Ocelové konstrukce – maturitní otázka

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

stavitelství

 

   Otázka: Ocelové konstrukce

   Předmět: Betonové konstrukce

   Přidal(a): Nikola CH.

 

OCELOVÉ KONSTRUKCE

Konstrukční skladba dřevěných konstrukcí

  • Jde o prostorové konstrukce složené z více prvků,
  • Zajišťují nosnost a prostorovou tuhost v podélném i příčném směru,
  • Jde převážně o konstrukce krovu nebo jinou variantu střešní konstrukce,
  • Může jít i o konstrukce dřevěných stěn,
  • Při návrhu musíme řešit dimenzování jednotlivých prvků na příslušné zatížení a způsob namáhání,
  • Dále musíme navrhnout spoje prvků a v návaznosti na to technologické provedení detailu,
  • Při montáži je také možné provést ochranu materiálu (např.: impregnace proti škůdcům a na zvýšení požární odolnosti) včetně části materiálu před sesazením spojů,
  • Rozměry a hmotnost prvků navrhujeme také s ohledem na jejich přepravu a montáž,

 

Vlastnosti oceli

  • Homogenní materiál s vlastnostmi pečlivě kontrolovanými ve výrobě,
  • Vyrábí se mnoho oceli, které se rozlišují chemickým složením a tepelným zpracováním během výroby,

 

 

Fyzikální vlastnosti

  • Modul pružnosti – E = 210 000 MPa,
  • Hmotnost – ρ = 7 850 kg.m3
  • Tepelná vodivost – α = 0,000 012 deg-1
  • Součinitel příčné roztažnosti – v = 0,3,

 

Mechanické vlastnosti

  • Jsou ovlivněny přísadami a tepelným zpracováním oceli,
  • Mechanické vlastnosti pro každou ocel se určuje pomocí zkoušky na tah, která je zpravidla válcová – ze zkoušky pak vychází pracovní diagram,

 

Označení oceli

  • Např.: S235J2G3:
    • S – ocel,
    • 235 – udává mez kluzu v MPa (megapascal),
    • J2 – je symbol pro houževnatost oceli při určité teplotě,
    • G3 – označuje uklidněnou ocel,

 

Návrhová pevnost

  • Stejná metoda, jako při dřevěných konstrukcích,
    • Součinitel materiálu: pokrývá kolísání meze kluzu u jednotlivých staveb,
    • návrhová pevnost oceli: hodnota, se kterou se počítá ve výpočtech únosnosti konstrukčních prvků a je definována vztahem,
    • Pro ocel S235, u nás dosud nejpoužívanější, vychází hodnota návrhové pevnosti,

 

SPOJE KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ – SPOJOVACÍ PROSTŘEDKY

  • Dělení dle technologie provádění,
    • Vrtané,
      • Předem vyvrtáme otvory, do kterých vkládáme spojovací prostředek,
      • Jsou to nýty a různé druhy šroubových spojů,
    • Svařované,
      • Dle umístění rozlišujeme duté a koutové svary,
  • Dělení dle tuhosti spoje,
    • Kloubové,
      • Nemají vliv na rozdělení vnitřních sil v konstrukci,
    • Tuhé,
    • Polotuhé,
      • Ovlivnění vnitřních sil v konstrukci se nedá přesně určit,
  • Dělení dle únosnosti,
    • S plnou únosností,
      • Jsou to spoje, jejichž pevnost je stejná nebo vyšší než pevnost spojovaných materiálů,
    • S částečnou únosností,
      • Spoj má nižší únosnost než spojovaný materiál,

 

