Acél tartószerkezetek

Átírás

1 Acél tartószerkezetek laborvizsgálatok összefoglalója 217 szept 28 Az Acél tartószerkezetek tárg keretében laborvizsgálatokat végeztünk melek során a hallgatók tapasztalatokat szerezhettek az acélszerkezetek viselkedéséről néhán egszerű kísérlet (mérés) segítségével A következő méréseket végeztük: 1) húzóvizsgálat a) sima köracél b) bordás betonacél c) feszítőpászma 2) nomóvizsgálat a) zártszelvén b) nitott szelvén 3) hajlítóvizsgálat nitott szelvén 4) csavarozott hevederes húzott kapcsolat vizsgálata a) kis átmérőjű csavaros kialakítás b) nag átmérőjű csavaros kialakítás Mindegik kísérletet kétszer végeztük el ennek az volt az oka hog a kb 3-4 fős társaságot két részre osztva a kísérleteket közelebbről tudtuk mutatni a hallgatóknak Az 1 és 4 vizsgálatokat a Tanszék laborjának Zwick/Roell Z15 típusú univerzális törőgépével (1 ábra) végeztük ezek adatsorai digitális formában rendelkezésre állnak Excel segítségével können feldolgozhatók A 2 és 3 vizsgálatok eg régebbi még nem digitális mérőberendezéssel ellátott gépen foltak 1 ábra: Zwick/Roell Z15 univerzális törőgép

2 A kísérletekhez tartozóan érdemes számításokat végezni ebből következtetéseket vonhatunk le a számítási modellek megbízhatóságára illetve az anagok viselkedésére vonatkozóan A számítások helenként erős közelítéseket tartalmaznak íg elsősorban nagságrendi becslésekre az anag viselkedésének jobb megismerésére alkalmasak Pontos méretezésre nem alkalmasak 1 Húzóvizsgálat A húzóvizsgálatok elmozdulásvezérelt módon történtek kb 3 cm hosszúságú próbatesteken A szabad (befogópofák közötti) elemhossz kb 2 cm volt A vizsgált próbatesteket (vizsgálat utáni állapotban az 2 ábra mutatja) a) Sima köracél 2 ábra: húzóvizsgálat során vizsgált próbatestek A vizsgált sima köracél Ø1 mm átmérőjű feltételezhetően S235 anagminőségű (anagvizsgálat nem készült) A húzási teherbírás (biztonsági ténezők nélküli) értéke kiszámítható a foláshatár és a szakítószilárdság alapján is: = A f = = 18 46k u = A f u = = 28 27k A mérések során a fenti értékekre rendre kb 32 k ill 38 k adódott (a mérés során kapott erőmegnúlás diagram a 3 ábrán látható) Ez azt mutatja hog még biztonsági ténezők nélkül is van némi tartalék az anag teherbírásában Azt is meg kell jegezni hog a szilárdságok karakterisztikus értéke nem várható értéket jelent (tehát a statisztikai sűrűségfüggvén súlpontját ) hanem alsó 5%-os kvantilist Ez alacsonabb értéket jelent ezáltal magarázza a számított érték és a mért érték közti különbséget

3 erő [] megnúlás [mm] 3 sz próbatest 6 sz próbatest b) Bordás betonacél 3 ábra: sima köracélhoz tartozó erő-megnúlás diagram A vizsgált bordás betonacél Ø8 mm névleges átmérőjű feltételezhetően B5 anagminőségű (anagvizsgálat nem készült) A húzási teherbírás (biztonsági ténezők nélküli) értéke kiszámítható a foláshatár és a szakítószilárdság alapján is: = A f = = 21 87k u = A f u = = 25 13k A mérések során a fenti értékekre rendre kb 28 k ill 32 k adódott (a mérés során kapott erőmegnúlás diagram a 4 ábrán látható) Ez az előző esethez hasonlóan azt mutatja hog még biztonsági ténezők nélkül is van némi tartalék az anag teherbírásában

4 erő [] megnúlás [mm] 4 sz próbatest 7 sz próbatest c) Feszítőpászma 4 ábra: bordás betonacélhoz tartozó erő-megnúlás diagram A vizsgált feszítőpászma 3 Ø3 mm névleges átmérőjű feltételezhetően St166/186 anagminőségű (anagvizsgálat nem készült) A húzási teherbírás (biztonsági ténezők nélküli) értéke kiszámítható az egezménes foláshatár és a szakítószilárdság alapján is: = A f = = 35 21k u = A fu = = 39 44k A mérések során a fenti értékekre rendre kb 35 k ill 39 k adódott (a mérés során kapott erőmegnúlás diagram az 5 ábrán látható) Ez az előző esetekkel ellentétben azt mutatja hog az egezménes foláshatárral és a szakítószilárdsággal számolt értékeket nagon pontosan visszaadják a kísérletek Ez egfelől a számítások megbízhatóságára enged következtetni azonban az előző esetekben látott többlettartalék hiána fokozott figelmet kíván a tervezés során

5 erő [] megnúlás [mm] 5 sz próbatest 8 sz próbatest 5 ábra: feszítőpászmához tartozó erő-megnúlás diagram Érdemes a vizsgálat során kapott erő-megnúlás (F- l) eredméneket feszültség-relatív megnúlás (σ-ε) értékekre átszámítani Ez egszerűen megtehető a keresztmetszeti területek és az elemhosszak ismeretében A feszültség-relatív megnúlás diagramokat a 6 ábrán láthatjuk (a vizsgált háromféle próbatest eredméneit eg diagramba rajzolva) A diagramon kékkel jelöltük a sima köracélhoz zölddel a bordás betonacélhoz pirossal pedig a feszítőpászmához tartozó értékeket Itt hasonlítható össze igazán a három anagtípus Látható hog a szilárdság növekedésével a szakadónúlás és a duktilitás (a képléken alakváltozó képesség) hogan csökken

