Magasépítési Acélszerkezetek B/6 előadás
Darupályák tervezésének alapjai
készítette: Dr. Kovács Nauzika 2009.10.14.
1
Tartalom • Szerkezeti kialakítás – – – –
Híddaruk, Szelvények, kapcsolatok, megtámasztások, Darusín Merevítő rendszer
• Méretezés – Terhek EC – Ható erők – Fáradás 2
2
Szerkezeti kialakítás
3
Darupályatartók fajtái Helyzetük szerint • Terepszinten elhelyezett – bakdaruk, rakodóhidak • Magasban elhelyezett – futódaru (híddaru)
4
4
Híddaruk fajtái • 1 főtartós
• 2 főtartós futómacska
futómacska
daruhíd
daruhíd
darupályatartó
darupályatartó 5
Híddaruk fajtái: -1 főtartós – a futómacska a hídon fut vagy arra függeszkedik -2 főtartós – a futómacska a két híd tetején fut
5
Híddaruk fajtái • alul futó
• felül futó híddaru
daruhíd darupálya tartó darupálya tartó
6
6
Főtartó gerendára függesztett
7
7
Darupálya tartó konzol
8
8
Különálló darupályatartó oszlop
9
9
Portáldaru kialakítás • Csarnok szerkezettől független daru megtámasztás
darupálya tartó daruhíd
darupálya oszlopa 10
10
Portáldaru fajtái
11
11
Megtámasztó oszlopok
Szerkezeti kialakítás
• Könnyű daruhoz
12
•Egyszerű portálkeretes épületeknél anyagok mozgatását ált. könnyű futódaruk (híddaru) végzik. •Kis daruteher: 3-15t hasznos teherbírású futódarunál gazdaságos. •Alátámasztásul az oszlopokra elhelyezett darupályatartó-konzolon futó darupályatartók szolgálnak. •Állandó keresztmetszetű oszlop előnye szerkezetük és gyártásuk egyszerűsége. •Nagyobb darutehernél vagy nagyobb magasság esetén (8-10m) nem gazdaságosak.
12
Megtámasztó oszlopok
Szerkezeti kialakítás
• Nehéz daruhoz
tömör
osztott szelvény
13
•Keret teherbírásához képest nagy a darupályáról átadódó erő, akkor darupálya alatti oszloprész lehet erősebb. •Közepes és nagy daruterhekhez. •Lépcsőzetesen változó keresztmetszet. •Felső rész a tetőszerkezet terheit horda, ált. tömör. •Alsó rész lehet tömör (I-szelvény) vagy osztott szelvényű, rácsozással összefogott. •Előnye: •A külpontos daruteherből kedvezőbben alakulnak az igénybevételek. •A felső rész lényegesen kisebb terhelésű, amit a kisebb szelvénnyel követni lehet. •Darupályatartó mellett üzemi járda kialakítása lehetséges. •Jó kihasználtságú szerkezet készíthető. •Hátránya: •Munkaigényesebb gyártás.
13
Megtámasztó oszlopok
Szerkezeti kialakítás
• Vegyes típus
14
•Vegyes típusú oszlop •Két egymás mellett álló oszlop. •1. oszlop a tetőszerkezet terheit hordja a 2. oszlop a daruterheket (központos nyomás). •Mindkét oszlop tömör, hevederekkel vagy rácsozással kapcsolják össze. •Nehéz daruk megtámasztása külön oszlopon előnyös, így a daruteher kb. a főtartótól függetlenül vezethető az alaptestre. •Ált. alacsonyan elhelyezett, nagy teherbírású daruknál gazdaságos •Előnye: •Darupálya alatti oszlop a tetőszerkezet megbontása nélkül kicserélhető. •Nagyobb teherbírású daru beszerelhető, mert oszlopa erősíthető.
14
Megtámasztó oszlopok
Szerkezeti kialakítás
• Speciális
15
15
Darupályatartók fajtái Tartószerkezet típusa szerint • Kéttámaszú tartók • Folytatólagos többtámaszú • Feszítőműves
16
Tartószerkezet típusa szerint Kéttámaszú tartók Célszerű alkalmazni, ha •Rossz az altalaj, kedvezőtlen alapozási viszonyok mellett, fennáll a támaszsüllyedés veszélye •Darupálya erős közvetlen hőhatásnak van kitéve (pl. kohók) •A csarnokoszlopok távolsága technológiai okokból jelentősen eltér egymástól. Folytatólagos többtámaszú •Tipikus, leggyakrabban alkalmazott megoldás. Feszítőműves •Meglévő darupályatartók utólagos erősítésekor.
