1. přednáška
OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava - Poruba
Miloš Rieger
Základní návrhové předpisy: - ČSN 73 1401/98 Navrhování ocelových konstrukcí - ČSN 73 0035/86 Zatížení stavebních konstrukcí - ČSN P ENV 1993-1-1 (73 1401) Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1.1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby
- EN 1991 Eurocode 1: Zásady navrhování a zatížení staveb (patnost do 31.12.2008)
- Eurokód 3 (ČSN EN 1993-1-1). Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla pro pozemní stavby. Praha : ČNI, 2006.
- EN 1991 Eurocode 1: Zásady navrhování a zatížení staveb
Doporučená studijní literatura: - Pechar, Bureš, Studnička, Šafka: Prvky kovových konstrukcí, SNTL/ALFA, 1984
- Studnička, Macháček, Votlučka: Ocelové konstrukce 20, ČVUT, 1997
- Studnička, J. : Ocelové konstrukce 10 (Skriptum). ČVUT, 2005.
- Wald: Prvky ocelových konstrukcí – Příklady podle Eurokódů, ČVUT, 1998-2005
Výhody a nevýhody O.K. Výhody: - Vysoká pevnost vzhledem k hmotnosti - Průmyslová výroba (přesnost, produktivita, automatizace, odstranění sezónnosti, nízká hmotnost, atd.) - Rychlá montáž (montážní dílce, bloková montáž…) - Adaptabilnost, rekonstrukce,… - Recyklovatelnost až 90%
Výhody a nevýhody O.K. Nevýhody: - Náročnější údržba (koroze) - Nižší odolnost proti ohni (poměrně rychlý pokles hodnoty meze kluzu) - Nižší fyzická životnost - Vyšší tepelná a akustická vodivost - Relativně vyšší cena
MATERIÁL Slitiny železa – základní rozdělení: - chemicky čisté železo - technické železo (slitina) - ocel (max 2% C) - litina a surové železo běžné doprovodné prvky
Základní druhy ocelí: - uhlíkové (Fe, C, Mn, Si…) - legované (Cr, Ni, V…) podle účelu: - konstrukční oceli (max 0,6% C) - nástrojové oceli
Krystalická stavba železa a jeho slitin krystalizace z taveniny Dvě modifikace krychlové soustavy: < 912 °C až 1394 °C > c)
nad 1394°C – δ (modifikace α)
α
γ
Soustava železo - uhlík Uhlík je v železe do jisté míry rozpustný ferit
tuhý roztok
- tuhý roztok v železe α
(max C 0,018 %)
austenit - tuhý roztok v železe γ
(max C 2,11 %)
Fe3C
C
Soustava železo - uhlík
(rovnovážná soustava - pomalé chladnutí)
Microstructure of hot rolled steel containing 0,2% carbon showing ferrite (white) and pearlite colonies (dark). (x 200)
Nerovnovážné soustavy martensit
(rychlé chladnutí - kalení)
(přechlazený austenit se mění v martensit, bainit,…)
Microstructure of martensite (x 500)
Nerovnovážné soustavy
(rychlé chladnutí - kalení)
oblast přeměny martenzitické, bainitické, vylučování feritu, tvorba perlitu
Nerovnovážné soustavy
(rychlé chladnutí - kalení)
oblast přeměny martenzitické, bainitické, vylučování feritu, tvorba perlitu
Isotermický rozpad přechlazeného austenitu nad teplotou Ms
Microstructure of quenched hot rolled steel containing 0,36% carbon showing bainite (x 200)
Nerovnovážné soustavy Zahřívání zakalené oceli
(rychlé chladnutí - kalení)
popouštění
(martenzitická struktura se přibližuje k rovnovážnému stavu)
ohřev na 500 – 600 °C
sorbit
zakalení + popuštění = zušlechtění
(směs feritu a cementitu)
Struktura slitin železa
Vlastnosti ocelí Fyzikální vlastnosti: Základní fyzikální hodnoty oceli (pro válcovanou, litou a kovanou ocel), lze převzít např. z ČSN 73 1401 (EC3):
Modul pružnosti v tahu i tlaku ve smyku
E = 210.103 MPa G = 81.103 MPa
součinitel příčné deformace
ν = 0,3
součinitel délkové roztažnosti teplem
α = 12.10-6 (oK) -1
objemová hustota
ς = 7850 kg.m-3
Vlastnosti ocelí Mechanické vlastnosti: K základním mechanickým vlastnostem patří: - pružnost - pevnost - tvárnost (tažnost) - houževnatost - tvrdost
Vlastnosti ocelí Pracovní diagram oceli:
Vlastnosti ocelí Pracovní diagram oceli:
konvenční napětí σ = F / Ao ε = ∆ l/ lo
Vlastnosti ocelí Zkouška tahem:
Vlastnosti ocelí Druhy lomu: - houževnatý - křehký - smíšený - únavový
Vlastnosti ocelí Svařitelnost: - zaručená - podmíněně zaručená (např. předehřev) - dobrá (bez záruky výrobce) - obtížná (materiál nevhodný pro svařování)
Svařitelnost se zjišťuje: - zkouška vrubové houževnatosti - návarová zkouška ohybem - uhlíkový ekvivalent uhlíkový ekvivalent:
Výroba surového železa Konečná fáze přímé redukce ve vysoké peci při teplotě nad 1000°C: FeO + C = Fe + CO
Výroba oceli
Tváření oceli: - tváření za studena
Tváření oceli: - tváření za tepla
Tváření oceli: - tváření za tepla
Tváření oceli: - tváření za tepla
Vlastnosti ocelí Tepelné zpracování oceli: (ohřev, výdrž, ochlazování) - žíhání (pomalé ochlazování) - žíhání ke snížení vlastních pnutí - rekrystalizační žíhání (odstranění zpevnění tváření za studena) - žíhání na měkko (pevnost nižší – houževnatost vyšší) - normalizační žíhání (jemná austenitická zrna) - homogenizační žíhání (při rozdílech chem. složení) - izotermické žíhání (velmi jemnozrnná struktura) - kalení (martensit, bainit) - popouštění (zvýšení tažnosti a houževnatosti)
Konstrukční oceli Materiál pro ocelové konstrukce min fu / fy = 1,10 min tažnost 15% εu alespoň 15x větší než εy Konstrukční oceli musí mít dostatečné vlastnosti s ohledem na: - lomovou houževnatost (křehký lom) - svařitelnost - lamelární praskavost - kvalitu z hlediska vnitřních vad - použité průřezy musí vyhovovat mezním úchylkám a tolerancím
Materiál pro ocelové konstrukce - lamelární praskavost - kvalita z hlediska vnitřních vad - kvalita z hlediska povrchových vad
Konstrukční oceli
Konstrukční oceli
(ČSN EN 10027 – např. Fe360, Fe430, Fe510)
Konstrukční oceli
Značení oceli: např. 11 378.1 - j. st. J0 až J2
(ČSN EN 10027 – např. Fe360, Fe430, Fe510)
Konstrukční oceli
Hutní výrobky
Výroba: - válcování za tepla - tvarování za studena - odlévání - kování - tažení - ohýbání
Hutní výrobky
Hutní výrobky
Longitudinal stringers of inclusions in hot rolled steel. (x 500)
Hutní materiál Členění do skupin: - předvalky (bloky, bramy,sochory, ploštiny, duté předvalky)
- tyče - dráty - plechy - široká ocel - pásy - trubky - tenkostěnné profily
Hutní materiál
Hutní materiál
Hutní materiál
Hutní materiál
Hutní materiál
Hutní materiál
Hutní materiál
Konec prezentace
