svojstva celika i metode proracuna

7/22/2019 Svojstva Celika i Metode Proracuna

1/42

Metalne i drvene konstrukcije 1

OSNOVNA SVOJSTVA ELIKA

I

METODE PRORAUNA


2/42


- Fiziko-hemijska svojstva

- Mehanike karakteristike

- Tehnoloka svojstva


3/42


Fizika svojstva

Najvanija fizika svojstva materijala su:

specifina masa (teina),

temperatura topljenja,

specifina toplota,

toplota topljenja,

provodljivost toplote,

koeficijent termikog irenja,


4/42


Fiziko-hemijske karakteristikeelika

Kristalna reetka

Zrnasta, kristalna mikrostrukturaPravilno rasprostranjeni atomi gvoa

Kristalna reetka je kubna.

Moe da bude:

prostorno centrisana ili -reetka,

povrinski centrisana ili -reetka.


5/42


Prostorna -reetka

9 atoma u jednom kristalu;

a =2,9 10-10

m relativno visoka granica

razvlaenja;

ograniene plastine

deformacije;


6/42


Povrinska -reetka

14 atoma u jednom kristalu;

a =3,6 10-10 m

visoka granica razvlaenja;

vea gustina (broj atoma po

jedinici zapremine)

znaajne plastinedeformacije;

egzistira na visokim

temperaturama (910-1390o

C);


7/42


Ugljenik ueliku

elik je legura gvoa (Fe) i ugljenika (C).

Sadraj ugljenika se kree od0,05-1,7%.

Konsrukcionielici imaju manje od0,25% ugljenika.

Sadraj ugljenika bitno utie na karakteristikeelika.

Atomi C su znatno manji od atoma Fe i uglavljuju se

u kristalnu reetku (vie kod-reetke);

U eliku se C javlja i u vidu karbida gvoa (Fe3C) cementita ili u vidu meavine Fe i cementita koja se

nazivaperlit;


8/42


Mehanike karakteristike

elika

Najvanije karakteristike za proraun konstrukcija;

granica razvlaenja fy

vrstoa na zatezanje fu

modul elastinosti E

Puasonov koefcijent

izduenje pri lomu

kontrakcija (ilavost) zapreminska masa


9/42


Neke bitne konstante materijala

E= 210000 MPa (21000 kN/cm2)

= 0,3

G =E/(2(1+)) = 81000 MPa (8100 kN/cm2)

= 7850 kg/m3

= 1,2 10-5 1/oC


10/42


Tehnoloka svojstva

elika

Najznaajnija tehnoloka svojstvaelika:

zavarljivost,

plastinost,

kovnost,

istegljivost,

livnost,

otpornost na habanje, obradljivost...


11/42


Zavarljivost

Zavarljivost moe biti

operativna

metalurka i konstruktivna

Ekvivalent ugljenika CE < 0,45 %

Sposobnost materijala da se moe spajati zavarivanjem

(tehnolokim postupkom spajanja metala).


12/42


Ispitivanje svojstava materijala

Odreivanje mehanikih karakteristika:

Ispitivanje metala na zatezanje ili pritisak Ispitivanje udarne ilavosti

Ispitivanje tvrdoe metala

Odreivanje tehnolokih svojstava:

Ispitivanje savijanjem

Ispitivanje previjanjem

Ispitivanje namotavanjem

Metalografska ispitivanja


13/42


Ispitivanje metala na zatezanje

Odreuju se najvanije mehanike karakeristike:

granica elastinsti -fe

granica razvlaenja -fy

vrstoa na zatezanje -fu

modul elastinosti -E

izduenje pri lomu 5

kontrakcija poprenog preska -


14/42


Uzorci (epruvete) za ispitivanje

mm25za3,11

mm25za65,5

000

000


15/42


Dijagrami

za razliite

elike


16/42


Odre

ivanje granice razvlaenja

Opti konstrukcioni elik Visokovredni elik


17/42


Elasto-plastino ponaanje


18/42


Vrste konstrukcionih

elika

Pored ugljenika u eliku se uvek nalaze i neki pratei elementikoji potiu iz procesa dobijanjaelika.

Najee su to: Si, Mn, S, P, N, O, H.

