Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

Transkript

1 Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí Marek Šorf Seminář Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí 27. září 2017 ČVUT Praha 1

2 Obsah 1. část Ing. Marek Šorf Rozdíl oproti navrhování konstrukcí z běžné oceli Klasifikace průřezů a průřezy třídy 4 Únosnost průřezu o v tahu o v tlaku o v ohybu o ve smyku MSP Výpočet průhybu 2. část Doc. Ing. Michal Jandera, Ph.D. Tlačené prvky Nosníky Kombinace namáhání 2

3 Pročjetřebapronávrhkonstrukcez korozivzdorných ocelí používat jiná pravidla? 3

4 Korozivzdorná ocel vykazuje podstatně jiné chování oproti běžné uhlíkové oceli Napětí (N/mm 2 ) Korozivzdorná ocel: není zřetelná přesná mez kluzu Austenitická ocel Duplexní ocel Feritická ocel Uhlíková ocel S355 Uhlíková ocel: zřetelná mez kluzu Deformace (%) 4

5 Jakou hodnotu meze kluzu uvažovat pro návrh? σ 2 f y = napětí při 0.2% plastické deformace 1 Stress 1.. Mez úměrnosti (konec elastické části křivky) 2.. Smluvní mez kluzu při 0,2% plastické deformace 0,2% ε 5

6 Charakteristiky materiálu Nelineární chování materiálu: rozdílné limitní poměry šířky ku tloušťce částí průřezu pro lokální boulení rozdílné chování při vzpěru a klopení větší průhyby 6

7 Charakteristiky materiálu Asymetrie chování v tlaku a v tahu Anizotropní chování materiálu různé vlastnosti ve směru rovnoběžném a kolmém ke směru válcování Asymetrie a anizotropie záleží na úrovni tváření za studena, vliv je větší u prvků menších tlouštěk Běžné konstrukční prvky (tl. min. 3 mm) Vliv asymetrie a anizotropie není tak velký Nelineární chování má větší vliv 7

8 Zpevnění materiálu Navýšení meze kluzu tvářením za studena plastickou deformací: napětí odpovídající 0.2% plastické deformace vzroste až o 50% (u hranatých za studena tvarovaných průřezů v oblasti rohů) Největší nárůst u austenitických ocelí Ale: Větší nároky na tvarovací linku Snižuje se tažnost oceli (x tažnost korozivzdorných ocelí je poměrně vysoká) Vznikají další reziduální napětí 8

9 9

10 Eurokód3: Část1 (EN ) EN Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby EN Navrhování konstrukcí na účinky požáru EN Za studena tvarované prvky a plošné profily EN Konstrukce z korozivzdorné oceli EN Boulení stěn EN Pevnost a stabilita skořepinových konstrukcí EN Deskostěnové konstrukce příčně zatížené EN Navrhování styčníků EN Únava EN Houževnatost materiálu a vlastnosti napříč tloušťkou EN Navrhování ocelových tažených prvků EN Doplňující pravidla pro oceli vysoké pevnosti 10

11 Eurokódpro korozivzdornou ocel Eurokód3 Část1.4: A1:2015 Navrhování ocelových konstrukcí. Doplňující pravidla pro korozivzdorné oceli Upravená a doplňující pravidla pro návrh konstrukcí z korozivzdorné oceli Svařované, válcované a za studena tvarované prvky Austenitické, duplexní, feritické korozivzdorné oceli Určené pro pozemní stavby, mosty, apod. 11

12 Příručka pro navrhování konstrukcí z korozivzdorné oceli Teorie Příklady Komentáře 1. vydání: vydání: vydání: vydání:

13 Navrhování průřezu Seminář Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí 27. září 2017 ČVUT Praha Kapitola5 a 6 v Příručce pro navrhování konstrukcí z korozivzdorné oceli 13

14 Úvod Stejné návrhové postupy jako pro běžnou ocel Dílčí součinitelé spolehlivosti materiálu: γ M0 = 1,1 γ M1 = 1,1 γ M2 = 1,25 γ M0 = 1,0 γ M1 = 1,0 γ M2 = 1,25 Korozivzdorná ocel Běžná ocel Rozdíly jsou dále v limitních hodnotách pro klasifikaci průřezu, ve výpočtu součinitele lokálního boulení průřezů třídy 4, u vzpěrných křivek pevnosti a křivek klopení z důvodu: nelineárního chování materiálu možnému zpevnění materiálu rozdílným velikostem reziduálního napětí 14