16
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Hengerel szelvényű tartó
• Gerinclemezes
17
Keresztmetszet kialakítása szerint Hengerel szelvényű tartó •Kis daruteher és kis támaszköz esetén. •Melegen hengerelt I-szelvény önmagában ritkán elegendő – kicsi a hajlító merevsége vízszintes síkban •Felső övet erősíteni kell az oldalerő miatt, pl. így: •plusz övlemez – nehéz lehet illeszteni •mellé két szögacél vagy rátett szögacél – tipikus és legegyszerűbb, eltolódik a súlypont, kisebb feszültség a felső övben függőleges síkú hajlításból •mellé egyik oldalra szögacél – aszimmetrikus keresztmetszet, ferde hajlítás, de utólagos erősítésnél szóba jöhet Gerinclemezes •Kis és közepes daruteherig, 8-10m támaszközig. •Leggyakoribb típus. •Felső öv mindig erősebb – oldalerő hatása miatt. •Szögacéllal erősíthető, lsd. hengerelt szelvény.
17
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Felső szélráccsal merevített
• Járdalemezzel merevített
18
Keresztmetszet kialakítása szerint •Az erősített övű, hengerelt vagy hegesztett szelvények alkalmazhatóságát az oldalerő korlátozza. •Oldalerő nagysága a keréknyomással arányos, ezért nagy daruterheknél a felső öv további erősítése, merevítése szükséges vízszintes hajlításra. Felső szélráccsal merevített
•Kis és közepes daruteher esetén, 12m-es támaszközig. •Vízszintes erőket (oldalerő) a felső öv mentén elhelyezette vízszintes síkú rácsos tartó veszi fel •Egyik öve a darupályatartó felső öve, másik öve ált U acél, rácsozás ált. szögacélból. •Gyakran a merevítő rácsozás kéttámaszú tartó (ha a darupálya többtámaszú is). Szerelési, illesztési nehézségek miatt. •Merevítő rácsos tartó öve szolgálhat falvázgerendának is. Járdalemezzel merevített
•Ha a merevítőtartó gerinclemezes, akkor a rácsok helyett bordázott lemez alkalmaznak, amely kezelőjárdaként is szolgál. •Bonyolultabb a számítás: ferde hajlítás és ezzel egyidejű gátolt csavarás
18
Kezelőjárda
19
19
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval
1. gerinclemezes darupályatartó 2. rácsos melléktartó 3. rácsos merevítőtartó 4. keresztkötés
20
Keresztmetszet kialakítása szerint Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval
•Közepes és nehéz daruteher, 12 – 36m támaszköz. •Kéttámaszú darupályatartónál elegendő csak a felső öv síkjában merevítőtartót kialakítani. •Folytatólagos többtámaszú darupályatartónál az alsó és felső övek síkjába is rácsos merevítőtartó (szélrács) szükséges. •A rácsos melléktartó felső öve egyben a merevítőtartó öve is. •A melléktartó rácsrúdjait önsúlyra és járdateherre kell méretezni. •Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a melléktartó a darupályatartóval együttdolgozik és bizonyos mértékben tehermentesíti azt. •Utólagos erősítéshez is jó kialakítás.
20
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Kapcsolt darupályatartók
1. merevítőtartó rácsozás 2. keresztkötés
21
Keresztmetszet kialakítása szerint Kapcsolt darupályatartók
•Többhajós csarnokok közbenső oszlopainál mindkét oldalon lehet darupálya. •Azonos magasan vannak a felső öveik, köztük vízszintes síkú merevítő rácsozás alkalmazható. •Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a két darupályatartó együttdolgozik.
21
Kapcsolt darupályatartó • kéthajós csarnok
22
-Kéthajós csarnok, a középső oszlopok mindkét oldalán darupályatartóval. -Ezeket össze lehet kapcsolni.
22
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Szekrényes keresztmetszetű
23
Keresztmetszet kialakítása szerint Szekrényes keresztmetszetű
•
Nagy daruteher és nagy támaszköz estén.
