EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK
S Z E R K E Z E T T E C H N O L Ó G I A
BMEEOHSAS10 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére
„Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése” HEFOP/2004/3.3.1/0001.01
SZERKEZET-TECHNOLÓGIA BMEEOHSAS10 (oktatási segédlet)
Összeállították: Dr. Horváth László Dr. Strobl András Katula Levente Dr. Kristóf László
2007
Hetenkénti tematika
I.
Acél anyagismeret
II.
Acélszerkezetek viselkedése ismétlődő terhelésre
III.
Fáradásvizsgálatok szabványos módszerei
IV.
Hegesztéstechnológia – általános elvek, eljárások
V.
Bevontelektródás kézi ívhegesztés
VI.
Védőgázas ívhegesztés technológiája
VII.
Fedettívű hegesztés
VIII. Hegesztési hibák és elkerülésük IX.
Keresztirányban terhel lemezek viselkedése
X.
Korszerű kapcsolóelemek
XI.
Tervezési hibák
XII.
Kivitelezési hibák
XIII. Csúszó-kúszózsalus technológia XIV. Jet-Grouting eljárás
2
I. Acélszerkezetek viselkedése ismétlődő teherre Bevezetés Az itt leírtak a DIN 15018, DIN 4132, EC3-1-9 szabványokon alapulnak. Általános Köztudott, hogy állandó teherváltozásoknak kitett szerkezeti elemek már alacsonyabb igénybevételek mellett tönkremennek, mint azok, melyek az adott teherszinten csak egyszer terheltek. Az ismételt terhelések következtében az anyagban olyan változások következnek be, melyek az anyag „kifáradásához” vezetnek. Egy erre utaló vizsgálat általában csak azoknál a szerkezeteknél szükséges, melyek nem kvázistatikusan terheltek, jellemzően pl. vasúti híd, darupályatartó. A Wöhler-kísérlet A legfontosabb élettartamra vonatkozó vizsgálat a Wöhler-kísérlet. (A fáradásra vonatkozó első összefüggéséket 1858-ban Wöhler fogalmazta meg.) A leginkább – leggyakrabban - szinuszos terhelésű kísérlet során egy konstans középfeszültség (σm) körül a feszültség egy szintén konstans amplitúdóval (σA) váltakozik. A Wöhler-kísérletet nevezik egylépcsős kísérletnek is, mert a vizsgált próbatest a törésig egy állandó középfeszültség-szinten (σm) terhelt. A szinuszos terhelésű kísérletben általánosan használt jelöléseket az 1 ábra mutatja.
σ
σa σm σf σA Δσ
σA Δσ
σA σm
σa
- feszültség alsó szintje - középfeszültség - feszültség felsõ szintje - feszültségamplitúdó - feszültségingadozás
Δσ = σf - σa = 2 σA σ = σf + σa = const.
σf
m
2
σA = σf - σa
teherismétlõdés
2
= const.
Idõ
1 ábra Periodikus terhelés Feszültségarány κ és az igénybevétel módja A Wöhler-kísérlet alapját képező arányokat a σm, σA és Δσ kívül a κ, σa, σf feszültségarányokkal is kifejezhetjük. Ahol κ feszültségarány definíciója: κ = ± σmin / ± σmax ahol σmin = abszolút értékben a legkisebb feszültség σmax = abszolút értékben a legnagyobb feszültség Mindkét értéknél figyelembe kell azonban venni az előjelet, azaz hogy az adott feszültség húzó, vagy nyomó. A feszültségarány (κ) az igénybevétel módjától függően –1 és 1 közötti értékeket vehet fel.
-3-
Pozitív κ érték mellett lüktető fárasztás, negatív mellett - váltakozó előjelű terhelés - lengő fárasztás lép fel. -1
0 lengõ fárasztás
+1
κ
lüktetõ fárasztás
2 ábra A feszültségarány definíciója Az ismétlődő terhekből adódó lehetséges igénybevételi módokat a 3 ábra mutatja. σ
húzás
Idõ
σ nyomás 1
2
3
4
5
3 ábra Különböző igénybevételi fajták 1. 2. 3. 4. 5.
húzó-lüktető igénybevétel húzó-lüktető igénybevétel tisztán lengő igénybevétel nyomó-lüktető igénybevétel nyomó-lüktető igénybevétel
σf > 0 σf > 0 σf = -σa σa = 0 σf < 0
σa > 0 σa = 0 σf < 0 σa < 0
0 < κ ≤ +1 0=κ κ = -1 κ=0 0 < κ ≤ +1
A Wöhler-görbe Általános Több egylépcsős kísérlet kiértékeléseként megkapható a Wöhler-görbe. A Wöhler-görbéket csoportokba sorolhatjuk. a.) Állandó feszültségarányú Wöhler-görbe Egy választott feszültségarány (κ) kerül betartásra az összes kísérletnél – lásd példaként 4 ábra. Az adott feszültségarány mellett a kísérletek során a próbatestek különböző feszültségamplitúdóval (σA) terheltek a törésig.
σ
κ = -1
Idõ
4 ábra Lengő igénybevétel
-4-
A töréshez tartozó ismétlődési számhoz (N) - kritikus teherismétlési szám - a feszültségamplitúdó (σA) kerül hozzárendelésre. b.) Állandó középfeszültségű Wöhler-görbe Állandó középfeszültség (σm) mellett – minden kísérletben azonos – a próbatestek különböző feszültségamplitúdóval (σA) terheltek a törésig. A kísérlet során a feszültségváltozásokat az 5 ábra szemlélteti.
σm
σ
= állandó
Idõ 5 ábra Lüktető igénybevétel c.) Állandó alsó feszültségszintű Wöhler-görbe Állandó alsó feszültség (σa) mellett a próbatestek különböző felső feszültségi szinten (σf) terheltek a törésig. Egy ilyen jellegű kísérletsorozat Wöhler-görbéjét a 6 ábra szemlélteti. A Wöhler-görbe ábrázolása A Wöhler-görbét szokás szerint az egyik, vagy mindkét tengelyen logaritmikus koordináta rendszerben ábrázolják – lásd 8 ábra.
σ Wöhler-görbe
fy
σ fi
i
= N értékhez tartozó tartamszilárdság
σ a = állandó
σ fi
σ f = változó
σD
fáradási szilárdság (a Wöhler-görbe aszimptotája)
0
1
N
i
N
6 ábra Wöhler-görbe Amennyiben egy szerkezet egy pontjában a lengő igénybevételekből ismételten képlékeny alakváltozások lépnek fel (Δεpl), akkor ezek N-szeres ismétlődés után a szerkezeti elem fáradttöréséhez vezetnek. A töréshez tartozó N ismétlődési szám annál kisebb, minél nagyobb a kialakuló alakváltozások „lengése” (Δε). Ám létezik egy olyan „alakváltozási küszöb” ΔεD – és vele összetartozó ΔσD -, mely mellett tetszőlegesen sok ismétlődés után sem lép fel törés. -5-
A Wöhler-görbék felvételéhez előre megadott igénybevételi módon (pl. κ = állandó) több azonosan kialakított próbatestet terhelnek törésig, illetve egy magadott ismétlődési számig, melynél már nem következik be törés. Ezekből az adatokból a Wöhler-görbéhez az ismétlési számot és feszültségszintet használjuk fel. A 7 ábra állandó feszültségarány (κ = állandó) mellett felvett Wöhler-görbét mutat.
7 ábra Wöhler-görbe LCF = low cycle fatigue, kisciklusú fáradási szilárdság, az ismétlésszám felső határa 104, a törés képlékeny folyásként jelentkezik. 106-107 ismétlésszám közötti tartomány, a Wöhler-görbe legerősebb mértékben eső szakasza, HCF = high cycle fatigue, nagyciklusú fáradási szilárdság, 106-107 ismétlésszám felett, amely feszültségszinttől kezdődően nem következik be fáradt törés.
8 ábra A fáradási szilárdságok értelmezése az Eurocode 3 szerint
-6-
A fáradás, fáradttörés kialakulásában a feszültségcsúcsok szerepe jelentős. Ismétlődő terhek vizsgálata kapcsán legtöbbször csak a használati terhek vizsgálata érdekes, hiszen a szerkezeti elem élettartama alatt csak ezeknek a terheknek az ismétlődési száma jelentős. A használati terhekből származó elméleti feszültségek - számítással meghatározható feszültségek - jellemzően még a rugalmas tartományban a folyáshatár (fy), sőt gyakran az arányossági határ alatt maradnak. Anyaghibák, bemetsződések (bemetsződés alatt a helyi hibákat értjük), lyukak, hegesztési varratok környezetében azonban ez az elméleti feszültség túllépheti a folyáshatárt és helyi – az igénybevétel módjától függően – képlékeny alakváltozáshoz vezethet. Amennyiben az alakváltozások (Δε) kismértékűek és helyileg kötöttek, úgy azokat közelítésképen rugalmas módszerekkel is meghatározhatjuk, hiszen az őket körülvevő rugalmas anyag terjedésüket meggátolja. A feszültségek tényleges alakulását egy húzott lyukgyengített elemen a 9 ábra mutatja.
F σmax= αk σn
σnetto
F 9 ábra Feszültségcsúcsok alakulása húzott, lyukgyengített próbatestben Ha az alakváltozások szélső értékei (Δε) rugalmas módszerekkel meghatározhatók, akkor ezekből szintén rugalmas módón meghatározható egy fiktív lengő feszültség Δσ = E ∗ Δε. A fáradt törés repedésként ott lép fel, ahol a legnagyobb a fiktív lengő feszültség értéke. Ezt a számított feszültségek ingadozásából Δσn - a bemetsződések figyelembevétele nélkül - és az αk alaki tényezőből kaphatjuk meg. Δσ = αk ∗ Δσn ═► Δσn = 1 / αk ∗ f(N)
Δσn
σf
σ max
fy
Wöhler-görbe logaritmikus koordináta rendszerben ábrázolva
fy
αk
σD
növekvõ
0
ND
4
log N
10 ábra Az alaki tényezők és a Wöhler-görbék közötti összefüggés
-7-
7
log N
A fáradás tartósságra gyakorolt hatása Általános Egy próbatest fáradására a legnagyobb hatással a következő paraméterek vannak: A bemetsződések és hibák mértéke (a szerkezeti elem hibaosztályba sorolása) A feszültségingadozás mértéke Δσ A középfeszültség értéke σm Sajátfeszültségek A próbatest fáradására hatással vannak még a következő paraméterek: Előterhelés (előidézheti a σD növekedését) Terhelési frekvencia (csekély hatású) Hőmérséklet (magasabb hőmérsékletnél csökken σD) A próbatest vastagsága A hegesztés módja Bemetsződések és hibák hatása - hibaosztály A feszültségek nagysága és eloszlása egy szerkezeti elemben nem csak a terheléstől, a szerkezeti elem keresztmetszeteitől függ. A feszültségek alakulása szempontjából sokkal inkább a keresztmetszetváltozások és bemetsződések hatása a jellemző. Ezek a bevágások jelölik ki a legveszélyeztetettebb – kritikus – keresztmetszeteket. Hatásukra erős helyi feszültségcsúcsok alakulnak ki, nemritkán térbeli feszültségállapottal. Tulajdonképpen minden keresztmetszetváltás, valamint a hegesztési varratok és csavarkapcsolatok is bemetsződéseknek – fáradás szempontjából a feszültségcsúcsok kialakulása miatt különösen veszélyes helynek - tekinthetőek. A legnagyobb feszültségek a bemetsződések mellett alakulnak ki, erre mutat példákat a 11 ábra.
F
F σ
σ
F
F
11 ábra Feszültségek bemetsződések környezetében Minél erősebb a feszültségfolyam „megzavarása” a bemetsződés által, annál magasabbak a várható feszültségcsúcsok. A feszültségfolyam megzavarására a 12 ábra mutat példákat.
-8-
F
F
F
F
F
rossz konstrukciós megoldás
F
kedvezõbb konstrukciós megoldás
12 ábra Trajektóriavonalak alakulása húzott elemekben Feszültségcsúcsok kialakulhatnak rossz felületi kialakítás mellett is. Ebben az esetben az egyenetlenségek, vagy kisebb lyukak (hegesztési maradékból, rozsda hatására) kis bemetsződésekként viselkednek. Hegesztett kapcsolatoknál megkülönböztetünk külső és belső hatásokat, melyek a feszültségek lefolyását megváltoztatják. Belső befolyásoló tényezők pl. a varrathiba, zsugorodási repedés a varratban, vagy az alapanyagban, felkeményedés, stb. Külső tényezők pl. a konstrukciós megoldás a varratkialakításra, a varrat és az alapanyag felületi kialakítása – varrat megindítása, varratátmenetek, beégési kráterek.
Konstrukciós szempontból kedvezőtlen kialakítás
Konstrukciós szempontból kedvezőbb kialakítás
13 ábra Hegesztési varratok kialakításai A 13 ábra a hegesztési varrat kialakításának a feszültségfolyam alakulására gyakorolt hatását szemlélteti. A 14 ábra a bemetsződések hatását mutatja be a lengő szilárdságra az anyagminőség függvényében. Jól látható, hogy míg hibamentes (bemetsződés és hegesztési varrat menetes) próbatestnél a fáradási szilárdság a szakítószilárdsággal arányosan nő, addig az anyagminőség javulása bemetsződéseket tartalmazó próbatest esetén a fáradási szilárdságot nem növeli, amely a magasabb anyagminőségű anyagok nagyobb bemetsződés-érzékenységével magyarázható.
-9-
Elérhető feszültségszint 106 teherismétlés mellett [N/mm2]
A modernebb szabványok éppen a fentebb említettek miatt a fáradásvizsgálatot az anyagminőség figyelembevétele nélkül végzik. Magasabb minőségű anyagok alkalmazása magas középfeszültség és nagy telítettségű teherspektrum mellett lehet előnyös.
Szakítószilárdság [N/mm2] 14 ábra Bemetsződések hatása a lengő szilárdságra a szakítószilárdság függvényében
- 10 -
A törés kialakulása Bemetsződésből vagy hibából kiindulva repedések keletkeznek, melyek tovaterjednek (15 ábra). A megmaradt keresztmetszet törése hirtelen, deformációmentesen és előjelzések nélkül következik be. A repedések kialakulásának kezdete általában idejében észlelhető.
sima felület ... ...
i ... 2 1
n
anyaghiba (törés kiindulópontja) a törés terjedése
durva felület 15 ábra Kör keresztmetszetű próbatest törési felülete Egy fáradttörés általában felismerhető a törési felületről, amely két egymástól erősen eltérő tartományt mutat. - Egy sima, finom felületű, néha teljesen sík tartományt, a tulajdonképpeni fáradttörést (lásd 15 ábra), ahol a törés fokozatosan alakul ki. Ez a tartomány sokszor a fák évgyűrűjéhez hasonló mintázatot mutat. Ezek a fárasztó igénybevétel pillanatnyi csökkenésétnövekedését mutatják (az ábrán a feszültségcsúcsokat számok jelölik). A zónában általában jól látható a kezdeti hiba is, ahonnan a tönkremenetel megindult. - Miután kialakult a kritikus keresztmetszet, amiben a feszültség már eléri a töréshez szükséges értéket, bekövetkezik a tönkremenetel. Ez a felület durvaszemcsés, ami a hirtelen bekövezett szakadást mutatja. A fáradt törés szempontjából a legveszélyesebb igénybevételi típus a lengő igénybevétel (4 ábra). Mivel ebben az esetben az ismételt igénybevételek előjele ellentétes, így a kialakult maradó alakváltozásokat ismételten le kell „győzni” és ez egy felerősített képlékenyedéshez vezet. Fáradási diagramok Általános Míg a Wöhler-görbe a fáradási szilárdságot csak egy adott középfeszültséghez (σm), vagy alsó feszültséghez (σa) adja meg, addig egy fáradási diagramm egy adott anyaghoz adja meg a fáradási szilárdságokat (σD) az összes igénybevétel feltételezése mellett – egy adott hibaosztályhoz. Az ábrázolásnak az igényektől függően több módja lehet. Smith-diagram Németországban a fáradási diagramok közül a legelterjedtebb a Smith-diagram használata. A diagram 16 ábra - a középfeszültség (σm) függvényében a fáradási szilárdsághoz tartozó felső- és alsó feszültséget is ábrázolja.
