Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3 Ιωάννη Ραυτογιάννη Γιώργου Ιωαννίδη 1. Εισαγωγή Οι ανοξείδωτοι χάλυβες ως υλικό κατασκευής φερόντων στοιχείων στα δομικά έργα παρουσιάζει διαφορές ως προ στους συνήθεις χάλυβες. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, οι αντοχές, η δυσκαμψία και κανόνες εφαρμογής για τέτοια δομικά μέλη περιέχονται στο Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3 που πρόκειται σύντομα να τεθεί και επίσημα σε εφαρμογή. Στο σημείωμα αυτό παρουσιάζονται τα κύρια σημεία αυτού του Μέρους. Ο πίνακας περιεχομένων του έχει ως εξής: Πρόλογος 1 Γενικά 1.1 Σκοπός 1.2 Κανονιστικές διατάξεις 1.3 Παραδοχές 1.4 Διάκριση μεταξύ αρχών και κανόνων εφαρμογής 1.5 Ορισμοί 1.6 Σύμβολα 2 Υλικά 2.1 Ανοξείδωτοι δομικοί χάλυβες 2.2 Κοχλίες 2.3 Υλικά συγκολλήσεων 3 Ανθεκτικότητα 4 Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας 4.1 Γενικά 4.2 Προσδιορισμός παραμορφώσεων 5 Οριακές καταστάσεις αστοχίας 5.1 Γενικά 5.2 Κατάταξη των διατομών 5.3 Αντοχή διατομών 5.4 Αντοχή μελών σε λυγισμό 5.5 Ομοιόμορφα μέλη υπό κάμψη και αξονική θλίψη 5.6 Αντοχή σε διάτμηση 5.7 Εγκάρσιες ενισχύσεις κορμού 6 Σχεδιασμός συνδέσεων 6.1 Γενικά 6.2 Κοχλιωτές συνδέσεις 6.3 Σχεδιασμός συγκολλήσεων 7 Σχεδιασμός υποβοηθούμενος με δοκιμές 8 Κόπωση 9 Πυραντίσταση 2. Πεδίο εφαρμογής. Τα κύρια χαρακτηριστικά Το Μέρος 1.4 περιέχει διατάξεις που εφαρμόζονται μόνο για το σχεδιασμό ωσθενιτικών, φερριτικών και ωσθενιτικών-φεριττικών χαλύβων. Οι διατάξεις ισχύουν για υλικά με ονομαστική τιμή της τάσεως διαρροής το πολύ ίση προς 480 MPa. Λόγω της μη γραμμικής σχέσης τάσεων παραμόρφωσης ως τάση διαρροής θεωρείται η καταλείπουσα παραμένουσα παραμόρφωση 0,2%. Οι χρησιμοποιούμενες ποιότητες και τα χαρακτηριστικά αντοχής τους (τάση διαρροής, τάση θράυσεως) φαίνονται στον Πίνακα 1. Κατά τη γενική ανάλυση για το μέτρο ελαστικότητας Ε μπορεί να λαμβάνονται οι ακόλουθες τιμές: E = 200 000 N/mm 2 για τους ωσθενιτικούς και τους ωσθενιτικούςφερριτικούς χάλυβες στον Πίνακα 2.1 εκτός των ποιοτήτων 1.4539, 1.4529 και 1.4547 E = 195 000 N/mm 2 για τους ωσθενιτικούς χάλυβες ποιότητος 1.4539, 1.4529 και 1.4547 E = 220 000 N/mm 2 για τους φερριτικούς χάλυβες του Πίνακα 1 3. Τα μέσα συνδέσεως Η αντοχή των κοχλιών που χρησιμοποιούνται έναντι διάβρωσης πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση της αντοχής του κύριου υλικού. Τα χαρακτηριστικά των κοχλιών και των περικοχλιών περιγράφονται στα ΕΝ ISO 3506-1,2,3, των δε δακτυλίων (ροδελλών) στα ΕΝ ISO 7089 και ΕΝ ISO 7090. Τα χαρακτηριστικά αντοχής των κοχλιών φαίνονται στον Πίνακα 2. Για τα ηλεκτρόδια συγκολλήσεως, προσθέτως προς τις απαιτήσεις του ΕΝ 1993_1_8 (Ευρωκώδικας 3 Συνδέσεις), απαιτείται να παράγουν ραφές με επαρκή αντοχή σε διάβρωση για τις συνθήκες λειτουργίας του έργου, υπό την προϋπόθεση ότι χρησιμοποιείται η ορθή διαδικασία συγκόλλησης. Τα ηλεκτρόδια θεωρούνται επαρκή εάν η αντοχή σε διάβρωση του αποτιθέμενου υλικού δεν είναι μικρότερη από αυτή του βασικού υλικού. Συνιστάται η συμβουλή ειδικού προκειμένης της συγκόλλησης ανοξείδωτων χαλύβων. 4. Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας Η επιρροή της μη γραμμικής σχέσης τάσεων - παραμορφώσεων των ανοξείδωτων χαλύβων πρέπει να λαμβάνεται υπ όψη στον υπολογισμό των παραμορφώσεων. Οι παραμορφώσεις υπολογίζονται χρησιμοποιώντας το τέμνον μέτρο ελαστικότητας E s,ser το οποίο καθορίζεται λαμβάνοντας υπόψη τις τάσεις στο εν λόγω μέλος για το συνδυασμό δράσεων της αντίστοιχης κατάστασης λει- 1 BUILDNET