•
Előnyei:
•
•
Egyszerű gyártás, kis munkaigény.
•
Kisebbek az alakváltozások.
•
Zárt szelvény nagy csavarási merevséggel rendelkezik.
Probléma a darusín elhelyezése. Két eset lehetséges: 1. Darusín közvetlenül az egyik gerinc felett. - hátrány: daruteher csavarást okoz. - előny: a felső övlemez hajlítását elkerüljük 2. Darusín a felső övlemez középvonalában. -hátrány: a felső öv hajlítása -ez ellen megfelelő szerkezeti kialakítás: pl. sínt folyamatosan hossztartó támasztja meg, amely alatt kereszttartók vannak vezetik az erőt a szekrény keresztmetszetbe. •
Nagy méretnél a szekrénytartó belülről járható.
•
Alaktartás miatt diafragmákat kell elhelyezni.
•
Acélművek darui ilyenek.
23
Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint • Rácsos tartók
24
Keresztmetszet kialakítása szerint Rácsos tartók
•
Nagy támaszköz estén alkalmazták régen.
•
Munkaigényes a gyártás.
•
Helyette inkább szekrényes keresztmetszet.
•
Kéttámaszú vagy folytatólagos.
•
Mindig van mellette melléktartó.
•
Van vízszintes síkú rácsozás is.
•
Darusín közvetlen a felső övre fekszik.
•
Felső öv igénybevétele: •
normálerő +
•
keréknyomásból vízszintes hajlítás +
•
oldalerőből vízszintes hajlítás +
•
Oldalerőből csavarás.
•
Ezért a felső öv, a többi rúdhoz képest, nagyobb hajlítómerevségű szelvényből áll, lehet zárt szelvény is (ua. a probléma, mit a szekrény km.-nél)
•
Nem számítható csuklós csomópontú modellel.
24
Darusínek
MSZ
ASTM
Orosz KP
DIN
25
•A darusín fejszélessége a keréknyomás és a kerék méretének függvénye. •Szükséges darupályasínt általában a daruk gyártói megadják. •Tömbsín: négyszög keresztmetszetű 40-100m fejszélességű. •Profilsínek. •Darusín védi a darupályatartó felső övét a kopástól – kopásálló. •Darusínnek biztosítania kell a keréknyomás minél nagyobb hosszon való egyenletes eloszlását – nagy hajlítási merevség.
25
Darusínek leerősítése • Hegesztés – két oldali sarokvarrat
26
•Négyszög szelvényű sín: • Közvetlen a darupályatartó felső övére hegesztik. •Korrózió veszély miatt jobb a folytonos varrat, mint a szakaszos. •Ha a sín nem fekszik fel rendesen a felső övre a daruteher a varratokon adódik át és gyors varrat-tönkremenetelt okoz. •Hegesztett kötés minden irányú elmozdulással szemben támaszt biztosít. •Hegesztés előnye, hogy a darusín helyezte hozzáigazítható a darupályatartó középvonalához. •Hátránya, hogy a sín nem cserélhető. •Folytatólagos többtámaszú tartónál helyszínen hegesztve illeszteni kell a sínt. •Hegesztési varrat fáradt repedés kiindulópontja lehet. •Ha időnként cserélni kell a sínt, akkor mechanikus kapcsolóelemeket kell alkalmazni.
26
Darusínek leerősítése • Csavarozott
csavarkengyeles
szorítólemezes
átmenő csavaros
27
•Profilsín kötése oldható és oldalirányban szabályozható. •Korszerű gyakorlat szerint részleges megfogást biztosít, függőlegesen és oldalirányban megtámasztja a sínt, de a bilincsek a hosszirányú eltolódást nem akadályozzák. Csavaros leerősítés típusai: •Csavarkengyeles: kengyelek egymástól 500-600 mm-re. •Szorítólemezes. •Síntalpon átmenő csavarokkal: csavarfej alá ék alakú alátét a talp lejtése miatt.
27
Sínleerősítés – Gantrail
28
28
Darusínek illesztése, dilatáció • Ferde és lépcsős illesztés
29
•Darusínek dilatációs szakaszokon belül illeszthetők. •Csavarozott illesztés, rés van a két sínszál között – sínvég leverődéséhez vezet, zökkenővel gördül át a darukerék. •Inkább hegesztett illesztés előnyösebb, nincs hézag, sima futófelület. •Darupályát dilatációs hézagainál a sínt is dilatálni kell. •Lépcsős vagy ferde síndilatáció esetén a kerékteher fokozatosan adódik át. •Sín leverődés miatt a 60 fokos szög a javasolt. •A dilatáción túlnyúló sínvéget oldalirányban rögzíteni kell.