15 Klasifikace průřezu a průřezy třídy 4 15

16 Klasifikace průřezu Stejné limity jako pro běžnou ocel u přečnívajících částí průřezu, rozdílné limity pro vnitřní části průřezu Rozdílný výpočet součinitele ε Třída průřezu 2 3 ε = Část namáhaná ohybem 76ε 83ε 90ε 124ε, (korozivzdorná ocel) (běžná ocel) (korozivzdorná ocel) (běžná ocel) (korozivzdorná ocel) 35ε 38ε 37ε 42ε Část namáhaná tlakem ε = (korozivzdorná ocel) (běžná ocel) (korozivzdorná ocel) (běžná ocel), (běžná ocel) 16

17 Průřezy třídy 4 = 0,772 = 1 Stanovení efektivního průřezu stejným způsobem jako u běžné oceli, pouze jiný výpočet součinitele boulení 0,079 1,0 0,188 1,0 Vnitřní tlačené části (za studena tvarované a svařované průřezy) Přečnívající tlačené části (za studena tvarované a svařované průřezy) 0,055(3 + Ψ) = 1,0 0,188 = 1,0 Korozivzdorná ocel Běžná ocel Základní štíhlost: = 28,4 Pro běžnou i korozivzdornou ocel 17

18 Únosnost průřezu v tahu 18

19 Únosnost průřezu v tahu Návrhová únosnost průřezu v tahu se stanoví jako menší z hodnot: Plastická návrhová únosnost neoslabeného průřezu:, = Návrhová únosnost oslabeného průřezu:, = = 1,0 pro hladké díry (bez otřepů apod.) vrtání, řezání vodním paprskem = 0,9 pro hrubé díry (s otřepy) prorážení, řezání plamenem = 0,9pro konstrukce navržené na únavu Nebo dle EN stanovení k podle počtu šroubů, průměru otvoru, roztečí (konzervativnější) 19

20 Únosnost průřezu v tlaku 20

21 Únosnost průřezu v prostém tlaku Návrhová únosnost průřezu v prostém tlaku závisí na zatřídění průřezu:, = pro průřezy třídy 1, 2 a 3, = pro průřezy třídy 4 Rozhoduje pouze u málo štíhlých prutů ( < 0,2) 21

22 Únosnost průřezu v ohybu 22

23 Únosnost průřezu v ohybu Návrhová únosnost průřezu v ohybu závisí na zatřídění průřezu:, = /γ, =, /γ, =, /γ pro průřezy třídy 1 a 2 pro průřezy třídy 3 pro průřezy třídy 4 V případě velkého smyku je třeba použít redukovanou mez kluzu pro smykovou plochu 23

24 Únosnost průřezu ve smyku 24

25 Únosnost průřezu ve smyku Korozivzdorná ocel Běžná ocel Návrhová únosnost průřezu ve smyku se stanoví jako menší z hodnot: Smykové únosnosti při boulení: Pro plechy se štíhlostí h / >, ε pro nevyztužené stojiny Pro plechy se štíhlostí h / >, ε pro vyztužené stojiny Pro plechy se štíhlostí h / > ε pro nevyztužené stojiny Pro plechy se štíhlostí h / > ε pro vyztužené stojiny Plastické smykové únosnosti:, = ( 3 γ = 1,20(doporučeno) 25

26 Smyková plocha proi-h-profily SvařovanéI, H a uzavřené průřezy zatížené rovnoběžně se stojinou: Válcované I, H zatížené rovnoběžně se stojinou: A v A v = h =

27 MSP Výpočet průhybu 27

28 MSP Výpočet průhybu Nelineární chování materiálu tuhost průřezu klesá s narůstajícím napěm průhyby dosahují větších hodnot než u běžné oceli Místo použití bilineárního materiálového modelu je použit Ramberg-Osgoodův materiálový model Průhyby jsou stanoveny s použitím sečnovéhomodulu pro napětí v prvku při MSP průběh napě se po délce prutu mění hodnota sečnového modulu se mění také, = 1 + 0,002 Nejdůležitějším členem je součinitel n, který vyjadřuje míru nelinearity korozivzdorné oceli s ohledem na způsob výroby a působící zatížení σ,, σ,, 28

29 MSP Výpočet průhybu Sečnovýmodul E S pro napětí v prvku v MSP (stanovený z materiálového modelu Ramberg-Osgood):, = 1 + 0,002 σ,, σ,, Napětí σ E t σ v MSP E S Typoceli Součinitel Feritická 14 Austenitická 7 Duplexní 8 Přetvoření ε 29

30 MSP Výpočet průhybu Střední hodnota sečnového modulu odpovídá napětí σ 1 v tažené pásnici a σ 2 v tlačené pásnici: = + 2 Pro zjednodušení může být zanedbána proměnlivost sečnovéhomodulu pružnosti po délce prutu lze uvažovat konstantní minimální hodnotu sečnovéhomodulu po celé délce prvku 30

31 Děkuji za pozornost 31