OCELOVÉ KONSTRUKCE St dij í program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ Studijní bakalářské studium Kód předmětu: ř d ět K134OK1 4 kredity (2 + 2), zápočet, zkouška Prof. ing. František Wald, CSc. Místnost B632 1
Sylabus přednášek 11. Úvod, Ú d historie hi t i ocelových l ý h kkonstrukcí, t k í použití, žití významné ý é stavby, t b výroba ý b ocelili 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Tlak, vzpěrný tlak 6. Klasifikace pprůřezů, ohyb, y hospodárný p ý návrh 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, spoje 11. Jednopodlažní haly 12 Haly velkých rozpětí 12. 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru 2
Ve výuce ocelových konstrukcí od léta 2007 Bakalářské B k lář ké studium t di Ocelové konstrukce 1 2+2 Ocelové konstrukce 2 2+2 Magisterské studium Ocelo é konstr Ocelové konstrukce kce 3 2+2
všeobecný přehled schopnost navrh. běžnou kci
schopnost h t navrh. h speciální iál í kci k i
Evropské normy (učí se principy ne normy) Z č í kkonvence ČSN EN 1993-x-x Značení, 1993 a ČSN EN 1994-x-x 1994 3
Výuka ocelových konstrukcí na bak. stud. FSv Ocelové konstrukce Ocelové konstrukce 2 Volitelné předměty
2+2 2+2 1+1
Nosné konstrukce ze skla Základy navrhování mostů (společně s K133) Tenkostěnné a spřažené konstrukce K134YTSK Požární spolehlivost nosných ý konstrukcí ((společně s K133)) Ocelové mosty Ocelové mosty 2
Magisterské studium Ocelové konstrukce 3 Hliníkové a nerezové konstrukce 1+1 Styčníky konstrukcí 1+1 atd.
2+2 4
Literatura Studnička: Ocelové konstrukce, ČVUT, Praha, 2004. Vraný, Wald: Ocelové konstrukce, Tabulky, ČVUT, Praha, 2008. Studnička: Ocelové konstrukce, Normy, ČVUT, Praha, 2008. Eliášová, Sokol: Ocelové konstrukce, Příklady, ČVUT, Praha, 2008 V tištěné formě, elektronická v přípravě.
5
Sylaby URL www.fsv.cvut.cz/wald/OK1_Prvky _ y přednášky zamčené na http://people.fsv.cvut.cz/www/wald/OK1_Prvky/Index.htm htt // l f t / / ld/OK1 P k /I d ht viz Prezentace ve formátu pdf lze nalézt na intranetu předmětu User: Team Password: Integrity
www.ocel-drevo.fsv.cvut.cz www access steel com www.access-steel.com 6
Cvičení 10 příkladů říkl dů Prvky Skelet a hala
Laboratoř + svařovna Počítačová učebna Samostatně Souběžně s přednáškami Konkurenceschopný p ý objem j v celku
První hodina cvičení - opakování p Co nutně pro OK potřebujeme ze statiky a teoretické mechaniky? 7
Zkouška Test – deset otázek, 60 min
Z prostorových důvodů troje přednášky (prof Macháček, (prof. Macháček prof prof. Studnička) Stejná cvičení a stejný rozsah znalostí ke zkoušce Stejný rozsah přednášek, přednášek ale ne stejné přednášky 8
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita - Mosty
9
Výhody ocelových konstrukcí ☺ ☺ ☺ ☺ ☺
Nejkvalitnější běžné stavivo – tažnost Malá hmotnost Rychlost výstavby Příprava Výstavba Výroba Recyklovatelnost 90 % OK Demontovatelnost Koroze Požární odolnost (tepelná vodivost) Cena
10
Hlavní přednosti konstrukční oceli Napětí, MPa
σ 300
355
235
200
