background image

1

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

1

Kruche pękanie stali

Dobór stali na konstrukcje 

Połączenia trzpieniowe - materiały

KONSTRUKCJE  METALOWE

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

2

PLAN  WYKŁADU 

KRUCHE PĘKANIE STALI

DOBÓR STALI NA KONSTRUKCJE

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE - MATERIAŁY 

BIBLIOGRAFIA

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

3

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Stal może ulegać zniszczeniu plastycznemu lub kruchemu 
w zależności od warunków, w których następuje zniszczenie.

Kruche pękniecie jest jednym z najpoważniejszych niebezpieczeństw 
zagrażających stalowym konstrukcjom, szczególnie spawanym,
w trakcie eksploatacji. 

Kruche pękanie rozwija się w materiale bez lub przy względnie 
małych odkształceniach plastycznych, nagle, bez wcześniejszych 
oznak, często przy niskim poziomie naprężeń eksploatacyjnych, 
za to wysokim poziomie naprężeń własnych. 

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

4

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Kruche pękanie stali może mieć miejsce gdy jednocześnie:

- istnieje tzw. karb, im silniejszy jest wpływ karbu, tym naprężenia 

przy których powstają kruche pęknięcia, mogą być mniejsze,

- w obszarze karbu działają odpowiednio duże naprężenia  

rozciągające, skierowane prostopadle do powierzchni przekroju 
narażonego na pękniecie,

- zapoczątkowaniu i rozwijaniu się kruchego pęknięcia sprzyja 

temperatura niższa od tzw. „temperatury kruchości T

k

”.

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

5

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Ryzyko kruchego pęknięcia wzrasta gdy: 
- wzrasta poziom naprężeń (zwłaszcza trójosiowy)
- w elemencie występują naprężenia własne (np. spawalnicze) 
- w elemencie występują obszary koncentracji naprężeń wokół wad  

spoin i w SWC (np. mikropękniecia). 

- element stalowy jest gruby
- nastąpił zgniot na zimno
- stal jest nieuspokojona 

Wzrost zawartości węgla obniża odporność na kruche pękanie 
(zwiększenie o 0,01% C przesuwa T

k

o 1-2 

o

C). 

Dodatki stopowe Cr, Co, Mo i Si powyżej 0,4% pogarszają odporność 
na kruche pękanie. 

Odporność na kruche pękanie zwiększa domieszka do 2% Mn oraz Ti
i Ni. 

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

6

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Wraz z obniżeniem temperatury wzrasta granica plastyczności, 
maleje zaś wydłużenie A. W pewniej temperaturze granica 
plastyczności R

e

osiąga wartość równą wytrzymałości na rozciąganie 

R

m

. Temperaturę tą nazywamy temperaturą kruchości T

k

.  

Wpływ temperatury
na właściwości stali.

background image

2

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

7

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Wpływ karbu na wytrzymałość i wydłużenia próbki.

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

8

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Pęknięcie kruche mostu

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

9

KRUCHE PĘKANIE STALI 

Przełamanie statku w wyniku kruchego pęknięcia

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

10

DOBÓR STALI 

Dokonując doboru stali do wykonania konstrukcji, należy brać pod
uwagę:

- kształtowanie elementów (ich schematy statyczne, przekroje, 

połączenia, stateczność miejscową i ogólną, przemieszczenia),

- stan naprężeń (rodzaj - rozciąganie, ściskanie; wartość, 

koncentracja),

- zachowanie materiałów pod wpływem obciążeń statycznych, 

dynamicznych, udarowych, zmęczeniowych itd.,

- zachowanie materiałów w podwyższonej lub obniżonej 

temperaturze,

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

11

DOBÓR STALI 

- technologię wytwarzanie (spawalność stali, łatwość obróbki,  

wiercenia otworów, gięcia),

- odporność na korozję, ścieranie (np. szyny belek podsuwnicowych, 

zasobniki na materiały sypkie),

- koszt materiału

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

12

DOBÓR STALI 

W procesie wymiarowania w doborze kształtowników i blach należy 
kierować się następującymi wytycznymi:

- nie stosować wyrobów nie objętych programem walcowania,

- wymiary  części z blach tak dobrać, aby w sposób najbardziej 

efektywny wykorzystać arkusze blach,

- w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części 

o wymiarach trudnych do rozróżnienia, a w szczególności:

- kątowników o ramionach jednakowej szerokości, lecz różniących 

się grubością mniej niż 3 mm (np. L 60x60x6 i L 60x60x9),

- dwuteowników i ceowników tej samej wysokości lecz różniących 

się grubością pasów lub środników (np. HEA 200 i HEB 200),

- części z blach uniwersalnych lub grubych tej samej szerokości, 

lecz różniących się grubością mniej niż 3 mm,

background image

3

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

13

DOBÓR STALI 

- w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części z blach 

lub kształtowników o jednakowych wymiarach, lecz wykonanych z 
różnych gatunków stali (np. St3S i 18G2A),

- zważać aby długości poszczególnych części nie przekraczały 

długości handlowych poszczególnych asortymentów,

- w elementach złożonych, w szczególności kratowych, ograniczać 

liczbę różnych kształtowników; w zwykłych kratownicach 
wykonywanych jednostkowo, stosować nie więcej niż 5 - 6 różnych 
kształtowników.

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

14

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Podział połączeń trzpieniowych:

- ROZBIERALNE – łączone elementy można rozdzielić bez 

konieczności zniszczenia łączników:

- śrubowe,
- sworzniowe,
- na wkręty samowiercące,
- na wkręty samogwintujące,

- NIEROZBIERALNE – łączone elementy można rozdzielić po 

wcześniejszym zniszczeniu łączników:
- nitowe,
- na kołki wstrzeliwane,
- na gwoździe (kołki) wstrzeliwane
- na nity jednostronne

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

15

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Połączenie zakładkowe

Połączenie doczołowe

Podział połączeń trzpieniowych (z uwagi na sposób obciążenia):

- ZAKŁADKOWE - obciążenie działa prostopadle do osi łącznika

(śrubowe, nitowe, sworzniowe),

- DOCZOŁOWE - obciążenie działa równolegle do osi łącznika

(śrubowe).

Ź

ród

ło [2]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

16

Źródło [1]

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Połączenie nitowe:

Źródło www.wikipedia.org

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

17

Źródło [1]

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Połączenie sworzniowe:

Źródło [7]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

18

Źródło [1]

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Połączenie śrubowe:

Źródło [7]

background image

4

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

19

Zalety połączeń trzpieniowych:

- mogą być wykonane w każdych warunkach atmosferycznych,
- mogą być wykonane przez pracowników nie mających wysokich  

kwalifikacji,

- mogą łączyć elementy z różnych gatunków stali, a nawet różnych 

metali

Wady połączeń trzpieniowych:

- większe zużycie stali (osłabienie przekroju otworami, dodatkowe

blachy węzłowe),

- brak możliwości odnowy powłok antykorozyjnych między 

elementami połączonymi 

Obecnie powszechnie stosuje się połączenia spawane jako złącza 
warsztatowe i połączenia śrubowe jako montażowe.

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

20

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Rodzaje nitów:

Stal stosowana do produkcji nitów:

Ź

ród

ło [2]

Ź

ród

ło [2]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

21

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Długość trzpienia nitu:

1,12

1, 4

l

g

d

=

+

gdzie:
- grubość łączonych elementów
- średnica otworu

Źródło [2]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

22

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Proces nitowania:

rozgrzanie nita

do temperatury tzw. 

pomarańczowego żaru 

(900 – 1100

C)

Wprowadzenie gorącego nita 

do otworu

Uformowanie (zakucie) drugiego 

łba (młot lub niciarka)

Źródło www.wikipedia.org

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

23

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Śruby zwykłe:

Źródło [2]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

24

Śruby pasowane:

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Śruby pasowane stosuje się przy naprawie połączeń nitowanych 
(wymiana nitów na śruby pasowane). 

