ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ (602)

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών (Σ.Τ.ΕΦ.) ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ (602) 1 η Διάλεξη Δημήτριος Ν. Χριστοδούλου Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, M.Sc.

2 Σκοπός και Στόχος του μαθήματος Στόχος του μαθήματος είναι η παροχή των απαραίτητων γνώσεων και δεξιοτήτων για: το σχεδιασμό, τον έλεγχο και την κατασκευή ενός μεταλλικού φορέα. Ο παραπάνω σχεδιασμός αφορά κυρίως: στην αντοχή και στη λειτουργικότητα κάτω από όλους τους δυνατούς συνδυασμούς δράσεως σταθερών και κινητών φορτίων, σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς.

3 Περιγραφή του μαθήματος Υλικά και μηχανικές ιδιότητες. Ιδιότητες εν θερμώ κατεργασμένου χάλυβα. Τιμές σχεδιασμού και μέσα σύνδεσης. Εισαγωγή στο Ευρωκώδικα 3 και απλές εφαρμογές. Βασικές αρχές σχεδιασμού. Ασφάλεια, οριακές καταστάσεις, δράσεις, ανθεκτικότητα, συμβολισμοί και συνδυασμοί των δράσεων. Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας. Οριακές καταστάσεις αστοχίας Βασικές αρχές, παραδοχές σχεδιασμού, μέθοδοι πλαστικού υπολογισμού φορέων, κλάσεις διατομών, υπολογισμός κλάσεως 4. Εφελκυσμός, θλίψη, διάτμηση, κάμψη και συνδυασμένη καταπόνηση. Λυγισμός, λυγισμός Euler, καμπτικός λυγισμός σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 3. Μέσα σύνδεσης, ήλωση, κοχλίωση, συγκόλληση, διαμόρφωση συνδέσεων, ιδιότητες, χαρακτηριστικά, ανάλυση, υπολογισμός.

4 Περιγραφή του μαθήματος Απλοί μεταλλικοί φορείς, αμφιέρειστη δοκός, ενίσχυση, στηρίξεις. Τυποποίηση χαλύβδινων ελασμάτων. Συνδέσεις - διαστασιολόγηση ράβδων. Σιδηρά πατώματα και στέγες, κανονισμοί. Παραδείγματα και ασκήσεις διαστασιολόγησης, συνδέσεων και σχεδίασης σιδηρών κατασκευών. Κανονισμοί - Παράρτημα ΝΕΑΚ. Φέρων Οργανισμός κτιριοδομικών στοιχείων (τοίχων). Σιδηρότυποι - αντιστηρίξεις.

5 Περιεχόμενα διδακτικών σημειώσεων του μαθήματος Εισαγωγή Ο χάλυβας και οι ιδιότητες του Διατομές Μέσα σύνδεσης Βασικά θέματα σχεδιασμού με τους Ευρωκώδικες Γενικά Βασικές αρχές σχεδιασμού Αντοχή διατομών στην οριακή κατάσταση αστοχίας Εισαγωγή Κατάταξη διατομών σε κατηγορίες Αντοχή σε εφελκυσμό Αντοχή σε θλίψη Αντοχή σε διάτμηση Αντοχή σε μονοαξονική κάμψη Αντοχή σε ταυτόχρονη κάμψη και διάτμηση

6 Περιεχόμενα διδακτικών σημειώσεων του μαθήματος Αντοχή μελών στην οριακή κατάσταση αστοχίας Εισαγωγή Το φαινόμενο του λυγισμού Καμπτικός λυγισμός μεμονωμένου υποστυλώματος Λυγισμός πλαισίων Πίνακες πρότυπων διατομών Κατάλογος σχημάτων Κατάλογος πινάκων