- 11 -
σ
húzás
fu fy
σ Lü_h
fu
= szakítószilárdság
fy
= folyáshatár
σ Lü_h
= lüktetoszilárdság húzás
σ Lü_ny = lüktetoszilárdság nyomás σ Le
σA
σ Le σD (fáradási szilárdság)
σm 45
= lengoszilárdság
σm
σm σ Le
σ Lü_ny átmeneti zóna nyomó-lükteto igénybevétel
húzó-lükteto igénybevétel
16 ábra Smith-diagram Mivel az igénybevételek hatására a folyáshatáron túl megengedhetetlenül nagy alakváltozások lépnek fel, elfogadott a fáradási diagramokat a folyáshatárnál levágni. A Smith-diagram előnye, hogy egy 5 pontra illesztett poligonvonallal megrajzolható. Ezek a két statikus értéken kívül – folyáshatár (fy) és szakítószilárdság (fu) – a lengőszilárdság (σLe), a húzólüktetőszilárdság (σLü_h) és a nyomó-lüktetőszilárdság (σLü_ny). (Ahol a DIN szabvány előírásai a darukra és darupályákra a következőkből indul ki: σLü_h = 5 / 3 σLe, σLü_ny = 2 σLe.) σ
húzás
fu fy
Δσ
σLe
σm σLe
17 ábra A Smith-diagram nagy hibaosztály mellett
- 12 -
Minél erősebb a hibák és a sajátfeszültségek hatása a szerkezetben, annál jobban közelíthető a Smithdiagram két párhuzamos egyenessel. Gyakori, hogy a fáradási szilárdságot a feszültségarány függvényében (κ = ± σmin / ± σmax) adják meg. Ezt az ábrázolást Jasper-diagramnak hívjuk.
σ max
σD (fáradási szilárdság)
fy
σ Lü
σ Le -1
κ=
0
σ min σ max
+1
18 ábra Jasper-diagram Fáradási diagramként használatosak még a Goodman-diagramok (a fáradási szilárdságot az alsó feszültségek függvényében ábrázolja) és a Haigh-diagramok (a középfeszültség függvényében adja meg a fáradást létrehozó kritikus feszültséglengést) is. A fáradási szilárdságok ábrázolásáról a Halász Ottó, Platthy Pál: Acélszerkezetek c. jegyzet ad jó áttekintést.
- 13 -
Üzemi feszültség Általános Az eddigi tárgyalás során egy szerkezeti elem, vagy próbadarab egyenletes – állandó – igénybevételű fáradási viselkedéséről volt szó. Ennek eredményeként egy speciális igénybevételhez tartozó fáradási szilárdságot kaphatunk meg. A valóságban, ilyen egyenletes, lengő vagy lüktető igénybevétel nem lép fel. Lehetséges lenne egy szerkezeti elemen a vizsgálati időtartam alatt fellépő szélsőértékeket mérni és azokat, mint állandóan hatókat feltételezni, ám ezzel a közelítéssel egy gazdaságos méretezés nem elképzelhető. Pontosabb eredményt ad, ha a különböző nagyságú igénybevételek hatását is figyelembe vesszük. Üzemi feszültség alatt a szerkezeti elemnek a valóságközeli igénybevételekből adódó lengő szilárdságát értjük. Ennek jellemzői: Olyan többé-kevésbé rendszertelen igénybevételek egymásutánja – sztochasztikus terhelés -, melyeknek mind nagysága, mind gyakorisága, mind ismétlődése (spektruma) változó. A szélsőértékek – melyek a fáradási szilárdságot magasan túllépik – ritkán lépnek fel. Felmerül a kérdés, hogyan lehet felvenni és kiértékelni egy ilyen véletlenszerű teherismétlésekből álló spektrumot a szerkezeti elem élettartama szempontjából. Az élettartam meghatározása alapján három megközelítési mód lehetséges: 1.) Egzakt szimuláció, ami azt jelenti, hogy a terhelő berendezés egy korábban mért erő-idődiagramot állít elő. Ez a fajtája a szimulációnak az autó- és repülőgépgyártásban elterjedt, mivel ott a véletlenszerű erő-idő-diagramok nagyszámú kísérlet kiértékelésével egységesítésre kerültek. Egy ilyen egzakt szimulációs kísérlet nagy technikai felkészültséget igényel, mindemellett drága és hosszú ideig tart. 2.) Blokk-kísérlet, ami azt jelenti, hogy korábban mért véletlenszerű erő-idő-diagramokból meghatározott szabályok alapján teherblokkokat állítunk elő. A terhelőberendezés különböző teherszinteken - a meghatározott szabályok alapján - leszámolt teherismétlést hajt végre. Ez a fajta szimuláció pontatlanabb, hiszen a tényleges teherismétlődéseket időben nem követi, ugyanakkor nagy előnye, hogy technikailag egyszerűbb. Időigénye hasonló az egzakt szimulációéhoz és szintén költséges. σ
log N
19 ábra Blokk-kísérlet 3.) Erő-idő-diagramok kiértékeléséből és leszámolásából kialakíthatunk osztályokat, ahol az osztályba sorolás alapja az azonos feszültségamplitúdó (σA = const). Az osztályok kiértékelése a megfelelő Wöhler-görbékkel és károsodási hipotézisekkel történik. Az élettartam becslésére, előrejelzésre mindhárom felsorolt módszer csak közelítésként használható. A 2. és 3. módszernél fokozott bizonytalanságot okoz a terhelések módja, a megszámlálásuk és az alkalmazott károsodási hipotézis.
- 14 -
Leszámlálási módszerek A szerkezeten (daru, darupálya) üzemi állapotban végzett nyúlásmérésekből előállítható egy feszültségidő-diagram (20 ábra).
σ
σ 3
7
1
5
1
2
3
4
5
6
t
7
2
ε
4 6
20 ábra Feszültség-idő-diagram
21 ábra Feszültség-alakváltozás-diagram
A 21 ábra a feszültség-idő-diagramból levezethető feszültség-alakváltozás-diagramot mutatja. Az ábrán megfigyelhetőek a hiszterézis hurkok, melyekről tapasztalati tények bizonyítják, hogy számuk növekedésével a fáradt törés veszélye növekszik. Ennek magyarázata a kialakuló képlékenyedésekben keresendő. A feladat tehát, olyan jellemzőt keresni, amely egy időben lezajló igénybevételi sorozatot az adott idő alatt fellépő összes hiszterézissel a lehető legteljesebben leír. Erre alkalmasak pl. a Rainflow és a Reservoir-módszerek, melyek közül itt a „Reservoir” azaz a tározó-módszer (22 ábra) kerül ismertetésre.
σ teherciklus
Δσ5 Δσ3
Δσ4 5
Δσ2
3
4
2
Δσ1
t
1
22 ábra A tározó-módszer
- 15 -
A tározó-módszer „működése”: A feszültség-idő-diagramot - egy tározóhoz hasonlatos módón, képzeletben – vízzel töltjük fel. A kialakult „tározó” legmélyebb pontján kieresztjük a vizet és az ott mért teljes „vízmagasságot” megfeleltetjük egy teljes feszültségingadozásnak Δσ1 (22 ábra). Ezzel a módszerrel haladva leeresztjük az összes – még vizet tartalmazó – tározót és meghatározzuk a feszültségingadozásokat Δσ2, …, Δσi, …, Δσn. Látható, hogy ez a leszámolási metódus csak a Δσ nagyságára érzékeny, így csak a „relatív” feszültségingadozásokat detektálja. Nem kerül figyelembe vételre sem az alsó, sem a felső, sem a középfeszültség szintje (Δσa, Δσf, Δσm). Darukon végzett kísérletek adataira támaszkodva - pl. tározó módszerrel kiértékelve - megállapították, hogy a Δσi feszültségingadozás eloszlása közelítőleg a normáleloszlásét követi (23 ábra). σ
Δσ
t
f (Δσ)
23 ábra A Δσi feszültségingadozás előfordulási gyakorisága Az ábrából jól látszik, hogy egy bizonyos Δσi előfordulásának a gyakorisága a legnagyobb, míg ennél kisebb és nagyobb ingadozások kevesebbszer alakulnak ki. A feszültségspektrum, definíciója szerint, egy határérték túllépési gyakoriságának eloszlását jelenti, azaz annak valószínűségét, hogy egy bizonyos érték elérésre, vagy túllépésre kerül-e. A matematikában megszokottól eltérően az ábrázolás felcserélt koordinátatengelyeken történik, valamint a túllépések logaritmikusan ábrázoltak (24 ábra).
- 16 -
hibaosztály
túllépési gyakoriság Hü
hibaosztály
túllépési gyakoriság log Hü
a.) a matematikai statisztikában szokásos megjelenítés
b.) az üzemi feszültségek ábrázolásához használatos ábrázolás
24 ábra Túllépési gyakoriságok ábrázolása A fentebb vázolt megfontolások alapján a feszültségspektrum a feszültség-idő-diagramból levezethető. Amennyiiben az egyes feszültségingadozásokat (Δσ) feszültségi lépcsőkbe gyűjtjük és azokat nagyság szerint sorba rendezzük, akkor N azoknak a feszültségingadozásoknak a számát adja meg, melyeknél Δσ-t meghaladó, vagy vele éppen megegyező feszültségingadozások léptek fel (túllépési gyakoriság).
Δσ Δσmax Δσi ni
Δσ
N
25 ábra Túllépési gyakoriság
- 17 -
Nmax
N
Normáleloszlást feltételezve és N logaritmusát ábrázolva a 26 ábrának megfelelő görbéket kapunk. A DIN 4132 előre megfogalmaz üzemi csoportokat, melyek az egylépcsős és a Gauss-eloszlást követő feszültségingadozásokból vezethetők le. A 26 ábra S3 üzemi csoport az egylépcsős, az S0 pedig a Gauss-eloszlást követő feszültségingadozásnak megfelelő csoportot mutatja be, míg az S1 és S2 a két előbb említett csoport valamilyen összegzéséből vezethető le.
Δσ Δσmax
S3
p=1
S2 p = 2/3
S1 S0
p = 1/3 p=0
1
log N log Nmax
26 ábra Spektrumot leíró érték (p) és üzemi csoport (S) Egy üzemi feszültség meghatározásához feszültségspektrumok szükségesek. A terhelések leírására teherspektrumok szolgálnak. Egy feszültségspektrum a teherspektrum ismeretében, abból számítható. Egy spektrumot jelentősen befolyásoló paraméterek: a spektrum lefutása, telítettsége (a spektrumot leíró érték p) a spektrum nagysága (a teherismétlések száma Nmax) a spektrum legnagyobb és legkisebb értéke (pl. Δσmax, Δσmin) A spektrumot leíró érték p = 1 tehát egy daru esetén azt jelenti, hogy a daru csak a teljes teherbírásán terhelt. Ez megfelelne egy Wöhler-görbének. A spektrumok egy időbeni diagramhoz képest nem szolgáltatnak adatot: a feszültségek tényleges amplitúdójáról és időbeni egymásutániságáról, az egyes feszültségingadozások középértékéről, a frekvenciáról. Károsodási hipotézis Egy károsodási hipotézis segítségével lehetséges állandó feszültségingadozás (Δσ) ill. amplitúdó (σΑ) mellett meghatározott feszültségadatokból (Wöhler-görbe) élettartambecslést adni váltakozó feszültségamplitúdójú esetben is. A ma ismert károsodási hipotézisek többsége igen bonyolult. Emellett kijelenthető, hogy egyetlen olyan károsodási hipotézis sem ismert, amely kísérletileg jól igazolt volna. Ezért a gyakorlatban általában a legegyszerűbben használható hipotézis alkalmazása terjedt el. Egy egyszerű - lineáris - károsodás feltételezése adja a legegyszerűbb károsodási hipotézist a lineáris károsodási hipotézist (Palmgren-Miner-féle károsodási hipotézis). E szerint a károsodások és a teherciklusok között egy lineáris összefüggés tételezhető fel, azaz a károsodás mértéke egyenes arányban növekszik a teherismétlések számával. Többlépcsős terhelésnél az egyes amplitúdókhoz - 18 -
növekszik a teherismétlések számával. Többlépcsős terhelésnél az egyes amplitúdókhoz különböző mértékű részkárosodások tartoznak, melyek lineárisan összegezhetők. A károsodás, amit egy teherciklus okoz 1 / Ni, ahol Ni a Δσi feszültségingadozás tartozó kritikus ciklusszám egy egylépcsős (Wöhler) vizsgálatban. A részkárosodás tehát egy adott fefszültségszinten ni_/ Ni, ahol ni az adott feszültségszinten ténylegesen végrehajtott terhelési ciklusok száma. Definíció szerint a törés (teljes károsodás) akkor lép fel, ha a különböző feszültségszinteken meghatározott részkárosodások összege eléri az 1-et.
ΔσZ Δσ1
Wöhler-görbe ΔσZ
(σm const, σa = const, σ f = változó)
n1
Δσ2 n 2 Δσi
n1 n n + 2 + ... + i + ... = N1 N2 Ni
ni Ni
1
ni fáradási szilárdság
N1
N2
Ni
N
27 ábra Lineáris károsodási hipotézis A hipotézis alkalmazási határai a következők: nem léphetnek fel felkeményedések, a repedés kialakulását a károsodás kialakulásának tekintjük, az igénybevételeknek a fáradási szilárdságot meghaladóknak kell lenniük, a középfeszültség legyen a lehetőségek szerint konstans. Sokszor a lineáris károsodási hipotézis - egyszerűsége miatt - olyan esetekben is alkalmazásra kerül, amikor a fentebb felsorolt követelmények nem teljesülnek. Ilyen esetekben a szolgáltatott eredmények pontossága nem kielégítő. Látható, hogy a lineáris károsodási hipotézis nem veszi figyelembe a feszültségingadozások időbeli lefolyását. Így abban az esetben, ha egy, vagy több nagyobb feszültségingadozást követően a kisebb feszültségingadozások már egy helyi károsodásokkal terhelt – esetlegesen mikrorepedéseket is tartalmazó – területen hatnak, a kisebb feszültségingadozások már töréshez vezethetnek. Azonban ugyanezen feszültségingadozások ez előbb feltételezettel ellentétes időbeli lefolyása esetén a károsodás mértéke lényegesen kisebbre adódik. Mindezen túlmenően például, ha a középfeszültség nem állandó (σm ≠ const), a lineáris károsodási hipotézis olyan nagymértékben tér el a biztonságostól, hogy alkalmazásával még egy közelítő élettartambecslés sem megengedhető.