Prema sadraju ugljenika ugljenini elici se dele na:

niskougljenine (0,05 C 0,25 %),

srednjeugljenine (0,25 < C 0,60 %) i

visokougljenine (0,60 < C 1,70 %).

Ugljenini elici su elici kod kojih je ugljenik jedini legirajui

element.


19/42


Pratei elementi u eliku

Samosilicijum (Si) i mangan (Mn) imaju pozitivne osobine(dezoksidanti).

Nepoeljni elementi su:

Sumpor (S) uzrokuje smanjenje ilavosti

Fosfor (P)jo vie smanjuje ilavost i dovodi do

krupnozrne strukture;

Azot (N)poveava tvrdou, ali i opasnost od krtog loma i

starenja.

Kiseonik (O) smanjuje ilavost.

Ovi elementi moraju se zadrati u propisanim granicama;


20/42


Poboljanje upotrebnih osobina

elika

Usavravanje postupka proizvodnjeelika

Legiranje

Termikom obradom

Hladnim oblikovanjem Kombinacijom nekih prethodnih postupaka


21/42


Legirani

eliciKada pored C postoji jo neki legirajui element onda se takvi

elici nazivaju legiranielici.

Legiranje se ostvaruje dodavanjem jednog ili vie elemenata

pogodnih za ostvarenje odreenih svojstava metala.

Element koji ima dominantan uticaj je glavni legirajui element.

Legirani elici se dele na:

niskolegirane (sadraj legirajuih elemenata do 2,5%),

srednjelegirane (sadraj legirajuih elemenata od 2,5% do10%) i

visokolegirane (sadraj legirajuih elemenata preko 10%).


22/42


Glavni legirajui elementi

Mn vri dezoksidaciju i desulfatizaciju. U veim

koliinama (oko 4-5%) se dodajeelicima sa posebnim

svojstvima. Umesto nikla se dodaje neraju

im

elicima

Si dezoksidacija. Preko 0,6% smatra se legirajuim.

Poveava plastinost i smanjuje osetljivost na zamor

materijala. Jeftin je.

Ni poveava mehanike karakteristike i smanjuje krtost.

Poveava ilavost na niskim temperaturama. Jedan je od

najvanijih legirajuih elemenata za nerajue,

vatrootporne i nemagnetneelike. Vrlo je skup. Cr poboljava mehanike karakteristike. Legirajui je

element za nerajue, magnetne, vatrootporneelike)


23/42


Oznaavanje

elika

Oznaavanje elika je visoko standardizovano.

Usvojen je Evropski sistem oznaavanja.

JUS EN 10027-1:2003 Sistem za oznaavanje elika Deo 1:

Oznaavanje, osnovne oznakeJUS EN 10027-2:2003 Sistem za oznaavanje elika Deo 2:

Brojani sistem

JUS CR 10260:2003 Sistem za oznaavanje elika Dodatneoznake


24/42


Novi sistem za oznaavanje elika

G Liveni elici

S Konstrukcioni elici

Mehanike karakteristike

Energija loma prilikom udara (Charpy)

TempoC 27J 40J 60J

20 JR KR LR

0 J0 K0 L0

-20 J2 K2 L2

-30 J3 K3 L3

-40 J4 K4 L4

-50 J5 K5 L5

-60 J6 K6 L6

Granica razvlaenja u MPa

Fizike karakteristike / grupa 1

(Stanje isporuke)

G1 Neumiren

G2 Umiren

G3 Uslovi isporuke opcionoG4 Uslovi isporuke po izboru proizvoaa

M Termomehaniko valjanje

N Normalizovano valjanje

Specijalni zahtevi

Z15 min 15%redukcije povrine



Fizike karakteristike / grupa 2

L Za niske temperature

M Termomehaniko oblikovanje

N Normalizovani valjani

O Za ofor konstrukcije

W Otporni na atmosferske uticaje

S 355 J2 G3 + Z35

Dodatna oznaka 1 Dodatna oznaka 2Osnovna oznaka Dopunska oznaka


25/42


Slovni simbol osnovne oznake kod

specifinihelika

G za liveni elik

S za konstrukcioni elik (S235, S275, S355 ...)

B za betonske elike (B500 ...)

P za elik za opremu pod pritiskom (P265, P355 ...)