7 Εισαγωγή - Ο χάλυβας και οι ιδιότητές του Περιγραφή του υλικού Ο χάλυβας είναι ένα κράμα του χημικού στοιχείου σιδήρου (Fe) σε ποσοστό 98% περίπου και διάφορων άλλων στοιχείων, σε μικρή περιεκτικότητα, με κυριότερο τον άνθρακα (C) σε ποσοστό 0,15%-1,8%. Όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα ενός χάλυβα, τόσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα και η αντοχή του. Ωστόσο, μειώνεται η πλαστιμότητα του, δηλαδή η ικανότητα του να παραμορφώνεται πλαστικά και η ικανότητα συγκόλλησης του. Αντίθετα, ένας χάλυβας με μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι πιο μαλακός και διαθέτει μικρότερη αντοχή, αλλά χαρακτηρίζεται από μεγάλη πλαστιμότητα και συγκολλησιμότητα. Τόσο η υψηλή αντοχή όσο και η πλαστιμότητα και συγκολλησιμότητα του χάλυβα είναι επιθυμητά χαρακτηριστικά στις μεταλλικές κατασκευές. Άλλες προσμίξεις που συναντώνται σε έναν χάλυβα είναι το μαγγάνιο (Mn), το πυρίτιο (Si), το θείο (S), ο φωσφόρος (P), το άζωτο (N).

8 Εισαγωγή - Ο χάλυβας και οι ιδιότητές του Περιγραφή του υλικού Κάποιες από αυτές τις προσμίξεις, όπως το μαγγάνιο και το πυρίτιο, έχουν θετική επίδραση στις ιδιότητες του χάλυβα (για παράδειγμα το πυρίτιο αυξάνει την αντοχή). Αντίθετα κάποιες άλλες, όπως το θείο και ο φωσφόρος έχουν αρνητική επίδραση και επιχειρείται η απομείωση τους σε αποδεκτά επίπεδα, κατά τη φάση παραγωγής του χάλυβα. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι ιδιότητες και η περιεκτικότητα σε άνθρακα διάφορων μορφών σιδήρου που έχουν εμφανιστεί ιστορικά. Στις κατασκευές χρησιμοποιούνται οι λεγόμενοι δομικοί χάλυβες, οι οποίοι έχουν περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,3%-1,2%. Άλλες συνήθεις μορφές χάλυβα είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας (περιέχει χρώμιο) και ο χάλυβας εργαλείων (περιέχει περισσότερο άνθρακα από τον δομικό και είναι σκληρότερος).

9

10 Ο χάλυβας και οι ιδιότητές του Ιδιότητες του χάλυβα Ο χάλυβας σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι όλκιμο ή αλλιώς πλάστιμο υλικό. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο χάλυβας εμφανίζει έντονη πλαστική παραμόρφωση πριν επέλθει η θραύση του. Για να περιγραφούν καλύτερα αυτές οι έννοιες, παρουσιάζονται στο σχήμα δύο διαγράμματα τάσεων σ - ανηγμένων παραμορφώσεων ε, τα οποία ανήκουν σε δύο διαφορετικά υλικά. Τα διαγράμματα αυτά προκύπτουν από δοκιμές σε εφελκυσμό ειδικά διαμορφωμένων δειγμάτων (δοκιμίων) του υλικού. Στα αρχικά στάδια της φόρτισης, η συμπεριφορά των υλικών είναι ελαστική, που σημαίνει ότι αν αφαιρεθεί η επιβαλλόμενη φόρτιση τότε το δοκίμιο θα επανέλθει, πλήρως στην αρχική του κατάσταση, δηλαδή θα έχει μηδενικές τάσεις και μηδενικές ανηγμένες παραμορφώσεις, ακολουθώντας την ίδια καμπύλη αντίστροφα. Το στάδιο αυτό της απόκρισης το ονομάζουμε ελαστική περιοχή. Συνήθως, η σχέση μεταξύ τάσεων και ανηγμένων παραμορφώσεων στην ελαστική περιοχή είναι γραμμική (η καμπύλη σ-ε είναι ευθύγραμμη). Η αρχική κλίση της καμπύλης αποτελεί το μέτρο ελαστικότητας Ε του υλικού.