- 19 -
A teljes élettartambecslés végrehajtását lineáris károsodási hipotézissel a 28 ábra mutatja be.
1.) Teherismétlődés Tipikus terhek, melyek a vizsgált időtartamon belül nszer fordulnak elő.
2.) Feszültség-idő-diagramm (összegzett)
3.) Leszámlálás pl. tározó módszerrel
4.) Feszültségingadozási spektrumok
5.) A feszültségingadozások száma a törésig
6.) Lineáris károsodási hipotézis 28 ábra Károsodások számítása lineáris hipotézissel
- 20 -
II. Fáradásvizsgálatok szabványos módszerei Megengedett feszültségek meghatározása a daru és darupálya szabványokban Általános A korábban leírtak szerint St37-es (S235) és St52-es (S355) anyagú acélszerkezetek feszültségeit, ellenállását ismétlődő üzemi igénybevételekkel szemben ábrázolhatjuk: - a szerkezetre jellemző hibaosztály besorolása szerint, - a feszültségarány (κ = σmin / σmax) szerint, - a kritikus teherismétlődési szám (N) szerint és - a teherspektrum formája alapján. Az üzemi feszültség tehát felírható: σü = f(hibaosztály, κ, max N, p) Az üzemi teher értékét befolyásoló paramétereket a következőképen csoportosíthatjuk: σü = f1(hibaosztály, κ) ∗ f2(max N, p) Ahol f1 a fáradási szilárdság értékét adja meg N = 2∗106, p = 1 mellett, a hibák és a feszültségarány figyelembevételével. Az f2 az átmenetet adja meg a fáradási szilárdság (max N függvényében) és az üzemi feszültséghez (p függvényében). Hibaosztály szerinti besorolás A DIN 15018 (Daruk), és a DIN 4132 (Darupályatartók) szabványok széleskörűen tartalmazzák a szerkezeti elemeket és azok besorolását hibák és bemetsződések szerint. A hibák és bemetsződések hatását két csoportra oszthatjuk. Az első csoport a hegesztési varratok hatásától mentes elemeket tartalmazza: szerkezeti elemek, melyek hengerelt széllel rendelkeznek lyukasztott elemek szerkezeti elemek, melyek szegecseltek, vagy illesztőcsavarral kapcsoltak
W0 W1 W2
A második csoportba tarozik minden olyan szerkezeti elem, amelynél a feszültségfolyamot a hegesztési varrat, vagy varratok hatása megzavarja. Igénybevételi csoportokba sorolás A DIN 15018 a darukat 6 igénybevételi csoportba sorolja be B1-től B6-ig. A feszültségspektrumba (p) történő besorolást követően – amely az igénybevételek intenzitását adja meg a vizsgált időszakban – lehetséges az 1 táblázat szerint az igénybevételi csoportba sorolás. 1 táblázat Feszültségtartomány N1 N2 N3 N4 4 5 5 5 5 6 2∗10 – 2∗10 2∗10 – 6∗10 6∗10 – 2∗10 < 2∗106 A teljesíteni kívánt teherciklusok száma
Feszültségspektrum S0 nagyon könnyű S1 könnyű S2 közepes S3 nehéz
ritka, rendszertelen használat, hosszú kihagyásokkal
B1 B2 B3 B4
rendszeres használat szünetekkel
rendszeres, folyamatos használat
Igénybevételi csoport B2 B3 B3 B4 B4 B5 B5 B6
- 21 -
rendszeres, folyamatos, erőteljes használat
B4 B5 B6 B6
A fáradásra vonatkozó Eurocode szabvány érvényességi- és alkalmazási feltételei Az Eurocode 3 szabvány eljárásai a következőkben térnek el a korábbi szabványoktól (pl. DIN 15018 és a DIN 4132): A feszültség felső értéke (σf,τf) helyett a feszültségingadozást (Δσ, Δτ) veszi figyelembe. Állandó feszültségingadozást tételez fel függetlenül a középfeszültségtől (σm), ill. feszültségaránytól (κ). Nem tesz különbséget az alkalmazott anyagminőségek között (S235, S355). Az 1993-1-9 (Fatigue) szabványnak a követezők az alkalmazási határai: A kisciklusú fáradási szilárdság (LCF) bekövetkeztével szembeni követelmények: Δσ ≤ 1.5 fy hosszirányú feszültségingadozás gyakori teherből 0,5 Δτ ≤ 1.5 fy / 3 nyírási feszültségek ingadozás gyakori teherre 4 a teherismétlések száma N ≥ 10 Felhasználás normál hőmérsékleti viszonyok között T ≤ +150°C. A korrózió hatása megfelelő korrózióvédelemmel és karbantartással korlátozott. A kivitelezés megfelel az EN 1090-ben írottaknak. A felhasznált anyagok minősége megfelel az előírásoknak pl. ENV 1993-1-1. Üzemi feszültségek vizsgálata az Eurocode 3 szerint Az Eurocode 3 (a továbbiakban EC3) szerinti vizsgálat célja, hogy az élettartam alatt, egy elfogadható biztonsági szint mellett, a szerkezeti elem tönkremenetelét fáradásból kifolyólag kizárja. Az EC3 abból indul ki, hogy általában fáradásból kialakuló törés nem lép fel, csak az alább felsorolt esetekben: szerkezeti elemek, melyeket emelő és süllyesztő terhek, vagy mozgó terhek terhelnek (pl. daruteher) szerkezeti elemek, melyeket változó igénybevételek terhelnek (pl. rezgő gépek üzeméből) szerkezeti elemek, melyeket erőhatások rezgésbe hoznak (pl. szél, vagy emberi terhek) Amennyiben a fentebb felsorolt szerkezeti elemek a következőkben megadott követelmények valamelyikének megfelelnek, úgy a fáradásvizsgálatot nem szükséges elvégezni: a feszültségingadozás mértéke (Δσ) a mértékadó teherre kisebb egy maghatározott határértéknél, vagy a teherismétlések száma (N) kisebb egy határértéknél, vagy állandó feszültségingadozás mellett Δσ kisebb a szerkezeti elemre mértékadó Wöhlergörbe fáradási szilárdságnál σD. Ha azonban a szerkezeti elemre a fentebb felsorolt követelmények egyike sem igaz, úgy egy üzemi feszültség vizsgálatot kell elvégezni. Ehhez az EC3 a névleges feszültségek elméletét használja. Az elmélet alapján az igazolni kívánt pontban (pl. hegesztési varrat környezetében) teljesen rugalmas módszerekkel kiszámításra kerülnek a feszültségek egy „y” szoros teherrel. Az EC3 aktuális verziójában ez az érték y = 1.0, azaz a névleges feszültség a használati terhekből kerül kiszámításra. A névleges feszültség, mint fogalom, továbbra is azt jelenti, hogy a feszültségcsúcsok nincsenek figyelembe véve - pl. a lyukgyengítés, vagy hegesztés környezetében. Ez nem is szükséges, mert a feszültségcsúcsok hatását már a Wöhler-görbék - a hibaosztályokon keresztül - tartalmazzák. A szabálytalan ismétlődésű terhelésekből származó névleges feszültségek meghatározása után egy alkalmas leszámlálási metódussal (pl. tározó-módszer segítségével) meg kell számolni a meghatározott - 22 -
névleges feszültségingadozások számosságát. Egy alkalmas károsodási hipotézis (pl. lineáris károsodási hipotézis) segítségével a megfelelő Wöhler-görbével a vizsgálat elvégezhető. A lényegét tekintve az EC3 méretezési módszere megegyezik a DIN 15018 és DIN 4132 szabványokéval. Alternatívaként a vizsgálatot egy állandó Δσ mellett is el lehet végezni, amelyik N teherismétlés után azonos károsodáshoz vezet, mint a szabálytalan teherismétlődések, amennyiben ez az ekvivalens feszültségingadozás (Δσ) ismert.
A fáradási szilárdság – hasonlóan a DIN 15018-hoz – különböző hibaosztályhoz tartozó Wöhler-görbék által meghatározott. A hibaosztályokat az EC3 részletosztálynak hívja. Ilyen részletosztályok adottak normál- és nyíróigénybevételekre, valamint hegesztett és csavarozott részszerkezetekre.
Feszültségingadozás Δσ [N/mm2]
A hibaosztályhoz tartozó Wöhler-görbéket reprezentatív kísérletek sorával állapították meg a következő paraméterek vizsgálata mellett: a konstrukcióból adódó a hibaosztályhoz (részletosztály) tartozó feszültségkoncentráció, a hegesztés miatti lokális feszültségkoncentráció, hegesztési imperfekciók, a feszültségek és lehetséges repedési helyek iránya, hegesztési sajátfeszültségek és hegesztőeljárás, anyagszerkezeti adottságok.
Élettartam, a feszültségingadozások száma N 1 = ΔσC részletosztály (hibaosztály) 2 = ΔσD fáradási szilárdság 3 = ΔσL a fáradási szilárdság határértéke
29 ábra Különböző részletosztályú Wöhler-görbék az EC3 szerint normálfeszültségekre - 23 -
Nyírási feszültségingadozás Δτ [N/mm2]
Az egyes részletosztályok 36-tól 160-ig vannak számozva az EC3-ban. Ez a számozás a 2∗106 teherismétléshez tartozó Δσ feszültségingadozás N/mm2-ben kifejezett értékével egyezik meg. Vagyis például a 71 részletosztály jelentése Δσ(2∗106) = 71 N/mm2.
Élettartam, a feszültségingadozások száma N 1 = ΔτC részletosztály (hibaosztály) 2 = ΔτL a fáradási szilárdság határértéke
30 ábra Különböző részletosztályú Wöhler-görbék az EC3 szerint nyírófeszültségekre
- 24 -
Fáradásvizsgálat az EC Part 1.9: Fatigue, prEN 1993-1-9:2003 17. May 2003 szerint Teherismétlődés Tipikus terhek, melyek a vizsgált időtartamon belül n-szer fordulnak elő. Lehetőség van a tényleges erő-idő lefolyás közelítésére tapasztalatok alapján felvett terhelési szituációkkal mindaddig, amíg ezek minden teherciklusban és a teljes használati időtartam alatt egy konzervatív közelítést adnak. A részletosztályra vonatkozó öszszegzett feszültség-idő-diagramm.
A feszültségingadozások leszámlálása pl. tározó módszerrel.
A meghatározott/leszámlált feszültségingadozásokból előállítható a feszültségspektrum.
A feszültségingadozások száma a törésig
Lineáris károsodási hipotézis 31 ábra Fáradásvizsgálat az EC3 Part 1.9 szerint
- 25 -
A károsodási hipotézis képlete: Dd = Σ nEi / NRi Ahol
nEi = Δσi · γFf ΔNRi = ΔσD / γMf
Δσi γFf
= a „mért”, tényleges feszültségingadozás = az ekvivalens károsodáshoz tartozó biztonsági tényező
ΔσD = a fáradási szilárdság értéke 2*106 teherismétlődési számhoz γMf = a fáradási szilárdsághoz (ΔσD) tartozó biztonsági tényező
A fáradásvizsgálat szempontjából a szerkezet megfelel, ha Dd ≤ 1.0
A Dd–vel megegyező károsodást előidéző un. „ekvivalens” feszültségspektrum alkalmazása is megengedett. Ez az ekvivalens spektrum tartozhat egy konstans feszültségingadozáshoz, melyet egy állandó fárasztó teher (Qe) okoz. További egyszerűsítést jelent, ha a választott állandó fárasztó teher (QE,2) teherismétlési száma pontosan 2*106. Ebben az esetben a következőket kell kimutatni: ΔσE,2 *γFf ≤ (Dd)1/m * ΔσD / γMf nE2 ≤ (Dd)1/m * NRi Ahol
γFf ΔσE,2 m ΔσD γMf
= az ekvivalens károsodáshoz tartozó biztonsági tényező = 2*106 ismétlődési számú ekvivalens károsodást okozó feszültségingadozás = a fáradási görbe meredeksége = a fáradási szilárdság értéke 2*106 teherismétlődési számhoz = a fáradási szilárdsághoz (ΔσD) tartozó biztonsági tényező
- 26 -
III. Anyagismeret Tartalom: •Acél szennyezői, ötvözői •Szerkezeti acélok fajtái, összetétele, hegeszthetőségük •Acélanyag kiválasztása mintapélda 1., Acélok szennyezői:
•Oxigén O: csökkenti szilárdságot, nyúlást, növeli a melegrepedési hajlamot. Dezoxidálás Mn, Si, Al. •Nitrogén N: növeli szilárdságot, csökkenti szívósságot, növeli az öregedési hajlamot. Denitrálás Al, Ti, Nb. •Hidrogén H: folyékony acélban jól oldódik, elridegít, hidegrepedési hajlamot növeli. •Kén S: képlékenységet és korrózióállóságot csökkent, melegrepedési hajlamot növeli. S<0,03% legyen. Keresztirányú nyúlóképességet csökkenti. •Réz Cu: növeli szilárdságot és korrózióállóságot, vöröstörékenységi hajlamot növeli. Cu<0,2% legyen. 2. Acélok ötvözői:
•Szilícium Si: Dezoxidáló, növeli szilárdságot, csökkenti nyúlást és hidegalakíthatóságot. •Alumínium Al: ferritképző, dezoxidáló, szemcsefinomító. Csökkenti az öregedési hajlamot. •Mangán Mn: növeli szilárdságot, ausztenitképző, leköti S-t. •Nikkel Ni: növeli folyáshatárt, szívósságot javít. •Foszfor P: növeli a szilárdságot, de ridegít.•Króm Cr,
Vanádium V, Titán Ti … 3., Acélok jelölésrendszere: •MSZ EN 10027-1 szerint S + folyáshatár [MPa] + kiegészítő jelek + (C / W) t < 16 mm szívósságra utal speciális tulajdonság •MSZ EN 10027-2 szerint „Anyagszám” Pl. 1.0037 = S235JR - 27-
