PLAN WYKAADU WPROWADZENIE ZALETY I WADY KONSTRUKCJI ALUMINIOWYCH ZASTOSOWANIE PRODUKCJA ALUMINIUM I STOPÓW KONSTRUKCJE METALOWE WAAÅšCIWOÅšCI ALUMINIUM I STOPÓW WYTWARZANIE I ASORTYMENT WYROBÓW POACZENIA Lekkie konstrukcje metalowe WYMIAROWANIE ELEMENTÓW BELKI I BLACHOWNICE KRATOWNICE LITERATURA 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 1 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 2 09-03-30 2 WPROWADZENIE ZALETY I WADY KONSTRUKCJI ALUMINIOWYCH ZALETY [2]: GLIN (Al) - maÅ‚y ciężar objÄ™toÅ›ciowy, - gÄ™stość 2,70 g/cm3, - duża wytrzymaÅ‚ość przy rozciÄ…ganiu i Å›ciskaniu, - odporność na korozjÄ™ atmosferycznÄ… (nie wszystkie stopy), - jest trzecim najpowszechniejszym pierwiastkiem wystÄ™pujÄ…cym na - odporność na dziaÅ‚anie wielu czynników chemicznych, powierzchni Ziemi, w przyrodzie wystÄ™puje w zwiÄ…zkach-mineraÅ‚ach, - nieiskrzenie przy uderzeniach (zbiorniki na paliwa), z których najważniejszy to boksyt, - antyferromagnetyczność (brak zaburzeÅ„ pola magnetycznego), - zwiÄ…zki (sole) aluminium znane i stosowane byÅ‚y już w starożytnoÅ›ci - wzrost wytrzymaÅ‚oÅ›ci wraz ze spadkiem temperatury, (barwniki, Å›rodki antyseptyczne), - odporność na kruche pÄ™kanie. - w stanie czystym otrzymaÅ‚ go po raz pierwszy duÅ„ski fizyk WADY: H.Ch. Oersted w 1825 r., - wysokie koszty materiaÅ‚u, -na skalÄ™ przemysÅ‚owÄ… glin zaczÄ™to wytwarzać w drugiej poÅ‚owie XIX w., - bardzo maÅ‚a odporność na wysokie temperatury (temp. topnienia Al 660oC), - w stanie czystym jest kruchy i Å‚amliwy, dlatego w praktyce najczęściej - bezpoÅ›redni kontakt z niektórymi substancjami jest niedopuszczalny stosowane sÄ… stopy aluminium z innymi pierwiastkami. i wymaga zastosowania poÅ›rednich warstw izolacyjnych (np. stal, beton, mur, zaprawy). 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 3 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 4 ZASTOSOWANIE PRZYKAADY ZASTOSOWANIA PALMIARNIA I CIEPLARNIA W OGRODZIE BOTANICZNYM UJ Na podstawie [2]: - konstrukcje noÅ›ne o dużych rozpiÄ™toÅ›ciach, - konstrukcje dla przemysÅ‚u chemicznego, znajdujÄ…ce siÄ™ w Lokalizacja: Kraków agresywnych Å›rodowiskach, Okres budowy: 1959-60 - konstrukcje tymczasowe, rozbieralne, wielokrotnego użytku (np. MateriaÅ‚: AlMgSi1 - PA4 rusztowania), Zużycie materiaÅ‚u: ok. 35 ton - lekkie obudowy budynków halowych i szkieletowych, Konstruktorzy: W. Wojnowski - konstrukcje narażone na korozjÄ™ (np. zbiorniki do magazynowania W. Merunowicz glikolu, fenolu, tÅ‚uszczów, itp.), P. Skrzynecki - zbiorniki narażone na dziaÅ‚anie niskiej temperatury (np. do magazynowania skroplonych gazów). 