11 Ιδιότητες του χάλυβα Τυπικά διαγράμματα τάσεων - ανηγμένων παραμορφώσεων για πλάστιμο και ψαθυρό υλικό

12 Ιδιότητες του χάλυβα Αν συνεχισθεί η επιβολή φόρτισης, η τάση στο υλικό θα φτάσει ένα όριο, πέρα από το οποίο δεν είναι δυνατή η επαναφορά του δοκιμίου στην αρχική του κατάσταση. Η φάση αυτή της απόκρισης ονομάζεται διαρροή και η τάση στην οποία συμβαίνει ονομάζεται όριο διαρροής και το συμβολίζουμε με. Αντίστοιχα, η ανηγμένη παραμόρφωση κατά τη διαρροή συμβολίζεται με Μετά τη διαρροή, η παραμόρφωση του υλικού είναι πλαστική και θα παραμείνει ως έχει ακόμα και μετά την αφαίρεση της φόρτισης. Η φάση αυτή της απόκρισης ονομάζεται πλαστική περιοχή. Τέλος, εφόσον συνεχισθεί η φόρτιση, η τάση στο υλικό θα φτάσει ένα μέγιστο όριο, πέραν του οποίου δεν μπορεί να αυξηθεί. Τότε, συμβαίνει η θραύση του δοκιμίου. Η τάση στην οποία πραγματοποιείται η θραύση ονομάζεται όριο θραύσης και συμβολίζεται με. Αντίστοιχα, η ανηγμένη παραμόρφωση κατά τη θραύση συμβολίζεται με..

13 Ιδιότητες του χάλυβα Στην περίπτωση που το υλικό είναι πλάστιμο, το εύρος της πλαστικής περιοχής είναι πολύ μεγάλο. Αυτό φαίνεται καθαρά στο σχήμα, όπου οι πλαστικές παραμορφώσεις είναι κατά πολύ μεγαλύτερες των ελαστικών. Στον χάλυβα, η μέγιστη ανηγμένη παραμόρφωση μπορεί να υπερβεί το 50%, που σημαίνει ότι ένα αρχικό δοκίμιο σε εφελκυσμό μπορεί να επιμηκυνθεί κατά το μισό του αρχικού μήκους του. Ωστόσο, συνήθως θεωρούμε συμβατικά, μία τιμή 10-20% ως μέγιστη ανηγμένη παραμόρφωση του χάλυβα. Υπάρχουν, ωστόσο, περιπτώσεις υλικών, στα οποία η θραύση επέρχεται αμέσως μετά τη διαρροή (σχήμα 1.1βʹ) ή ακόμα και στην ελαστική περιοχή. Τα υλικά αυτά ονομάζονται ψαθυρά και η μορφή θραύσης που εμφανίζουν, ψαθυρή θραύση. Τυπικά παραδείγματα ψαθυρών υλικών είναι τα κεραμικά και το γυαλί. Όμως, και ο χάλυβας μπορεί να εκδηλώσει ψαθυρή θραύση σε χαμηλές θερμοκρασίες.

14 Ο χάλυβας και οι ιδιότητές του Πλαστιμότητα του χάλυβα Η πλαστιμότητα του χάλυβα θεωρείται ευεργετική για την απόκριση των μεταλλικών κατασκευών. Συνοπτικά, αναφέρεται ότι η μεγάλη πλαστιμότητα του χάλυβα συνεπάγεται τα ακόλουθα αποτελέσματα: Επιτρέπει την ανακατανομή των δράσεων σε μία υπερστατική κατασκευή. Έτσι, μετά την πλαστικοποίηση σε μία ή περισσότερες κρίσιμες θέσεις, είναι δυνατή η διατήρηση ή και επαύξηση της φέρουσας ικανότητας της κατασκευής. Αυτό συμβαίνει εφόσον χάριν της πλαστιμότητας του υλικού τα μέλη της κατασκευής που έχουν πλαστικοποιηθεί παραμορφώνονται έντονα, χωρίς να επέρχεται η θραύση τους. Κατά συνέπεια, η κατασκευή είναι δυνατόν να παραμένει στατικά στέρεη ακόμα και αν έχουν πλαστικοποιηθεί πολλά μέλη της (μέχρι να μεταπέσει σε μηχανισμό). Η πλάστιμη θραύση θεωρείται προτιμότερη της ψαθυρής, καθώς εκδηλώνεται αφού προηγηθεί η εμφάνιση έντονων παραμορφώσεων της κατασκευής, οι οποίες γίνονται αντιληπτές και δίνουν το περιθώριο λήψης άμεσων μέτρων.