MSZ EN 10025-2:2005 ötvözetlen acélok MSZ EN 10025-1993 S355 J2 G3 •Szilárdsági osztályok 235,275,355 •Szívósság
•Utókezelés:
dezoxidáció módja: FN csillapítatlan acél nem lehet (JR, J0) FF
teljesen csillapított acél (J2)
szállítási feltételek: +AR (+N)
•Csillapítatlan acélok •Cmax = 0,25% , Mn = 0,2 – 0,4% van CO! •Csillapított acélok •Si=0,1 – 0,4% leköti az O-t •Mn = 0,2 – 0,6% •Különlegesen csillapított acélok •Si=0,1 – 0,4% •Mn = 0,2 – 0,6% •Al > 0,02% leköti az O-t és N-t, öregedésálló és finomszemcsés lesz •Ötvözetlen acélok összetétele •BS (Basic Steel) •C > 0,1 % S és P <0,045% egyéb: Mn és Si •JR jelöléssel •QS (Quality Steel) •JO és J2 jelöléssel •C < 0,2% Si < 0,55% Mn < 1,4 – 1,6%
- 28-
•Összetétel adagpróba alapján
•Összetétel termékpróba alapján
- 29-
MSZ EN 10025-3:2005 Finomszemcsés acél, normalizáló hengerléssel előállítva
MSZ EN 10113-2 •Szilárdsági osztályok 275,355, 420,460 •Szívósság
•Példa:
S 355 NL
•Összetétel: •C ≤ 0,2% Mn = 0,5- 1,8% Cr ≤ 0,3% •Ni ≤ 0,3-0,8% Mo ≤ 0,1% Cu ≤ 0,7% •+ mikroötvözők Al, V, Nb, Ti, Zr, N, Ce, Ta, Ca, La, Y, B •Normalizáló hengerlés: finom szemcseszerkezet az újrakristályosodási hőmérsékleten végzett készrehengerléssel
MSZ EN 10025-4:2005 Finomszemcsés acél, termomechanikus hengerléssel előállítva
MSZ EN 10113-3 •Szilárdsági osztályok 275,355, 420,460 •Szívósság
•Példa:
S 355 ML
- 30-
•Összetétel: •C ≤ 0,13-0,16% Mn = 1 - 1,8% •Cr + Mo + Cu ≤ 0,6% •+ mikroötvözők Nb ≤ 0,03-0,05 % •Termomechanikus hengerlés: rendkívül finom szemcseszerkezet az újrakristályosodás megakadályozásával, gyors hűtéssel -> max. 580 °C-ra melegíthető, tartósan e felett elveszti kedvező tulajdonságait! •Összetétel szabvány szerint, adagpróba alapján:
•Összetétel Dillinger Hütte beslő szabványa alapján (DiMc420)
Melyik is a szigorúbb??? 4., Anyagösszetétel megállapítása •Megrendelés műbizonylat kérésével •Utólagos vizsgálat kivett próbán •Bizonylatolás: EN 10204 szerint
- 31-
5., Acélok hegeszthetősége
•Minden acél hegeszthető!!! •Csak az a kérdés, hogyan? •Megfelelő hegesztéstechnológiával! •Előkészítés, előmelegítés •Hegesztési eljárás, sorrendterv, hőbevitel •Utókezelés – lehűlési sebesség kontrollja •Szén és egyéb ötvözők mennyisége Szénegyenérték (IIW ajánlás) CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15 •Lemezvastagság, hőbevitel, CE alapján -> szükség esetén előmelegítés CE ≤ 0,45 % nem kell előmelegíteni CE ≤ 0,45 – 0,6 % 100-250 °C CE > 0,6 % 250 – 350 °C nem kell előmelegíteni t ≤ 20 mm -ig •A hidegrepedés elkerülése a felkeményedés korlátozásával •Hőhatásövezet max. keménysége 300-350 HV •Lehűlési idő 850-500 °C között > kritikus idő •Megfelelő lehűlési folyamat kialakítása: ne legyen se túl gyors se túl lassú
M : termomechanikus acél
N: normalizáló hengerléssel
- 32-
IV. Hegesztés – általános elvek, hegesztési eljárások 1., A hegesztés: • • • •
Kohéziós kapcsolat Nem oldható „természetes, anyagszerű, folytonos” Technológiailag igényes
2., A hegesztési eljárások csoportosítása: 2.1 Ömlesztőhegesztések:
- 33 -
2.2 Sajtoló hegesztések:
- 34 -
3., Elektromos ívhegesztések 3.1 Az elektromos ív:
3.2 Az ív statikus (terhelés alatti) jelleggörbéje:
- 35 -
3.3 Az áramforrás és az ív statikus üzeme:
3.4 Az ívstabilitás feltétele:
- 36 -
3.5 Ívhegesztés változatai
- 37 -
- 38 -
V. Hegesztéstechnológia Bevontelektródás kézi ívhegesztés 1., Bevontelektródás kézi ívhegesztés elve:
2., Kézi ívhegesztés fázisai:
- 39 -
3., Anyagátmenetre ható erők lefele hegesztésnél
4., Anyagátmenetre ható erők fejfeletti hegesztésnél
- 40 -
5., Pinch-effektus
6., Hegesztő elektródák bevonatának feladatai • Védőatmoszféra létesítése (ömledékvédelem) • Ívstabilitás biztosítása, ívgyújtás segítése • Varratfém dezoxidálás, denitrálás, ötvözés • Salakképzés • Hűlési sebesség csökkentésére, beedződés ellen • Varratvédelem, felületalakítás • Szennyezők eltávolítása az ömledékből • Kihozatalnövelés (vasporral) 7., Bevonattípusok: 7.1 Bázikus bevonat B • kalciumkarbonát, folypát,ferroötvözetek • Érzékeny a nedvességre, kiszárítani (2-10 h)! • Fordított polaritású egyenárammal • Finomszemcsés, szívós varratot képez ->fáradásérzékeny szerkezetekhez ajánlott! • Csekély beolvadás -> kis hézag (2 mm) • Kis hegesztési sebesség kell • Nagycseppes anyagátmenet – fröcskölés
- 41 -
7.2 Rutilos bevonat R • Rutil (Ti02),karbonátok,szilikátok,ferromangán • Egyenáram egyenes polaritás vagy váltóáram • Nem érzékeny ívhosszra, jól gyújt, jó résáthidaló • Gyökhegesztésre, kényszerhelyzetben hegesztésre is kiválóan alkalmazható • Egyszerűen lehet vele hegeszteni, nem fröcsköl (finomcseppes anyagátmenet 7.3 Rutilos vastag bevonat RR • Mint sima R, csak vastag bevonattal (1,6xd) • Kiváló ívgyújtás • Finom varratfelület • Magas kihozatal (180-210%)- ekkor vízszintes helyzetben 7.4 Cellulóz bevonat C • Fő alkotói ua. mint R, ezeken kívül 15-30% szerves anyagot (cellulóz, faliszt, dextrin) tartalmaz • Nedvszívó bevonat • Mélybeolvadású, kevés salak képződik • Bármely helyzetben használható • Csővezetékekhez előnyös, elsősorban ott használják 7.5 Egyéb bevonatok • Savas A • Rutil-cellulóz RC • Rutil-bázikus RB
vasoxid, mangánoxid, szilikátok függőlegesen felülről lefelé hegesztésre is jó Kettős, vastag bevonatú elektródák
7.6 Bevonattípusok összehasonlítása
- 42 -
7.7 Bevont elektródák szabványos jelölése MSZ EN 499-98
- 43 -
8. Hegesztő áramforrások: • Egyen- vagy/és váltakozó áramot adnak • Elektromos hálózatról vagy más (saját) meghajtással működnek • Terhelhetőség: áramerősségtől függ 1 ciklus = 10 perc X : bekapcsolási idő (%) X = 35 I=300 hegesztési idő = 3,5 perc szünet=6,5 perc X = 60 I=250 hegesztési idő = 6 perc szünet = 4 perc 9. Hegesztési paraméterek kézi ívhegesztésnél: elektróda maghuzal átmérő: de=1,5 - 6 mm • áramerősség: I = 30 - 500 A (I =(30...60)de [A]) ívfeszültség: U = 20 - 50 V (U = 0,04 I + 20 [V]) • hegesztési sebesség: vheg= 80 - 200 mm/min • Egy elektródával hegeszthető varrathossz: Lki = 100 - 400 mm •
10. Kézi ívhegesztés értékelése: • Előnyök: Legolcsóbb berendezések, egyszerű telepítés, nagy mozgékonyság, csekély karbantartási költségek Erősen ötvözött anyagok is hegeszthetők vele Kényszerhelyzetben is lehet vele hegeszteni Igényes kialakítású varratokat is létre lehet hozni Eltérő vastagságú lemezek is összehegeszthetők • Hátrányok: Rossz energiahasznosítás (hőveszteség cca. 60%) Kis teljesítmény Minőség erősen függ a hegesztő személyétől
- 44 -
VI. Hegesztéstechnológia Védőgázas ívhegesztések 1., Védőgázas ívhegesztési eljárások csoportosítása
2., Fogyóelektródás ívhegesztések 2.1 alapelv:
- 45 -
2.2 Fogyóelektródás ívhegesztő berendezés és részei:
2.3 Anyagátmenetek típusai védőgázas ívhegesztéseknél:
- 46 -
Rövid ívű hegesztés (merített ív) anyagátmenet fázisai:
Anyagátmenetek összehasonlítása:
- 47 -
Sugárszerű anyagátvitel jellemzői: • Nagyon stabil ív, állandó U és I • Fröcskölésmentes • Nagy hegfürdő – csak vízszintes hegesztés! • Cseppek átmérője 1-2 mm • Ható erők: Pinch-effektus 2 ionok becsapódása 1 felületi feszültség 1
2.4 Védőgázas hegesztőberendezésekben alkalmazott belső vezérlés elve:
- 48 -
Belső vezérlés működése: VL = f(I)
- 49 -
2.5 Hegesztőhuzalok jelölése MSZ EN 440
2.6 Fogyóelektródás ívhegesztés értékelése: • Előnyei: Folyamatos hegesztés Nincs salakeltávolítás Jól gépesíthető, automatizálható Nagy leolvadási teljesítmény Egyenletes minőség • Hátrányok: Drágább berendezés, kevésbé hordozható Szél- és huzatérzékeny
- 50 -
3., Wolframelektródás ívhegesztések: 3.1 AWI hegesztés elve:
3.2 Polaritás szerepe acél és alumínium AWI hegesztésénél:
- 51 -
3.3 Plazmahegesztés és AWI hegesztés összehasonlítása:
4., Védőgázas hegesztések alkalmazási területei: • Fogyóelektródás ívhegesztés CO2 védőgáz: ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok, üzemi hőmérséklet 0 ºC Keverékgáz: acélszerkezetek, üzemi hőmérséklet -20 ºC Porbeles: üzemi hőmérséklet -60 ºC, huzatos környezet • AWI: alumínium- illetve színesfémek hegesztése, korracél, kiemelkedő minőségi igény esetén acél • Plazma: elsősorban vágásra - 52 -
VII. Hegesztéstechnológia Fedettívű ívhegesztés 1., Fedettívű ívhegesztő berendezés vázlata:
2, Fedettívű hegesztés ívkavernája:
3., Fedettívű berendezés vezérlése: • külső vezérlés • a feszültségváltozást érzékelik • az előtolási sebességet változtatja az automatika
- 53 -
4. Fedettívű hegesztés varratképzése:
- 54 -
5., Varratstruktúra:
6., Fedettívű hegesztésnél alkalmazható fedőpor-huzal-kombinációk:
A megfelelő vegyi összetételt (Si, Mn-tartalom, dezoxidálás, denitrálás, kéntelenítés) a megfelelő fedőpor-huzal-kombináció biztosítja.
- 55 -
7., Fedettívű hegesztés jellemző paraméterei:
8., Hegesztési teljesítmények összehasonlítása a különböző eljárásoknál: 1 m varrat elkészítéséhez szükséges hegesztési idő:
tompavarrat
sarokvarrat
9. Fedettívű hegesztés értékelése: • Előnyei: Rendkívül nagy teljesítmény, mély beolvadás Nagy anyagvastagsághoz alkalmazható Teljesen automatizált eljárás Kis hőveszteséggel dolgozik • Hátrányok Csak fekvő helyzetű varratokra Korlátozott helyszíni alkalmazhatóság
- 56 -
VIII.Hegesztési hibák és elkerülésük
- 57 -
- 58 -
- 59 -
- 60 -
IX. Keresztirányban igénybevett acéllemezek viselkedése 1., Hol is vannak ily módon terhelt lemezek?
2., Tönkremeneteli lehetőségek: • Felszakadnak a zárványok - terhelés hatására • Réteges tépődés - gyártáskor
3., Zárványok 3.1 felderítés módszerei • Ultrahangos vizsgálattal • MSZ EN 10160:2001 szerint vizsgálni • SEL 072:1977 szerint hibák mérete és gyakorisága kötött peremzónák ellenőrizve Tab. 2. szerint felületi ellenőrzés Tab.1. szerint teljes ellenőrzés Tab.3. szerint Általában 3. osztályt követelnek meg
- 61 -
3.1 Zárványfelderítés: • Gyártóművi ellenőrzés gazdaságosabb • Vastag lemezeket “feltérképezni” • Kritikus elemeket zárványmentes helyekről kivágni • Dinamikusan terhelt szerkezet, keresztben igénybevett lemez, t >10 mm -> ellenőrizni kell! 4., Réteges tépődés jelensége: • Lamellar tearing, Lamellenbruch, Terassenbruch • Törési felület lépcsős, teraszos
4.1 Réteges tépődés kialakulása: Oka: a hegesztési zsugorodások által megkövetelt keresztirányú képlékeny alakváltozóképesség hiánya
- 62 -
4.2 Réteges tépődés elkerülési lehetőségei: • Alkalmas konstrukciós kialakítás • Megfelelő gyártástechnológia • Kellő keresztirányú alakváltozó képességgel rendelkező acélanyag • Tervező és gyártástechnológus együttműködése kell! Megfelelő varratformák: •
• • • •
Nagy csatlakozó felület, kis varratkeresztmetszet Csak a feltétlenül szükséges varratmennyiség Kevés rétegben hegeszthető varratok legyenek Szimmetrikus elrendezés, kétoldali varratok Helyi kiegyenlítődés lehetősége
Megfelelő varratkiképzés: • A varratot és hézagot úgy képezzük ki, hogy az igénybevétel lehetőleg ne legyen merőleges a felületre!
• Teljes keresztmetszetű varratok legyenek
- 63 -
Megfelelő varratelhelyezés: A varrat ne kerüljön az elem szélére, kellő perem-távolságol hagyjunk!
