Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ

Transcript

1 2016 Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ 3.05

2 Περιεχόμενα Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ I Εκπαιδευτικοί Στόχοι/ Επικυμθτά Αποτελζςματα (Κεφάλαιο 3.05) Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (1) Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (2) Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (3) Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (4) Ερωτιςεισ Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ II Αποτυχία των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ, Λαμελοειδισ ςχάςθ (1) Αποτυχία των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ, Λαμελοειδισ ςχάςθ (2) Αποτυχία ςτακερότθτασ Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό υψθλι κερμοκραςία Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό υψθλζσ κερμοκραςίεσ, Ερπυςμόσ υλικϊν Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό χαμθλζσ κερμοκραςίεσ (1) Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό χαμθλζσ κερμοκραςίεσ (2) Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων κατά τθν κροφςθ Ερωτιςεισ

3 Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ I Εκπαιδευτικοί Στόχοι/ Επικυμθτά Αποτελζςματα (Κεφάλαιο 3.05) Σκοπόσ Λεπτομερισ κατανόθςθ των διαφορετικϊν ειδϊν φόρτιςθσ και επιρροισ των ατμοςφαιρικϊν ςυνκθκϊν ςε καταςκευζσ. Περιοχι μελζτθσ Στατικι αντοχι Αντοχι ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ Αντοχι ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ Αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ Συμπεριφορά κροφςθσ Επίδραςθ εγκοπϊν και ατελειϊν ςυγκόλλθςθσ Είδθ κραφςθσ (όλκιμθ κραφςθ, κραφςθ από κόπωςθ, ψακυρι κραφςθ, λαμελοειδισ ςχάςθ) Επιλογι των ομάδων ποιότθτασ χάλυβα, Z-ποιότθτα Τυπικά δεδομζνα για κοινοφσ χάλυβεσ Χριςθ των προτφπων και προδιαγραφϊν Συλλογι και επεξεργαςία πειραματικϊν δεδομζνων τάςθσ/παραμόρφωςθσ Επικυμθτά αποτελζςματα Πλιρθσ εξιγθςθ των απαιτιςεων ςφμφωνα με τα διαφορετικά είδθ φόρτιςθσ και κερμοκραςιϊν. Ανάλυςθ υλικϊν που εκπλθρϊνουν τισ απαιτιςεισ αντοχισ/κερμοκραςίασ. Πρόβλεψθ κατάλλθλων υλικϊν για χριςθ ςε ειδικζσ εφαρμογζσ. Ανάλυςθ διαφορετικϊν ειδϊν κραφςθσ (όλκιμθ κραφςθ, κραφςθ από κόπωςθ, ψακυρι κραφςθ, λαμελοειδισ ςχάςθ). 2

4 -1.02 Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (1) 3.05 Η ψακυρι κραφςθ είναι μια κραφςθ που ςυμβαίνει ειδικά κατά τθ διάρκεια καταπόνθςθσ του υλικοφ ςτθν ελαςτικι περιοχι. Σε αντίκεςθ με τθν όλκιμθ κραφςθ, θ ψακυρι κραφςθ περιλαμβάνει λίγθ ι κακόλου πλαςτικι παραμόρφωςθ. Εξωτερικά χαρακτθριςτικά τθσ ψακυρισ κραφςθσ είναι θ μθ ακακάριςτθ μόνιμθ ι πλαςτικι παραμόρφωςθ του μετάλλου ςτθν περιοχι τθσ ψακυρισ κραφςθσ. Αυτόσ είναι ο λόγοσ που θ ψακυρι κραφςθ περιγράφεται ωσ κραφςθ χωρίσ παραμόρφωςθ. Στθν περίπτωςθ κρυςταλλικϊν υλικϊν, θ επιφάνεια τθσ κραφςθσ είναι ομαλι και ζχει μια κρυςταλλικι γυαλιςτερι εμφάνιςθ. Ειδικά για μεγάλα ςυςτατικά, θ τάςθ για ψακυρι κραφςθ είναι επικίνδυνθ κακϊσ θ κραφςθ ςυμβαίνει χωρίσ ζγκαιρεσ εξωτερικζσ προειδοποιιςεισ. Το αίτιο για τθν ψακυρι κραφςθ μπορεί να αποφευχκεί ςε ςχζςθ με το ςχεδιαςμό τθσ δομισ ι των λειτουργικϊν τάςεων. Για τθν ακρίβεια, είναι γνωςτζσ φκορζσ οι οποίεσ ιταν ψακυρζσ κραφςεισ λόγω μικρισ καταπόνθςθσ των δομϊν. Ειδικά ςτθν αρχι τθσ εφαρμογισ τθσ τεχνολογίασ ςυγκόλλθςθσ, ςυνζβαιναν φκορζσ προκαλοφμενεσ από ψακυρι κραφςθ. Στθ ςθμερινι εποχι, οι βαςικοί κανόνεσ για τθν αποφυγι τθσ ψακυρισ κραφςθσ είναι γνωςτοί και οι φκορζσ λόγω ψακυρισ κραφςθσ είναι πλζον πολφ ςπάνιεσ. Φωτογραφία 1: SEM-φωτογραφία μιασ διακρυςταλλικισ κραφςθσ (κραφςθ με ςχίςιμο) Φωτογραφία 2: SEM-φωτογραφία μιασ περικρυςταλλικισ κραφςθσ 3

