Szerkezeti elemek tervezése. Oszlopok SSEDTA Szerkezeti elemek tervezése. Oszlopok

Bevezetés Ez az előadás olyan nyomott elemekkel (pl. csuklós oszlop) foglalkozik, amelyekre csak normálerő működik, és nem hat nyomaték. Valóságos oszlopok esetén a normálerő külpontos, és keresztirányú erők is vannak. Megkülönböztetünk zömök oszlopokat és karcsú oszlopokat.

Zömök oszlopok A zömök oszlopok jellemzői: igen kis karcsúság, globális stabilitásvesztés nem jön létre. A zömök oszlopok nyomási ellenállását a keresztmetszet határozza meg, aszerint, hogy melyik keresztmetszeti osztályba tartozik.

Nem horpadó keresztmetszetek Az 1., 2. és 3. osztályba tarozó kereszt-metszetekben horpadás nem következik be. Az Nc.Rd nyomási tervezési ellenállás megegyezik az Npl.Rd képlékeny ellenállással: Nc.Rd = Afy /gM0 5.4.4.(1)(a)

Horpadó keresztmetszetek: 4. osztály A horpadás megakadályozza a megfolyást okozó teher elérését. A nyomási tervezési ellenállást a horpadási ellenállás korlátozza: Nc.Rd = No.Rd = Aefffy /gM1 5.4.4.(1)(b) Aeff a hatékony keresztmetszet területe 5.3.5.

Karcsú acéloszlopok A karcsú oszlopok a rugalmashoz közeli viselkedést mutatnak. Az Euler-féle kritikus feszültség:  = lcr / I, ahol I – az inerciasugár, lcr – a kihajlási hossz.

Az Euler-féle kihajlási görbe és a tönkremeneteli módok Képlékeny tönkremenetel s fy Kihajlási tönkremenetel Euler-féle kihajlási görbe l l1

Határkarcsúság: l1 l1 esetén scr = fy – 5.5.1.2.(1) ahol l1 = 93,9 – S275 acélminőségre, l1 = 76,4 – S355 acélminőségre.

Dimenzió nélküli kihajlási görbe Az Euler-görbe megrajzolható mint a scr/fy mennyiség l/l1 függvényében – egyetlen görbe bármely l és fy esetén. s/fy 1 1 l/l1

Valós acéloszlopok viselkedése A különféle imperfekciók miatt az Euler-féle kihajlási teher elérése előtt képlékeny kihajlás lép fel. Az imperfekciók: kezdeti görbeség, maradó feszültségek, a normál-igénybevétel külpontossága, az anyag keményedése. A közepes karcsúságú oszlopok igen érzékenyek a tökéletlenségekre.

Az imperfekciók hatása A szerkezet imperfekciói a közepes karcsúságok tartományában (l1 környezetében) a legjelentősebbek. A legtöbb valós oszlop ide tartozik. Kísérleti eredmények statisztikai elemzése alapján meghatározták a teherbírás alsó korlátjának görbéjét.

Kísérleti vizsgálatok Két tartomány: karcsú (az inflexiós ponton túl) és közepes karcsúságú s Közepes karcsúság Nagy karcsúság fy Inflexiós pont l1 l

Az imperfekciók hatása a karcsúság függvényében Nagy karcsúságú oszlopok: nem érzékenyek az imperfekciókra, tönkremeneteli teher  Euler-teher (Ncr) a teherbírás független a folyáshatártól. Közepesen karcsú oszlopok: jelentőségük van az imperfekcióknak, a tönkremeneteli teher kisebb az Euler-tehernél, a legfontosabb imperfekciók: a görbeség és a gyártási sajátfeszültségek.

A gyártási sajátfeszültségek eloszlása A gyártási sajátfeszültségek jellegzetes eloszlása – meleghengerlés: ~ , 3 f y nyomás ~ , 2 f y húzás ~ , 2 f y nyomás

Gyártási sajátfeszültségek A normálfeszültségekkel összegződve folyást okoznak. A hatékony terület csökken. + = o r = f N / A s s y R n < f y s n

Kezdeti görbeség: eo Hajlítónyomatékot okoz. N e o e s B N

Kezdeti görbeség: eo Ha smax > fy, a keresztmetszet részlegesen megfolyik P Képlékeny zónák P

A normálerő és az imperfekciók együttes hatása A maximális feszültség: hajlításból származó feszültségek: sB gyártási sajátfeszültségek: sR normálerőből származó feszültségek: N/A s s s N / A R B m a x + + =

Viszonyított karcsúság: 5.5.1.2. szakasz (1) bekezdés A = 1 az 1–3. osztály esetén A = Aeff/A a 4. osztály esetén

Az európai (ECCS) kihajlási görbék Kísérletek alapján kerültek meghatáro-zásra, több mint 1000 kísérlet, (I H T    ) szelvények, karcsúságok tartománya 55 és 160 között számítógépes vizsgálatokkal kiegészítve.

