Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Zkoušky oceli. Obsah přednášky. Koutové svary. Značení oceli. Opakování. Tahová zkouška

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 y hospodárný p ý návrh 6. Klasifikace pprůřezů, ohyb, 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

OCELOVÉ KONSTRUKCE Studijní program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ pro bakalářské studium Kód předmětu: K134OK1 4 kredity (2 + 2), zápočet, zkouška Prof. Ing. František Wald, CSc., místnost B 632

1

Obsah přednášky

Zkoušky oceli

ƒ Opakování ƒ ƒ ƒ ƒ

2

ƒ Tahová zkouška ƒ fy, fu, δ

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

ƒ Rázová zkouška v ohybu ƒ Vrubová houževnatost – nárazová práce 3

Značení oceli ƒ S235JR

4

Koutové svary a σ┴ σ║ τ┴ τ║

(mez kluzu 235 MPa, KVC > 27 J při 20°C)

ƒ S275J2, S275J2 S355K4, S355K4 S420MJ4, S420MJ4 S460NJR ƒ Vysokopevnostní oceli S690, S960

5

nebezpečný průřez koutového svaru normálové napětí kolmé k rovině nebezpečného průřezu, normálové napětí p rovnoběžné s osou svaru (zanedbává ( se)) smykové napětí kolmé k ose svaru smykové napětí rovnoběžné s osou svaru

6

Tupé svary

Obsah přednášky

ƒ Únosnost Ú t jako j k průřez ůř

ƒ Opakování

V

ƒ ƒ ƒ ƒ

1/2 V U π 7

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

8

Nýtování

Mechanické spojovací prostředky

ƒ Montáž

ƒ Nýty Nýt

ƒ Ohřátý do bílého žáru eu at c ý kladivem ad e (s (svěrná ě á dé délkaa nýtu ýtu max a s = 4,5 ,5 d) ƒ Pneumatickým

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování)

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Funkce (po zchladnutí)

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu

ƒ Dokonale vyplní díru ƒ Před rozklepáním o 1 mm menší než průměr otvoru

ƒ Předepne spojované plechy

ƒ Z oceli odpovídající p j spojovaným p j ý materiálům ƒ Nýt z méně pevné oceli (při výměně lze odsekat)

ƒ Hlava 9

Nýtování je historie

ƒ půlkulová ƒ zápustná

10

Nýty za studena

ƒ Vý Výstava t na třetím tř tí patře tř Eifelovy Eif l věže ěž ƒ Náhrada při p rekonstrukci

ƒ Z tvarovatelných ocelí (kovů) ƒ Plné nýty ƒ Slepé nýty

ƒ Šrouby - třecím spojem, „retro hlavy šroubů“ ƒ Šrouby injektovanými epoxy

11

12

Slepé nýtování

Mechanické spojovací prostředky ƒ Nýty Nýt

Uříznuto po montáži

samosvorné a) trhací nýty

s otevřeným koncem b) expandující nýty

pprotlačovací

s uzavřeným koncem

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování) s otevřeným koncem

s uzavřeným koncem

c) zatlačovací nýt

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu

13

14

Šrouby

Matice

ƒ S šestihrannou š tih hl hlavou a válcovým ál ý dřík dříkem ƒ S metrickým ý závitem „„M“ ƒ Výroba

((podle dl výšky) ýšk ) ƒ Normální ((výška ý ppřibližně 0,8 , d)) ƒ Vysoké (1,2 až 2d)

ƒ tváření t ář í (za ( studena t d nebo b za ttepla) l ) ƒ Zušlechťování

ƒ pro šrouby š b namáhané áh é velkým lký ttahem h

ƒ Nízké ((0,4 , d)) ƒ jako pojistné proti uvolňování šroubů

ƒ Průměry šroubů pro OK d = 12, 12 16 16, 20 20, 24 24, 27 27, 30 mm ƒ Mechanické vlastnosti 4.6 až 10.9 ƒ 8.8 (800 MPa mez pevnosti, 80% smluvní mez kluzu) 15

Podložky

Mechanické spojovací prostředky ƒ Nýty Nýt

ƒ Pod P d čá část,t kt kterou se otáčí táčí přiři utahování t h á í ƒ ƒ ƒ ƒ

16

Rozdělit dosedací tlak matice na větší plochu Zamezit odírání součástí při utahování šroubu Zabránit pěchování okrajů díry Zajistit šroub proti uvolňování (pojistné podložky)