τουργικότητας και τον προσανατολισμό της διεύθυνσης έλασης. Εάν ο προσανατολισμός της διεύθυνσης έλασης δεν είναι γνωστός, ή δεν μπορεί να επιβεβαιωθεί, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η τιμή του μέτρου ελαστικότητας κατά τη διαμήκη διεύθυνση. Η τιμή του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας E s,ser μπορεί να προκύψει από τη σχέση: όπου: E s,1 είναι το τέμνον μέτρο ελαστικότητας που αντιστοιχεί στην τάση σ 1 που αναπτύσσεται στο εφελκυόμενο έλασμα, E s,2 είναι το τέμνον μέτρο ελαστικότητας που αντιστοιχεί στην Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3 BUILDNET 2
τάση σ 2 που αναπτύσσεται στο θλιβόμενο έλασμα. Οι τιμές των E s,1 και E s,2 για την κατάλληλη τάση σχεδιασμού λειτουργικότητας σ i,ed,ser και διεύθυνση έλασης υπολογίζονται από τη σχέση: όπου: i =1 ή 2. Η τιμή του συντελεστή n λαμβάνεται από τον Πίνακα 3. Για λόγους απλοποίησης, μπορεί να αγνοηθεί η διακύμανση του E s,ser κατά μήκος του μέλους και να χρησιμοποιηθεί σε όλο το μήκος η ελάχιστη τιμή του E s,ser για το μέλος αυτό (που αντιστοιχεί στις μέγιστες τιμές των τάσεων σ 1,Ed,ser και σ 2,Ed,ser ). Πίνακας 3: Τιμές του συντελεστή 5. Οριακές καταστάσεις αστοχίας 5.1. Γενικά Εφαρμόζονται γενικά οι διατάξεις για τους συνήθεις χάλυβες (Μέρος 1.1.) εκτός εάν ρητά στο Μέρος 1.4 ορίζεται διαφορετικά. Για τους επί μέρους συντελεστές ασφαλείας του υλικού συνιστώνται οι τιμές γ Μο = γ Μ1 =1,10 και γ Μ2 =1,25. Δεν εφαρμόζεται γενικά πλαστική καθολική ανάλυση εκτός εάν ικανοποιούνται ειδικές προϋποθέσεις. Η κατάταξη των διατομών σε κατηγορίες (1,2,3, ή 4) γίνεται με τους ιδιαίτερους πίνακες 4,5,6. Για τις διατομές κατηγορίας 4 και γενικά τις λεπτές διατομές δίδονται ιδιαίτερες διατάξεις. 3 BUILDNET Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3
Πίνακας 4: Μέγιστες τιμές λόγων πλάτους προς πάχος για θλιβόμενα στοιχεία Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3 BUILDNET 4
Πίνακας 6: Μέγιστες τιμές λόγων πλάτους προς πάχος για θλιβόμενα στοιχεία 5 BUILDNET Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3
5.2. Αντοχή διατομής σε εφελκυσμό Η εφελκυστική αντοχή μιας διατομής θα πρέπει να λαμβάνεται ως η ελάχιστη μεταξύ της πλαστικής αντοχής σχεδιασμού σε εφελκυσμό της πλήρους διατομής N pl,rd και της οριακής αντοχής σχεδιασμού N u,rd της καθαρής διατομής σε θέσεις οπών κοχλιών. Η πλαστική αντοχή της πλήρους διατομής σε εφελκυσμό θα καθορίζεται από τη σχέση: N pl,rd = A f y / γ M0 Η οριακή αντοχή της καθαρής διατομής σε εφελκυσμό θα καθορίζεται από τη σχέση: N u,rd =k r A net f u / γ M2 με: k r =( 1 + 3 r ( d o / u - 0,3 ) ) και k r 1 r=[αριθμός κοχλιών στη διατομή] / [συνολικός αριθμός κοχλιών στη σύνδεση] u=2 e 2 αλλά u p 2 όπου: A net είναι το εμβαδόν της καθαρής διατομής σε θέσεις οπών κοχλιών, d o είναι η ονομαστική διάμετρος της οπής του κοχλία, e 2 είναι το μήκος του διαστήματος από το κέντρο της οπής του κοχλία έως το πλησιέστερο άκρο, σε διεύθυνση κάθετη προς τη διεύθυνση μεταφοράς του φορτίου, p 2 είναι το μήκος του διαστήματος μεταξύ των κέντρων δύο διαδοχικών οπών κοχλιών, σε διεύθυνση παράλληλη με τη διεύθυνση μεταφοράς του φορτίου. 