15 Ο χάλυβας και οι ιδιότητές του Πλαστιμότητα του χάλυβα Η πλάστιμη συμπεριφορά είναι ευεργετική σε περιπτώσεις σεισμικής καταπόνησης, καθώς παρέχει στην κατασκευή μεγάλη ικανότητα απόσβεσης της σεισμικής ενέργειας στα πλαστικοποιημένα μέλη της. Στον πίνακα 1.2 παρουσιάζονται ορισμένες βασικές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα.

16 Κατηγορίες χάλυβα στον Ευρωκώδικα 3 Για τον υπολογισμό και τη διαστασιολόγηση κατασκευών με τον Ευρωκώδικα 3, μπορούν να χρησιμοποιηθούν χάλυβες, οι οποίοι πληρούν συγκεκριμένες προδιαγραφές (EN 10025) και κατατάσσονται σε κατηγορίες ανάλογα με την αντοχή τους. Έτσι, υπάρχουν οι ακόλουθες τέσσερις βασικές κατηγορίες χάλυβα: S235, S275, S355, S450. Η ονοματολογία των χαλύβων ακολουθεί το εξής πρότυπο: S + αριθμός που χαρακτηρίζει το όριο διαρροής σε Mpa Μετά το ονομαστικό όριο διαρροής μπορεί να ακολουθούν και κάποια γράμματα, τα οποία σηματοδοτούν τυχόν ειδικά χαρακτηριστικά του χάλυβα ή τον τρόπο παραγωγής του. Στον πίνακα 1.3 που ακολουθεί παρουσιάζονται οι ονομαστικές τιμές των ορίων διαρροής και θραύσης για τις τέσσερις βασικές κατηγορίες χάλυβα. Οι τιμές αυτές αφορούν χαλύβδινα στοιχεία εν θερμώ εξηλασμένα, όπως είναι οι πρότυπες διατομές μορφής διπλού ταυ. Στον Ευρωκώδικα 3 προδιαγράφονται αναλυτικά οι ονομαστικές τιμές αντοχής και για άλλες κατηγορίες χάλυβα, όπως κοιλοδοκών εν ψυχρώ κατεργασμενών ή χαλύβων με ειδικά χαρακτηριστικά.

17 Κατηγορίες χάλυβα στον Ευρωκώδικα 3

18 Κατηγορίες χάλυβα στον Ευρωκώδικα 3 Οι τιμές του πίνακα 1.3 είναι ονομαστικές. Οι πραγματικές τιμές για κάθε χάλυβα προκύπτουν από δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού και είναι αναμενόμενο να μην συμπίπτουν με τις ονομαστικές. Ωστόσο, για το σχεδιασμό χρησιμοποιούνται οι ονομαστικές τιμές της κατηγορίας στην οποία ανήκει ο χάλυβας. Ο κάθε χάλυβας χαρακτηρίζεται ότι ανήκει σε κάποια κατηγορία αν υπερβαίνει τα όρια που προδιαγράφονται για την κατηγορία αυτή. Στον πίνακα 1.4 δίνονται ονομαστικές τιμές για τις λοιπές μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα, που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς με τον Ευρωκώδικα 3. Οι τιμές αυτές είναι κοινές για κάθε κατηγορία χάλυβα.

