

ą

tku i na ko

ń

cu spawania. Powstaje spoina jednorodna, a płytki

przycinamy. Wówczas długo

ść

spoiny jest faktycznie szeroko

ś

ci

ą

ł

ą

czonych elementów.

KONSTRUKCJE STALOWE

71

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2.2.11.

Spoiny pachwinowe

Wykonywane w pachwinach, czyli przy ł

ą

czeniu elementów usytuowanych do siebie

w zasadzie

pod

k

ą

tem

prostym.

Zmiana

k

ą

ta

powoduje

pogorszenie

walorów

wytrzymało

ś

ciowych tego poł

ą

czenia i obni

ż

enie no

ś

no

ś

ci. Przyjmuje si

ę

,

ż

e k

ą

t wynosi

60 - 90

°

.

W spoinach pachwinowych istotna jest ich grubo

ść

.

Grubo

ść

spoiny jest w zasadzie dowolna ale powinna spełnia

ć

dwa warunki:

Parametr 1
W jakich zakresach grubo

ś

ci elementów ł

ą

czonych mo

ż

na wykonywa

ć

grubo

ś

ci spoin

pachwinowych.


Parametr 2
Lico spoiny (wypukłe, gładkie, wkl

ę

słe)

Grubo

ś

ci

ą

obliczeniow

ą

spoiny pachwinowej jest wysoko

ść

trójk

ą

ta wpisanego w spoin

ę

.

Przy jednakowych bokach, ramionach spoiny mamy ro

ż

ne grubo

ś

ci spoiny.

Nadlew spoiny nie jest dobry. Trajektorie napr

ęż

e

ń

si

ę

rozchylaj

ą

, nast

ę

puje zakłócenie,

uprzestrzennienie

przepływu

strugi

trajektorii

napr

ęż

e

ń

,

co

obni

ż

a

znacznie

wytrzymało

ś

ciow

ą

.

Najlepsze s

ą

spoiny wkl

ę

słe.

„Przy du

ż

ych dynamicznych obci

ąż

eniach, ewentualne podtopienia kraw

ę

dzi spoin nale

ż

y

usun

ąć

przez obróbk

ę

wiórow

ą

lub równowa

ż

n

ą

.”

S.G.

KONSTRUKCJE STALOWE

72

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

Stosuje

si

ę

cz

ę

sto

spoiny

przerywane.

Wykonuje

si

ę

szew

ła

ń

cuchowy,

mijankowy(przestawny). Zawsze na ko

ń

cu ł

ą

cz

ą

cych elementów dwustronna spoina, dalej

szew ła

ń

cuchowy.

Grubo

ść

spoin pachwinowych

Grubo

ść

spoin pachwinowych wynosi

7

,

0

2

,

0

−

i nie mo

ż

e przekracza

ć

mm

16

.

2

,

0

-

dotyczy minimalnej grubo

ś

ci,

jest to

2

,

0

grubszego z ł

ą

czonych elementów

7

,

0

-

dotyczy maksymalnej grubo

ś

ci, jest to

7

,

0

cie

ń

szego z ł

ą

czonych elementów

Długo

ść

spoin pachwinowych

Długo

ść

spoin pachwinowych uło

ż

onych równolegle do kierunku działania siły:

l











≥

⋅

≥

⋅

≤

mm

a

a

40

10

100

Grubo

ść

spoin krzy

ż

owych

Grubo

ść

spoin krzy

ż

owych wynosi:

t

a

5

,

0

<

t

-

grubo

ść

blachy do której mocujemy

ż

eberka

mm

t

6

>

7.2.2.12.

Spoiny otworowe i bruzdowe

Spoiny te stosujemy gdy:

-

Mamy ograniczona długo

ść

zachodzenia

-

Spoiny pachwinowe nie wystarczaj

ą

.

Otwór zako

ń

czony jest półkoli

ś

cie na obu ko

ń

cach.

KONSTRUKCJE STALOWE

73

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

gdzie:

d

-

szeroko

ść

otworów

t

-

grubo

ść

dachu (elementu, gdzie wykonujemy otwory)

Długo

ść

obliczeniowa spoiny to:

ia

wyokraglen

l

2

2

+

Długo

ść

obliczeniowa spoiny po łuku to:

a

d

−

Całkowita długo

ść

obliczeniowa spoiny to:

π

⋅

−

⋅

+

)

(

2

2

a

d

l

W spoinach bruzdowych:

-

Otwór musi by

ć

zako

ń

czony półkoli

ś

cie

-

Długo

ść

otworu

d

l

+

nie mo

ż

e przekracza

ć

t

10

, czyli 10 grubo

ś

ci blach, w której

si

ę

znajduje.

-

Spoin tych nie nale

ż

y stosowa

ć

dla blach o grubo

ś

ci

mm

25

>

silnie obci

ąż

onych oraz

w konstrukcjach obci

ąż

onych dynamicznie

7.2.2.13.

Spoiny kroplowe

Spoiny kroplowe stosowane s

ą

w ł

ą

czeniu elementów blach cienkich. Przekrój podłu

ż

ny

tej spoiny to ½ elipsoidy obrotowej.

Mo

ż

na równie

ż

przyjmowa

ć

:

d

l

⋅

⋅

75

,

0

gdzie:

l

-

długo

ść

d

-

póło

ś

elipsy

KONSTRUKCJE STALOWE

74

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

7.2.3.