Vrtané spoje

  • Nýtové spoje,
    • Na historických budovách,
    • Používají se už jen na rekonstrukci historických budov a staveb,
    • Předvrtaný otvor je o jeden milimetr větší, něž tělo (dřík) nýtu,
    • Průměr hlavy je 1,5krát vetší, než průměr dříku (půl kulatá hlava),
    • Nýt se osazuje do spoje za tepla a kováním se vytvoří půl kulatá hlava i na druhé straně spoje,
    • Po vychladnutí dojde ke stažení spoje a zvýšení pevnosti,
    • Spoj je pracný, technologie velmi hlučná a výsledný spoj nerozebíratelný,
  • Šroubové spoje,
    • Šroub:
      • má šestihrannou hlavu a metrický závit (M16),
      • Průměry šroubů dle únosnosti,
      • Předvrtání otvoru – volný otvor – o něco větší (nepohyblivost šroubu),
      • Použití podložek – matice, hliněné podložky,
      • Šrouby vyrábíme za studena nebo za tepla, ze závitových tyčí,
      • Dle rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu jsou šrouby přesné nebo hrubé,
      • Obvyklé průměry (d) = 12, 16, 20, 24, 27, 30 mm,
  • Matice:
    • je také šestihranná s metrickým závitem a může být normální, vysoká nebo nízká,
    • Ve spoji můžeme použít i druhou matici, jako pojistnou,
  • Podložky:
    • Obvyklá velikost 2 d,
    • Vnitřní otvor o 1 mm větší než průměr šroubu,
    • Obvykle se dávají pod matice, výjimečně pod hlavu,
    • Zvětšuje dosedací plochu, snižuje otlačení okrajů otvoru a zamezuje odírání ploch při utahování,
    • Speciální podložky např.: vyrovnávají sklony nosníků (šikmé), ukazují utažení spoje (s výčnělky) zabraňují přenosu vibrací do spoje (pružné) nebo stabilizují třecí spoje (vysokopevnostní, zakalené),
  • Spoj může být zajištěn pomocí závlačky, která zabrání povolování maticím,
  • Samořezné šrouby:
    • Průměr předvrtaného otvoru je menší než průměr dříku, aby si šroub mohl vyříznout závit v materiálu,
    • Používáme převážně do plechů malých tlouštěk,
    • Z hlediska funkce jsou šroubové spoje nosné, spínací nebo těsnící,
    • Mezi šrouby musí být předepsané rozteče v závislosti na průměru šroubu případně tloušťce spojovaného materiálu (viz. tabulky),
    • Délka šroubu ve spoji musí být taková, aby po utažení matice přesahovaly minimálně 2 stupně závitu,
    • Do spojovaného materiálu smí zasahovat maximálně polovina délky závitu,
    • Spoj musí být technicky pro viditelný (způsob montáže),
  • Otvory pro šrouby:
    • Vrtají se v závislosti na průměru šroubu o něco větší,
      • M12 – otvor o jeden milimetr větší,
      • M12 – 24 o 2 mm větší,
      • M24 a větší otvor o 3 mm větší,
    • Utahování šroubů:
      • provádíme pomocí klíčů a sledujeme sílu utažení,
      • Kontrola utažení buď jako odpor v závitu, nebo srovnání výstupků na podložkách nebo ukazatel na speciálních momentových klíčích,
      • Spoj musí být utažen tak, abychom nepřipustili jeho po kluz a opakované namáhání střídavě tahem a tlakem,
      • Pro vysoce pevné spoje můžeme použít přesné šrouby s vysokou pevností a vytvořit tzv. třecí spoj,
      • styčné plochy materiálu musí být očištěny, bez nátěrů případně se zvýšenou drsností,
      • Spoj je utažen tzv. předpínací silou, kdy k pevnosti přispívá i tření mezi spojovanými materiály,

 

Konstrukční skladba ocelových konstrukcí

  • Plnostěnné nosníky,
    • Buď svařované z plechů nebo svařované z válcovaných profilů,
  • Příhradové nosníky,
    • Na vetší rozpětí než plnostěnné konstrukce (obvykle nad 15 m),Obvykle se provádějí jako svařované z válcovaných profilů nebo trubek,
  • Ocelové budovy,
    • Ocelové skelety pro výškové stavby (u nás se používají v menší míře),
    • Výhodou je: vysoká únosnost vzhledem k hmotnosti konstrukce,
    • Ocelové sloupy, průvlaky a stropnice spojované vysokopevnostními šrouby nebo svary,
    • Stropní konstrukce většinou spřažené ocelobetonové stropy,
    • Halové stavby (jednolodní nebo vícelodní),
      • Ocelové sloupy ukotvené do ŽB patek,
      • Prostorové střešní konstrukce,
      • Obvodové pláště halových objektů,
      • Konstrukční vybavení, např.: jeřábová dráha,
    • Zvláštní ocelové konstrukce,
      • Věže, stožáry, komíny,
      • Nádrže a zásobníky,
      • Transportní mosty a lanové konstrukce,

 