29
Darupályatartók kapcsolatai • Függőleges megtámasztások
kéttámaszú
folytatólagos többtámaszú
30
Alátámasztásnál törekedni kell, hogy •A darupályatartó támaszerői központosan terheljék a tartószerkezetet. •A támaszkeresztmetszetben a számításban feltételezett elfordulások létrejöhessenek. •Szabad elfordulás esetén nem kerül csavarónyomaték az oszlopra. •Kéttámaszú darupályatartónál a tartóvég felső öve elmozdul, itt rugalmas lemezdarab vagy hasítéklyukat alkalmaznak. •Folytatólagos többtámaszú tartóknál negatív reakcióerőkre (emelő hatás) le legyenek kötve.
30
Darupályatartók kapcsolatai • vízszintes megtámasztások
31
•Oldalerőt és fékezőerőt is át kell adni (vízszintes erő átvezetése az oszlopra a felső övből). •Építés után a darupályatartót oldalirányban a helyére lehessen tenni – hasítéklyukak (az épület főtartóját nem lehet olyan pontossággal megépíteni, mint amit a daru igényel). •Darupálya tartó konzol nyomatékbíró kapcsolata – hegesztett vagy csavarozott.
31
Merevítő rendszer • Hosszkötés – épület hosszirányú merevítő rácsozása – tetősíkban lévő szélrács reakcióereje terheli
• Féktartó – Darupálya hosszirányú erőit (fékezés, ütközés) vezeti az alapozásra
• Hosszkötés és féktartó egybe (kisebb daruk) vagy külön (nehéz daruk).
32
32
Merevítések
33
33
Merevítések
34
34
Merevítő rendszer • Féktartó helye
35
•
Merevítő rácsozás ideális helye a darupályatartó dilatációi között félúton.
•
Vagy az épület hosszának a felében.
•
Ilyen elrendezés mellett vannak a hőmérsékletváltozásból a legkisebb feszültségek.
•
Az elmozdulások két irányban következnek be.
•
A dilatációk közötti max. távolságot a darupályatartót alátámasztó oszlopok vízszintes elmozdulása határozza meg.
35
Merevítő rendszer • Féktartó
36
a) c) és d) rácsos kialakítás. Húzásra és nyomásra is méretezni kell. b) Keretes kialakítás. f) Rácsos keret merevítés. e) Egy befogott oszloppal felvenni a vízszintes erőt.
36
Merevítő rendszer • Féktartó elhelyezése 1. darupálya 2. oszlop 3. szélrács síkja 4. féktartó síkja
37
•Féktartó általában összefügg a csarnok merevítési rendszerével. •A tetősíkban lévő szélrács reakcióját (W) hosszkötés viszi le a darupályatartó magasságáig. •Ettől lefelé közös a csarnok és a darupályatartó merevítése. •A féktartó síkja nem esik egybe a darupályatartó síkjával, ezért R=F*e/L vízszintes többletteher jut az oszlopra. •A darupályatartó vízszintes merevítésének méretezésekor ezt az R erőt figyelembe kell venni.
37
Merevítő rendszer • Hosszmerevítés elhelyezése 1. darupálya mervítőtartó 2. szélrács síkja 3. hosszkötés síkja 4. féktartó síkja
38
•Többhajós csarnok közbenső oszlopainak merevítése. •A hosszkötés és a féktartó eshet egy síkba. Ekkor a fékező erők a kapcsolt darupályatartók vízszintes merevítőtartóján jutnak a féktartóba. •Nagy terhelésű darupályánáknál külön féktartója van mindkét darupályának, nem a hosszkötéssel egy síkban. A hosszkötés reakcióerejét a féktartóba át kell vinni.
38
Merevségi követelmények A nemkívánt dinamikus hatások és a daruk működésének biztosítására merevségi követelmények: • Darupályatartó lehajlása (legnagyobb keréknyomásból) : – Max. lehajlás támaszköz közepén
L/700 – Max. vízszintes eltolódás támaszköz közepén
L/600 – Max. 25 mm – daru működése közbeni rezgések korlátozására
39
39
Méretezés
40
Szabványok Darupályatartók terhei: EN 1991- Part 5. Acél darupályatartók méretezése: EN 1993-Part 6.