0,03
100
E = 2,06 *E5
Poměrné protažení
0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
Tažnost až 40% V ký modul Vysoký d l pružnosti ž ti 2,1*E5 2 1*E5 Mpa M Recyklovatelnost
0,25
ε
11
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Významné stavby Výroba oceli Aktualita - Mosty 12
Historie železa a oceli 3800 př.l. př l Meteority 1600 př.l. Kujené železo z rud
Evropa 1400 Vysoké pece s dřevěným uhlím 1784 Svářková ocel (Angl. (Angl Cort) v těstov. Stavu v pudlovací peci redukce C - tvárná, svařitelná redukce Mn – volná síra Více S než 0,1 % vláknovitost
1813 Koks (Angl (Angl. Derby) 1848 I nosník (Franc. Zorès) 1855 Plávková ocel (Angl. (Angl Bessemer, Bessemer Thomas) v tekutém stavu 13
Historie ocelových mostů Čína okolo Čí k l roku k 280 - řetězové ř tě é mosty t Evropa litina a svářkové železo 1779: Most Coalbrookdale, oblouk s rozpětím 30 m (Pritchard) Anglie, 1826: Řetězový Ř most Menai, visutý s rozpětím 177 m (Telford) 1836/1864: Řetězový most Clifton, visutý s rozpětím 191 m (B (Brunel) l) 1850: Komorový trámový most Britannia, rozpětí140 m (Stevenson) 1859: Příhradový most Saltash, rozpětí139 m (Brunel) 14
Historie ocelových mostů Plá k á ocell Plávková 1883 visutý Brooklyn Bridge, rozpětí 486 m (Roebling) 1889 Eifelova věž v Paříži, výška 300 m 1890 příhradový Firthof Forth Bridge, 521 m (Baker)
Česko 1822 Řetězový visutý most v Žatci, 1836 v Lokti (Schnirch) 1848 Řetězovýý most v Podolsku ppřes Vltavu,, přenesen 1975 do Stádlece přes Lužnici, dodnes v provozu, rozpětí 90 m 15
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita - Mosty
16
Objem výroby oceli Česká Republika jedním z největších výrobců 600 kkg ocelili na jjednoho d h obyvatele b t l ročně; č ě to je v ČR asi 6 mil. tun oceli/rok Celosvětově asi 800 mil mil.tun/rok tun/rok Evropa ArcelorMittal A l Mitt l 130 mil.tun/rok il t / k Corus 19,1 mil.tun/rok 17
Užití oceli Evropa
ČR 30 % vývoz j 55 % strojírenství 15 % stavebnictví 10 % výztuž 5 % ocelové konstrukce
8 % stavebnictví 3 % výztuž ý tu 5 % ocelové konstrukce
18
Ocelové konstrukce ve stavebnictví P Pozemní í stavby t b 70% Skelety budov Haly (skladové (skladové, výrobní výrobní, sportovní, sportovní výstavní ...)) Pavilony Tribuny
Mosty 4% Vodní stavby
Speciální stavby 23% Stožáry a věže Energetika Zásobníky sila Zásobníky, sila, plynojemy Hutní stavby
19
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita - Mosty
20
Kriteria udržitelnosti rozvoje Budovy 40% ze všech emisí CO2 a 10 % výroba a doprava Doprava osob mezi budovami způsobuje 22 % všech emisí CO2. Stavebnictví jedním z největších spotřebitelů zdrojů a tvůrcem odpadů 10 % sta stavebního ebního materiál materiálu na skládk skládky. EU snížit v následujících 5 letech emise CO2 o průměrně 5 % 1. 2. 3 3. 4. 5. 6. 7.
Spotřeba energie Doprava Znečistění Materiály a odpad Úspora vody Ekologie a užití půdy Zdraví a duševní pohoda 21
Ocelové konstrukce v udržitelné výstavbě 11. 2. 3 3. 4. 5 5. 6. 7 7. 8.