E za elik za mehanike konstrukcije (E295, ...)

Y za elik za prednaprezanje betona (Y1770 ...)

Za eline konstrukcije u graevinarstvi koriste se preteno

konstrukcioni elici (nelegirani, niskougljenini elici).


26/42


Veze starih i novih oznaka optih

konstrukcionihelikaOznake elika prema novim standardima

Osnovna oznaka

prema

Brojana oznaka

prema

JUS-EN 10027-1 JUS-EN 10027-2

Oznaka elika u JUS C.B0.500:1989

prema standardu JUS C.B0.002:1986

S185 1.0035 0130

S235JR 1.0037 0370

S235JRG1 1.0036 0371

S235JRG2 1.0038 0361

S235J0 1.0114 0362

S235J2G3 1.0116 0363

S275JR 1.0044 0451

S275J0 1.0143 0452

S275J2G3 1.0144 0453S355JR 1.0045 0561

S355J0 1.0553 0562

S355J2G3 1.0570 0563


27/42


Tehniki uslovi isporuke proizvoda

Obraeni su u standardu JUS EN 10025:

Toplovaljani proizvodi od nelegiranih konstrukcionihelika Tehniki zahtevi za isporuku

U ovom standardu se definiu:

vrstaelika (mehanike karakeristike, hemijski sastav),

kvalitetelika (otpornost na krti lom i zamor materijala -

energija loma na odgrovarajuoj temperaturi),

nain dezoksidacije i stanje isporuke.


28/42


Mehanike karakteristike optih konstrukcionihelika


29/42


Hemijski sastavelika


30/42


Osnove proraunaelinih konstrukcija

Osnovni kriterijum jepouzdanost koja se ogleda kroz:

sigurnost konstrukcija sa odgovarajuim stepenomsigurnosti mora da bude sposobna da prihvati sva optereenja

kojae se javiti tokom njenog veka (kontrola napona,

stabilnosti,...);

funkcionalost konstrukcija mora da omogui normalnofunkcionisanje objekta shodno njegovoj nameni (kontrola

deformacija i vibracija);

trajnost - faktori od uticaja su izbor i kvalitet materijala,kvalitet izvoakih radova, konstrukcijsko oblikovanje, nivo

odravanja objekta (korozija, zamor matrijala,)


31/42


Metode prorauna

Prema teoriji doputenih napona

deterministiki pristup; zastupljen u domaim propisima;

Prema teoriji graniih stanja

poluprobabilistiki pristup;

zastupljen u veini savremenih propisa (Evrokod);


32/42


Proraun prema teoriji doputenih napona

Standardom se definiu (propisuju) odreeni sluajevi(kombinacije) optereenja i odgovarjui doputeni naponi

koji ne smeju biti prekoraeni! Kriterijum za iscrpljenje nosivosti je dostizanje granice

razvlaenja (fy).

Doputeni naponi se odreuju (determiniu) na osnovu

jedinstvenih koeficijenata sigurnosti () kojim se delinapon na granici razvlaenja (fy).

Zasniva se na Teoriji elastinosti i u pogledu proraunauticaja u elementima konstrukcije (globalna analiza) i u

pogledu dimenzionisanja preseka i elemenata (lokalnaanaliza).

Pored kontrole napona obavezna je i kontrola deformacija.


33/42


Sluajevi optereenja

I sluaj optereenja osnovno optereenje

(sopstvena teina, stalno optereenje, sneg,korisno optereenje, saobraajno optereenje,...)

II sluaj optereenja osnovno + dopunsko

optereenje (dopunska optereenja su: vetar,temperatura, sile koenja, boni udari,...)

III sluaj optereenja osnovno + dopunsko +

izuzetno optereenje (izuzetna optereenja su:udar vozila, seizmiki uticaju, poar...)


34/42


Koeficijenti sigurnosti

Sluaj optereenja Koeficijent sigurnosti

1 I sluaj optereenja (osnovno) I= 1,502 II sluaj optereenja (osnovno+dopunsko) II= 1,33

3 III sluaj optereenja (osnovno+dopunsko+izuzetno) III= 1,20

I sluaj optereenja II sluaj optereenja III sluaj optereenjaOznaka

elika dop dop dop dop dop dopS235 160 90 180 100 200 115

S275 185 105 205 120 235 130

S355 240 140 265 155 300 175

Doputeni naponi [MPa]


35/42


dop max

dop max

dop max

Optere}enja:

- stalno (G)- korisno (P)- sneg (S)- vetar (W)- temperatura (T)- seizmika (E)

Prora~unski model

elementimakonstrukcije

Sile u presecima:N, Vy, Vz, My, Mz, Mt

Deformacije:u, v, w, ...

