Nevýhody: cena, nízký modul pružnosti (E = 70 GPa, tzn. velké průhyby), malá tažnost (u konstrukčních slitin %, jinak ještě nižší).

Transkript

1 13. Konstrukce hliníku a nereu Hliníkové slitin, návrh hliníkových konstrukcí. Koroivdorné oceli, materiálové vlastnosti, odlišnosti návrhu, příklad použití. 2015: ocel Kč/kg hliníkové slitin Kč/kg nereová ocel Kč/kg Hliníkové konstrukce Výhod: malá hmotnost (objemová tíha γ = 27 kn/m 3, při pevnosti srovnatelné s ocelí), vsoká odolnost proti koroi (navíc le anodick oxidovat = eloxovat), houževnatost (vhodný i do níkých teplot), není magnetický. Nevýhod: cena, níký modul pružnosti (E = 70 GPa, tn. velké průhb), malá tažnost (u konstrukčních slitin %, jinak ještě nižší). Užití: nenosné konstrukce (střešní a stěnové pláště), nosné konstrukce (ejména požaduje-li se níká hmotnost). čistý hliník: f u = 50 MPa f 0,2 = 22 MPa δ 80 % OK3 1

2 Příklad použití Hliníková fasáda - Butovice Hliníkové světlík Konstrukce imních ahrad Lehké hliníkové konstrukce OK3 2

3 Příklad použití Posuvné astřešení nádvoří ámku v Litomšli (SALLEKO s.r.o. Třebíč) posun 12 m 6 x 3 = 18 m OK3 3

4 OK3 4 Konstrukční prvk plošné profil (trapéové plech, lamel, povrch sendvičů atp.): Vrábějí se válcováním a tepla, malé tloušťk válcováním a studena. v v u u tčové profil: Vrábějí se protlačováním ohřáté slitin matricí (obvkle do opsaného průměru 300 mm).

5 Materiál Čistý hliník je měkký, na konstrukce se nepoužívá. Slitin hliníku: slitin ke tváření (plech, extrudované profil a trubk) slitin slévárenské (ejména tv. silumin, slitin Al-Si) - námé jsou "dural": slitin Al-Cu, Al-Cu-Mg (koroe, na konstrukce nevhodné) Značení (ČSN EN 573-1, ČSN EN 573-2): načka číselná: např. EN AW-6082 hliník chemické složení: řada 3 Mn řada 4 Si řada 7 Zn tp slitin: W pro tvářené slitin C odlitk načka chemická: např. stejná slitina EN AW-AlSi1MgMn (event. číslo načí obsah v %) Nejběžnější pro konstrukce: EN AW-6082, EN AW-6061, EN AW-6005A (vsoká pevnost, svařitelnost MIG, TIG) řada 5 Mg řada 6 Mg, Si OK3 5

6 Tepelné pracování: např. 0, T4, T6 apod. Výnamně ovlivňuje mechanické vlastnosti (me kluu, pevnosti, tažnost). Vtvrování = ahřátí (~ 600 ºC), akalení (~ 20 ºC), stárnutí (daná teplota). Trvanlivost: tříd A, B, C (podle tvorb oxidů = koroe slitin) Oceli řad 6 jsou tříd B. Obvkle nátěr nejsou apotřebí ani v agresivním prostředí. Třída C se nedoporučuje v mořských podmínkách. Spoje: měkce žíhaná Svařování (hliníkové elektrod): - MIG cela běžné (všechn tloušťk), - TIG pro t < 6 mm. žíhaná a vtvrená při 20º C žíhaná a vtvrená a tepla (~ 150º C) Mechanické spoje: - šroub (hliníkové, ocelové - též předpjaté, nereové), - hliníkové nýt, - lepení (jen pro smk) - epoxidové a akrlové prskřice. Poor na bimetalickou koroi, stk s betonem, dřevem. V agresivním prostředí: - mechanické spoje hliníkové: abránit vlhkosti ve spoji, - nereové spoje: abránit vlhkosti ve spoji, - ocelové poinkované: nutno chránit hliník nátěrem, lépe vložit iolaci, nebo použít kadmiované šroub. OK3 6