Az európai kihajlási görbék Az oszlop kihajlási szilárdságát úgy kapjuk, hogy az fy folyáshatárt egy  csökkentő tényezővel megszorozzuk. A  tényező a viszonyított karcsúság függvénye. A kihajlási görbéket úgy kapjuk meg, hogy -t a viszonyított karcsúság függvényében ábrázoljuk.

Feltevések A geometriai hiba fél szinuszhullám alakú, L/1000 amplitúdójú. A gyártási sajátfeszültségeket a szelvénytípus meghatározza. A különböző szelvénytípusokhoz négy görbe tartozik, az a alakhiba-tényező különböző értékeinek megfelelően.

Az európai kihajlási görbék c 1 a b . 5 c d 1 2 3 l

Az európai kihajlási görbék A görbék megadhatók matematikai formában: 5.5.1.2.szakasz (1) bekezdés, (5.46.) képlet

Az a alakhiba tényező a függ Az alakhiba-tényezők értéke: az oszlop keresztmetszetének alakjától, a kihajlás irányától (y vagy z tengely körül), a gyártás módjától (melegen hengerelt, hegesztett vagy hidegen alakított). Az alakhiba-tényezők értéke: Kihajlási görbe a b c d Alakhiba-tényező 0,21 0,34 0,49 0,76

A megfelelő görbe kiválasztása A 2. táblázat részlete A 2. táblázat segítséget ad a megfelelő kihajlási görbe kiválasztásához.

A méretezés lépései A kihajlási hossz meghatározása mindkét főirányban, figyelembe véve: a támaszok közötti távolságot, a kapcsolatok kialakítását. A viszonyított karcsúság számítása, figyelembe véve: a szelvényalak geometriáját a folyáshatárt.

A méretezés lépései (2) A megfelelő kihajlási görbe kiválasztása, figyelembe véve: az alakítás módját, a szelvény vastagságát. A  érték meghatározása -hoz.

A tervezés lépései (3) A kihajlási tervezési ellenállás számítása bA = 1 az 1., 2. és 3. osztályra, bA = Aeff / A a 4. osztályra. A szelvény megfelel, ha Nb.Rd nagyobb a tervezési igénybevételnél. Ha Nb.Rd kisebb a tervezési igénybevétel-nél, akkor a méretezést meg kell ismételni egy erősebb szelvénnyel.

Számpélda Határozzuk meg a  csökkentő tényezőt az EC3 (5.46.) egyenletéből! hengerelt H szelvény (nem 4. osztályú), t < 100, S275, a gyenge tengelyre vonatkozó karcsúság  = 130. Ellenőrizzük az eredményt az EC3 5.5.2. táblázata alapján!

Összefoglalás – zömök oszlopok A zömök oszlopban (  0,2) az igénybevétel elérheti a keresztmetszet teljes képlékeny ellenállását: a kihajlást nem kell ellenőrizni, a horpadás csökkentheti a 4. osztályú keresztmetszetek ellenállását.

Összefoglalás – karcsú oszlopok > 0,2 esetén az ellenállás csökken a kihajlás miatt: a közepes karcsúságú oszlopok képlékeny kihajlással mennek tönkre, a karcsú oszlopok rugalmas kihajlással mennek tönkre. A kihajlási tervezési ellenállás egyenlő a nyomási tervezési ellenállásnak a  tényezővel csökkentett értékével.

Összefoglalás – kihajlási görbék Az európai kihajlási görbékből számított csökkentő tényező függ: a keresztmetszet alakjától, a gyártási eljárástól, a viszonyított karcsúságtól, a kihajlás tengelyétől. A kihajlási görbék kísérleti és elméleti vizsgálatokon alapulnak, és megbízható eredményeket adnak.