5 Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (2) Όροι και επιδρϊντεσ παράγοντεσ Η προςζγγιςθ για τθν επιλογι βακμϊν χάλυβα βαςίηεται ςτθ μθχανικι ζννοια τθσ κραφςθσ περιλαμβάνοντασ τουσ παρακάτω επιδρϊντεσ παράγοντεσ: περιβαλλοντικι κερμοκραςία κατάςταςθ των τάςεων ρυκμόσ παραμορφϊςεων ρυκμόσ ψυχροφ ςχθματιςμοφ πάχοσ υλικοφ ανομοιογζνεια τθσ αντοχισ προδιαγραφζσ αςφαλείασ Τιμζσ ςχεδιαςμοφ των περιβαλλοντικϊν κερμοκραςιϊν T mdr για διαφορετικά ςυςτατικά 4

6 -1.04 Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (3) 3.05 Ο κίνδυνοσ τθσ ψακυρισ κραφςθσ αυξάνεται με ςυγκεντρϊςεισ υψθλισ τάςθσ, ειδικά ςε πολυ-αξονικζσ εφελκυςτικζσ ςυνκικεσ τάςεων. Για να κακοριςτοφν οι εφαρμοηόμενεσ τάςεισ ς Ed που είναι ςχετικζσ για το ςυςτατικό υπό εξζταςθ, οι μζγιςτεσ εφελκυςτικζσ τάςεισ πρόκειται να υπολογιςτοφν ωσ ονομαςτικζσ τάςεισ μζςω ενόσ ελαςτικοφ φζροντοσ μοντζλου καταςκευισ. Οι δευτερεφουςεσ τάςεισ από τουσ περιοριςμοφσ, π.χ. θ καμπτικι ακαμψία των κόμβων δικτυωμάτων λαμβάνονται υπ' όψθ. Οι παραμζνουςεσ τάςεισ που προκφπτουν από ςυνκικεσ παραγωγισ, όπωσ θ ςωςτι ςυγκόλλθςθ, δε χρειάηεται να λθφκοφν υπ'όψθ, κακϊσ οι επιδράςεισ τουσ περιλαμβάνονται ςτο μζγιςτο αποδεκτό πάχοσ προϊόντοσ ςφμφωνα με τον πίνακα. Με αυξθμζνο ρυκμό επιμικυνςθσ e και τισ ίδιεσ ςυνκικεσ, ο κίνδυνοσ τθσ ψακυρισ ρωγμάτωςθσ αυξάνεται. Τα μζγιςτα αποδεκτά πάχθ των προϊόντων ςτον πίνακα είναι για κανονικοφσ ρυκμοφσ επιμικυνςθσ ε 10-4 s -1 ςτο ςθμείο του εντονότερου φαινομζνου εγκοπισ, κακϊσ πρόκειται να εφαρμοςτοφν για οδογζφυρεσ και ςιδθροδρομικζσ γζφυρεσ. Αυτι θ τιμι καλφπτει τισ δυναμικζσ επιδράςεισ που μπορεί να εμφανιςτοφν ςε κανονικζσ βραχυπρόκεςμεσ και μακροπρόκεςμεσ ςυνκικεσ ςχεδιαςμοφ. Με αυξθμζνο βακμό ψυχρισ παραμόρφωςθσ και τισ ίδιεσ ςυνκικεσ κατά τ' άλλα, ο κίνδυνοσ τθσ ψακυρισ ρωγμάτωςθσ αυξάνεται. Ζνασ γαλβανιςμόσ ζπειτα από ψυχρό ςχθματιςμό μπορεί να προκαλζςει μια περαιτζρω αφξθςθ ςτον κίνδυνο τθσ ψακυρισ κραφςθσ, κάτι που επίςθσ πρζπει να λθφκεί υπ'όψθ. Ο κακοριςμόσ των μζγιςτων επιτρεπτϊν πάχων προϊόντοσ ςφμφωνα με τον πίνακα, βαςίςτθκαν ςε υλικά χωρίσ ψυχρό ςχθματιςμό (με e cf = 0 %). Το πάχοσ του προϊόντοσ ζχει μια ςθμαντικι επίδραςθ ςτθν επιλογι των υλικϊν. Η τάςθ προσ τθν ψακυρι ρωγμάτωςθ αυξάνεται με αυξανόμενο πάχοσ υπό κατά τ'άλλα πανομοιότυπεσ ςυνκικεσ. Για μεγάλα πάχθ προϊόντων (t > 50 mm), θ αντοχι ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ παρουςιάηει μια ανομοιογζνεια τζτοια ϊςτε θ αντοχι ςτο μζςο του προϊόντοσ είναι λιγότερθ από τθν περιοχι κοντά ςτο άκρο. Τα αποδεκτά πάχθ προϊόντων ςφμφωνα με τον πίνακα λαμβάνουν αυτό το φαινόμενο υπ'όψθ. 5