19 Κατηγορίες χάλυβα στον Ευρωκώδικα 3 Σχετικά με την πλαστιμότητα, προδιαγράφονται στον Ευρωκώδικα 3 ορισμένα ελάχιστα όριο που πρέπει να πληρούν όλοι οι χάλυβες που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές. Αυτά είναι τα εξής:

20 Διατομές χάλυβα Οι διατομές που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές από χάλυβα διαθέτουν μία μεγάλη ποικιλία μορφών και διαστάσεων ώστε να καλύπτουν μεγάλο εύρος απαιτήσεων σχεδιασμού που μπορεί να εμφανιστεί στην πράξη. Οι πλέον συνήθεις μορφές διατομών είναι οι εξής:

21 Διατομές χάλυβα Διατομές γωνιακών ή διατομές μορφής L (ισοσκελή ή ανισοσκελή) Διατομές ορθογωνικής ή τετραγωνικής κοιλοδοκού Διατομές κυκλικής κοιλοδοκού

22 Διατομές χάλυβα Ως προς τον τρόπο παραγωγής τους οι διατομές μπορούν να διακριθούν σε δύο κατηγορίες: Ελατές διατομές, οι οποίες παράγονται στο εργοστάσιο με εν θερμώ έλαση του χάλυβα, σε συγκεκριμένες πρότυπες διαστάσεις. Στον Ευρωπαϊκό χώρο, χρησιμοποιούνται οι ονομαζόμενες «Ευρωπαϊκές Πρότυπες Διατομές». Για κάθε μορφή διατομής υπάρχουν διαθέσιμες οι εξής σειρές διατομών: Για την μορφή διπλού ταυ: IPE, IPN, HEA, HEB, HEM Για τις διατομές μορφής U: UPN, UPE Για διατομές γωνιακών: L Για διατομές ορθογωνικής κοιλοδοκού: RHS Για διατομές τετραγωνικής κοιλοδοκού: SHS Για διατομές κυκλικής κοιλοδοκού: CHS Συγκολλητές διατομές, οι οποίες διαμορφώνονται με συγκόλληση μεμονωμένων ελασμάτων ή και άλλων ελατών διατομών μεταξύ τους, σε οποιεσδήποτε διαστάσεις. Έτσι, διαμορφώνονται διατομές που καλύπτουν τις εξειδικευμένες ανάγκες ενός έργου.

23 Διατομές διπλού ταυ Η χρήση των διατομών διπλού ταυ είναι διαδεδομένη στις κατασκευές από χάλυβα. Χρησιμοποιούνται ως: κύρια μέλη (υποστυλώματα, δοκοί) και δευτερεύοντα (τεγίδες, μηκίδες κλπ). Υπάρχουν διαθέσιμες ελατές διατομές σε μεγάλη ποικιλία διαστάσεων: Σειρά IPE Σειρά IPN Σειρά HEA Σειρά HEB Σειρά HEM Μπορούν να παραχθούν και συγκολλητές καλύπτοντας ιδιαίτερες απαιτήσεις σχεδιασμού. Στο σχήμα που ακολουθεί, απεικονίζεται μία τυπική ελατή διατομή διπλού ταυ και παρουσιάζονται τα διάφορα χαρακτηριστικά γεωμετρικά μεγέθη που την ορίζουν.

24 Διατομές διπλού ταυ Δύο χαρακτηριστικές περιοχές της διατομής διπλού ταυ είναι τα πέλματα και ο κορμός. Η θέση τους στη διατομή αποσαφηνίζεται στο παρακάτω σχήμα.