Efektivnost - tovární výroba s minimálním užitím zdrojů Rychlost - na staveništi rychle smontována, což snižuje místní narušení Minimum odpadu - hospodárná a veškerý odpad se může recyklovat Kvalita - materiál s vysokou kvalitou a umožňuje přesné dimenzování D Doprava - pro montáž táž dopravuje d j na staveniště t iště systémem té „právě á ě včas“ č “ Životnost - dlouhou návrhovou životnost pokud je chráněna Zd í a duševní Zdraví d š í pohoda h d – výstavba ý t b jje bbezpečná č á Recyklace - Veškerou ocel lze recyklovat, nejméně 45% běžné oceli pochází z recyklovaných zdrojů 9. Opětovné použití - dílce lze rozmontovat a znovu použít Prof Roger Plank – Ocelové konstrukce a udržitelný rozvoj Prof. 22
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita - Mosty
23
Obsah přednášky Ú Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita - Mosty 24
Vliv uhlíku Slitina železa krystalizuje ve dvou modifikacích γ rozpouští uhlík, α nikoli tavenina železa chladne a γ železo se mění na železo α
Litina 2,1% 2 1% uhlíku
γ
α 25
Vliv uhlíku Litina: 2,1% 2 1% C Ocel = kujná slitina železa < 1,5% 1 5% C Stavební ocel: < 0,2% C
Svařitelnost oceli Čím je větší obsah příměsí, tím je svařitelnost horší Uhlíkový ekvivalent Mn Cr + Mo + V Ni + Cu CEV = C + + + 6 5 15 CEV < 0.4 26
Vliv dalších příměsí ☺ Legury: Mangan ~1 % nejčastějším zvyšuje pevnost a tažnost oceli i odolnost oceli proti křehkému lomu
Chrom, nikl, molybden, vanad, titan, niob, zirkon kladným vlivem na požadované vlastnosti u konstrukčních ocelí
Měď zlepšuje odolnost proti korozi (oceli Atmofix) zhoršuje mechanické vlastnosti
Nežádoucí příměsi: Křemík, fosfor a síra nežádoucí, odstranit
K lík a ddusík Kyslík ík velmi nepříznivě (v podobě oxidů a nitridů) tzv. stárnutí oceli (po čase poklese houževnatosti) K lík - dezoxidací Kyslík d id í přiři výrobě ý bě uklidněných klid ě ý h ocelílí Dusík - se odstraní přidáním hliníkového prášku do tavby 27
Výroba oceli Odstranit přebytečný uhlík Martinské pece y konvertoryy Kyslíkové Elektrické pece
28
Siemens – Martinská pec Pece jsou vytápěny plynem y vzduchem,, novějij kyslíkem y Do lázně se dmychá Při útlumu hutní výroby se podíl produkce oceli z martinských pecí v ČR stále zmenšuje
29
Kyslíkové konvektory Tlustostěnné Tl t tě é ocelové l é nádoby ád b s vyzdívkou dí k Vhání pod tlakem kyslík pomocí vodou chlazené trysky Oxidací uhlíku vznikne oxid uhelnatý, jenž lázeň ppromíchává a uniká Oxidy křemíku a fosforu vyplavou jako struska. V ČR se v roce 2004 vyrábělo již více než 70 % oceli v kyslíkových konvertorech
30
Elektrické pece Obloukové Obl k é nebo b iindukční d kč í Výrobní náklady jsou vysoké Ušlechtilé (legované) oceli s přísadami (legurami) Pro stavební oceli se tento způsob výroby nepoužívá
31
Dezoxidace oceli Do kokil D k kil Kontilití Vyrobená ocel se odlije do kónických nádob - kokil Po povrchovém ztuhnutí lze ingot vyjmout Hl Hlava jje vadná d á
32
Výroba oceli
33
Kontilití
34
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita
35
Shrnutí Př d ti ocelili Přednosti Tažnost R kl t l t Recyklovatelnost
Napětí, MPa
σ 300
355
235
200
0,03
100
E = 2,06 *E5
Poměrné protažení
0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
ε
V ČR Č asi 6 mil. tun oceli/rok / Plávková ocel od 1855 Výroba oceli v ČR 30 % vývoz, 55 % strojírenství, 15 % stavebnictví 10 % výztuž 5 % ocelové konstrukce
Vliv uhlíku Desoxidace oceli
γ α
36
Obsah přednášky Úvod Historie ocelových konstrukcí Použití ocelových konstrukcí Udržitelnost rozvoje Významné stavby Výroba oceli Shrnutí Aktualita – Mosty Erasmus-Rotterdam, Mariánský Ústí n.L. 37
Sylabus přednášek 11. Úvod, Ú d historie hi t i ocelových l ý h kkonstrukcí, t k í použití, žití významné ý é stavby, t b výroba ý b ocelili 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Klasifikace průřezů, tlak, vzpěrný tlak 6. Ohyb, y zajištění j stabilityy ppři ohybu, y hospodárný p ý návrh 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, přípoje 11. Jednopodlažní haly 12 Haly velkých rozpětí 12. 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru 38
Děkuji za pozornost
39