Svarové spoje

  • SVARY:
    • Tupé:
      • Svařujeme materiály přisazené k sobě čelně nebo bočně,
      • Nejčastěji se používá pro svařování silných plechů nebo plátové oceli, obvykle v tloušťkách od 1 do 80 mm,
      • Tloušťka svaru odpovídá tloušťce spojovaných materiálů,
      • Od tloušťky přibližně 5 mm upravujeme okraje svařovaných částí pomocí úkosů (nejčastěji tvar V nebo X),
    • Koutové:
      • Spojují dvě na sebe kolmé plochy materiálů,
      • Svar má trojúhelníkový průřez, který vzniká položením většího počtu vrstev (svarových housenek),
      • První housenka se pokládá do tzv. kořene svaru,
      • Po provedení každé vrstvy očistíme povrch od strusky,
      • Minimální tloušťka svaru je 3 mm,

 

Svařování

  • Při výrobě stavebních ocelových konstrukcí se nejčastěji používá svařování elektrickým obloukem (je to jeden z druhů tzv. tavného svařování),
  • Při tavném svařování jsou spojované materiály v místě svaru v tekutém stavu,
  • V menším počtu případu svařujeme tzv. elektrickým odporem, což je jeden z druhů tzv. tlakového svařování,
  • Při svařování tlakem jsou spojované materiály v místě svaru v těstovitém stavu a ke spojení dojde stlačením částí k sobě (např.: přivařování trnů u ocelobetonových konstrukcí,
  • Svařování elektrickým obloukem:
    • Zdrojem tepla je oblouk, který hoří mezi základním materiálem a elektrodou (jsou připojeny na různé póly do stejnosměrného obvodu),
    • Do elektrody dodáváme svařovací proud a po dotyku s materiálem se obvod uzavře, proud začne procházet, po oddělení od povrchu vytvoří elektrický oblouk s teplotou až 3000 °C,
    • Obvyklá hloubka závaru je 1-3 mm, kdy oblouk natavuje základní materiál a současně se taví elektroda a vytváří svarovou housenku,
  • Elektrody
    • Ocelové dráty průměru 1-8 mm a délky 450 mm,
    • Jsou obalené hmotou, která zlepšuje hoření elektrického oblouku, vytváří ochranu zabraňující přístupu vzduchu ke svaru a vzniká z ní struska, která pokryje svarovou housenku, zpomaluje její chladnutí a napomáhá k vytvoření jemné struktury svaru,
    • Mez kluzu elektrody má být přibližně stejná jako mez kluzu svařovaných materiálů,
    • Svařování v ochranné atmosféře:
      • Do místa spoje přivádíme CO2 nebo netečné plyny, které lépe chrání před přístupem vzduchu (mohou se používat i speciální wolframové elektrody),
    • Svařování pod tavidlem:
      • Tavidlo sypeme ze zásobníku do místa spoje a elektroda je v něm ponořena
      • Provádí se na vodorovných svarech v průmyslové výrobě,
    • Řezání materiálu:
      • Provádíme plynovým hořákem (směs plynu a kyslíku),
      • Můžeme také použít wolframovou elektrodu a svařování nebo řezání plazmou,

 

Návrh spojů dřevěných a kovových konstrukcí:

  • Spoje dřevěných konstrukcí,
    • Spoje se spojovacími prostředky,
      • znát návrhovou sílu, na kterou spoj dimenzujeme,
      • Nejčastějšími spojovacími prostředky jsou hřebíky nebo kolíky (musíme vždy znát únosnost tohoto prvku),
      • Známe geometrické uspořádání spoje, hlavně to, kolik je v něm rovin střihu (obvykle jednostřižný nebo dvou střižný spoj),
      • Navrhujeme počet spojovacích prvků a jejich umístění (rozteče dle tabulek),
      • Dalším typem úlohy může být, že znám přesné provedení spoje (použité spojovací prostředky i jejich rozteče) a hledám zatížení, které je spoj schopen přenést,
      • Opět záleží na počtu střihů, kdy přenášená síla je rozdělena do jedné nebo více částí,
    • Tesařské spoje,
      • Pokud navrhujeme nebo posuzujeme tesařský spoj, je důležité počítat s jeho geometrií (šikmé prvky apod.) a zároveň s oslabenými plochami, na kterých síly a napětí působí.