25 Διατομές διπλού ταυ Οι πρότυπες ελατές διατομές διπλού ταυ είναι διπλής συμμετρίας, που σημαίνει ότι διαθέτουν δύο άξονες συμμετρίας: έναν παράλληλο με τα δύο πέλματα και έναν κάθετο σε αυτά (σχήμα 1.2). Αυτό συμβαίνει επειδή τα δύο πέλματα είναι όμοια. Οι συγκολλητές διατομές διπλού ταυ μπορούν και αυτές να είναι διπλής συμμετρίας, αν διαθέτουν όμοια πέλματα, αλλά μπορούν να είναι και απλής συμμετρίας αν τα δύο πέλματα είναι άνισα. Η ονοματολογία των ευρωπαϊκών πρότυπων ελατών διατομών ακολουθεί το εξής πρότυπο: Όνομα σειράς + αριθμός που χαρακτηρίζει το ύψος h της διατομής (σε mm) Για παράδειγμα η διατομή IPE300, προέρχεται από τη σειρά IPE και έχει ύψος h=300mm. Οι διάφορες σειρές ελατών διατομών διπλού ταυ, που είναι διαθέσιμες στον ευρωπαϊκό χώρο, παρέχουν μέλη με διαφορετικά ποιοτικά χαρακτηριστικά.

26 Διατομές διπλού ταυ Οι διατομές IPE είναι υψίκορμες, δηλαδή το ύψος τους h είναι αρκετά μεγαλύτερο από το πλάτος τους b. Επίσης, τα πάχος των πελμάτων δεν είναιμεγάλο. Oι διατομές IPE διαθέτουν πολύ μεγαλύτερη ροπή αδρανείας ως προς τον ισχυρό τους άξονα, σε σχέση με τη ροπή αδρανείας ως προς τον ασθενή. Εξαιτίας αυτού του γνωρίσματος τους, οι διατομές της σειράς IPE χρησιμοποιούνται κυρίως σε καμπτόμενα, ως προς μία διεύθυνση μόνο μέλη, όπως είναι ζυγώματα πλαισίων, τεγίδες κλπ. Οι διατομές IPN είναι υψίκορμες όπως και οι IPE, με τη διαφορά ότι διαθέτουν μεταβλητό πάχος πελμάτων (μεγαλύτερο κοντά στον κορμό και μικρότερο προς τα άκρα). Οι διατομές HEB (ή IPB) είναι πλατύπελμες, δηλαδή το πλάτος τους b είναι παρόμοιου μεγέθους με το ύψος h. Επίσης, τα πάχος των πελμάτων είναι μεγάλο. Οι διατομές HEB αν και διαθέτουν μεγαλύτερη ροπή αδρανείας ως προς τον ισχυρό τους άξονα, σε σχέση με τη ροπή αδρανείας ως προς τον ασθενή, η διαφορά τους ωστόσο δεν είναι τόσο μεγάλη όσο στις διατομές IPE. Κατά συνέπεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καμπτόμενα μέλη και ως προς τους δύο άξονες ή ως θλιβόμενα και καμπτόμενα μέλη (υποστυλώματα, δοκοί).

27 Διατομές διπλού ταυ Οι διατομές HEA (ή IPBl) είναι όμοιες ως προς τις αναλογίες ύψους h προς πλάτος b με τις διατομές HEB. Είναι ωστόσο πιο ελαφρές καθώς διαφέρουν στο πάχος των πελμάτων και του κορμού τα οποία είναι μικρότερα. Διαφέρουν, επίσης, ελάχιστα στο ύψος (οι HEA είναι κοντύτερες). Οι διατομές ΗΕΜ (ή IPBv) είναι όμοιες ως προς τις αναλογίες ύψους h προς πλάτος b με τις διατομές HEB. Είναι ωστόσο βαρύτερες καθώς διαφέρουν στο πάχος των πελμάτων και του κορμού τα οποία είναι μεγαλύτερα. Eπίσης, διαφέρουν λίγο και στο ύψος (οι HEΜ είναι μεγαλύτερες).