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 5 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 6 PRZYKAADY ZASTOSOWANIA PRZYKAADY ZASTOSOWANIA PALMIARNIA I CIEPLARNIA W OGRODZIE BOTANICZNYM UJ DACHY SYSTEMU VACONOROOF RozpiÄ™tość do 120 m WÅ‚ochy " 30,65 m SÅ‚owenia " 60,96 m yródÅ‚o [2] yródÅ‚o [2] Niemcy " 16,90 m yródÅ‚o [www.vacono.com] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 7 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 8 PRZYKAADY ZASTOSOWANIA PRZYKAADY ZASTOSOWANIA DACHY SYSTEMU VACONOROOF POKRYCIA PAYWAJCE SYSTEMU VACONODECK yródÅ‚o [5] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 9 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 10 PRZYKAADY ZASTOSOWANIA PRODUKCJA ALUMINIUM POKRYCIA PAYWAJCE SYSTEMU VACONODECK Glin (aluminium) wystÄ™puje w przyrodzie w postaci minerałów takich jak: - boksyt (głównie wodorotlenki glinu), - glinokrzemiany, - kaoliny, - glinki. Otrzymywanie aluminium: boksyt tlenek glinu Al metody termiczne Al2O3 elektroliza lub chemiczne yródÅ‚o [www.vacono.com] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 11 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 12 yródÅ‚o [www.vacono.com] STOPY ALUMINIUM STOPY ALUMINIUM Hydronalium (inaczej: altmag, peraluman): W celu poprawy wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci mechanicznych stopu (głównie wzrost - stop aluminium z magnezem (AlMg), wytrzymaÅ‚oÅ›ci i poprawa wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci plastycznych) stosuje siÄ™ obróbkÄ™ - Å›rednia wytrzymaÅ‚ość, Å›rednia odporność na korozjÄ™, dobra cieplnÄ… stopów aluminium. spawalność. Anticorodal (inaczej: aldrey): - stop aluminium z magnezem i krzemem (AlMgSi), - Å›rednia wytrzymaÅ‚ość, wysoka odporność na korozjÄ™, Å›rednia spawalność. Duraluminium (inaczej: dural, duralumin): - stop aluminium z miedziÄ… i magnezem (AlCuMg), - duża wytrzymaÅ‚ość, sÅ‚aba odporność na korozjÄ™, sÅ‚aba spawalność. Duralumin cynkowy: - stop aluminium z cynkiem i magnezem (AlZnMg), - duża wytrzymaÅ‚ość, Å›rednia odporność na korozjÄ™, dobra spawalność; z dodatkiem miedzi (AlZnMgCu) najwyższa yródÅ‚o [2] wytrzymaÅ‚ość, ale sÅ‚aba odporność na korozjÄ™ i sÅ‚aba spawalność. 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 13 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 14 WAAÅšCIWOÅšCI ALUMINIUM I STOPÓW WAAÅšCIWOÅšCI ALUMINIUM I STOPÓW Rm = 120 - 310 [MPa] R0,2 = 60 - 250 [MPa] E = 70 [GPa] G = 27 [GPa] ½ = 0,3 A5 = 10 16 % Å‚ = 2700 kg/m3 Ä…t = 23·10-6 [1/oC] (dla stali Ä…t = 12·10-6 [1/oC]) yródÅ‚o [1] yródÅ‚o [1] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 15 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 16 WYTRZYMAAOÅšCI OBLICZENIOWE STOPÓW WYTWARZANIE WYROBÓW ZE STOPÓW ALUMINIUM W nawiasie podano Metody wytwarzania: wytrzymaÅ‚oÅ›ci obliczeniowe konstrukcji - wyciskanie (materiaÅ‚ pod naciskiem stempla wypÅ‚ywa przez otwór lub osÅ‚abionych spawaniem. otwory w narzÄ™dziu albo przez szczeliny utworzone przez narzÄ™dzia), - walcowanie (ksztaÅ‚towanie materiaÅ‚u miÄ™dzy obracajÄ…cymi siÄ™ walcami), - ciÄ…gnienie (formowanie przez przeciÄ…ganie materiaÅ‚u wyjÅ›ciowego przez