41
41
Teherféleségek • • • • • • • •
Daru önsúlya Emelt súly Daruhíd/macska gyorsulása Befeszülési erő Szélerő Tesztteher Végütközési erő Elakadási erő 42
•A darupályatartón mozgó híddaru elemei több irányban mozognak, és ezáltal függőleges és kétirányú vízszintes (hossz- és keresztirányú) hatásokat adnak át a darupályatartóra. •Daru önsúlya: Nem a teljes önsúly tartozik ide, nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni. •Emelt súly: Ide tartozik a daru hasznos terhén kívül a darukötelek önsúlyának egy része, továbbá a „lifting attachment” (pl. horog) önsúlya is. Nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni. •Daruhíd gyorsulásából-lassulásából származó erők (a továbbiakban: fékezőerő); nemcsak hosszirányú erőkből áll. •Darukocsi/macska gyorsulásából-lassulásából származó erők, amelyek a darupályatartóra merőleges mozgásból adódnak (a továbbiakban: oldalerő). •Befeszülési erő (vagy ferdén futási erő). •Szélerő, ha szabadban álló darupályatartóról lenne szó. Zárt épületben nincs szélteher. •Tesztteher: lehetőség van a használhatósági határállapotot kísérlettel igazolni; ekkor ezt az erőt kell a használhatósági határállapot ellenőrzésekor figyelembe venni. •Végütközési erő: ha a darusín végén van végütköző, akkor az erről átadódó erő, ha nekimegy a daru. •Elakadási erő: az az erő, amely akkor lép fel, ha a daru, a kötelek, a horog vagy az emelt teher valamiben elakad. Ez utóbbi kettő a rendkívüli terhek közé tartozik.
42
Keréknyomás, fékező és oldalerő HTO
HTO
HTO
HTO
HTO
HTO
HL
HL Qr Qr HL
HTO HTO
43
• Qr - keréknyomás: nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni; ebben már benne van mind a daru önsúlya, mind pedig az emelt teher. •Qrmax: egy kerékről átadódó legnagyobb erő; az emelt teher a legnagyobb névleges értékével szerepel, és a vizsgált darupályatartóhoz a lehető legközelebb helyezkedik el, •Qrmin:egy kerékről átadódó legkisebb erő – üres a daru, és a darukocsi a vizsgált darupályatartótól a lehető legtávolabb helyezkedik el. •Dinamikus hatást dinamikus tényezővel vesszük figyelembe. •HL: hosszirányú fékezőerő. •A daru gyorsulásából és lassulásából keletkezik. •A fékezőerőt az is befolyásolja, hogy mely kerekek vannak meghajtva (és a feltevések szerint ugyanezek a kerekek a fékezett kerekek is). •A korszerű darukban a kerekek egyedi meghajtást kapnak. •A fékezőerő kiszámításához először meg kell határozni a K meghajtóerőt. •Ezek után a hosszirányú „fékezőerő”: HL = K / nr (mindkét darupályatartóra ugyanakkora) ahol nr a darupályatartók száma. •A keresztirányú fékezőerők is daru gyorsulásából. •HTo: oldalerő: •Ez az erő a darukocsi fékezéséből, illetve gyorsulásából származik, és elvileg ugyanúgy kell meghatározni, mint a fékezőerőt.
43
Befeszülési erő S
HS1T
HS2T HS1L
HS2L
44
•A befeszülési erő számítása során feltételezzük, hogy a daru valahol egy megvezető eszköz segítségével a darusínhez oldalirányban hozzá van fogva. A darura szerelt megvezető eszközről van szó, amely oldalirányban a sínen tartja a hosszirányban mozgó daruszerkezetet. Ez lehet a legelső kerék – ha mindkét oldalán karimával van ellátva – vagy külön e célra felszerelt csapok. •Tengelyenként négy erőt kell meghatározni, a megvezető eszközre pedig az összes keresztirányú vízszintes erő eredője hat. •A befeszülési erő nagysága többek között a következő tényezőktől függ: •A daruhíd kerekeinek egymáshoz képesti mozgási lehetőségeitől: •az emelt tehernek a pillanatnyi tömegközépponthoz viszonyított aktuális helyzetétől, •a megvezető eszköz kialakításától és helyétől, •a daru geometriai kialakításától.