7 Mechanické vlastnosti - nelineární pracovní diagram dán normou Ramberg-Osgoodův model: σ f f e e σ ε = E + ε o,e σ fe n σ f max = f max f u f p = f 0 f p Běžný model: E 1 E ε ε o,e e ε max ε ε 0,e ε e ε max E ε p ε p = 0,5 a) ε u ε max max ε Běžné výpočt: E = MPa (G = MPa, ν = 0,3) f 0 (smluvní 0,2%), f u podle tříd např. ocel EN AW-6082 T6: f MPa; f u 310 MPa; n = 25 tažnost níká (6 12 %) např. ocel EN AW-6082 T651: A 50 = 10 % OK3 7

8 MSP Používá se sečnový modul pružnosti, popř. přesnější výpočet. MSÚ (odlišnosti oproti uhlíkovým ocelím) Používají se všší dílčí součinitele materiálu: γ M0 = γ M1 = 1,1; γ M2 = 1,25. Klasifikace (běžné 4 tříd): rohodují podstatně menší štíhlosti. Prostý tlak, tah: analogické k posudkům OK (ale uvažuje se HAZ). Moment: použije se modul průřeu ovlivněný svar (W pl,ha, W el,ha, W eff,ha ). Vpěr: únosnost je ovlivněna svar, používají se 2 vpěrnostní křivk dané třídou materiálu (A, B). Pro EN AW-6082 platí horší křivka B. N = b, Rd κ χ Aefffo / γ M1 vliv svarů (normové vorce pro příčné a podélné svar) Boulení ve smku již od h w /t w >39ε (posudk cela analogické jako u OK). Klopení: - prostý moment únosnosti (ovlivněný svar) se redukuje součinitelem χ LT (cela obdobně jako u OK, avšak pro jiné 2 křivk klopení). OK3 8

9 Spoje Šroub a nýt (používají se hliníkové, nereové, ocelové poinkované): V průmslovém prostředí abránit bimetalické koroi pomocí vložek, těsnění, nátěru, atmelit. roteče, návrh obdoba OK, jiné součinitele. Svar: návrh tupých i koutových svarů obdobný jako u OK, avšak elektrod určují pevnost svaru (mají nižší f w ~ 190 MPa)!!! Důležité: U tvářených (a vtvrovaných) slitin docháí v místě svaru k ovlivnění pevnosti ákladního materiálu (vžíhá se). Do výpočtu se avádí součinitelem ρ ha 1, kterým se redukuje tloušťka stěn v okolí svaru. Pon: součinitel je pro každý materiál uveden v tabulce norm, např. pro ocel EN AW-6082 T6 jeρ ha = 0,48. HAZ (heat-affected one = tepelně ovlivněná oblast) vžd od kořene svaru: b ha = mm (áleží na tloušťce t) b ha b ha t tρ ha b ha OK3 9

10 Nereové konstrukce Návrh podle ČSN EN Doplňující pravidla pro koroivdorné oceli. dříve: v současnosti: převážně jako plošné, povrchové, estetické dílce též jako nosné prvk konstrukcí Finsko Německo Japonsko OK3 10

11 Most v Německu Most na Menorce Most v Yorku (VB) OK3 11

12 Materiál Koroivdorné oceli mají: min. 10,5% Cr max. 1,2 % C Značení (ČSN EN 10027, ČSN EN 10088): načka: např. X5CrNi18-10 legující prvk, [%] vsokolegovaná (> 5 % jednoho prvku) obsah C [100 %], de 0,05% číslo materiálu: např. tatáž ocel konkrétní ocel ve skupině ocel koroivdorná ocel mající 2,5 % Ni, be Mo, Nb, Ti Skupina 44 je s molbdenem třída podle pracování a studena: CP 350 až CP 700 (odpovídající C 700 až C 1000 pro f u ) výšená 0,2 % me kluu v [MPa] (výšena též f u, ale pro min ε [%] OK3 12