28 Προσανατολισμός αξόνων Οι κύριοι άξονες των διατομών ορίζονται ως εξής: άξονας u-u: o κύριος ισχυρός άξονας. άξονας v-v: o κύριος ασθενής άξονας. Υπενθυμίζεται ότι κύριος ισχυρός άξονας μιας διατομής είναι εκείνος περί τον οποίον η ροπή αδράνειας γίνεται μέγιστη. Αντίστοιχα, κύριος ασθενής άξονας μιας διατομής είναι εκείνος περί τον οποίον η ροπή αδράνειας γίνεται ελάχιστη. Οι δύο κύριοι άξονες είναι κάθετοι μεταξύ τους. Για κάθε μορφή διατομής, μπορούν να ορισθούν γεωμετρικοί άξονες οι οποίοι υπαγορεύονται από το σχήμα της. Οι άξονες αυτοί στον Ευρωκώδικα 3, ονομάζονται yy και z-z. Στις περισσότερες διατομές οι γεωμετρικοί άξονες συμπίπτουν με τους κύριους u-u και v-v που προαναφέρθηκαν. Για τον προσανατολισμό των γεωμετρικών αξόνων ακολουθούνται οι ακόλουθες συμβάσεις:

29 Προσανατολισμός αξόνων άξονας y-y: ο άξονας που γενικά συμπίπτει με τον κύριο ισχυρό άξονα u-u. Για διατομές διπλού ταυ ή μορφής U είναι παράλληλος με τα δύο πέλματα. Για διατομές γωνιακών είναι παράλληλος με το μικρότερο σκέλος (δεν συμπίπτει με τον κύριο άξονα). άξονας z-z: ο άξονας που γενικά συμπίπτει με τον κύριο ασθενή άξονα v-v. Για διατομές διπλού ταυ ή μορφής U είναι κάθετος στα δύο πέλματα. Για διατομές γωνιακών είναι κάθετος στο μικρότερο σκέλος (δεν συμπίπτει με τον κύριο άξονα). Σημειώνεται ότι ως άξονας x-x θεωρείται εκείνος ο οποίος διατρέχει το στοιχείο κατά μήκος του, είναι δηλαδή κάθετος στο επίπεδο της διατομής.

30 Προσανατολισμός αξόνων κατά τον Ευρωκώδικα 3 Στο σχήμα παρουσιάζονται οι γεωμετρικοί άξονες των διατομών καθώς και οι κύριοι άξονες για τις διατομές γωνιακών (δεν συμπίπτουν με τους γεωμετρικούς).

31 Μέσα σύνδεσης Με τον όρο μέσα σύνδεσης εννοούνται τα στοιχεία εκείνα που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση δύο ή περισσότερων μελών που συντρέχουν στο ίδιο σημείο, με σκοπό τη μεταβίβαση φορτίων από το ένα προς το άλλο. Τα μέσα σύνδεσης μπορεί να είναι: Κοχλίες Συγκολλήσεις Ηλώσεις Πύροι Εξαρτήματα αυτών όπως περικόχλια (παξιμάδια) ή δακτύλιοι (ροδέλες). Κοχλιώσεις Οι κοχλιώσεις αποτελούν το πλέον διαδομένο μέσο σύνδεσης στις κατασκευές από χάλυβα καθώς επιτρέπουν την εκτέλεση τους στο εργοτάξιο, χωρίς τη λήψη ειδικών μέτρων.

32 Μέσα σύνδεσης Κοχλιώσεις Κοχλίωση για αποκατάσταση συνέχειας δοκού. Φωτογραφία από τη γέφυρα Ρίου - Αντιρρίου