Źródło [2]

background image

5

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

25

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Śruby rzymskie (nakrętki napinające):

Nakrętki napinające stosuje się przy sprężaniu cięgien. 

Źródło [3]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

26

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Śruby fundamentowe

Śruby fundamentowe 
stosuje się przy kotwieniu 
np. słupów w stopach 
fundamentowych.

Źródło [3]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

27

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Inne łączniki trzpieniowe:

a) nit jednostronny
b) blachowkręt 
c) wkręt samogwintujący
d) wkręt samowiercący
e) kołek wstrzeliwany

Źródło [4]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

28

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Podkładki okrągłe:

Ź

ród

ło [1]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

29

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Podkładki klinowe:

Podkładki klinowe stosuje 

się przy połączeniach 

śrubowych kształtowników 

z nachyloną stopką

Rowki na spodniej stronie 

podkładek służą do ich 

identyfikacji.

Ź

ród

ło [1]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

30

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Funkcja podkładek w połączeniach trzpieniowych:

- ochrona powłoki antykorozyjnej przed jej zdarciem podczas ruchu

obrotowego nakrętki, ściskającej elementy łączone z coraz większą 
siłą w końcowej fazie dokręcania,

- zmniejszenie oporów tarcia obracającej się nakrętki (podkładka jest 

bardziej gładka niż element łączony),

- rozłożenie nacisku nakrętki na większą powierzchnię.

background image

6

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

31

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Klasy wykonania śrub:
- zgrubne (C) - stosowane do łączenia elementów drugorzędnych
- średnio dokładne (B) - podstawowa klasa śrub stosowana w 

budownictwie

- dokładne (A) - klasa stosowana w śrubach pasowanych

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

32

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Stale stosowane do wyrobu śrub zwykłych:
- St4
- St5
- 35
- 45

Stale stosowane do wyrobu śrub sprężających:
- stale  węglowe

- 45
- 45Y

- stale stopowe

- 40H (chromowa)
- 30HGS (chromowo-manganowo-krzemowa)
- 35HGS (chromowo-manganowo-krzemowa)

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

33

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Klasy śrub i nakrętek:

np.:

Śruba

4.6

R

m

=400 MPa

R

e

R

m

=0,6 

R

e

= 0,6 R

m

= 240 MPa

Nakrętka

4

R

m

=400 MPa

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

34

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Klasy śrub i nakrętek:

Źródło [2]

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

35

POŁĄCZENIA TRZPIENIOWE 

Średnice śrub stosowanych w budownictwie 
(M oznacza gwint metryczny a liczba średnicę śruby w mm):

(M5) ; (M6) ; (M8) ; (M10) ; (M12) ; M16 ; M20 ; M24 ;  M30 ; M36 ;
M36 ; M42 ; M48 ...

Śruby w nawiasie nie powinny być stosowane w konstrukcjach 
nośnych.

08-04-30

Konstrukcje metalowe - Wykład 4

36

BIBLIOGRAFIA

1. Rykaluk K. „Konstrukcje stalowe. Podstawy i elementy” DWE, Wrocław 2001
2. Łubiński M., Filipowicz A., Żółtowski W. „Konstrukcje metalowe. Część I” 

Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2006 

3. Żmuda J. „Podstawy projektowania konstrukcji metalowych” Wydawnictwo Arkady, 

Warszawa 1997

4. Biegus A. „Stalowe budynki halowe” Wydawnictwa Arkady Warszawa 2007.
5. PN-90/B-03200 „Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie
6. Bogucki W., Żyburtowicz M. „Tablice do projektowania konstrukcji metalowych” 

Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2007

7. Materiały dydaktyczne ESDEP