Megfelelő hegesztéstechnológia: A lehető legkisebb hőbevitellel hegesszünk • Jó alakváltozóképességű hozanyag • Előmelegítés 100-200 °C közötti értékre rendkívül jó hatású • Lassú lehűtés, 200 °C-on tartás elősegíti a képlékeny alakváltozások kialakulását, csökkenti a zsugorodást. •
Megfelelő acélanyag kiválasztása: • Szabályzati előírások szerint kiválasztás DASt Ri-014:1981 DDR B3:1990 MSZ EN 1993-1-10 • Megrendelés: MSZ EN 10164 szerinti “Felületükre merőleges irányban javított alakítási tulajdonságokkal rendelkező acéltermékek” közül
- 64 -
X. Korszerű kapcsolóelemek- feszített csavarok Történeti áttekintés Nagyszilárdságú feszített csavarok (NF) alkalmazásáról az első utalás 1934-ből található az angol „Acélszerkezeti Társaság” egyik beszámolójában, amelyben a csavarok megfeszítéséből adódóan „az érintkező felületek megcsúszását megakadályozó kötésekkel” kapcsolatos gyakorlati és kísérleti tapasztalatokat ismertetik. Ez a beszámoló az Egyesült Államokban és Angliában ekkor már elszórtan használt feszített csavaros kapcsolatokon szerzett tapasztalatokat fogják össze. 1938-ban az Illinois-i Műegyetemen kísérletekkel mutatja ki, hogy a feszített csavaros kötések nagyobb fáradási szilárdsággal bírnak, mint az ugyanolyan szegecseltek. Az 1947-ben az Egyesült Államokban megalakult a „Szögecselt és csavarozott szerkezeti kapcsolatok kutató tanácsa”, mely a feszített csavaros kapcsolatok témáját kiemelt kutatási területté tette, valamint az addig összegyűjtött gyakorlati tapasztalatok alapján az első vonatkozó előírást 1951-ben kiadta. Ezt az előírást később 1954-ben módosították, melyben az érintkező felületek festése még nem volt tilos. (Ez azért volt lehetséges, mert a kapcsolatot egyfajta szegecselt kapcsolatként fogták fel, melyben az erők nyírás és palástnyomás formájában adódnak át.) Ezt 1955-ben újabb kiegészítés követte, melyben a csavarok meghúzását „elfordulásmérő” módszerrel is engedélyezte. Európában az ötvenes évek elején kezdenek el foglalkozni a feszített csavaros kötésekkel. Ezekben a kutatásokban Németország munkássága élenjáró. 1953-ban és ’54-ben a Karlsruhei Műszaki Egyetem „Acélszerkezeti Kísérleti Intézete” foglalkozott behatóan a témával, melynek eredményeként 1956-ban kiadták a feszített csavaros kapcsolatokhoz az irányelveket. Ezeket az előírásokat – kisebb-nagyobb módosításokkal – a legtöbb európai ország átvette. Az általuk kiadott irányelvek csavarátmérőnként meghúzási nyomatékot írtak elő, valamint a kapcsolódó felületek lángvágását, vagy homokszórását. A Karlsruhei Egyetem második kísérletsorozata alapján – melyet 1959-ben fejezték be - jelentették meg az első feszítettcsavaros szabványt. Alapvető különbség a kapcsolat viselkedések tárgyalásában a német és az amerikai felfogás között, hogy míg a németek a kapcsolatot akkor tekintették tönkrementnek, ha a csavarok megcsúsznak, tehát „súrlódásos kötésként” méretezték a kapcsolatot, az amerikai modell „szögecselt kötésként” értelmezte azt. Vagyis, az első csavarok csak akkor kezdenek „dolgozni”, ha a feszített csavarok a kötés megcsúszása révén a névleges csavarátmérőknél nagyobb furatok szélein felfekszenek, így teherbírás szempontjából a csavarok nyírószilárdsága, illetve palástnyomása mértékadó. 1960-ban megjelenik az addigi előírások módosítása az Egyesült Államokban, mely már mindkét modellezési módszert tartalmazza. A „súrlódásos kötésként”-i méretezésnél pedig előírja az érintkező felületek festésének tilalmát. Magyarországon az első kísérleteket az ÉTI (Építéstudományi Intézet) és az UVATERV végezte. Majd az első feszített csavaros híd 1961-ben készült el. Ez a Taktaharkányi híd, fesztávja 30.0 m. 1968-tól megindul a magyar feszítettcsavar-gyártás is.
-
65 -
Csavarozott kötések besorolása Eurocode 3 szerint A csavarozott kötéseket a bennük szereplő csavarok erőjátékának megfelelően az Eurocode3 öt osztályba sorolja (A-tól E-ig). Az acélszerkezetek csavarozott kapcsolataiban a csavarokat vagy nyíróerő, vagy húzóerő, vagy e kettő kombinációja terheli; emellett a csavarok erőjátékára hatással van, hogy a csavar feszített-e vagy sem. A nyírt csavaroknak három osztályát különböztetjük meg: az A osztályú csavar nem feszített, ennek megfelelően az erőátadás nyírás és palástnyomás révén valósul meg; a B osztályú csavar feszített, ezért az erőátadás az összeszorított felületek közötti súrlódás révén valósul meg, de csak a használhatósági határállapotban, míg a teherbírási határállapotban a csavar nem feszítettként viselkedik, és az erőket nyírás és palástnyomás révén adja át. a C osztályú csavar feszített, és az erő átadás mind a használhatósági, mind pedig a teherbírási határállapotban az összeszorított felületek közötti súrlódás révén valósul meg. Megjegyzendő, hogy az Eurocode a B osztályú csavarokat „használhatósági határállapotban megcsúszásnak ellenállónak”, a C osztályú csavarokat pedig „teherbírási határállapotban megcsúszásnak ellenállónak” nevezi. A súrlódás révén történő erőátadás nyilván feltételezi, hogy az összeszorított felületek ne csússzanak el egymáson (míg a nem feszített csavar működéséhez a megcsúszás elengedhetetlen). A B és a C osztályú csavar esetén gondoskodni kell a súrlódó felületek alkalmas előkészítéséről. A húzott csavaroknak a következő két osztályát különbözteti meg a szabvány: a D osztályú csavarok nem feszítettek; az E osztályú csavarok feszítettek. Az erőátadás mindkét esetben egyaránt a csavar húzása révén valósul meg. Feszített csavarokat húzott csavar esetén a nagyobb merevség biztosítása, illetőleg rezgésekkel vagy fárasztóterheléssel szembeni kedvezőbb viselkedésük miatt alkalmazunk. Ha egy csavar egyszerre húzott és nyírt (ez egyébként gyakran fordul elő, például homloklemezes kapcsolatokban), akkor két osztálya van. A lehetséges párosítások: AD, BE, CE. Nyíróerővel terhelt feszített csavarok esetén (amelyeket nyírt csavaroknak is hívhatunk, bár a csavarokban nem lép fel nyírófeszültség), az erőátadás oly módon valósul meg, hogy a feszített csavarok összeszorítják az érintkező felületeket, amelyek ezek után súrlódás révén közvetlenül adják át az erőt. A súrlódás révén történő erőátadás feltétele, hogy az egy-egy csavarra számítható igénybevétel (Fv.Ed) ne haladja meg a csavar megcsúszási ellenállását (Fs.Rd), azaz azt az erőt, amelynél a felületek közötti tapadási súrlódás megszűnik. EC3 szerinti követelmény továbbá, hogy az Fv.Ed csavarerő (nyírásból az adott csavarra jutó igénybevétel) a csavar Fb.Rd palástnyomási ellenállását se haladja meg. Mind a teherbírási, mind a használhatósági határállapothoz tartozó megcsúszási ellenállás arányos a csavar feszítőerejével, amelyet a számításokban a következő értékkel kell feltételezni és ekkora erőre kell meghúzni:
-
66 -
Fp.Cd = 0,7 * fub * As / γM7 ahol fub As γM7
csavar anyagának szakítószilárdsága csavar feszültség-keresztmetszete biztonsági tényező (γM7 = 1.1)
(A csavar EC3 szerinti húzási ellenállása: Ft,Rd = k2 * fub * As / γM2 = (0.9 / 1.25) * fub * As = 0.72 * fub * As ) A teherbírási és a használhatósági határállapothoz tartozó megcsúszási ellenállás értéke Fs.Rd = ks * n * μ * Fp.C / γM3 ahol
ks n μ Fp.C γM3
lyuktényező értéke (normál lyukméret esetén ks = 1.0, túlméretes lyukakra ks = 0.85) súrlódó felületek száma súrlódási tényező = 0,7 * fub * As biztonsági tényező (értéke általában γM3 = 1.1)
A súrlódási tényező szempontjából négy felület-előkészítési osztályt (A, B, C és D) különböztetünk meg; az ezekhez tartozó súrlódási tényezők rendre 0,5; 0,4; 0,3 és 0,2. A felület előkészítési osztályok: az A osztályba tartoznak a sörétezett vagy szemcsefúvott, de festetlen felületek; a B osztályba tartoznak a sörétezett vagy szemcsefúvott, majd festett felületek; a C osztályba tartoznak a drótkefézéssel vagy lángszórással tisztított felületek; a D osztályba pedig a kezeletlen felületek tartoznak.
-
67 -
Vizsgálatok feszítőcsavarokon
b.) elszakított csavarok
a.) csavarok próba előtt 10.9 minőségű csavarok
a.) csavarok próba előtt
b.) elszakított csavarok t
8.8 minőségű csavarok
-
68 -
250
300
250
200
200
] 150 N k[ d a ol
] N k[ d 150 a ol
100
100
50
50
0
0 0
1
2
3
4
5
0
6
2
4
6
8
displacement [mm]
displacement [mm]
Erő-elmozdulás diagramm Ba6. jelű csavar
Erő-elmozdulás diagramm Bb1. csavar
Az előző ábrák szakítóviszgálati eredméyneket mutatnak be.. Az alábbi táblázat összehasonlítja a mért szakítóerőket.
Mért szakítóerő kN Csavarmin.
B1
B2
B3
B4
B5
B5
átlag [kN]
10.9
273.5
265.4
265.2
277.3
272.7
278.7
272.1
8.8
225.8
223.3
224.4
222.8
223.9
226.0
224.4
Számított húzási ellenállás az EC3 szerint: Ft,Rd = k2 * fub * As / γM2 = 0.9 * 1000 * 245 / 1.25 = 176.4 kN Ft,Rd = k2 * fub * As / γM2 = 0.9 * 800 * 245 / 1.25 = 141.1 kN
-
69 -
10
XI. TERVEZÉSI HIBÁK Mérnöki létesítmények alakítják környezetünket, szemléletünket, szépérzékünket-gyerekeink jövőjét, bolygónk állapotát. Óriási mértékben megnőtt - megnő a környezetvédelmi szempont a tervezőikivitelezői tevékenység során. Ha keletkezik károsodás-katasztrófa, akkor a kár a közvetlen hatásain túl szélesebb értelemben is károsodást okozhat. (összedőlt moszkvai jégstadion, német, lengyel sportstadion, amerikai családi házak, leszakadt berlini pályaudvar diszítő acélgerendája, magyar példák, pécsi uszoda mennyezetének belső burkolata leszakadt,stb.) Alapvető követelmény a műtárgyakkal szemben: -erőtani
-evidens
-alakváltozási
-színházi kiváltó gerenda
-tartóssági
-hidak
-vízzárósági
-medence, szennyvíztározó
Alapvető kérdés a tervezési- kivitelezési folyamatban, hogy az adott pillanatban kinél van a felelősség?! (Erre élezzük ki a tananyag tárgyalását is) Hibák osztályozása:
tervezési kivitelezési anyaghibák
Nem hiba a vis maior ( nagyobb erő) - az előre nem látható, rendkívüli eseményből fakadó hiba. Pl. természeti csapások, háborúk, volt ma már nem az-repülőgép épületbe csapódása. Azt feltételezzük, hogy belső indítékból nem hibázunk ( ha mégis, akkor az nem szakmai, hanem rendőrségi probléma) Hiba forrás lehet a gyakorlatlanság, ez azonban nem lehet mentség. A hibák külön-külön, de együtt is jelentkezhetnek. Ez utóbbi eset a legveszélyesebb pl. Balaton-Kiliti víztároló esete.
- 70 -
Lehetnek nyílt és rejtett hibák. Az előbbinél a kár bekövetkezte előtt azok felismerhetők. Az anyaghibák gyártási rendellenességből, pontatlanságból fakadhatnak.
1. TERVEZÉSI HIBÁK 1. talajmechanikai jellegű hibák 2. alapozással összefüggő hibák 3. víztelenítési hibák 4. statikai jellegű hibák 5. szerkezeti jellegű hibák 6. a tervek hiányosságából fakadó hibák
1.1.
Talajmechanikai jellegű hibák Részletes talajmechanikai szakvéleményt kell készíttetni, melynek tartalmaznia kell az összes főbb, a tervezéshez szükséges adatot. Ennek helytelen készítéséből, felhasználásából adódhat, hogy -más területen ( a közelben) készült a feltárás -nem megfelelő részletességű az anyag -a feltárások száma, mélysége nem elegendő -hiányosak a statikus tervező talajmechanikai ismeretei, nem tudja „kezelni” a kapott anyagot -régi a szakvélemény, időközben megváltoztak a helyszíni pl. talajvíz viszonyok
1.2.
Alapozással összefüggő hibák Ezek különösen veszélyesek, mert veszélyeztethetik a műtárgy állékonyságát, javításuk rendkívül körülményes és költséges. -
az alapozási síkot nem a teherbíró talajban vették fel lehet, hogy több réteg helyezkedik el egymás fölött és csak a harmadik réteg az igazi teherbíró talaj
-
nem vették figyelembe a talajvízben való alapozás speciális igényeit ( kerülni kell a talajvízben való alapozást)
-
nem terveztek talajcserét, amikor szükség lett volna rá
-
nem vették figyelembe a fagyhatárt
- 71 -
-
kötött talaj esetén nem vették figyelembe hogy duzzadó agyagra kerül a műtárgy – elmaradt a megszakító szemcsés réteg
-
nem írták elő az egyenletes tömörítés szükségességét és a tömörítés fokát Trgamma=95%
-
lösz talajok esetén elmaradt a műtárgy alá kerülő, a műtárgyból kikerülő víz összefogását szolgáló vb. tálca
1.3.
Víztelenítési hibák Vizes műtárgyaknál számítani kell a víz megszökésére ( nem betervezett állapot!!!) A műtárgy oldalán és alján távozó vizek elvezetését meg kell tervezni, szivárgókat kell betervezni. Meg kell tervezni a felszíni vizek elvezetését is. Hibák: -lejtős terepen az oldalszivárgók elhagyása -komplett, összefüggő szivárgó rendszer átgondolt terveinek hiánya - a víztelenítési módszer helytelen megválasztása – eredménye lehet a talajtörés
1.4.
Statikai jellegű hibák Hidaknál a hasznos terhek aránytalanul kicsik a szerkezet önsúlyához képest, és időben is ritkán van totál teher. Vizes műtárgyaknál a terhek 70-80%-a tartós teher.( változó-ingadozó) Az erőtani számítás során az alábbi hiányosságok jelentkezhetnek: -a statikai modell és a megépült szerkezet nincs köszönő viszony-ban, nem jó a statikai modell, esetleg a felvett modell a szerkezetet csak képlékeny átrendeződés után írja le helyesen -
az egyidejüleg működő terhek nem megfelelően lettek figyelembe véve ( nincs rá szakkönyv, csak a mérnöki szaktudás lehet az alap) pl. szomszédos műtárgyakról többlet teher adódik a szerkezetre,
- 72 -
-foghíj beépítésnél elmarad a szélteher figyelembe vétele - olyan teherkombinációkat veszek figyelembe, amelyek soha nem fordulhatnak elő, vagy olyat nem amelyek viszont igen is lehetnek ( axis képessége, hatásábrák) -
a tervező nem veszi figyelembe az erőjátékot befolyásoló különböző hatásokat (pl. merevítő falak hatását, egyenlőtlen támaszsüllyedéseket, stb.
-
a tervező figyelmen kívül hagyja a másodlagos és járulékos hatásokat pl. zsugorodás, lassú alakváltozás, hidratációs hő, hőmérsékleti hatások
-
az építéstechnológiai folyamat egyes lépéseit nem vagy rosszul veszi figyelembe ( pl. építési sorrend)
-
szomszédos építményekről adódó többlethatások figyelembe vételének elmaradása
-
nem tartja be a szerkezetre előírt alakváltozási és repedéstágassági követelményeket
-
nem veszi figyelembe az esetleg felmerülő ideiglenes hatásokat pl. szerelési teher, ideiglenes megtámasztás
-
eltekint az alaplemez rugalmas ágyazásának figyelembevételétől
-
a számítás elvi és számszaki hibákat tartalmaz
A vasalás hiányosságai:
1.5.