33 Περιγραφή τυπικού κοχλία

34 Μέσα σύνδεσης - Κοχλίες Οι κοχλίες που χρησιμοποιούνται στον ευρωπαϊκό χώρο ονομάζονται μετρικοί κοχλίες και παράγονται σε συγκεκριμένες διαστάσεις. Η ονοματολογία των μετρικών κοχλιών ακολουθεί το εξής πρότυπο: M + διάμετρος κορμού (σε mm) Για παράδειγμα ο κοχλίας M16 είναι μετρικός και έχει διάμετρο κορμού 16 mm. Μετά τη διάμετρο είναι πιθανό να ακολουθούν και άλλοι αριθμοί που να προσδιορίζουν το μήκος του κορμού ή το βήμα του σπειρώματος. Οι διαθέσιμοι στο εμπόριο μετρικοί κοχλίες φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί. Για τα μη προτιμώμενα μεγέθη η διαθεσιμότητα εξαρτάται από τον κατασκευαστή. Η χρησιμοποίηση τους γενικά δεν συνίσταται. Επίσης, στο εμπόριο υπάρχουν διαθέσιμα και μεγαλύτερα καθώς και μικρότερα μεγέθη κοχλιών. Η εφαρμογή τους ωστόσο στις κατασκευές από χάλυβα πολιτικού μηχανικού είναι αμελητέα.

35 Μέσα σύνδεσης - Κοχλίες Οι κλάσεις χάλυβα των κοχλιών διαφέρουν από εκείνη των μελών. Στην περίπτωση των κοχλιών οι προβλεπόμενες από τον Ευρωκώδικα 3 κλάσεις χάλυβα καθώς και τα αντίστοιχα ονομαστικά όρια διαρροής και θραύσης, αναφέρονται στον πίνακα.

36 Μέσα σύνδεσης - Κοχλίες Οι κοχλίες στις τρεις πρώτες κλάσεις ονομάζονται κοινοί κοχλίες ενώ οι κοχλίες των κλάσεων 8.8 και 10.9 ονομάζονται κοχλίες υψηλής αντοχής. Οι κοχλίες υψηλής αντοχής μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε σεισμικά καταπονούμενες συνδέσεις και να προενταθούν. Η ονοματολογία των χαλύβων των κοχλιών, που αναφέρονται στον πίνακα, ακολουθεί το εξής πρότυπο: αριθμός για x αριθμός για αριθμός για : είναι το πρώτο ψηφίο του ορίου θραύσης σε MPa. Πχ. Είναι το ψηφίο 4 για = 400ΜPa. αριθμός για : αντιστοιχεί στο συντελεστή, με τον οποίο πρέπει να πολλαπλασιάσουμε το όριο θραύσης για να προκύψει το όριο διαρροής Για παράδειγμα η κλάση 4.6 διαθέτει όριο θραύσης = 400ΜPa (προκύπτει από τον πρώτο αριθμό 4) και όριο διαρροής = = 240ΜPa (ο συντελεστής 0.6 προκύπτει από τον δεύτερο αριθμό 6). Για την κλάση 8.8 το όριο θραύσης είναι = 800ΜPa (προκύπτει από τον πρώτο αριθμό 8) και όριο διαρροής = =640ΜPa. Ο συντελεστής 0.8 προκύπτει από τον δεύτερο αριθμό 8).

37 Συγκολλήσεις Οι συγκολλήσεις αποτελούν διαδεδομένη πρακτική στις συνδέσεις κατασκευών από χάλυβα. Συνήθως, εκτελούνται στο εργοστάσιο, σε ελεγχόμενες συνθήκες αν και είναι δυνατόν να πραγματοποιηθούν και στο εργοτάξιο, αν ληφθούν κατάλληλα μέτρα προστασίας από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Συγκόλληση κυκλικών διατομών που συντρέχουν σε κόμβο. Φωτογραφία από την ολυμπιακή εγκατάσταση ποδηλατοδρομίου στην Αθήνα

38 Ηλώσεις Οι ηλώσεις ήταν στο παρελθόν πολύ διαδεδομένες στις κατασκευές από χάλυβα. Σήμερα, έχουν αντικατασταθεί, σχεδόν εξολοκλήρου από τις κοχλιώσεις. Ήλωση σε σύνθετο μέλος. Φωτογραφία από τον σιδηροδρομικό σταθμό St. Pancras του Λονδίνου.