7 Μζγιςτα αποδεκτά πάχθ προϊόντοσ Μζγιςτο αποδεκτό πάχοσ υλικοφ t z [ mm ] 6

8 Ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν, Ψακυρι κραφςθ (4) Κακορίηοντασ τα μζγιςτα επιτρεπόμενα πάχθ προϊόντων Το μζγιςτο πάχοσ προϊόντοσ t z κακορίηεται ωσ μια λειτουργία τθσ κερμοκραςίασ αναφοράσ T Ed, τθσ τάςθσ που εφαρμόηεται ς Ed, κακϊσ και του βακμοφ του χάλυβα και τθσ ομάδασ ποιότθτάσ του. Προχωριςτε ανάλογα αν, π.χ. από ζνα ςτατικό υπολογιςτμό, είναι γνωςτά το απαιτοφμενο πάχοσ προϊόντοσ, θ εφαρμοςμζνθ τάςθ ς Ed, θ κερμοκραςία αναφοράσ T Ed και ο απαιτοφμενοσ βακμόσ χάλυβα. Τότε μπορεί να κακοριςτεί θ ομάδα τθσ ελάχιςτα απαιτοφμενθσ ποιότθτασ του επιλεγμζνου βακμοφ χάλυβα. Ο πίνακασ προδιαγράφει τα μζγιςτα αποδεκτά πάχθ προϊόντων ωσ μια λειτουργία των τριϊν επιπζδων τάςεων ς Ed τα οποία κακορίηονται ωσ μζρθ των ονομαςτικϊν τάςεων του ορίου διαρροισ f y (t): ς Ed = 0.75 f y (t), ς Ed = 0.50 f y (t) και ς Ed = 0.25 f y (t). Εδϊ, το πάχοσ του προϊόντοσ που εξαρτάται από τθ χαρακτθριςτικι τιμι του ςθμείου διαρροισ f y (t), όπωσ θ ReH-Wert τιμι για το αντίςτοιχο πάχοσ προϊόντοσ t, μπορεί να λθφκεί από τισ τεχνικζσ ςυνκικεσ παράδοςθσ (πρότυπα προϊόντοσ). Για ςυςτατικά που υποβάλλονται μόνο ςε κλιπτικζσ τάςεισ, κα πρζπει να εφαρμοςτεί το επίπεδο τάςεων c). Για φορτία που είναι μεταξφ των προδιαγεγραμμζνων επιπζδων τάςεων, το πάχοσ του προϊόντοσ μπορεί να υπολογιςτεί χρθςιμοποιϊντασ γραμμικι παρεμβολι. Παρεκτροπζσ εκτόσ των προδιαγραμμζνων ορίων δεν επιτρζπονται. Τα μζγιςτα αποδεκτά πάχθ προϊόντοσ που είναι προδιαγραμμζνα ςτον πίνακα μποροφν να περιοριςτοφν από τα πρότυπα εφαρμογισ και τισ τεχνικζσ ςυνκικεσ παράδοςθσ (πρότυπα προϊόντοσ). Μζγιςτα αποδεκτά πάχθ προϊόντοσ Η ποιότθτα του χάλυβα κακορίηεται ςφμφωνα με το ςτάδιο ταξινόμθςθσ και το πάχοσ του υλικοφ ςφμφωνα με τον πίνακα. 7

9 Μζγιςτο αποδεκτό πάχοσ υλικοφ t z [ mm ] 8

10 Ερωτιςεισ Ση είλαη αλάκεζα ζε άιια πξάγκαηα θαζνξηζηηθό γηα ηνλ θίλδπλν ςαζπξήο ζξαύζεο; ΕΡΩΣΗΗ 1 A B C D E Θλιπηική ηάζη Υτηλή θεπμοκπαζία λειηοςπγίαρ Πολςαξονικέρ ηάζειρ Χαμηλή θεπμοκπαζία λειηοςπγίαρ Βαθμόρ σάλςβα Πνηα θξηηήξηα παίδνπλ θαζνξηζηηθό ξόιν ζηελ επηινγή ησλ βαζκώλ ράιπβα ζύκθσλα κε ηνλ θώδηθα πξάμεο DASt 009; ΕΡΩΣΗΗ 2 A B C D E Πάσορ ςλικού Θεπμοκπαζία πποθέπμανζηρ Θεπμοκπαζία αναθοπάρ Δίδορ ηηρ πποζηαζίαρ από διάβπυζη Δπίδπαζη ηηρ ζςνθήκηρ ηυν ηάζευν Πνηα κέηξα κπνξνύλ λα αληηζηαζκίζνπλ ηνλ θίλδπλν ηεο ςαζπξήο ζξαύζεο; ΕΡΩΣΗΗ 3 A B C D E Με μείυζη ηυν αποδεκηών ηάζευν ενόρ ζςζηαηικού Με μείυζη ηυν αποδεκηών ηάζευν ζε μια ζςγκολληηή ζύνδεζη Με καηάλληλη επιλογή ηος βαθμού ηος σάλςβα Με καηάλληλη επιλογή ηηρ πποζηαζίαρ από διάβπυζη Με καηάλληλη επιλογή ηηρ καηάλληληρ θεπμοκπαζίαρ πποθέπμανζηρ 9