5.3. Αντοχή μελών σε λυγισμό Σε μέλη σταθερής διατομής υπό αξονική θλίψη, η τιμή του χ για δεδομένη τιμή της ανηγμένης λυγηρότητας θα υπολογίζεται από τη σχετική καμπύλη λυγισμού από τη σχέση: με όπου για διατομές Κατηγορίας 1, 2 και 3 για διατομές Κατηγορίας 4 α είναι ο συντελεστής ατελειών N cr είναι το κρίσιμο ελαστικό φορτίο λυγισμού για τη σχετική μορφή λυγισμού που αντιστοιχεί στις ιδιότητες πλήρους διατομής. οριακή λυγηρότητα Οι τιμές των α και που αντιστοιχούν στην κατάλληλη καμπύλη λυγισμού θα πρέπει να λαμβάνονται από τον Πίνακα 5.3. Οι καμπύλες λυγισμού του Πίνακα 7 δεν εφαρμόζονται σε ανοπτημένες κοίλες διατομές. Για λυγηρότητες η επίδραση των φαινομένων λυγισμού μπορεί να θεωρείται αμελητέα και να εφαρμόζονται μόνο οι έλεγχοι σε επίπεδο διατομής. 5.4. Πλευρικός λυγισμός καμπτόμενων δοκών Για καμπτόμενα μέλη σταθερής διατομής, η τιμή του x LT για δεδομένη τιμή της ανηγμένης λυγηρότητας θα υπολογίζεται από τη σχέση: όπου α LT είναι ο συντελεστής ατελειών = 0,34 για διατομές ψυχρής έλασης και κοίλες διατομές (συγκολλητές και άνευ ραφής) = 0,76 για συγκολλητές ανοικτές διατομές και για διατομές για τις οποίες δεν είναι διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα Mcr είναι η κρίσιμη ελαστική για πλευρικό λυγισμό Για λυγηρότητες ή για η επίδραση του πλευρικού λυγισμού μπορεί να θεωρείται αμελητέα και να εφαρμόζονται μόνο οι έλεγχοι σε επίπεδο διατομής. Πίνακας 7: Τιμές των α και λ 0 για καμπτικό, στρεπτικό και στρεπτοκαμπτικό λυγισμό Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3 BUILDNET 6
5.5. Άλλες αντοχές μελών Στο κείμενο του EC3/1.4 δίδονται επίσης σχέσεις αλληλεπίδρασης για μέλη τα οποία συνδυασμένα υπόκεινται σε θλίψη και κάμψη, για την αντοχή σε τέμνουσα και οδηγίες για τις εγκάρσιες ενισχύσεις του κορμού δοκών. 6. Συνδέσεις Για τις κοχλιωτές συνδέσεις η φέρουσα αντοχή θα υπολογίζεται αντικαθιστώντας το fu με την μειωμένη τιμή fu,red που δίδεται από: fu,red= 0,5 fy + 0,6 fu αλλά fu Κοχλίες από ανοξείδωτο χάλυβα σε διάτμηση βάσει του EN ISO 3506 κατηγορίας 50, 70 και 80 πρέπει να αντιμετωπίζονται σαν κοχλίες ποιότητας 4.6, 5.6 and 8.8 αντιστοίχως. Η αντοχή ενός κοχλία σε διάτμηση, Fv,Rd θα καθορίζεται από την ακόλουθη σχέση: όπου A είναι το εμβαδόν της πλήρους διατομής του κοχλία (αν το επίπεδο διάτμησης δεν διέρχεται από το σπείρωμα), ή το εμβαδόν της εφελκυόμενης διατομής του κοχλία (αν το επίπεδο διάτμησης διέρχεται από το σπείρωμα), f ub είναι η οριακή εφελκυστική αντοχή του κοχλία, βλ. Πίνακα 2. Οι προτεινόμενες τιμές είναι: - εάν το επίπεδο διάτμησης διέρχεται από το στέλεχος του κοχλία εκτός σπειρώματος, α = 0,6 - εάν το επίπεδο διάτμησης διέρχεται από το στέλεχος του κοχλία εντός σπειρώματος, α = 0,5 Ως προς τις συγκολλήσεις, για τον προσδιορισμό της αντοχής σχεδιασμού εξωραφών, η τιμή του συντελεστή συσχέτισης β W θα λαμβάνεται ίση με 1,0 για όλες τις ονομαστικές τιμές αντοχής του ανοξείδωτου χάλυβα, εκτός εάν αιτιολογείται χρήση μικρότερης τιμής με διενέργεια δοκιμών. 7 BUILDNET Ανοξείδωτοι Χάλυβες - Μέρος 1.4 του Ευρωκώδικα 3