44
használhatósági
teherbírási
Tehercsoportok Teher
ENV 1991-5 HivatJelölés kozás
Határállapot/tervezési állapot és tehercsoport* T H R 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
1
1
1
1
Daru önsúlya
QC
2.7.
φ1
φ1
Emelt teher
QH
2.7.
φ2
φ3
HL, HT
2.8.
φ5
φ5
Daruhíd ferdén futása
HS
2.8.
Darukocsi gyorsulása vagy fékezése
HT,3
2.8.
Szélerő
Fw *
A mell.
Tesztteher
QT
2.11.
Végütközési erő
HB
2.12.
Elakadási erő
HTA
2.12.
Daruhíd gyorsulása vagy fékezése
rendkívüli
1
φ5
φ4
φ4
φ1
1
φ4
φ4
φ4
η
φ1
φ5
φ5 1 1
1
1
1
1
1
1
φ6 φ7 1 45
A tehercsoportokat ez a táblázat határozza meg. •T: Teherbírási határállapothoz 7, •H: a használhatósági határállapothoz 1, •R: a rendkívüli helyzetekhez 2 csoport tartozik. •Fi: dinaminkus tényezők. •egy hatásként kezelendő terhek, azaz a csarnok tartószerkezetének méretezésekor ezek közül egy lesz a daruteher (van függőleges, és két vízszintes komponense).
45
Dinamikus tényezők Dinamikus tényező
A dinamikus tényező által leírt hatás
Mit kell szorozni a dinamukus tényezővel
φ1
A daruszerkezet gerjesztett rezgése a tehernek a földről való felemelésekor
φ2
Az emelt tehernek a földről a daruszerkezetre való átadódása következtében fellépő dinamikus hatás
Emelt teher
φ3
Az emelt teher hirtelen elengedéséből/elejtéséből származó dinamikus hatás (például mágneses emelésű daruknál)
Emelt teher
φ4
A darupályatartón történő haladás közben fellépő dinamikus hatások
A daru önsúlya és az emelt teher
φ5
A daru (daruhíd és darukocsi) irányváltoztatásaiból származó dinamikus hatások
Oldalerő és fékezőerő
φ6
A tesztteher felemelése és mozgatása közben fellépő dinamikus hatások
φ7
Rugalmas hatások végütközéskor
Daru önsúlya
Tesztteher Végütközési erő
Megjegyzés: Van még egy φ8 dinamikus tényező is, amely a szél dinamikus hatásai miatt szükséges.
46
46
Igénybevételek meghatározása • Mozgó teher – hatásábrák – mértékadó leterhelés
Igénybevétel My, Mz, Vy, Vz, Nx Mcs 47
Következő igénybevételeket kell meghatározni: •Hajlítás y: függőleges terhekből. •Hajlítás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből. •Normálerő: húzás vagy nyomás: a darupályatartó hossztengelyével párhuzamos terhekből. •Csavarás: vízszintes és/vagy függőleges teher külpontosságából adódhat. •Nyírás y: függőleges terhekből. •Nyírás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből.
47
Darupályatartó méretezése Igénybevétel: My, Mz, Vy, Vz, Nx, Mcs
Ellenőrzés: • • • • • •
Hajlítás mindkét tengely körül, Nyírás, mindkét síkban, Hajlítás és nyírás interakció, Kifordulás, Gerinclemez horpadása, …
48
48
Koncentrált teherrel terhelt gerinc Méretezés közvetlen kerékteherre: • Lokális feszültségek ellenőrzése. • Gerinclemez horpadása (beroppanás). • Gerinclemez gyűrődése.
49
49
Lokális feszültségek a gerincben 2
2
σ z ,Ed + σ x ,Ed − σ z ,Ed ⋅ σ x ,Ed ≤
fy γM0
σ x ,Ed σ z ,Ed
σ x ,Ed hajlításból származó rugalmas normál feszültség σ z ,Ed koncentrál teherből származó nyomó feszültség
50
A keréknyomásból adódó lokális nyomófeszültségek számításánál feltételezhető, hogy a kerékteher egy Leff hosszon oszlik meg.