otwór, którego pole przekroju jest mniejsze niż pole przeciÄ…ganego materiaÅ‚u). yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 17 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 18 ASORYMENT WYROBÓW ALUMINIOWYCH ASORYMENT WYROBÓW ALUMINIOWYCH yródÅ‚o [www.gk-kety.com] - blachy (pÅ‚askie i profilowane), - prÄ™ty (okrÄ…gÅ‚e, prostokÄ…tne, szeÅ›ciokÄ…tne), Przekrój ksztaÅ‚townika do konstrukcji dachu - ksztaÅ‚towniki (kÄ…towniki, ceowniki, teowniki, rury), systemu VACONOROOF. - ksztaÅ‚towniki specjalne (np. do lekkiej obudowy, Å›lusarki itp.) yródÅ‚o [www.vacono.com] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 19 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 20 POACZENIA KONSTRUKCJI ALUMINIOWYCH POACZENIA TRZPIENIOWE Na nity stosuje siÄ™ stopy PA20N-0 oraz PA45-T4, a na Å›ruby PA45-T6. Do Å‚Ä…czenia elementów z aluminium i jego stopów stosuje siÄ™ poÅ‚Ä…czenia: Zaleca siÄ™ stosować poÅ‚Ä…czenia dwuciÄ™te. - nitowe, Åšrednice nitów nie powinny być wiÄ™ksze niż 18 mm. - Å›rubowe, - spawane, Dobór Å›rednic (d) można przeprowadzić wg zalecenia: - klejone, tmin < d < 4Å"tmin - zgrzewane. gdzie: tmin grubość najcieÅ„szego Å‚Ä…czonego elementu. WytrzymaÅ‚ość obliczeniowa nitów i Å›rub na Å›cinanie: , f = 0,6Å" fdt dv 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 21 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 22 POACZENIA TRZPIENIOWE POACZENIA SPAWANE Rozmieszczenie Å‚Ä…czników: Do spawania aluminium i jego stopów stosuje siÄ™ metody: - TIG spawanie elektrodÄ… nietopliwÄ… w osÅ‚onie gazów obojÄ™tnych, - MIG spawanie elektrodÄ… topliwÄ… w osÅ‚onie gazów obojÄ™tnych. yródÅ‚o [3] a1 e" 2,5 d a2 e" 2,0 d a, a3 e"3,0 d gdzie: d Å›rednica Å‚Ä…cznika. yródÅ‚o [3] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 23 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 24 POACZENIA SPAWANE POACZENIA SPAWANE KsztaÅ‚towanie poÅ‚Ä…czeÅ„ spawanych: yródÅ‚o [2] yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 25 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 26 WYMIAROWANIE ELEMENTÓW WYMIAROWANIE ELEMENTÓW STATECZNOŚĆ MIEJSCOWA: ELEMENTY OSIOWO ROZCIGANE: Stateczność miejscowÄ… Å›cianek elementów sprawdza siÄ™, jeżeli N à = d" fdt smukÅ‚ość Å›cianki p = b/t jest wiÄ™ksza od granicznych wartoÅ›ci An smukÅ‚oÅ›ci 1 podanych w Tablicy 15-9, 15-10 i 15-11. Odpowiednie wzory można znalezć w [2]. gdzie: N siÅ‚a rozciÄ…gajÄ…ca, An przekrój netto, fdt wytrzymaÅ‚ość obliczeniowa na rozciÄ…ganie . yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 27 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 28 WYMIAROWANIE ELEMENTÓW WYMIAROWANIE ELEMENTÓW yródÅ‚o [2] yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 29 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 30 WYMIAROWANIE ELEMENTÓW WYMIAROWANIE ELEMENTÓW ELEMENTY OSIOWO ÅšCISKANE: Zaleca siÄ™ aby smukÅ‚ość elementu Å›ciskanego nie