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování)

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ Pro OK ƒ Průměr díry (d+1) mm ƒ Vnější průměr přibližně 2d

ƒ Tvrzené pro třecí spoje ƒ Klínové pro válcované profily s šikmými pásnicemi 17

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu 18

Čepy

Čepy

ƒ Volné pootáčení spojených částí ƒ Drahé ƒ Jeden J d šroub š b žádný žád ý ššroubb (č (čep jjeden) d )

19

Čepy

20

Čepy ƒ Též velkých průměrů ƒ Konzervujeme vazelínou ƒ Proti vysunutí z díry se zajišťují ƒ Maticemi ƒ Závlačkami ƒ Zvláštními kryty

ƒ Požadavky na geometrii čepového spoje ƒ Daná tloušťka t ƒ Dány rozměry a, b, c 21

Mechanické spojovací prostředky

22

Šrouby bez matice (do plechu)

ƒ Nýty Nýt

ƒ Závitotvorné Zá it t é

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování)

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ s řezáním závitu ƒ s formováním závitu

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu

ƒ Samovrtné

Řezná hrana

Závit

Ř Řezný hrot Vrtaný průměr

Délka šroubu

Vrtná část

7.7

23

24

Šrouby bez matice

Mechanické spojovací prostředky ƒ Nýty Nýt

ƒ Výrazně Vý ě jiná ji á spolehlivost l hli t

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování)

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu

25

Nastřelovací hřeby

26

Spojování roznýtováním

ƒ Pro P tenkostěnné t k tě é kkonstrukce t k ƒ Vtlačenyy do materiálu tlakem ƒ vyvozeným výbuchem patrony ƒ stlačeným vzduchem

a)) Hřeby Hř b pro zatlačení tl č í výbuchem ýb h patrony t

b) Hřeby Hř b pro zatlačení tl č í tlakem tl k vzduchu d h

27

Obsah přednášky

Šroubové spoje ƒ Spoje S j

ƒ Opakování ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ nosné ƒ spínací ƒ těsnicí

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

28

29

30

Nosné spoje ƒ Spoje namáhané smykem ƒ Namáhané na střih a na otlačení (kategorie A) ƒ Třecí spoje (kategorie B, C) ƒ S vysokopevnostními šrouby tříd 8.8 a 10.9 ƒ Se speciálně upravenými stykovými plochami ƒ Prokluz v mezním stavu použitelnosti (kategorie B) ƒ Prokluz P kl (a ( otlačení) tl č í) v mezním í stavu t ú únosnosti ti (kategorie (k t i C)

ƒ Spoje namáhané tahem

Otlačení Otlačení

Smyk Otl č í Otlačení Smyk

Tření

Protlačení Protlačení

Tření

Tah

ƒ Bez kontrolovaného utažení (kategorie D) ý utažením ((kategorie g E)) ƒ S kontrolovaným ƒ s vysokopevnostními šrouby tříd 8.8 a 10.9 31

32

Rozteče šroubů

Otvory pro šrouby

ƒ Důvody Dů d

ƒ Běžné (prokluz není problém ale výhoda) ƒ +1 mm pro M 12 ƒ +2 mm pro M 16 až M 24 ƒ +3 mm pro M 27 a větší

ƒ Statické působení ƒ Velké ƒ Běžné ƒ Minimální

ƒ Nadměrné (výhodné pro montáž)

ƒ Montáž (nejméně 2 d; 2,5 d) ƒ Ochrana proti korozi (mosty)

ƒ s vůlí 3 mm (M12) až 8 mm (M27)

ƒ Prodloužené (výhodné pro montáž) ƒ S únosností ú tí ššroubu b ve směru ě dilatace dil t se nepočítá čítá

ƒ Roztečné R t č é čáry čá

ƒ Přesné - lícované šrouby (jen výjimečně)

ƒ Porada kam dát jaké šrouby

ƒ pro šroub M20 musí být vůle Δd < 0,3 mm 33

Únosnost ve střihu

Únosnost ve střihu

Střihová plocha prochází dříkem Fv .Rd = i

34

Fv .Rd = i

0,6 As fub

γ M2

Fv .Rd = i

As fub i

plocha šroubu účinná v tahu mez pevnosti materiálu šroubu počet č t střižných třiž ý h ploch l h γM2 =1,25