50
Beroppanás a kerék alatt gerinclemez horpadási ellenállása Leff: effektív megoszlási hossz tw: gerinclemez vastagsága fyw: gerinclemez folyáshatára
kF: horpadási tényező
51
A gerinclemez horpadási szempontból megfelel, ha horpadási ellenállása nagyobb, mint a fellépő keresztirányú nyomóerő (kerékből) tervezési értéke.
51
Gerinclemez gyűrődése Ra ,Rd = 0,5 ⋅ t (E ⋅ f yw ) 2 w
0 ,5
Fz ,Ed ≤ Ra ,Rd
Fz ,Ed Ra ,Rd
+
M Ed ≤ 1,5 M pl ,Rd
⎡⎛ t f ⎢⎜⎜ ⎢⎣⎝ t w
⎞ ⎟⎟ ⎠
0 ,5
⎛t + 3⋅⎜ w ⎜t ⎝ f
⎞⎛ s s ⎟⎜ ⎟⎝ d ⎠
⎞⎤ ⎟⎥ / γ M 1 gerinc gyűrődési ⎠⎥⎦ ellenállása
gyűrődés és hajlítás interakciója
E: rugalmassági modulus tw: gerinclemez vastagsága tf: övlemez vastagsága fyw: gerinclemez folyáshatára ss: tehereloszlás szélessége d: gerinclemez magassága
52
52
Fáradás Jelenség: sokszor ismétlődő igénybevétel (üzemszerűen) anyagban hibák, bemetsződések feszültségcsúcsok: varrathalmozódás, furatok szélei
repedés megindul, maradó alakváltozások halmozódása repedés növekszik
lecsökken a keresztmetszet
tönkremenetel
53
•A fáradás témakörét lásd. részletesen a Szerkezet-technológia tárgynál. •Sokszor ismétlődő terhek/igénybevételek (dinamikus terhek) hatására tönkremenetel következheti be, akkor is, ha az üzem közben előforduló átlagfeszültségek kisebbek, mint az anyag statikus törőszilárdsága. •Terhek ismétlésszáma ált. 106 - 107 •Fáradt törés ott jön létre (repedés kiindulás helye), ahol az anyagban kezdeti hibák, repedések bemetsződések vannak és feszültségcsúcsok alakulnak ki pl. varrathalmozódás, furatok széleinél feszültségcsúcs. •A repedés csúcsánál a feszültségcsúcsok képlékeny deformációkat hoznak létre, mely maradó alakváltozások halmozódnak. •A repedés növekedésével lecsökken a keresztmetszet, ezért a keresztmetszetben nőnek a feszültségek és végül tönkremenetel következik be.
53
Fáradás – Periodikus terhelés
54
•Szinuszos terhelésű kísérlet, egy konstans középfeszültség körül, egy konstans amplitúdóval változik a feszültség.
54
Fáradás – Wöhler-görbe
55
•Wöhler vasúti tengelyekkel kísérletezett, melyekben a feszültségeket periodikusan ingadoztatta egy alsó és felső feszültségszint között (pl. feszültségingadozást lásd előző dia). •Kimutatta, hogy ha az alsó feszültségszint azonos minden próbatestnél, de a felső változik, akkor az ábrán látható összefüggés van a N-σf között. •A görbe egy végérintőhöz tart, ez a fáradási szilárdság σD. •A fáradsái szilárdság alatti feszültségszinten végtelen sok ismétlésszám okoz fáradást. •N=1 ismétlési számhoz tartozik a statikus tönkremenetel. •A görbéről leolvasható, hogy ha σa állandó (görbe előállításához alapul vett) akkor az N ismétlésszámnál mekkora σf feszültség okoz fáradás. •A Wöhler-görbe csak egy adott középfeszültséghez vagy egy adott alsó feszültségszinthez adja meg a fáradási szilárdságokat (állandó az amplitúdó).
55
Fáradás – Lineáris károsodási hipotézis
56
•Ha változó feszültségamplitúdójú terhelésünk van, akkor a károsodási hipotézis segítségével lehet élettartam becslést adni. •Lineáris károsodási hipotézis: a károsodás és a teherciklusok között lineáris összefüggés tételezhető fel a károsodás mértéke egyenes arányban növekszik a teherismétlések számával). •Egy teherciklus által okozott károsodás = 1/Ni (Ni a Δσ feszültségingadozás esetén a tönkremenetelt okozó ismétlődésszám) •Ha az adott feszültségszinten ni a teherismétlődések száma, akkor a részkárosodás ni/Ni •A törés (teljes károsodás) akkor következik be, ha a különböző feszültségszinteken meghatározott részkárosodások összege eléri az 1-et.