przekraczaÅ‚a 180, a w przypadku obciążeÅ„ dynamicznych 120. N à = d" fdc Å"Õ A gdzie: N siÅ‚a Å›ciskajÄ…ca, A przekrój elementu, fdc wytrzymaÅ‚ość obliczeniowa na Å›ciskanie, Ć współczynnik wyboczeniowy. yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 31 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 32 WYMIAROWANIE ELEMENTÓW WYMIAROWANIE ELEMENTÓW ELEMENTY ZGINANE: NoÅ›ność elementów zginanych sprawdza siÄ™ tak jak elementów stalowych, przyjmujÄ…c odpowiednie wytrzymaÅ‚oÅ›ci obliczeniowe (fdt lub fdc). Ponadto muszÄ… być speÅ‚nione warunki: à d" fdt Ä d" fdv à d" fdc z gdzie: à naprężenia normalne od obciążeÅ„, Ä naprężenia styczne od obciążeÅ„, Ãz naprężenia zastÄ™pcze (przy zÅ‚ożonym stanie naprężenia), fdt, fdc, fdv wytrzymaÅ‚oÅ›ci obliczeniowe na rozciÄ…ganie, Å›ciskanie i Å›cinanie. yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 33 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 34 WYMIAROWANIE ELEMENTÓW WYMIAROWANIE ELEMENTÓW ELEMENTY ZGINANE STATECZNOŚĆ OGÓLNA BELEK: Stateczność ogólnÄ… belek należy sprawdzać, gdy pas Å›ciskany nie jest poÅ‚Ä…czony ze sztywnÄ… tarczÄ… i gdy smukÅ‚ość belki y=L/iy jest wiÄ™ksza od wartoÅ›ci 1 podanych w Tablicy 15-6. Odpowiednie wzory można znalezć w [2]. yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 35 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 36 BELKI I BLACHOWNICE KRATOWNICE W przypadku belek zaleca siÄ™ stosować przekroje z rozbudowanym W przypadku kratownic zaleca siÄ™ aby dÅ‚ugoÅ›ci prÄ™tów Å›ciskanych byÅ‚y pasem Å›ciskanym (zabezpieczenie przed utratÄ… ogólnej statecznoÅ›ci - jak najmniejsze (z uwagi na możliwe wyboczenie). zwichrzenie) i pogrubionymi półkami (zabezpieczenie przed miejscowÄ… utratÄ… statecznoÅ›ci). yródÅ‚o [2] yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 37 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 38 KRATOWNICE LITERATURA Z uwagi na wrażliwość stopów aluminium na wpÅ‚yw karbu oraz 1. M. AubiÅ„ski, A. Filipowicz, W. Żółtowski Konstrukcje metalowe. Część I Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2007 nierównomierność i koncentracjÄ™ naprężeÅ„ prÄ™ty należy Å‚Ä…czyć 2. M. AubiÅ„ski, W. Żółtowski Konstrukcje metalowe. Część II Wydawnictwo Arkady, współosiowo. Warszawa 2007 3. K. Rykaluk Konstrukcje stalowe. Podstawy i elementy DWE, WrocÅ‚aw 2001. 4. W. Bogucki, M. Å»yburtowicz Tablice do projektowania konstrukcji metalowych PoÅ‚Ä…czenia prÄ™tów Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2007 kratowych najczęściej 5. MateriaÅ‚y reklamowe grupy VACONO (Aluminium Rheinfelden GmbH) 6. MateriaÅ‚y dydaktyczne ESDEP wykonuje siÄ™ jako nitowane, w celu unikniÄ™cia zmniejszenia wytrzymaÅ‚oÅ›ci materiaÅ‚u przy spawaniu. yródÅ‚o [2] 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 39 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 39 09-03-30 Konstrukcje metalowe - WykÅ‚ad 25 40