0,5 As fub

γ M2

pro pevnostní třídy 4.8, 5.8, 10.9

0,6 As fub

γ M2

As plocha jádra šroubu fub mez pevnosti materiálu šroubu i počet č t střižných třiž ý h ploch l h γM2 =1,25 35

36

d0

Otlačení plechů a šroubu

Únosnost v otlačení

ƒ Vnitřní šroub

Fb.Rd =

d

k1 α b d t fu

e1

γ M2

Vliv roztečí šroubů

⎛ e1 ; ⎝ 3 d0

α b = min⎜⎜

p1 1 − ; 3 d0 4

p1

⎞ 1⎟⎟ ⎠

fub ; fu

k1 ≤ 2,5

ƒ Krajní K j í ššroubb

t

nejmenší tloušťka plechu v jednom směru

d

průměr šroubu

Fb.Sd b Sd

d0 průměr díry pevnosti šroubu f ub mez p

Všechna jiná porušení než smykem 37

Únosnost v tahu

38

Utahování ƒ Ruční R č í

Ft ,Rd = (0,9 fub As ) γ M 2 As

f u mez pevnosti materiálu

ƒ Obyčejné šrouby ƒ Spoj bez předepnutí

plocha šroubu účinná v tahu

γ M2 spočinitel či it l spolehlivosti l hli ti pro ššroub b f ub

ƒ Kontrolované

mez pevnosti šroubu

ƒ Třecí spoj ƒ S vysokopevnostními y p šroubyy tříd 8.8 a 10.9

39

Třecí spoje

Únosnost třecích šroubů

ƒ Únosnost Ú t ƒ Tření μ ƒ Předpínací síla Fp.C ƒ Velikost otvoru

40

Fs .Rd =

Fp,C

ƒ předpínací síla

Fp.C = 0,7 As fubb

Fp,C pC

As fub

μ Fp,C

μ Fp,C μ Fp,C

ks n μ

Únosnost proti prokluzu

Fp,C

μ Fp,C pC

μ n

Fp,p,C

plocha jádra šroubu mez pevnosti materiálu šroubu součinitel tření počet třecích ploch

γ M3

Fp.C

Fp.Cd Fs.Rd

γ M 3 = 1,25 41

42

Obsah přednášky

Spoje v konstrukci

ƒ Opakování ƒ ƒ ƒ ƒ

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

43

Působící vnitřní síly

44

Rozdělení sil mezi spojovacími prostředky

45

46

Plastické rozdělení Více možných řešení

Rozdělení sil mezi spojovací prostředky ƒ El Elastický ti ký výpočet ý č t ƒ Plastickýý výpočet ýp ƒ Pružně plastický výpočet

47

M Sd = 2 (N 1 r1 + N 2 r2 + N 3 r3 ) VSd - každý šroub 1/6 M Sd = 2 N (r2 + r3 ) VSd - dolní šrouby každý 1/2

48 b)

Obsah přednášky

Mechanické spojovací prostředky ƒ Nýty Nýt

ƒ Opakování ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ Za tepla (historie) ƒ Za studena (slepé nýtování)

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ 49

Únosnost ve střihu Fv .Rd = i

Fv .Rd = i

0,5 As fub

γ M2

Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu 50

Šroubované nosné spoje

pro pevnostní třídy 4.8, 5.8, 10.9

ƒ Spoje S j namáhané áh é smykem k ƒ Třecí spoje

0,6 As fub

ƒ Prokluz P kl v mezním í stavu t použitelnosti žit l ti ƒ Prokluz (a otlačení) v mezním stavu únosnosti

γ M2

As plocha jádra šroubu fub mez pevnosti materiálu šroubu i počet č t střižných třiž ý h ploch l h γM2 =1,25

ƒ Spoje namáhané tahem

51

Rozdělení sil mezi spojovací prostředky

52

Obsah přednášky

ƒ El Elastický ti ký výpočet ý č t ƒ Plastickýý výpočet ýp ƒ Pružně plastický výpočet

ƒ Opakování ƒ ƒ ƒ ƒ

53

Mechanické spojovací prostředky Návrh šroubového spoje Rozdělení sil mezi spojovací prostředky Shrnutí

ƒ Aktualita Akt lit – Nejvyšší N j šší budova b d Evropy E Slepé šroubování

54

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 y hospodárný p ý návrh 6. Klasifikace pprůřezů, ohyb, 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

Děkuji za pozornost

55

56