11 Συμπεριφορά καταςκευϊν ςυγκολλιςεων κάτω από διαφορετικζσ ςυνκικεσ φόρτιςθσ II Αποτυχία των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ, Λαμελοειδισ ςχάςθ (1) Λαμελοειδισ ςχάςθ Αν εξθλαςμζνα προϊόντα καταπονθκοφν ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ, θ παραμορφωςιμότθτα είναι ςυχνά μικρότερθ από ότι ςτθ διαμικθ και τθν εγκάρςια κατεφκυνςθ. Ο λόγοσ για αυτό είναι θ διάταξθ μθ μεταλλικϊν εγκλειςμάτων ςε ςτρϊματα παράλλθλα ςτθν επιφάνεια κατά τθν ζλαςθ. Αυτά τα εγκλείςματα δεν ζχουν τθν ίδια παραμορφωςιμότθτα όπωσ θ μεταλλικι μιτρα. Ζτςι εμφανίηεται ο κίνδυνοσ των κραφςεων παράλλθλα ςτθν επιφάνεια των ελαςμζνων προϊόντων. Λόγω τθσ βακμιδωτισ ι λαμελοειδοφσ εμφάνιςθσ, αυτζσ οι κραφςεισ ςυχνά ονομάηονται λαμελοειδισ ςχάςθ (Γερμανικά: βακμιδωτι κραφςθ). Η τάςθ των υλικϊν για λαμελοειδι ςχάςθ κα πρζπει να λθφκεί υπ'όψθ ιδιαίτερα για ςυγκολλθτζσ δομζσ ςτισ οποίεσ θ διάταξθ των ςυςτατικϊν οδθγεί ςε τάςεισ ςυρρίκνωςθσ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ του υλικοφ (π.χ. διπλζσ ςυνδζςεισ-t, ςυνδζςεισ-t και κεκλιμζνεσ ςυνδζςεισ). 10

12 Αποτυχία των ςυγκολλθτϊν ςυςτατικϊν ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ, Λαμελοειδισ ςχάςθ (2) Ο κϊδικασ πράξθσ DASt 014 Συςτάςεισ για τθν αποφυγι τθσ λαμελοειδοφσ ςχάςθσ τθσ Γερμανικισ επιτροπισ δομικοφ χάλυβα εξθγεί τα αίτια τθσ λαμελοειδοφσ ςχάςθσ και περιγράφει το ςχζδιο και το υλικό που ςχετίηονται με τα μζτρα προσ αποφυγι τθσ. Παράγοντεσ που πρζπει να μελετθκοφν για τθ μείωςθ τθσ λαμελοειδοφσ ςχάςθσ Τα μζτρα για τθν αποφυγι τθσ λαμελοειδοφσ ςχάςθσ μπορεί να διαφοροποιοφνται ςε μζτρα ςε ςχζςθ με το υλικό, με το ςχζδιο ι με τθν παραγωγι αντίςτοιχα. Τα μζτρα ςε ςχζςθ με το υλικό ςτοχεφουν ςε μια βελτίωςθ τθσ παραμορφωςιμότθτασ κατά τθν καταπόνθςθ ςε εγκάρςια κατεφκυνςθ. Ιδιαίτερα χάλυβεσ με μια μικρι εγκάρςια μείωςθ ςτθν περιοχι (STRA) τίκενται ςε κίνδυνο από τθ λαμελοειδι ςχάςθ. Η μικρι εγκάρςια μείωςθ ςτθν περιοχι ςυνδζεται απευκείασ με τθν περιεκτικότθτα κείου των χαλφβων. Ωσ γενικόσ κανόνασ, οι χάλυβεσ με STRA πάνω από 20 % είναι ιδιαίτερα ανκεκτικοί ςτο ςχίςιμο ενϊ χάλυβεσ με λιγότερο από 10 με 15 % STRA κα πρζπει να χρθςιμοποιοφνται μόνο ςε ελαφρϊσ περιοριςμζνεσ ςυνδζςεισ. Τα μζτρα ςε ςχζςθ με το ςχζδιο και τθν παραγωγι αντίςτοιχα ςτοχεφουν ςε μια ελαχιςτοποίθςθ των πλαςτικϊν παραμορφϊςεων κάκετα ςτθν επιφάνεια και προκαλοφνται από παραμζνουςεσ τάςεισ ςυγκόλλθςθσ. Τα ακόλουκα ςχιματα παρουςιάηουν μζτρα για μια μείωςθ τθσ τάςθσ για ψακυρι κραφςθ. Τα μζτρα ενδείκνυνται από τθν κατεφκυνςθ του βζλουσ. Μζτρα για μια μείωςθ τθσ τάςθσ για ψακυρι κραφςθ 11

13 Κατθγορίεσ ποιότθτασ και ελάχιςτεσ τιμζσ για τθ μείωςθ τθσ περιοχισ DIN EN

14 -2.03 Αποτυχία ςτακερότθτασ 3.05 Στθν περίπτωςθ των ςυςτατικϊν που καταπονοφνται από κλίψθ ι διάτμθςθ, ςυχνά δεν είναι επαρκισ ο κακοριςμόσ των αντιςτάςεων μζςω τθσ αντοχισ των υλικϊν, δθλ. παράμετροι ςυςτιματοσ όπωσ είναι το μικοσ ενόσ μζλουσ, θ λεπτότθτα ενόσ μζλουσ, το μικοσ ενόσ πεδίου λυγιςμοφ, και το πλάτοσ ενόσ πεδίου λυγιςμοφ επίςθσ παίηουν ςθμαντικό ρόλο. Λυγιςμόσ Τυπικό είδοσ αςτοχίασ τθσ ςτακερότθτασ των υποςτθλωμάτων Στρεπτικόσ-Καμπτικόσ λυγιςμόσ Τοπικόσ λυγιςμόσ Τυπικό είδοσ αςτοχίασ τθσ ςτακερότθτασ υψίκορμων δοκϊν 13