Obliczanie poł

ą

cze

ń

spawanych

Poł

ą

czenia spawane nale

ż

y tak projektowa

ć

aby spi

ę

trzenia napr

ęż

e

ń

były jak najmniejsze

Nale

ż

y unika

ć

nadmiernego skupiania spoin, np. poprzez

ś

cinanie naro

ż

y

ż

eber usztywniaj

ą

cych

jak i zachowanie minimalnych odległo

ś

ci mi

ę

dzy elementami poł

ą

cze

ń

przesuni

ę

tych

c







>

>

t

mm

2

30

Spoiny nale

ż

y tak projektowa

ć

aby ich

ś

rodek ci

ęż

ko

ś

ci pokrywał si

ę

z osi

ą

ci

ęż

ko

ś

ci pr

ę

ta.

Przy projektowaniu spoin w miejscach trudnodost

ę

pnych nale

ż

y mie

ć

na uwadze to

ż

e pochyleni

elektrody w czasie spawania powinno wynosi

ć

w stosunku do osi podłu

ż

nej spoiny 30 - 60

°

,

a odległo

ść

elektrody od jakiejkolwiek cz

ęś

ci metalowej musi by

ć

mm

10

>

.

Napr

ęż

enia obliczeniowe w spoinach nale

ż

y zmniejszy

ć

o 10% w przypadku wykonywania

poł

ą

czenia na monta

ż

u i o 20% dla spoin sufitowych, pułapowych – ze wzgl

ę

dów wykonawczych

jak i monta

ż

owych.

Spoiny pionowe z góry na dół i odwrotnie wykonuje si

ę

z zastosowaniem specjalnych technik

spawania i specjalnych elektrod, z pewnym ograniczeniem mocy liniowej łuku i napr

ęż

enia pr

ą

du.

W spoinach sufitowych te

ż

mamy ograniczenia co do stosowanych elektrod i napr

ęż

enia pr

ą

du.

7.2.3.1.

Współczynniki zmniejszaj

ą

ce no

ś

no

ść

spoin

Współczynniki zmniejszaj

ą

ce no

ś

no

ść

spoin

( )

α

z uwagi na charakter obci

ąż

enia,

kierunek obci

ąż

enia, rodzaj materiału oraz warunki wykonania.

O 10% -

w przypadku spoin monta

ż

owych

O 20% -

w przypadku spoin pułapowych

O 30% -

w przypadku spoin pułapowych na monta

ż

u

W przypadku spoin wykonywanych podolnie współczynnik zale

ż

y od tego, czy spoina jest

rozci

ą

gana czy

ś

ciskana. Nie jest oboj

ę

tny kierunek i znak obci

ąż

enia w spoinach.

Współczynniki zmniejszaj

ą

ce stosowne w obliczeniach poł

ą

cze

ń

czołowych.

W spoinach

ś

ciskanych

0

,

1

=

⊥

α

. Wytrzymało

ść

poprawnie wykonanej spoiny z u

ż

yciem

odpowiednich technologii, jest na ogół wi

ę

ksza ni

ż

materiału rodzimego.

W spoinach rozci

ą

ganych

ν

α

⋅

−

=

⊥

15

,

0

0

,

1

cych

rozciagaja

ś

r

.

max

σ

σ

ν

=

0

,

1

=

ν

dla czystego rozci

ą

gania

0

,

1

≠

ν

dla mimo

ś

rodowego działania siły

KONSTRUKCJE STALOWE

75

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

W spoinach zginanych:

0

,

1

=

⊥

α

.

W spoinie

ś

cinanej no

ś

no

ść

spoiny czołowej jest równa no

ś

no

ś

ci przekroju spawanego.

W spoinach

ś

cinanych

6

,

0

||

=

α

.

W

spoinach

pachwinowych

wielko

ść

współczynników

zmniejszaj

ą

cych

zale

ż

y

od wytrzymało

ś

ci materiału spawanego, od warunków wykonania oraz warunków pracy

poł

ą

czenia.

Pod wzgl

ę

dem wytrzymało

ś

ciowym podzielono stal na 3 kategorie plastyczno

ś

ci:

I klasa

e

R

255

≤

[

]

MPa

II klasa

≤

255

e

R

355

≤

[

]

MPa

III klasa

≤

355

e

R

460

≤

[

]

MPa

Wyst

ę

puj

ą

napr

ęż

enia normalne i napr

ęż

enia

ś

cinaj

ą

ce.

Napr

ęż

enia

ś

cinaj

ą

ce równolegle do osi podłu

ż

nej

||

τ

i napr

ęż

enie

ś

cinaj

ą

ce prostopadle

do osi podłu

ż

nej

⊥

τ

.

Wielko

ść

współczynników zmniejszaj

ą

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 zło

ż

onym sprawdzamy no

ś

no

ś

ci w spoinach wzorem na napr

ęż

enia

zast

ę

pcze zło

ż

one

d

f

<

+

⋅

⋅

⋅

⊥

)

(

3

2

2

||

2

||

τ

τ

σ

κ

gdzie:

κ

-

jest zale

ż

ne od granicy plastyczno

ś

ci stali

=

κ











0

,

1

85

,

0

7

,

0

KONSTRUKCJE STALOWE

76

Autor: dr inż. S. Górski
Copywriter: Danka W.

„To na tyle dywagacji gospodarczo politycznych, mojego autorstwa. Nie wskazuje tutaj na

ż

adn

ą

opcje polityczna, która by za tym stała. Po prostu…bezpartyjny obywatel kraju, co nieco wiedz

ą

cy.

Wi

ę

cej mo

ż

e ni

ż

inni…”

S.G.