-
rossz acélminőség megválasztása
-
a vasalás nem követi az igénybevételeket
-
szerkesztési szabályoktól való eltérést
-
hegesztett hálók helytelen illesztése
-
az átmérő rossz megválasztása
Szerkezeti jellegű hibák A műtárgy helytelen szerkezeti kialakításából ered ( a műtárgy legyen vagy nagyon merev vagy nagyon rugalmas ) - 73 -
1.5.1. csomóponti kialakítás -a csomópont feleljen meg a statikai váznak alaplemez-oldalfal oldalfal-oldalfal csatlakozás -szerkesztési szabályokat be kell tartani-túl sűrű a vasalás -túlzott a számított repedéstágasság -a csomópont kialakítása nincs összhangban az építési technológiával ( W hézag helye ) 1.5.2. Vonórudak hiányosságai vonótárcsa vagy vonó födém -előregyártott elemek közé vonó rúd, fölé vonó tárcsa -kicsi a vonórúd km-e -túlzott az alakváltozása -toldása csavaros kialakítású legyen -befogása, lehorgonyzása rossz, kicsi a toldási hossz 1.5.3. A dilatáció szerkezeti hiányosságai -eltérő tömegű épületek közé rugalmas, vízzáró dilatációt kell kialakítani -víznyomásnak kitett dilatáció az épület leggyengébb pontja -helytelen a dilatációs hézag helyének megválasztása -kicsi a hézagméret -nem megfelelő a szalag anyaga pl ivóvíznél csak atoxikus lehet -nem bírja ki a szalag a nyomást és a mozgást -a szalag rögzítése nem megfelelő - elmozdul betonozáskor (több a kár mint a haszon) 1.6. A tervek hiányosságai -rossz a műszaki leírás- hiányoznak az alapadatok ( statikai váz, feltételezett erőjáték, építés módja, munkafázisok sorrendje, átadási feltételek, anyagok, hasznos terhek, stb) - 74 -
-tervek kidolgozatlansága-csomópontok, részletek hiánya, elnagyoltsága -elvi és számszaki hibák (helytelen szerkezeti koncepció kótahibák, stb -kivitelezői adottságok figyelmen kívül hagyása -belső ellenőrzés elmaradása -kivitelezői egyeztetés elmaradása
- 75 -
XII. Kivitelezési hibák
2. Kivitelezési hibák -tervek ismeretének hiánya -tervtől való önkényes eltérésből adódó hibák -építéstechnológiai fegyelmezetlenségből keletkező hibák -tervezői művezetés elmaradása 2.1. A tervek ismeretének hiánya -már a kiviteli tervek készítése során jó, ha egyeztetni lehet a kivitelezővel – költség tényezők -értelmes kivitelezői észrevételeket figyelembe illik venni ( kevésbé szerkezeti jellegűek az ilyen észrevételek ) -a tervet az építésvezetőnek meg kell tanulni mint egy verset, különben hogy tudna előre rendelni anyagot, embereket 2.2. A tervtől való önkényes eltérés -
az ép. vezető probléma esetén: a, kikéri a tervező véleményét b, maga dönt –kockázatos
- az értelmetlen spórolás bajt okozhat pl. kevesebb dúcot tesznek - értelmetlen és felesleges a túlzott kivitelezői kockázatvállalás -a tervek félreértelmezhetőségéből komoly bajok származhatnak nem feladata a kivitelezőnek kitalálni a tervezői szándékokat
- 76 -
2.3. Építéstechnológiai fegyelmezetlenségből keletkező hibák Az ép. vezető feladata ennek betartatása – minden munkanemre kiterjedően. Földmunkáknál: -
a tükör túlfejtése, a visszatöltött talaj lazasága
-
előírt tömörség elmaradása
-
egyenetlen tömörség
-
helytelen víztelenítési mód megválasztása
-
ideiglenes víztelenítés rossz
-
végleges víztelenítés rossz ( elmarad a szivárgó rendszer)
Víztelenítés
Alapozás -betervezett szemcsés anyag megszakító réteg elmaradása -fenéklemez alatti, alapozásra alkalmatlan talajrétegek benthagyása agyaglencse, laza rétegek, stb Zsaluzás -
alulméretezett állvány
-
zsaluátkötések rosszak – vékonyak, átvezetik a vizet
-
ellenzsaluzat elmaradása
-
tömörítéssel összefüggő hibák: zsalunyílások elmaradása vibrálás elmaradása
Vasszerelés -
tervtől eltérő vasalás
- 77 -
-
betonfedés rossz
-
túl sűrű a vasszerelés
-
külső és belső hálók összemerevítésének elmaradása
-
távtartók elhagyása - műanyag, zsámolyok, letaposás
-
szerelési pontatlanságok
-
burkoló csövek megsérülése betonozás előtt
-
felúszás figyelmen kívül hagyása
Injektálás -0fok alatti injektálás -injektáló tömlők végeinek eltömítése -fagyásgátlók túlzott adagolása -korrózió veszély -kötésgyorsítók túlzott adagolása Betonozás -alacsony hőmérséklet -felhasznált anyagok rosszak -rossz összetétel -rossz bedolgozás – osztályozódik, fészkes lesz -rossz egyenetlen, túlzott tömörítés -gondatlan utókezelés -rosszul előkészített munkahézag -nagy a v/c tényező -nincs betonozási ütemterv Szigetelés -szakszerűtlen felhordás -gyártói előírások figyelmen kívül hagyása-ugrik a garancia -nem kellően védett a szigetelés -beszorító habarcs hiánya -napvédelem elmaradása-megcsúszás veszély -rossz toldás - 78 -
-levegő bekerülése a szigetelés alá Szervezési hibák -eltérés az előírásoktól -építési sorrend felcserélése -w szervezési hiányosságok - sok az ember kevés az ember - szerkezet túlterhelése – nagyobb lesz a földtakarás -túlfeszítés, feszítési sorrend -szakszerűtlen vízzárósági próba, vagy annak elmaradása
- 79 -
XIII. Csúszó-kúszózsalus technológia
A csúszózsaluzatos technológia
A csúszózsaluzatos technológia helye a zsaluzási rendszerek között (a betonbedolgozás üteme szempontjából vizsgálva): Szakaszos betonbedolgozást kívánó zsaluzási módszerek: Munkafázisok: Zsaluzat egyik oldalának szerelése - betonacél szerelése, elhelyezendők szerelése - zsaluzat zárása, betonbedolgozás Zsaluzatátszerelése (egyik oldal)- betonacélszerelése elhelyezendők szerelése,- zsaluzatzárása Betonbedolgozás Ismétlődik a szerkezet teljes magasságának eléréséig Fajtái: hagyományos helyszíni zsaluzatok (építéshelyi faanyagok felhasználásával, egyszeri, egyedi kialakítás) nagyipari táblás zsaluzási rendszerek (kistáblás, nagytáblás, elemes, stb) nagyipari rendszerzsaluzási módok (alagútzsalu, kúszózsalu, egyedi rendszerek csatornaépítés, medenceépítés, alagútépítés, stb speciálisan kialakított egyedi rendszerei, felhőkarcolók építésének gépesített kúszózsalui) Folyamatos betonbedolgozást kívánó zsaluzási módszer: Munkafázisok: Zsaluzat kiszerelése 1,00 - 1,25 méter magasságig a járulékos segédszerkezetekkel Betonacél szerelése, beton bedolgozása, elhelyezendők, stb - ugyanabban az ütemben, megszakítás nélkül a szerkezet teljes magasságáig A zsaluzat folyamatos emelése a betonbedolgozás ütemének megfelelően (kb 3 -4 méter/nap) Csúszózsalu A csúszózsaluzásos technológia egvedi jellemzői: A zsaluzat folyamatos függőleges emelése (átlag 10-15 percenként kb 2 cm) A zsaluzat emelési sebessége a betonbedolgozás üteme szerint történik
- 80 -
A betonozás ütemét a zsaluzat magassága és a felhasznált beton adott körülmények melletti kötésideje határozza meg A csúszózsaluzatostechnológia alkalmazási területei: Gazdaságossági szempontból: Mai magyarországi őrviszonyok mellett: kb 12-15 méternél magasabb szerkezetek (a felvonulás és a zsalukiépítés költsége a csúszott magasságtól függetlenül alakul ki, míg a csúszás idejére eső bérköltségek a magassággal arányosak. Ebből következik, hogy a fajlagos költségek a magasság növekedésével csökkennek) Műszaki kialakítás szempontjából: Állandó falvastagságú függőleges vasbeton szerkezetek: Hagyományos ipari mezőgazdasági alkalmazási terület: nagykeresztmetszetű tartópillérek (hídépítés, erőműépítés, stb) toronyépítmények (tv torony, információs berendezések, kisebb szélerőművek, stb) silók, tárolók (szennyvíztisztító telepek, cementgyári létesítmények, cukorgyári silók, lisztsilók, gabonasilók, mezőgazdasági tárolók, ipari tárolók, kikötői létesítmények, stb) egyedi nagymagasságú statikai szerkezetek (kőtörő tartószerkezete, egyéb ipari létesítmény) Alkalmazás a középületépítésterületén (korábban kerülték): lépcsőházak, liftgépházak szerelőaknák, merevítő magok nagymagasságú (ti-10 méternél magasabb) vasbeton falak (ipari csarnok, raktár, mozi, színház) vasbetonszerkezetű épület függőleges vasbeton falainak együtemű építése Változó keresztmetszetű függőleges szerkezetek: Változtatható paraméterek: falvastagság faldőlés (külső - belső oldal külön - külön) sugár Körkeresztmetszetű magas létesítmények egyenesvonalú dőlt vagy íves (pl: hiperbolikus) alkotókkal: víztornyok ipari kémények hűtőtornyok egyedi kialakításu pillérek tenged olajfúró tornyokfogadószerkezete Nem körkeresztmetszetű (egyenes falú) szerkezet dőlt vagy törtvonalú alkotóval speciális kialakításu pillérek egyéb egyedi szerkezetek USA - Európa Magyarország Háború előtt: Csepel, Kikötői magtárépület 1960-1990: MÉLYÉPTERV összefogó szerepe Kivitelező vállalatok: 31. ÁÉV: ipari nagyberuházások - cementgyárak, sörgyár, vegyipari üzemek, erőművi beruházások - hűtőtornyok (Beremend, Hejőcsaba, Bélapátfalva, Bőcs, TVK, Gyöngyösvisonta mezőgazdasági létesítmények-gabonasilók (Óhíd) tv tornyok, víztornyok - Sopron, Pécs, Kornádi, stb. - Bp, Lakatos út, Csepel, Szolnok , Kecskemét - Nagyatád, Dunaújváros lépcsőházak, merevítő magok, (Budapest Körszálló, Országos Mentőbázis kémények: Tiszaújváros, Százhalombatta DÉLÉP: gabonasilók, lépcsőházak, Debreceni iszaprothasztó Hőtechnika: kémények: Paks, Újpest
- 81 -
Compack -Bau: víztornyok, lépcsőházi magok (Pomáz, Kisvárda) kisebb cégek próbálkozásai 1990 óta: MÉLYÉPTERV felbomlott 31 ÁÉV felbomlott - 31 ÁÉCS folytat csúszózsaluzatos tevékenységet COMPACK - Bau évente -esetenként DÉLÉPSZER: megszüntette ezt a tevékenységét Hőtechnika: felbomlott, kisebb készlet Érden Atlas - Bau: profiltiszta tevékenység, piacvezető pozíció, új alkalmazási területek feltárása Magyar vállalatok külföldi tevékenysége csúszózsaluzatos technológiával: 60as évek: Tampere, Dánia, Japán: tv torony, kémények: 70-es évek: Egyiptom, Heluan - kémény, 80-as évek: sokrétű munkák - egyiptom, Kuba, Szíria, Jordánia, Tajvan, Törökország: kémények pillérek, hídpillérek, hűtőtornyi Törökország, Singapoor 90-es évek: MÉLYÉPTERV Törökországi munkái Compack munkái a salzburgiakkal az egész világon 31 ÁÉCS munkái Atlas - Bau munkák Németországban és Hollandiában: kémények, silók, lépcsőházak, + Pozsony, Polus Centrum A csúszózsaluzatostechnolóaia alkalmazásának előnveT Gyorsaság Átlagos kivitelezési idő: zsaluszerelés 7-10 nap, csúszás 4 méter/nap, bontás, levonulás 5 nap Gazdaságosság 12 - 15 méternél magasabb vasbeton falak esetében 10-15% költségelőny, mely a magasság növekedésekor csökken (pl: 40 méter magas szerkezet esetén az költségelőny akár 30-40% is lehet) Munkaigényes alaprajzi megoldások egyszerű megvalósítása a zsaluzatot csak 1 méter magasságra kell elkészíteni, így viszonylag egyszerűen követhető a bonyolultabb alaprajz is (íves vagy egyéb egyedi kialakítás, kisméretű szerelőaknák, stb). Az így elkészült kialakítással az éritett szakasz zsaluzási kérdése meg lett oldva a teljes éritett magasságra. Munkahézag és átkötés mentes vasbeton szerkezetek tetszőleges magassággal (víz- illetve gázzáró betonfal) a szemközti oldalak zsaluzatát nem a falon keresztül kötik ki egymáshoz ("kontrázás"), hanem a kellően besűrített kiosztású és az igényelt sarokmerevséget biztosító acél merevítő keretek a zsaluzat fölött kötik össze a két oldalt. Látványos megjelenés az építkezés kezdeti fázisában a technológiát célszerű alkalmazni olyan szerkezeteknél, melyek az alaplemez szintjéről indulnak, és az épület teljes magasságában jelentkeznek (felvonó aknák, szerelőaknák ("strangok"), lépcsőházak, vagy a minden szinten azonos falkiosztásu raszterek. Ilyenkor a szerkezetépítés közvetlen az érintett szakasz alaplemezének elkészültét követően megkezdhető, és akár az épület teljes alaplemezének - 82 -
elkészülte előtt befejezhető. A szokásos szerződéskötési és tervezésütemezési gondok miatt álfában szorított ütemmel induló építkezésnél "optikailag" is jól mutatnak az építkezés megkezdését követő 4. - 6. héten megjelenő 30 - 40 méter magas elkészült szerkezetek. Homogén megjelenésű falfelületek: a fal - födém, fal - födém ütemű szerkezetépítés esetén a födémmel nem osztott függőleges végigmenő falaknál (pl. felvonóaknák belső falánál) minden szintnél osztásként (és méretbeni eltérési, ugrási lehetőségként) technológiai munkahézagok jelennek meg. A csúszózsaluzatos technológia alkalmazása esetén ez nem jelentkezik. A csúszózsaluzatostechnolóaia alkalmazásakorfelmerr7TS kérdések: Méretpontosság kérdése a zsaluszerkezet a szerkezetépítés teljes ideje alatt folyamatosan mozgásban van, megfelelő gyakoriságú méréssel biztosítható csak, hogy egy jelentkező nemkívánatos mozgásirányt (dőlést, csavarodást, stb) még a mérettűrési határérték meghaladása előtt észre lehessen venni és a zsaluemelés megfelelő irányításával ki lehessen javítani. a tulajdonképpeni zsaluzat (a zsaluhéj a merevítőszerkezeteivel) csak a keretközönkénti távolságokra (1,50 - 2,00 méter) szolgáltatja a zsaluszerkezet teljes merevségét. Amennyiben hosszabb(kb 10-12 méternél hosszabb) falszakasz készül keresztirányú (és mint ilyen, merevítési funkciót is ellátó) fal építése nélkül, akkor kiegészítő szerkezet szükséges a zsaluzat megfelelő merevségének (és alaktartósságának) a biztosításához. Ez lehet egyedileg méretezett acélszerkezet, fa rácsos tartó, stb. Dárzsölt felület (nem "vakolatmentes betonfelület") a zsaluhéj a beton kötése közben is folyamatosan csúszik felfelé a beton felületén, miközben erősen dörzsöli azt. Az így létrejövő falfelület ettől még homogén, sík, alak- és mérettartó, de nem keletkezik olyan tükörsima megjelenésű fal, mint a jól használt szakaszos betonozásu táblás falzsaluzási rendszereknél. Közvetlen a betonfalra történíS festés esetén glettelési többletigény jelentkezik. Vakolandó vagy burkolást kapó falak esetében eza dörzsölt megjelenésű felület természetesen semmiféle problémát nem jelent. Elhelyezések pontossági kérdése a zsaluzatba helyezendő nyílászsaluzatokat és egyéb bebetonozandó szerkezeteket olyan erősen rögzíteni kell (pl. a vasszereléshez lekötött vagy lehegesztett rögzítő szerkezettel), hogy a folyamatosan csúszó zsaluhéj ne tudja azt a helyéről beakadás vagy az erős súrlódás miatt felhúzni. Ahol megengedhető, ott célszerő több toleranciát biztosító (nagyobb méretű) beépítésre kerülő szerkezetet alkalmazni. 24 órás munkavégzés (éjszakai és hétvégi munkavégzés kérdései) lakott hely közelében egyre kevésbé megengedett az éjszakai és hétvégi zajjal járó tevékenység. Az érvényes előírásokszerint nappal 60 decibel,