15 Τυπικό είδοσ αςτοχίασ τθσ ςτακερότθτασ ςυμπαγοφσ δοκαριοφ 14

16 Αν υπάρχει ο κίνδυνοσ τθσ αςτοχίασ ςτακερότθτασ, π.χ. ςτθν περίπτωςθ ενόσ υποςτθλϊματοσ με μια ςυγκολλθτι ςφνδεςθ ςτο ςτο μζςο του ανοίγματοσ, δεν είναι επαρκισ ο κακοριςμόσ μόνο των κλιπτικϊν τάςεων. Ωςτόςο, κα πρζπει επίςθσ να λάβουμε υπ'όψθ τθ ροπι κάμψθσ που προκφπτει από τθ γεωμετρικι ατζλεια του μζλουσ. 15

17 -2.04 Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό υψθλι κερμοκραςία Ιδιότθτεσ αντοχισ ανάλογα με τθν περιβαλλοντικι κερμοκραςία 3.05 Αν οι χάλυβεσ είναι υπό κερμοκραςιακι καταπόνθςθ, θ αντοχι των υλικϊν ςχετίηεται με τθν περιβαλλοντικι κερμοκραςία, δθλ. αν θ κερμοκραςία αυξθκεί, θ αντοχι των χαλφβων μειϊνεται. Αν ςυγκολλθτζσ δομζσ καταπονοφνται από υψθλζσ κερμοκραςίεσ, ςυχνά δεν είναι επαρκισ θ διεξαγωγι ανάλυςθσ ςχεδιαςμοφ με βάςθ τισ παραμζτρουσ των υλικϊν (όριο διαρροισ, αντοχι ςε εφελκυςμό) ςε εςωτερικι κερμοκραςία. Ιδιότθτεσ αντοχισ ανάλογα με τισ περιβαλλοντικζσ κερμοκραςίεσ Ιδιότθτεσ αντοχισ ανάλογα με τισ περιβαλλοντικζσ κερμοκραςίεσ 16

18 Εκτόσ από τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ που ζχουν ιδθ εγκαταςτακεί, χρειαηόμαςτε πρόςκετεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τθ δομικι ανάλυςθ των καταςκευϊν που καταπονοφνται από τθ κερμοκραςία: Το ςθμείο διαρροισ ςε εφελκυςμό ςε υψθλι κερμοκραςία R p0.2/t είναι θ οριακι τάςθ που ςχετίηεται με μια αρχικι τομι ςε εςωτερικι κερμοκραςία, θ οποία προκαλεί μια πλαςτικι παραμόρφωςθ των 0.2% του μικουσ μζτρθςθσ κατά τθ διάρκεια τθσ δοκιμισ εφελκυςμοφ ςε οριςμζνθ κερμοκραςία t. Στο DIN EN "FREE-STANDING CHIMNEYS", DIN EN και DIN EN NA "EUROCODE 3 - DESIGN OF STEEL STRUCTURES - PART 3-2: TOWERS, MASTS AND CHIMNEYS - CHIMNEYS" οι τιμζσ για τα κοινά υλικά δίδονται ςτον πίνακα ωσ χαρακτθριςτικζσ τιμζσ του ορίου διαρροισ f y,k. Τιμζσ του ορίου διαρροισ f y,k που ορίηονται ωσ χαρακτθριςτικζσ τιμζσ για χάλυβεσ με πάχθ προϊόντων t 40 mm Οι χαρακτθριςτικζσ τιμζσ για μια δομικι ανάλυςθ δοχείων πίεςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ μποροφν να λθφκοφν από τα AD-φφλλα εργαςίασ τθσ ςειράσ W (υλικά για δοχεία πίεςθσ). 17

19 Χαρακτθριςτικζσ τιμζσ για τθ διαςταςιολόγθςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ για δομικοφσ χάλυβεσ ςφμφωνα με το DIN EN και DIN EN (AD φφλλο εργαςίασ W1) Εκτόσ από το όριο διαρροισ και τθν αντοχι ςε εφελκυςμό, επίςθσ το μζτρο ελαςτικότθτασ και ο ςυντελεςτισ κερμικισ διαςτολισ a T των υλικϊν που ζχουν χρθςιμοποιθκεί αλλάηουν με τθν άνοδο τθσ κερμοκραςίασ. Για περιςςότερεσ πλθροφορίεσ παρακαλϊ δείτε επίςθσ τα DIN EN , DIN EN και DIN EN NA Χαρακτθριςτικζσ τιμζσ των ειδϊν χάλυβα ςφμφωνα με το DIN EN για τθ διαςταςιολόγθςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ 18