Prora~un napona:, , u

Kontrolanapona

Kontroladeformacija

Dopu{teninaponi

Uticaji u

Koeficijent

sigurnosti

Osnovnimaterijal

Dopu{tenedeformacije

Analiza optere}enja

Kombinacije

Geometrijskipodaci


36/42


Poluprobabilistiki koncept prorauna

Stohastika priroda glavnih parametara za proraun(dejstva, svojstva materijala, geometrijski podaci);

Razvoj statistike i teorije verovatnoe;

Sluajno promenljive veliine se uvode u proraun prekoodgovarajue krive raspodele;

Proverava se da li je postignut zahtevani stepen sigurnosti; Pojednostavljenje Gausova kriva raspodele usvojena za

sve sluajne promenljive;

Svi parametri od uticaja (optereenja, otpornost,...) se

uvode u proraun prekokarakteristinih vrednosti;

Ovakav pristup se nazivapoluprobabilistiki konceptprorauna;


37/42


Teorija graninih stanja

Konstrukcija treba sa prihvatljivom verovatnoom da ostane

pogodna za upotrebu za koju je namenjena;

Stepen verovatnoe kojim se garantuje sigurnosti zavisi od

posledica koje lom konstrukcije moe izazvati;

Uvodi se u proraun i postelastina (plastina) otpornost

elika;

Parcijalni koeficijenti sigurnosti za dejstva i otpornost;

Granina stanje se dele na granina stanjanosivosti i

granina stanjaupotrebljivosti;


38/42


Granina stanja nosivosti

gubitakstatike ravnotee konstrukcije kaokrutog tela,

lom konstrukcije ili njenog dela usledprekoraenja otpornosti poprenogpreseka iliveze,

gubitakstabilnosti elementa ili konstrukcije kaoceline usled efekata drugog reda,

prelazak sistema u potpuni ili delimini

mehanizam formiranjem plastinih zglobova, i

zamor materijala.


39/42


Granina stanja upotrebljivosti

Vezana su za funkcionalnost objekta;

Uglavnom se odnose na:

deformacije konstrukcije ili njenog dela (elementa);

vibracije

Vrednosti doputenih deformacije zavise od namene

konstrukcije, odnosno posmatranog elementa;

Pod deformacijama prvenstveno se misli na ugibe

(nosai), horizontalna pomeranja (stubovi) i obrtanja.

Parcijalni koeficijenti sigurnosti se razlikuju za ULS i

SLS.


40/42


Karakteristine vrednosti

Odreuju se na osnovu Gausove krive raspodele;

Za karakteristine vrednosti dejstava na konstrukciju usvajajuse 95% fraktili;

Za karakteristine vrednosti otpornosti usvajaju se 5% fraktili;


41/42


Kontrole graninih stanja

Granina stanja nosivosti

MkddkQjk

j

jG RRSQG /1,1,,, ==+

Granina stanja upotrebljivosti

dd CE

Osnovni


42/42


dd CE

dd RS

Dejstva:

- stalno (Gk)- korisno (Pk)- sneg (Sk)- vetar (Wk)- temperatura (Tk)- seizmika (Ek)

Prora~unski model

elementimakonstrukcije

Sile u presecima:N, Vy, Vz, My, Mz, Mt

Deformacije:u, v, w, ...

Parcijalni koeficijenti

Kontrolanosivosti

Kontroladeformacija

Uticaji u

Prora~unnosivosti - Rd

materijal

Dopu{tenedeformacije

Analiza optere}enja

Karakteristi~nevrednosti

sigurnosti

Parcijalni koeficijentisigurnosti

Koeficijentsigurnosti

Prora~unske vrednostidejstava - Sd

Parcijalni koeficijentisigurnosti

Geometrijski

podaci

svojstva celika i metode proracuna

Documents