- 83 -
éjszaka (22 órától 06 óráig) csak 45 decibel zajterhelés megengedett. A betonozó vibrátor működtetése esetén ez csak legkevesebb 100- 300 méter távolság felett képzelhető el. Párhuzamos munkavégzés kizárása az érintett területen a csúszás ideje alatt a munkavédelmi okok miatt nem megengedett az érintett szakasz védőkörzetében az egyéb munkák végzése. Ez adott esetben akár 1 - 2 hétre is leállíthat minden más munkát a csúszás körzetében. Ez jelenthet bizonyos időveszteséget, de az esetek többségében a csúszózsaluzattal elkészített, egyébként az átlagosnál időigényesebb zsaluzást igénylő egységek elkészültével ez az időkiesés összességében nagyon hamar, már 2 - 3 szint elkészítése során visszanyerhető, majd ezt követően már egyértelműen időmegtakarításról beszélhetünk. Darukapacitás lekötése a csúszás ideje alatt általában teljes mértékben lefoglal a technológia egy darut, azzal ez idő alaü nem nagyon lehet egyéb munkát végezni. Egy tornydaruval átlagos szerkezeti kialakítás esetén maximum 5 - 6 m3 betont lehet bedolgozni óránként. Ennél nagyobb igény esetén kiegészítő betonszállítási kapacitást kell biztosítani: pl második daru, tehertelvonó, betonszivattyú, stb). Mindezek ellenére a zsaluzott felületegységre vetített összes daruóra igény (a zsaluzási, vasszerelési és betonozási munkákat vizsgálva) a csúszózsaluzat alkalmazása esetén mutat jobb eredményt Tervezési ütemezés megbontása az általában szintenkénti tervezésben dolgozó és szintenkénti ütemezésű tervszolgáltatásra szerződő tervezők munkaütemét megtöri az az igény, hogy a csúszózsaluzattal készítendő szerkezetek esetében közvetlenül az alaplemez terveinek elkészülte után igény van az érintett részek teljes magasságára elkészített statikus tervekre. Csatlakozások kialakítása a gyakorlatban olyan szerkezetcsatlakozási csomópontok kialakítására szokott sor kerülni, melyek a fal keresztmetszetéből nem nyúlnak ki, az elhelyezésük után az emelkedő zsaluzat síkján belül vannak. Ezek lehetnek fészkek, hornyok, utólag kihajtandó betonacélok, gyártmányok, acéllapok hegesriett kapcsolat kialakításához, stb, melyek a napi gyakorlatban előforduló szerkezetek esetén megfelelő megoldásnak bizonyulnak. Bizonyos igénybevételek (pl nagymértékű sarokmerevségi elvárás) esetén a technológia által biztosított lehetőségek viszont nem elegendőek. Az alkalmazott zsalutechnolágiai berendezés anvagai: Zsaluhéjak: Csapolt- nútolt gyalult fa, 10 cm széles, kb 30 mm vastag, impregnálva, (hagyományosan: fáradt olajban főzve) Fa (palló) zsaluzat lemezborítással Zsalutáblák (pl.: 3 rtg, 21 mm vtg DOKA vagy egyéb) Egyedi gyártású acél zsalutáblák (állandó keresztmetszetű íves szerkezeteknél) Acél zsalutábla panelek (30-45 cm szélességben) változó keresztmetszetű szerkezeteknél Keretek: Változatlan falkeresztmetszetü szerkezetek esetében:
- 84 -
Acél szerkezetű elemes keretrendszer (MÉLYÉPTERV) Könnyített acélszerkezető keretek (NDK típus) Aluminiumötvózet keretek (MST Bau) A keretegységek elemei: Keretláb Keretfej Munkaszint konzolok korlátokkal Függesztett állások Vasvezető szerkezet Fa palló munkaszintterítés (munkaszint terhelhetősége: 300 kglm2), függőállás járószint terhelhetősége: 100 kglm2 Munkavédelmi berendezések Változó keresztmetszetet készítő szerkezetek: Közkeresztmetszetű létesítményekhez: Kisebb átmérők esetén (kb 12-15 méter átmérőig, tornyok, kémények): u.n. csillaggerendás szerkezetek Nagyobb átmérő esetén (hűtőtornyok, stb): acélsodronyos merevítés SVETHO (Svenson - Thoma) típusok, VARICON, NOVAKON, stb - MÉLYÉPTERV Emelőszerkezetek: Mechanikus Pneumatikus Hidraulikus: "golyós" - 6t "körmös" - 3t, 6t, 32t - lökethossz: kb 21 mm Munkafázisok állandó keresztmetszetű szerkezet esetér Zsaluzat szerelése: Bármely alaprajzi kialakításra Zsaluzatba kerülő betonacél és elhelyezendők Csúszás: Betonozás Betonozásinduláskor: A zsaluzat megtöltése 4-5 egyforma vastagságu és egyenletesen terített rétegben, Az utolsó réteg terítési ideje essen egybe az első terítés kötésének megindulásával Bedolgozás eszköze: oldalkiömlésű betonozókonténer, 0,5-1 m3, esetleg motoros kivitelben (BETOMA~ Beton feljuttatása: daruval vagy felvinóval Betonszivattyú: csak megfelelő mennyiség esetén Betonigény számolása: a haladási sebesség szerint Vibrálás: tűvibrátorral Vibrálás menete: egy mozdulattal leengedni az előző terítési rétegig, vasat nem rázhatja (az adalékanyagok szegregálódhatnak) - majd lassan kihúzni, a kivibrált levegőt "kísérve" - újból beengedni, kb 3-4 vibrátorfej - átmérőnyi távolságra Zsalu emelése: Első emelés: legkésőbb az első terítési réteg kötésének megkezdéséig További emelések: a betonbedolgozás ütemének megfelelően, kb 10-15 percenként Emelési sebesség 1 méter magas zsaluzat esetén: Ha a beton szilárdulási ideje (kizsaluzható állapotra: kötésidő + 1-2 óra) pl. 4 óra (nyári hőmérsékleti viszonyok Magyarországon, C16-os beton, adalékvegyszerek nélkül): 4 óra alatt 1 méter- 1 napra 6 méter 6 óra esetén: 4 méter/nap, 10 óra esetén ( 0-5 C hőmérséklet) 2,4 méter/nap Betonacél szerelése: Függőleges vasalás (állóvasak): szakaszosan, általában 6 méter hosszban, a toldások általában 3 különböző magasságra elosztva (2-4-6 méteres magasságban) szálvas kialakításnak, hajlítások kerülendők, esetleg külön legyártott hajlított kengyelek pl. a nyílások körbefogására Vasvezetés: fölül vezetőlétra (szamárlétra), alul vastávtartó csövek - 85 -
Vízszintes vasalás (osztóvasak): folyamatos szerelés a keretfej alatti szakaszon Hajlított betonacélok: kengyelek, sarokvasak, átkötések, stb: a terven megadott pozíció elérésekor Szerelvények elhelyezése: lakatos acélszerkezetek áttörések, átvezetések földelés és villámvédelem védőcsövek Nyílászsaluzatok Keretkiosztásnál figyelembe venni Csatlakozó vasbetonszetrkezetek fogadószerkezetei: kizárások: horony, fészek, áttörés kihajtandó acéltüske betonacél átvezetése elemes szerkezetek (pl COMAX) Zsaluzat irányítása, korrekciók Alaprajzi vízszintes méretek Magassági méretek, magassági mérés, visszamérések Elhelyezendbk vízszintes és magassági méreteinek kimérése A zsalu alaktartósságának ellenbrzése A zsaluszerkezet együttes mozgásának vízszintes vetületének mérési módjai Mérési pontok kiválasztása, besűrítése különböző szerkezeteknél Mérések függőónnal Mérések optikai vetítővel: felülről vagy alulrÓl Mérések lézersugaras vetítővel Oldalélek optikai ellenőrzése teodolirial Szintező használata a munkaszinten Utólagos bemérés alpintechnológiákkal Az eredmények kiértékelése Dőlés Csavarodás Összetett mozgás A korrekciós mód meghatározása A "visszavezetés" üteme, - törésmentes alkotó, Korrekciós módok: alacsony magasságoknál: vezetőtámasz, feszítő kikötések szerkezet együttes döntése keretek kikötése csavarodás ellen emelősajtók billentése keretlábak állítása táblák döntése, ékelése merevítések, sodronyok utánfeszítése A zsaluból kikerült felület kezelése: Besimítás, esetleges javítások Kibontandó szerkezetek kibontása Beton utókezelése Beton védelme Esetleg felület festése Téliesltési teendők Kiegészítő segédszerkezetek építése: Függesztett állás felszerelése Feljáró állvány folyamatos építése Feljáró kosárelhelyezése Felvonó árbóc folyamatos továbbépítése és kikötése Esetleges darukikötés Zsaluzat tisztítása, munkahelyi rend Zsaluzat bontása: Lerakodás, könnyítés Emelhető egységekre bontás (a darukapacitás függvényében, kb 1,5-2 tonnás darabokra) Zsaluszerkezet szerelése Keretegységek összeszerelése szerelőállványon, vízszintes helyzetben Az első keret felállítása, ideiglenes kitámasztása A második keret helyre emelése, összemerevítése az első elemmel További keretegységek beemelése és kimerevítése Estleg csillaggerenda vagy más kiegészítő segédszerkezet szerelése - 86 -
Zsalutáblák (panelek) felszerelése (belső zsaluzat -induló vasszerelés elkészítése külső oldal zsaluzása) Munkaszintek kialakítása, lefedése (ácsmunkák Hidraulikus rendszerek szerelése Kiegészítő munkák (munkavédelmi berendezések, stb) Előfeszítések közvetlenül a betonozás indolása elölt A zsaluzat kezelése csúszás közben: A betonozás megkezdése és az első emelések megtörténte után a mérési pontok rögzítése A szerkezet irányítás (állítási lehetőségek keretenként: falvastagság, faldőlés, ívesség, sugárirányú mozgás) Zsalutábla panaelek kiszerelése a keresztmetszet szűkülésének üteme szerint (illetve beszerelés bővüléskor) Esetleges keretkiemelések a kerület nagymértékű csökkenése esetén (illetve keretek beépítése a kerület nagymértékű bővülése esetén) Ellenőrző mérések, korrekciók Kisegítő szerkezetek folyamatos építése, illetve visszabontása Betonszállítással és elosztással kapcsolatos teendők Mérési pontok a kereteken Tábladőlés Falvastagság Sugárváltozás Korrekció: beton törése - minél Erisebb betonon Krumpli, kOzelltó ktir A zsaluszerkezet bontása: Kis átmérőjű létesítmény esetén: ideiglenes belsőoldali munkaszint (teljes leterítés Nagy átmérőjű létesítmény esetén: keretek elemekre bontása a helyszínen - majd az elemek leszállítása az építési felvonóval Afelhasznált anvagokkalkapcsolatostudnivalók: Építési anyagok: Beton: a minőség meghatározása a statikus feladata (általánosan: C16, C20) szemnagyság: célszerűen max 16 mm beépítési konzisztencia: KK, egyes esetekben spevciális előírásokkal (tervező írhatja elő őket) (helyszint ellenőrizhetőség: terülési próbával) receptúra: transzportbeton esetén a keverőtelep határozza meg, helyszint keverés esetén célszerű betontechnológust megbízni beépítési idő: egy órán belül - ennek figyelembe vételével határozható meg az egy szállítással szállítandó beton mennyisége. adalékanyagok: csak tervezői hozzájárulással plasztifikáló kötéslassító: magas napi hőmérsékletek esetén (nyáron, vagy meleg éghajlati övön) kötésgyorsító: alacsony napi hőmérséklet esetén (télen, vagy hideg éghajlati övön) fagyásgátló vízzáróságot biztosító adalékok A betontakarás kérdése: egyes szerkezetek esetében gyakorlat, hogy a csúszózsatuzatos technológia alkalmazása miatt növelik 1 centiméterrel az előírt betontakarást (a csúszózsalu dörzsölt felülete miatt). Betonacél: minőségét a statikus határozza meg, nem függ a zsaluzási technológiától alaki kialakításnál törekedni kell a minél több egyenes szálvas tervezésére, továbbá a keretfejek alá történő befűzhetőség biztosítására. Segédanyagok: festések, felületi kialakítások (formaadó sztiropor betéttáblák, stb) "curing" párolgásgátló 1 Ideiglenes ácsszerkezetek a támrúd megfogására
- 87 -
2 Ideiglenes ácsszerkezetek nagyobb nyílások fölé (+"Bajai") 3 Ideiglenes ácsszerkezetek a zsalu kimerevítésére 4 Ideiglenes vasbeton pillérek a támrudak befogására 5 Ideiglenes vasbeton szerkezetek a zsalu merevsége és mérettartósága miatt 6 Ideiglenes vasbeton szerkezetek a csatlakozó munkák miatt Jellemzőbb szervezési teendők: Szerelési helyigény: Az alaplemezen a kitüskézés körül minimum 2 -3 méter Munkahelyi organizáció Munkavégzés lehetőleg a kiszolgáló tornydaru hatásugarában Felvonulás: Öltöző -raktár és iroda Létszámszükséglet: Zsalu szerelésekor napi egy műszakra: ács villanyszerelő vasszerelő segédmunkás műszakvezető Betonozáskor, napi két műszakra (folyamatos munkavégzés): betonozók (anyagfeladó - bedolgozó, vibrátoros, segédmunkás) vasszerelők (kb 35-40 kg/óra/fó nyílászsaluzat elhelyező hidraulikát kezelő műszakvezető (a "csúszós") simítók esetleg állandó villanyszerelő Bontás: csak gyakorlott létszámmal és normális külső körülmények között Munka-és műszakrend Munkavédelmi teendők Adminisztrációs kötelezettségek A gazdaságossági vizsgálat fontosabb ténvezöi: Fontosabb költségtényezők: Közvetlen munkahelyi költségek: Felvonulási, munkahely berendezési költség: nagyrészt a fővállalkozó által biztosított szolgáltatás, elszámolása a szerződésben rendezendő kérdés. Bérkl3ttségek általában: Közvetlen bérek Járulékos bérköltségek Szállás, utazás száma, stb Anyagok: Beépítésre kerülő anyagok költségei a járulékos költségeikkel A zsaluszerkezet kiépítési költségei: Keretek, hidraulikus berendezés stb. amortizációs hányada Faanyagok, egyéb anyagok újrafelhasználási lehetősége Speciális kialakítási igények Kersztmetszetváltozások szerkezetei Nyílászsaluzatok, dobozolások Segédszerkezetek (feljáró állványok, munkavédelmi berendezések, stb Anyagköltség fontosabbb tényezői: Beszerzés, szállítás egyéb teendők (vámolás, biztosítás, engedélyezés, stb.) Meglévő anyagok újrafelhasználásas Anyagtakarékosság Leírások Előforduló hibák és javítási lehetőségük: - 88 -