20 Χαρακτθριςτικζσ τιμζσ κραμάτων αλουμινίου για τθ διαςταςιολόγθςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ AD-φφλλο εργαςίασ W 6/1 Οι προδιαγραμμζνεσ τιμζσ ωσ χαρακτθριςτικζσ τιμζσ για το μζτρο ελαςτικότθτασ (μζτρο Young) (απόςπαςμα από το DIN EN , DIN EN και DIN EN NA) Οι προδιαγραμμζνεσ τιμζσ ωσ χαρακτθριςτικζσ τιμζσ για το ςυντελεςτι κερμικισ διαςτολισ a T (απόςπαςμα από DIN EN , DIN EN και DIN EN NA) 19

21 Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό υψθλζσ κερμοκραςίεσ, Ερπυςμόσ υλικϊν Ερπυςμόσ υλικϊν Ο όροσ ερπυςμόσ ςθμαίνει τθν προοδευτικι πλαςτικι παραμόρφωςθ ενόσ υλικοφ υπό ςτακερό φορτίο. Αν ζνασ χάλυβασ καταπονείται αρκετά πάνω από μια οριςμζνθ κερμοκραςία, προκφπτει ζνασ ερπυςμόσ χωρίσ τθν τάςθ να αυξάνεται, δθλ. ο χάλυβασ "ζρπει" εωσ ότου προκφψει κραφςθ. Η διαδικαςία του ερπυςμοφ μπορεί να απεικονιςτεί με καμπφλεσ ερπυςμοφ ι καμπφλεσ ιδιοτιτων ερπυςμοφ. Καμπφλθ ερπυςμοφ Καμπφλθ ιδιοτιτων ερπυςμοφ Τομι A: Εμφάνιςθ ελαςτικισ και πλαςτικισ παραμόρφωςθσ αμζςωσ κατά τθ διάρκεια φόρτιςθσ (αυτό ωςτόςο δεν είναι τμιμα τθσ ζννοιασ ερπυςμόσ ); Τομι B: το υλικό ζρπει, ο ρυκμόσ ερπυςμοφ μειϊνεται Τομι C: ο ρυκμόσ ερπυςμοφ είναι ςτακερόσ (> 0) θ διατομι του υλικοφ μειϊνεται με προοδευτικό ερπυςμό 20

22 Τομι D: ο ρυκμόσ ερπυςμοφ αυξάνεται ξανά εξαιτίασ τθσ μειωμζνθσ διατομισ του υλικοφ (ςτο ςθμείο 4 κραφςθ του δοκιμίου). Επιπρόςκετα ςτθν επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ, θ διάρκεια τθσ καταπόνθςθσ είναι ςθμαντικι για δομζσ υπό κερμοκραςιακζσ τάςεισ. Συνεπϊσ, θ ςυμπεριφορά των υλικϊν κακορίηεται από δφο περαιτζρω χαρακτθριςτικζσ τιμζσ. Όριο παραμόρφωςθσ ερπυςμοφ ςε μια δοκιμι εφελκυςμοφ R p x,y/h/t Το όριο παραμόρφωςθσ ερπυςμοφ ςε μια δοκιμι εφελκυςμοφ είναι θ οριακι τάςθ που ςχετίηεται με τθν αρχικι διατομι, θ οποία προκαλεί μια παραμόρφωςθ e ςε μια οριςμζνθ κερμοκραςία t και ζπειτα από οριςμζνο χρόνο h κατά τθ διάρκεια τθσ δοκιμισ εφελκυςμοφ. Μακροπρόκεςμθ αντοχι κραφςθσ R m/h/t Η μακροπρόκεςμθ αντοχι κραφςθσ είναι θ οριακι τάςθ που ςχετίηεται με τθν αρχικι διατομι, θ οποία προκαλεί κραφςθ ςε μια οριςμζνθ κερμοκραςία t και ζπειτα από οριςμζνο χρόνο h κατά τθ διάρκεια τθσ δοκιμισ εφελκυςμοφ. Οι χαρακτθριςτικζσ τιμζσ που αναφζρονται παραπάνω μποροφν να λθφκοφν από τα αντίςτοιχα πρότυπα υλικϊν. 21

23 Όριο ερπυςμοφ για 1 % (πλαςτικισ) επιμικυνςθσ και αντοχισ ερπυςμοφ 22

24 Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό χαμθλζσ κερμοκραςίεσ (1) Στον τομζα τθσ καταςκευισ ςυςκευϊν, των δοχείων και αγωγϊν χρειαηόμαςτε είδθ χαλφβων για τθ μεταφορά, τθν αποκικευςθ και τθν κατεργαςία ψυχρϊν και πολφ ψυχρϊν μζςων, που παρουςιάηουν μια επαρκι αντίςταςθ κατά τθ διάρκεια χαμθλισ κερμοκραςιακισ καταπόνθςθσ. Η αξιολόγθςθ των υλικϊν και των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων προσ χριςθ ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ απαιτεί γνϊςθ των αλλαγϊν ιδιοτιτων με μειωμζνθ κερμοκραςία, όπωσ θ αντοχι ςε εφελκυςμό, ςθμείο διαρροισ και αφξθςθ ςκλθρότθτασ με μειωμζνθ κερμοκραςία ενϊ θ επιμικυνςθ, θ μείωςθ τθσ περιοχισ και θ αντοχι κροφςθσ μπορεί να μειϊνονται. Διαβάκμιςθ τθσ αντοχισ εφελκυςμοφ, τθσ επιμικυνςθσ ςε κραφςθ και τθσ αντοχισ εγκοπϊν για ζνα φερριτικό ελαφρά κραματωμζνο χάλυβα ςε ςχζςθ με τθν περιβαλλοντικι κερμοκραςία. Η πικανι απϊλεια πλαςτικότθτασ ςτουσ χάλυβεσ που χρθςιμοποιοφνται ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ αποτελεί το επίκεντρο τθσ ανάλυςθσ, διότι θ αςφάλεια ενόσ ςυςτατικοφ μπορεί να αμφιςβθτθκεί αν υπάρχει μια ςθμαντικι παρεμπόδιςθ ςτθν πλαςτικι παραμόρφωςθ, λόγω ανεπαρκοφσ αντοχισ ςε κερμοκραςία λειτουργίασ, τζτοια που οι μζγιςτεσ τάςεισ δεν μποροφν να μειωκοφν. 23

