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.

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,

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]

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:
g - grubość łączonych elementów
d - 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

o

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]

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.

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 d 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