13 Podle hlavních vlastností (ČSN EN 10088): a) Oceli odolné koroi: Chrom vtváří povlak oxidu chromu, "pasivní vrstvu" (sama se obnovuje) (oceli 1.40, 1.41, 1.43, až 1.46 : např. běžné , , ) b) Oceli žáruvdorné: Mají dobrou odolnost proti oxidaci a plnům při teplotách > 500 ºC (oceli 1.47, 1.48 ). c) Oceli žáropevné: Mají dobrou odolnost proti deformaci při atížení a teplotách > 500 ºC (oceli 1.49 ) Rodělení podle mikrostruktur: feritické oceli (C < 0,8 %; magnetické, hůře svařitelné) martenitické oceli (C < 1,0 %; magnetické, tvrdé - na ložiska apod. precipitačně vtvrené oceli (dodatečné tepelné vtvrení martenitu) austenitické oceli (Cr %, Ni 8,5-14,5 %; nemagnetické, nejběžnější) austeniticko-feritické (duplexní) oceli (Cr %, Ni 4,5-6,5 %; lepší, dražší) OK3 13

14 Mechanické vlastnosti nelineární pracovní diagram jiné vlastnosti příčně, podélně v tlaku, v tahu σ [MPa] koroivdorné oceli uhlíkové oceli σ [MPa] tlak - příčně tah - příčně tlak - podélně tah - podélně ε ε Běžné výpočt: E = MPa (G = MPa) f podle daných pevnostních tříd: nejběžnější oceli: (austenitická)... S (austenitická)... S (duplexní)... S480 tažnost vsoká (40 60 %) křehkolomové vlastnosti výborné až do - 40º C OK3 14

15 MSP Používá se sečnový modul pružnosti E s,ser = E s,1 + E s,2, ávislém na napětí v horní (i = 1) a dolní (i = 2) pásnici a směru válcování. Konervativně le včíslit v průřeu s největším napětím: E s,i E = E 1+ 0, 002 σ i,ed,ser σ f i,ed,ser MSÚ (odlišnosti oproti uhlíkovým ocelím) n např. pro ocel : ve směru válcování n = 6 příčně n = 8 Používají se všší dílčí součinitele materiálu: γ M0 = γ M1 = 1,1; γ M2 = 1,25. Klasifikace (běžné 4 tříd) používá přísnější součinitele. Pro vpěr se používají přísnější křivk vpěrnosti (podle tvaru průřeu). Pro klopení křivka c (a studena tvarované) nebo d (svařované průře). Boulení ve smku již od h w t 52 ε η OK3 15

16 Spoje Šroub: Musí být koroivdorného materiálu (nele poinkované, hliníkové!!!). Méně ušlechtilý kov koroduje rchleji (bimetalická koroe, poškodí i povrch nereu). pro otlačení se použije "redukovaná" pevnost f u,red =0,5f + 0,6f u pro střih: α f F v, Rd = γ ub M2 A... α = 0,6 (0,5 pro ávit ve střihu) Stkování s běžnou ocelí: Svar: Používají se všechn běžné metod, přídavný materiál pro koroivdorné oceli. Výpočet obvklý, poue korelační součinitel β w = 1. OK3 16

17 Montáž Při montáži je nutné dodržovat speciální postup: prvk až do poslední fáe chránit povrch (leskle žíhaný, leštěný, dekorativní, barevný nebo lakovaný) snímacími plastovými povlak, vvarovat se nečistění částečkami želea, plech klást stejným působem podle směru válcování (jinak vnikají estetické vad), udržovat rovinnost plechů (neutahovat příliš šroub, svar se prokleslují...), vloučit tvoření "olejnatých skvrn" (používat konkávní plech, vtužovat atd.), dodržovat čistotu (podle úprav povrchu používat rukavice apod.), používat šroub koroivdorné oceli, namaat je proti adření. OK3 17

18 Klášter Santa Maria de Carracedo ve Španělsku OK3 18

19 Zastřešení archeologických vkopávek v Efesu, Turecko (placht PTFE nesené příhradovými nosník a konstrukcí s táhl) OK3 19

20 Oranžérie Pražského hradu OK3 20

21 Řadový domek v Hasseltu, Belgie (nereová rampa a vstup) OK3 21

22 Starý bunkr v Vreeland, Nioemsko (nereové opláštění ocelové visuté konstrukce) OK3 22

23 Inovační centrum v Montceau-les-Mines, Francie (nereové opláštění ocelové konstrukce) OK3 23