25 Η μετάβαςθ που παρατθρείται για τουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ από μια πλαςτικι ςε μια ψακυρι κατάςταςθ δεν είναι μόνο λειτουργία τθσ κερμοκραςίασ, αλλά εξαρτάται επίςθσ ςε ζνα ςθμαντικό βακμό από το είδοσ τθσ τάςθσ, δθλ. τθν πολυαξονικότθτα τθσ κατάςταςθσ τθσ καταπόνθςθσ, παρεμποδίηοντασ τθν παραμόρφωςθ και το ρυκμό τθσ παραμόρφωςθσ. Η πλιρθσ ψακυρι κραφςθ των ομαλϊν, οιονεί-ςτατικά φορτιςμζνων δειγμάτων πραγματοποιείται μόνο ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Σε αντίκεςθ, οι κραφςεισ χωρίσ παραμόρφωςθ του ίδιου του χάλυβα μπορεί να προκφψουν με τθν παρουςία μιασ παρεμπόδιςθσ τθσ παραμόρφωςθσ εξαιτίασ κατάςταςθσ πολυαξονικϊν τάςεων και ςε ζνα υψθλό ρυκμό παραμόρφωςθσ, π.χ. αν υποβλθκοφν ςε μια ξαφνικι κροφςθ, ακόμθ και ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ. Η μετάβαςθ από όλκιμθ ςε ψακυρι ςυμπεριφορά με μειωμζνθ κερμοκραςία, ωςτόςο, παρατθρείται μόνο ςε υλικά με μια χωροκεντρωμζνθ κυβικι κρυςταλλικι δομι. Η κερμοκραςιακι κατάςταςθ αυτισ τθσ μετάβαςθσ, θ "μεταβατικι κερμοκραςία", ςυνεπϊσ περιγράφει τθ ςυμπεριφορά των φερριτικϊν χαλφβων. Είναι ςθμαντικό για τον κακοριςμό τθσ χαμθλότερθσ κερμοκραςίασ εφαρμογισ του χάλυβα, αλλά κα πρζπει να ςθμειωκεί ότι αυτι θ μεταβατικι κερμοκραςία εξαρτάται από τθ ςυγκεκριμζνθ πειραματικι ςυνκικθ και -ανάλογα με το πείραμα- μπορεί να είναι ςε μια υψθλότερθ ι χαμθλότερθ κερμοκραςία. 24

26 Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων υπό χαμθλζσ κερμοκραςίεσ (2) Ενϊ οι μθ κραματωμζνοι και οι κραματωμζνοι χάλυβεσ με χωροκεντρωμζνθ κυβικι κρυςταλλικι δομι ςυνικωσ, μόλισ ξεπεραςτεί ζνα οριςμζνο όριο κερμοκραςίασ, παρουςιάηουν μια απότομθ μετάβαςθ από τθν όλκιμθ ςτθν ψακυρι κραφςθ, ςε ςθμείο ςτο οποίο δεν ζχουν ουςιαςτικά πλζον πλαςτικότθτα, οι ωςτενιτικοί χάλυβεσ με κυβικά επιφανειοκεντρωμζνα κρυςταλλικά ςυςτιματα, διατθροφν τθν καλι παραμορφωτικι ςυμπεριφορά τουσ ςτισ χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ. Αυτι θ ιδιαίτερα ευνοϊκι ςυμπεριφορά των ωςτενιτικϊν χαλφβων τουσ κακιςτά απαραίτθτουσ ςτισ καταςκευζσ των τεχνολογιϊν χαμθλισ κερμοκραςίασ. Αυτι θ ςυνκικθ τθσ μικροδομισ, θ οποία είναι ιδιαίτερα μεταβαλλόμενθ μζςω κερμικισ κατεργαςίασ, ζχει ιδιαίτερθ ςθμαςία για τθ ςυμπεριφορά τθσ αντοχισ ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Για μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ, επαρκείσ όλκιμεσ ιδιότθτεσ μποροφν να αποκτθκοφν ςτουσ -80 C με τθ χριςθ τθσ κατάλλθλθσ κερμικισ κατεργαςίασ.το διάγραμμα ςτα δεξιά παρουςιάηει καλι ολκιμότθτα που παρατθρείται ςε κραματωμζνουσ-ni φερριτικοφσ χάλυβεσ ςε -196 C και κάτω. Μια κερμοκραςία εφαρμογισ που είναι χαμθλότερθ από βακμοφσ μπορεί να επιτευχκεί για φερριτικοφσ χάλυβεσ ζχοντασ μια οπτικι μικροδομι. Ωςτόςο, ο πιο αποδοτικόσ τρόποσ για τθν απόκτθςθ καλϊν ιδιοτιτων ολκιμότθτασ χαμθλισ κερμοκραςίασ ςε φερριτικοφσ χάλυβεσ είναι θ προςκικθ νικελίου, και ενϊ θ μεταβατικι κερμοκραςία δεν αλλάηει ακόμθ και ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ όςο αυξάνεται θ περιεκτικότθτα νικελίου, αυτό το φαινόμενο παφει να υπάρχει ςε χάλυβεσ με περίπου 9% νικζλιο, πάνω από το οποίο δεν υπάρχει πλεον διακριτι απότομθ πτϊςθ. Επίδραςθ τθσ κερμικισ κατεργαςίασ ςτθ δυςκραυςτότθτα τθσ εγκοπισ ενόσ χάλυβα 3.5% Ni 25