A csúszózsaluzatos technológiával készülő szerkezetek kivitelezése során előforduló problémákat az alábbi csoportokba sorolhatjuk: 1. Zsalutechnológiát érintő, a méretpontosságra kiható esetek: 1.1 Alak- és méretpontosság induláskor 1.2 Alak. és méretpontosság csúszás közben 1.3 Függőlegesség, csavarodás 1.4 Felület 1.5 Elhelyezendő szerkezetek méretpontossága: 1.5.1. Nyílászsaluzatok, áttörések 1.5.2. Csatlakozó szerkezetek fogadásának kialakítása 2. Az építőanyagok bedolgozását érintő kérdések: 2.1 Beton bedolgozása tekintettel a téli követelményekre 2.11 Beton receptura, konzisztencia 2.12 Bedolgozási technológia: szállítás, emelés, ürítés, vibrálás 2.13 Utókezelés 2.2 Betonacél bedolgozása: betontakarás, vasvezetés, toldási hosszak 2.21 Betontakarás 2.22 Vasvezetés 2.23 Toldási hosszak 1.1 Alak- és méretpontosság a zsalu kiszerelésekor, a betonozás megkezdése előtt: Előforduló hibák: A zsalu nem a kitűzött pontok szerinti helyre kerül, vagy szerelési pontatlanság miatt, vagy az alaplemezbe esetlegesen nem kellően pontosan elhelyezett induló tüskék „szorítása" miatt Korrigálás: - szerelési pontatlanság esetén a betonozás megindítása előtt a zsaluzatot a helyes geometria szerinti vonalra kell hozni. Ez kisebb eltérés esetén történhet a zsaluzat koordinált feszítőékes mozgatásával, nagyobb méretű eltérés esetén a zsaluzat megbont - amennyiben a kiszereléskor zsaluzat (általában az alsó élén) olyan közel kerül a tüskékhez, hogy a tervezett betontakarás nem biztosítható, akkor a statikussal történő egyeztetésen kell meghatározni a korrigálás módját, mely lehet a tüskék kismértékű b 1.2. Alak-és méretpontosság csúszás közben: Előforduló hibák: A zsalurendszer az egyenetlen terhelések, a rendszertelen bedolgozás vagy a kiszerelési pontatlanságok (egyenetlen konicitás, egyes pontokon ellenkónusz, stb) miatt elveszíti formáját, szabálytalan, „amőba" formát vesz fel Korrigálás: - a függőlegességi méréseket a négy sarokpontban és nagyobb falhosszak esetén 8 - 10 méterenként felvett sűrítő pontokban végezzük. Amennyiben deformálódásra utaló eredményeket kapunk, úgy a mérési pontok számát és a mérések sűrűségét azonnal növelni kell 1.3 Függőlegesség, csavarodás: Előforduló hibák: A csúszott fal a függőlegestől valamely irányba eltér Korrigálás: - a mérések eredménye szerint az alábbi korrigálási lehetőségek közül vagy ezek kombinációjából választunk: zsaluterhelési egyenetlenségek kiegyenlítése zsaluemelés síkjának döntése (nívógyűrűk segítségével)
- 89 -
- tábladőlések ellenőrzése és korrigálása a lábak ráfeszítésével - támrudak megfelelő irányú döntése, kikötése A korrigálás során figyelni kell arra, hogy a megtett intézkedés hatása csak bizonyos emelési szám után jelentkezik. A hatásosságot fokozza, ha a zsaluzatban minél mélyebben friss, „alakítható" beton van. Ugyanígy figyelni kell arra, hogy a javulás megindulása után a korrekciót a teljes visszaállás előtt fokozatosan vissza kell venni, hiszen ennek hatása is ugyanúgy csak bizonyos további emelések (és további változások) után szűnik meg. Csavarodás: amennyiben a mérési eredmények azt mutatják, hogy a mérési pontjainkban egyforma mértékű és az óramutató járása szerint azonos irányú (egyező vagy ellentétes) eltérés tapasztalható, akkor zsaluzatunk csavarodni kezdett. Korrigálás: Betonozás irányának megváltoztatása támrúdak bizonyos mértékű megdöntése és kikötése a csavarodással ellentétes irányban 1.4 Felületi hibák: 1.41 a betonozási munkahézag kimutatható 1.42 a felületen a bedolgozáskor a falba került és a zsalutisztításból származó betondarab vagy egyéb szennyeződés található 1.43 a falat a zsaluzat feltépte 1.44 a fal egyes helyeken megfolyt 1.45 a talon a felsőbb betonozasiterfteSekb01 származó pikkelyes ratolyaSta181hat0, a zsaluzat kW yilá5ara utalÓ talVaStagOdáS, u.n.szoknyá50da5 jelentkezik. Korrigálás: 1.41 A betonbedolgozás ütemét a beton kötésidejének ismeretében úgy kell kialakítani, hogy a friss terítés még összedolgozható legyen az alatta lévő réteggel. Utólagos javítás csak a hézag teljes mélységben történő visszavésésével és megfelelő anyaggal történő bejavításával történhet, a hiba észlelését kővető minél rövidebb időn belül. E célból célszerű a felhasználható anyagot előre kiválasztani és a helyszínen tartani. 1.42 a zsalu tisztítását mindig a letisztított anyagok eltávolítása kell, hogy kövesse. Utólagosan a darabokat ki kell vésni, és az előző pontban megadottak szerint kell eljárni. 1.43 a betonbedolgozás egyenletes üteme és a zsaluzat megfelelő tisztasága mellett, továbbá ha az egyes emelések közötti idő rövidebb, mint amennyi alatt a beton a zsaluzathoz köt, nem fordulhat elő a fal feltépődése. Ilyen szempontból kifejezetten előnyös az acélzsaluzat használata. A feltépődés utólagosan friss állapotban, a függőállásról azonnal bejavítandó 1.44 megfolyás akkor fordulhat elő, ha a zsaluzat emelése gyorsabb ütemben történik, mind ahogy a zsaluból kikerülő betonréteg köt. Figyelni kell a munkaszintről szúrószondával a kötött réteg mélységét, illetve a függőállásról a kikerülő betonfal puhaságát. Az emelési sebességet ezek függvényében korrigálni kell. 1.45 pikkelyes ráfolyás akkor tapasztalható, ha hirtelen sokat emeltünk a zsaluzaton, és vastag rétegben került friss, folyékony állapotú beton a zsaluzatba, amely nagy nyomása a zsaluzatot helyenként megnyomta, kis mértékben megnyitotta, utat nyitva a felső folyós beton felületi megfolyásának. (A zsaluzat megnyílása származhat - 90 -
esetenként más okból is: rossz kiszerelésből, laza csavaroktól vagy a zsaluzatba kerülő nyílászsaluzat illetve lakatosszerkezet pontatlan elhelyezéséből). A betonozás ütemének megfelelő kiválasztása illetve az elhelyezések méretpontos kivitelezése a megelőzés módja. 1.46 a műtárgyon körbe egységes, gyűrűszerű kidudorodás, un. szoknyásodás keletkezhet akkor, ha a zsaluzat valami hatására alsó övében időlegesen szétfeszül és kinyílik, majd a feszítőerő csökkenését követően visszazár eredeti, méretpontos helyére. Ez általában akkor következik be, ha a teljes zsaluzat hosszában és nagy mélységben friss beton található, mely ebben az állapotában még közel hidrosztatikus nyomást gyakorol a zsalura teljes mélységében. A beton kötésével párhuzamosan a nyomás egyre inkább földnyomás képlet szerint módosul, majd a helyes betonozási rétegrend és ütem helyreállását követően a zsaluzatban is visszaáll az eredeti nyomásállapot. 2. Az építőanyagok bedolgozását érintő kérdk: 2.1 Beton bedolgozása 2.11 Beton receptura, konzisztencia: a receptura meghatározása a betontechnológus feladata. A bedolgozás során nem engedhető meg, hogy az összetevők arányán bárki változtasson, - víz vagy egyéb anyag hozzáadásával. A konzisztencia mértéke kérdéses esetekben ellenőrizhető a helyszínen, bedolgozás elölt, kézi rázóasztalos terüléses vizsgálattal. A túl híg vagy túl sűrű szállítmány anyaga nem dolgozható be, vissza kell küldeni. A kiszállított betonnak tekintettel a féki körülményekre előfűtött állapotban kell lennie, kb. 20 C szállítási hőmérsékleten. Fagyásgátló adalékszer alkalmazandó a gyártó előírásai szerint a +5 C hőmérséklet alatti körülmények esetén. 2.12 Bedolgozási technológia: a beton bedolgozásakor arra kell ügyelni, hogy az anyag a kiszállított állapotának megtartása mellett kerüljön a zsaluba. A homogenitás szempontjából három fontos tényező: a terítési rétegek összedolgozása, a bedolgozás során az adalékanyag szegregálódásának megakadályozása és a légporusosság kialakulásának megelőzése. A rétegek összedolgozása a bedolgozásnak a betonkötés idejét figyelembe vevő kialakítása a legfontosabb. A frissen zsaluba öntött betonnak olyan rétegre kell kerülnie, mellyel az összedolgozás még lehetséges. A bedolgozás során kerülni kell a beton többszöri átöntését, a keverőputtonyból csak a konténerbe üríthető, melyből azonnal a bedolgozás helyén ki kell üríteni. Az átöntések, átlapátolások, illetve a hosszabb idejű konténeres tárolás során egyre nagyobb az osztályozódás veszélye. A vibrálásnak olyannak kell lennie, hogy biztosítsa a rétegek együttdolgozását, hajtsa ki a levegőt a betonból, de a túlvibrálás kerülésével megakadályozandó az adalékanyag osztályozódása. A vibrátor verőfejét egy határozott mozdulattal a lehető leggyorsabban le kell 2.2 Betonacél bedolgozása 2.21 Betontakarás kérdése: a zsaluzat peremén a zsaluba hajlított, és a megadott betontakarásnak megfelelő átmérőjű köracélok kerülnek elhelyezésre. Ezek feladata, hogy a csúszás során az osztóvasakat mintegy bevezessék, benyomják a falba a tervezett betontakarásnak megfelelő mértékben. Ezekből általában keretközönként kettő- kettő kerül elhelyezésre külső - belső oldalon egyaránt, de ez a szám szükség esetén növelhető. 2.22 Vasvezetés: az állóvasak terv szerinti helyzetének biztosítására a munkaszint felett kb. 2,5 m-re vasvezető készül. Ennek feladata az állóvasak
- 91 -
elborulásának megakadályozása is. Amennyiben ez a vasvezető a kivitelezés során elmozdulna a helyéről (pl. valami emelt tárgy nekicsapódott vagy beleakadt) vagy megsérült, akkor a terv szerinti helyzetét azonnal helyre kell állítani. 2.23 Toldási hosszak: a terven megadott toldási hosszak betartása a bedolgozást végző munkás feladata, melyet a műszakvezető ellenőriz folyamatosan.
A csúszózsalu működési elve 1.
A csúszózsalu működési elve 2.
- 92 -
A csúszózsalu működési elve 3.
A csúszózsalu működési elve 4.
- 93 -
A csúszózsalu működési elve 5.
Folyamatos betonbedolgozás
•
Csúszózsalu
•
Budapest, XI. Irinyi u.
Készült:: Bán Péter-Atlas Bau anyagának felhasználásával
- 94 -
XIV. JET Grouting technológia Alkalmazási területek, statikai elvek
Tartalom 1. Alkalmazási területek 1.1 Épület felújítás. 1.2 Munkatér határolás. 1.3 Alapozás. 1.4 Vízzárás.
2. Statikai elvek 2.1 A tervezés alapadatai 2.2 Modellezés
1.1 Épület felújítás ° 76
• Többletterhek felvétele.
30 munkaszint a.s.
82 ° ° ° 70 55
80
• Pince- illetve földszinti padló szint süllyesztés.
munkaszint (ppv.)
levésendõ rész
a.s.
új ppv.
80
kiemelés
80
80
- 95 -
64 ° 80 °
1.2 Munkatér határolás • Szomszédos épületek alapozásának megerősítése.
P 30 p.p.v.
munkaszint
a.s. levésendõ rész
- Helytakarékos. - Korlátos kiemelés.
f(P,E)
E
kiemelés
80
Es1
Es2>Es1
1,00
• Rézsűtalp stabilizálása. • Talajanyagú támfalak stabilizálása.
max. 3,50
80
kiemelés
1.2 Munkatér határolás • Alagút főték stabilizálása, ernyők kialakítása Nem kőzetben vezetett alagutak esetén az egyszerre fejthető, megtámasztatlan szakasz biztosítása.
alagút alsó sík
• Talajdűbelezés Csúszólapot metsző oszlopok
kiemelés
- 96 -
1.3 Alapozás • Új épületek alapozása (mélyített síkalapozás) munkaszint
alaplemez felsõ sík
- Általában munkatér határolással kombinálva (árukapcsolás).
alaplemez alsó sík mértékadó T.V.
- Korlátozott belmagasságú helyeken pl. csarnok.
80
80
a.s.
80
° 80 °
1.4 Vízzárás 64
• Tömeg szigetelés
30 p.p.v.
munkaszint
(statikai szereppel kombinálva)
talajvízszint
a.s. statikai mûködés szempontjából szükséges idom
kiemelés
80
- fal
csak vízzárás miatti szerkezet
vízzáró réteg 80
építési T.V.
- paplan
- 97 -
° 80 °
1.4 Vízzárás 64
• Tömeg szigetelés
30 p.p.v.
munkaszint
(statikai szereppel kombinálva)
talajvízszint
a.s. statikai mûködés szempontjából szükséges idom
kiemelés
80
- fal
csak vízzárás miatti szerkezet
vízzáró réteg 80
építési T.V.
- paplan
Építési hibák javítása metszet
nézet
• Vízzáró szerkezetek hézagainak, folytonossági hiányainak kezelése.
építési T.V. bentonit zárvány
kiemelés
kiemelés feltételezett vízzáró réteg
• Vízzáró talpak utólagos kialakítása.
tényleges vízzáró réteg
- 98 -
2.1 A tervezés alapadatai • • • • • •
Talajmechanikai fúrások, szondázás, felderítés Talajvíz szint Alapfeltárások Padlószintek Épületterhek, szerkezeti rendszer és állapot Tervezett geometria
2.2 Modellezés Ideiglenes és végleges N
• • • •
Statikai váz Terhek és hatások Keresztmetszeti erők Elmozdulások
N
p.p.v.
Ea
tg φ
Ea
Es1 Es2>Es1
Készült: Radványi László- Bohn Kft. anyagának felhasználásával
- 99 -