56
Fáradás – Élettartambecslés
57
1. A tervezett élettartam alatt előforduló tipikus terhek ismétlődése. Pl. daru használatának gyakorisága (ritka – folyamatok), emelet terhek (könnyű – közepes – nehéz). 2. Feszültségtörtének a fenti terhelések alapján. 3. Δσ feszültségingadozási ciklusok leszámlálása. Pl. tározó (reservoir) módszerrel, Δσi feszültségingadozásokat határoz meg.
57
Fáradás –Élettartambecslés
58
4. Feszültségspektrumok előállítása csökkenő feszültségingadozás alapján Δσ1> Δσ2> Δσ3 . Δσi ismétlődik ni-szer. 5. Δσi feszültségingadozáshoz tartozó Ni leolvasása a görbéről. 6. Σni/Ni<1,0
58
Fáradási szilárdsági görbe normálfeszültség σ τ σ wf = σ ⊥ f2 + τ ⊥ f2
τ wf = τ IIf
59
•Fáradási szilárdságot logaritmusos skálán S-N (Wöhler) görbével határozza meg az EC. •Görbe sereg, a szerkezeti részlet osztályoknak (vagy hibaosztályoknak) megfelelően. •Szerkezeti részlet osztálya: a 2 milliós ismétlési számhoz definiál egy Δσc (fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 –ben. •Külön görbe van a normálfeszültségekre és külön a nyírófeszültségekre.
59
Fáradási szilárdsági görbe nyírófeszültség
60
•Szerkezeti részlet osztálya : 2 milliós ismétlési számhoz tartozik egy Δτc (fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 –ben
60
Szerkezeti részlet osztálya
61
Példa szerkezeti részlet osztályokra: 1. oszlop: a részletosztályhoz tartozó Δσc –t adja meg. 2. oszlop: a részletosztályra jellemző szerkezeti kialakítás. 3. oszlop: részletosztály leírás 4. oszlop: követelmények (varratra, furatméretre, lemezvastagság etc.)
61
Fáradási szilárdság
fáradási szilárdság referencia értéke N= 2millió ismétlésszámhoz szerkezetei részlet osztálya szerint
62
62
Fáradásvizsgálat Acél anyagra ki kell számítani:
σ τ
normálfeszültséget nyírófeszültséget
Varratra ki kell számítani: σ wf = σ ⊥ f2 + τ ⊥ f2 varrat hossztengelyére merőleges normálfeszültséget
τ wf = τ IIf
varrat hossztengelyével párhuzamos nyírófeszültséget
63
•A darupályatartó egyes részein a feszültségciklusok száma kétszerese is lehet, mert a kerekek külön is okozhatnak feszültségváltozást. •Méretezésnél feltételezzük, hogy a feszültségciklusok száma a szabványok által megadott daruosztálynak megfelel. •Fáradás szempontjából kritikus a merevítő-övlemez, a merevítő-gerinclemez és az övlemez-gerinclemez kapcsolata. •Feszültségkoncentráció csökkentése érdekében a merevítőbordát a gerinclemezhez kapcsoló varratot nem viszik fel az övig – kivágják a merevítőt. •A felső nyakvarrat teljes beolvadású tompavarrattal készül. •A korábban felsorolt terhekből meg kell határozni a feszültségeket a fáradásvizsgálathoz (üzemi terhekből) azokban a pontokban amelyek fáradásra veszélyesek.
63
Felhasznált irodalom • • • • • • •
Dr. Csellár Ödön: Magasépítési acélszerkezetek, Műszaki Kiadó, Budapest, 1982. Dr. Iványi Miklós: Magasépítési acélszerkezetek, Előadás. Dr. Hegedűs László, Horváth László, Varga Géza és dr. Verőci Béla: Híddaruk darupályatartóinak terhei az Eurocode 1 szerint, Oktatási segédlet. Szerkezet-technológia előadás. EN 1991 Part 5. EN 1993 Part 6. EN 1993 Part 9.
64
64