27 Επίδραςθ τθσ περιεκτικότθτασ-ni ςτθ δυςκραυςτότθτα τθσ εγκοπισ ανάλογα με τθ κερμοκραςία 26

28 -2.08 Συμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων κατά τθν κροφςθ 3.05 Από τθν οπτικι γωνία τθσ επιςτιμθσ του υλικοφ, θ διαρροι ενόσ υλικοφ μπορεί να περιγραφεί ωσ μια ολίςκθςθ γραμμοαταξιϊν. Οι ολιςκιςεισ γραμμοαταξιϊν είναι διεργαςίεσ εξαρτϊμενεσ από το χρόνο. Κατά τθν κροφςθ, υψθλοί ρυκμοί παραμόρφωςθσ προκφπτουν ςτα ςυςτατικά, κάτι που μπορεί να εμποδίςει τισ διεργαςίεσ διαρροισ. Λόγω τθσ αφξθςθσ ςτο ρυκμό τθσ φόρτιςθσ, θ αντοχι διαρροισ και θ ςυνεκτικι αντοχι του υλικοφ αυξάνονται. Η αφξθςθ ςτθ ςυνεκτικι αντοχι είναι ωςτόςο χαμθλότερθ από αυτι τθσ αντοχισ ςε διαρροι, ζτςι ϊςτε ςτθν ζςχατθ περίπτωςθ, θ ςυνεκτικι αντοχι να μπορεί να είναι κάτω από τθν αντοχι τθσ διαρροισ. Σε αυτι τθν περίπτωςθ, εμφανίηεται ψακυρι κραφςθ του ςυςτατικοφ. 27

29 Επίδραςθ του ρυκμοφ παραμόρφωςθσ ςτισ ιδιότθτεσ αντοχισ ενόσ ανκρακοχάλυβα 28

30 Ερωτιςεισ Πνηεο ηδηόηεηεο πιηθώλ επεξεάδνληαη ηδηαίηεξα από πςειέο πεξηβαιινληηθέο ζεξκνθξαζίεο; ΕΡΩΣΗΗ 1 A B C D E Ανηοσή διαπποήρ Ανηοσή ζε κόπυζη Μέηπο ηος Young (μέηπο ελαζηικόηηηαρ) Σςνηελεζηήρ θεπμικήρ διαζηολήρ Χημική ζύζηαζη Πεξαηηέξσ ηδηόηεηεο αληνρήο είλαη απαξαίηεηεο γηα ηε δηαζθάιηζε ηεο δνκηθήο αζθάιεηαο ησλ θαηαζθεπώλ ππό πςειέο ζεξκνθξαζίεο. Πνηεο από ηηο παξαθάησ ραξαθηεξηζηηθέο ηηκέο είλαη απηέο; ΕΡΩΣΗΗ 2 A Όπιο επιμήκςνζηρ ζε ςτηλή πεπιβαλλονηική θεπμοκπαζία B Ανηοσή ζε κόπυζη C Όπιο παπαμόπθυζηρ ζε εππςζμό D Μακποσπόνια ανηοσή ζε θπαύζη E Ανηοσή ζε ζςνηήπηζη Καηά ηε δηάξθεηα θαηαπόλεζεο ησλ κεηαιιηθώλ θαηαζθεπώλ ππό πςειέο ζεξκνθξαζίεο, πξνθύπηεη ην θαηλόκελν ηνπ εξππζκνύ. Πνηνη επηδξόληεο παξάγνληεο παίδνπλ έλα ξόιν γηα ηελ εκθάληζε ηνπ εξππζκνύ; ΕΡΩΣΗΗ 3 A Δπίπεδο ηηρ πεπιβαλλονηικήρ θεπμοκπαζίαρ B Δίδορ ηηρ πποζηαζίαρ από διάβπυζη C Γιάπκεια ηηρ καηαπόνηζηρ D Βάθορ ηπασύηηηαρ ηηρ επιθάνειαρ ηος ςλικού E Ποζό ηηρ δπώζαρ καηαπόνηζηρ και ηηρ θόπηιζηρ ανηίζηοισα 29