6 szigma [/mm2] epszilon [ ] 3 sz próbatest 6 sz próbatest 4 sz próbatest 7 sz próbatest 5 sz próbatest 8 sz próbatest 6 ábra: a sima köracélhoz a bordás betonacélhoz és a feszítőpászmához tartozó feszültség-relatív megnúlás diagram 2 omóvizsgálat A nomóvizsgálatokat kb 3 cm hosszúságú próbatesteken végeztük Itt nem állnak rendelkezésre a mérési adatok digitális formában a) Zártszelvén A vizsgált zártszelvén keresztmetszetű feltételezhetően S235 anagminőségű (anagvizsgálat nem készült) A keresztmetszet nomási teherbírásának (biztonsági ténezők nélküli) értékét a foláshatár alapján számítjuk ki: c el = A f = = 52 64k a gengébbik tengelre vonatkozó karcsúság és a kihajlási csökkentő ténező is számítható: lz 3 λ z = = 3745 i 81 = z

7 λz 3745 λ z = = = 4 λ χ = 9 (táblázatból c görbe alapján) z majd a teljes rúd teherbírását a fentiek alapján számítjuk ki: b el = χ z c el = = 47 38k b) itott szelvén A vizsgált nitott szelvén hidegen hajlított vékonfalú nitott C-profil (gipszkarton-profil) Az ezzel végzett kísérlet során főként a lokális horpadást lehetett tanulmánozni érdemi teherbírás nem volt kimutatható Éppen ezért számítást végezni ebben az esetben felesleges 3 Hajlítóvizsgálat A hajlítóvizsgálatokat kb 3 cm hosszúságú próbatesteken végeztük 3 pontos hajlítással Itt nem állnak rendelkezésre a mérési adatok digitális formában Csak hidegen hajlított vékonfalú nitott C-profilt (gipszkarton-profilt) vizsgáltunk Az ezzel végzett kísérlet során főként a lokális horpadást lehetett tanulmánozni érdemi teherbírás nem volt kimutatható Éppen ezért számítást végezni ebben az esetben felesleges 4 Csavarozott hevederes húzott kapcsolat vizsgálata A csavarozott hevederes húzott kapcsolatok vizsgálata elmozdulásvezérelt módon történt kb 4 cm hosszúságú próbatesteken A kétszer nírt kialakítású kapcsolat hevederjeinek hossza kb 2 cm volt Az összes lemez 15 mm vastag 6 mm széles volt a) Kis átmérőjű csavaros kialakítás Ebben az esetben viszonlag kis átmérőjű M4 méretű csavarokat alkalmaztunk melek anagminősége 56 volt (anagvizsgálat nem készült) A vizsgált próbatesteket (vizsgálat utáni állapotban a 7 ábra mutatja)

8 7 ábra: csavarozott húzott hevederes kapcsolat kis átmérőjű csavarokkal kialakított próbatestei A teherbírás (biztonsági ténezők nélküli) értéke három érték minimumaként számítható ki meleket a szakítószilárdság alapján célszerű számolni Az említett három érték a csavar nírási teherbírási ellenállása a csavar-lemez kapcsolat palástnomási ellenállása illetve a húzott (furattal gengített) lemez húzási ellenállása A csavar nírási teherbírását a csavarok és a nírt síkok száma a (menetmag-átmérő alapján felvett) keresztmetszeti terület és a csavar nírószilárdsága alapján lehet kiszámítani: f ub 5 u nrási = n m A = = 9 57k 3 3 a csavar-lemez kapcsolat palástnomási ellenállását a csavarok száma a csavartávolságoktól függő ténezők a nomott felület és a gengébbik elem (a lemez) nomószilárdsága alapján: u palástnomási = n k1 α b A f u lemez = = 1 8k a húzott (furattal gengített) lemez húzási ellenállását pedig a lemez nettó (furattal gengített) területe és szakítószilárdsága alapján: u húzási = 9 Anet f u lemez = 9 (6 5) = 26 73k Ezen értékek közül a nírási teherbírás a legalacsonabb 957 k íg ezt vehetjük teherbírásnak A mérések során valamivel 1 k alatti értéket kaptunk (a mérés során kapott erőmegnúlás diagram a 8 ábrán látható) ez közel van a számítási eredménhez Megjegzendő hog a vizsgálatot követően szétszerelt lemezeken nem volt látható palástnomásra utaló jelentős alakváltozás ez alapján feltételezhető hog a palástnomási ellenállás a valóságban jóval magasabb mint a számítás során kapott érték (hiszen ezt a vizsgálat során majdnem elértük) A csavarok nírásra mentek tönkre a csavarok nag részét a két nírt sík három részre vágta

9 erő [] megnúlás [mm] 2 sz próbatest 9 sz próbatest 8 ábra: kis átmérőjű csavarokkal kialakított kapcsolathoz tartozó erő-megnúlás diagram b) ag átmérőjű csavaros kialakítás Ebben az esetben az előző esethez képest nag átmérőjű M8 méretű csavarokat alkalmaztunk melek anagminősége 56 volt (anagvizsgálat nem készült) A vizsgált próbatesteket (vizsgálat utáni állapotban a 9 ábra mutatja)

10 9 ábra: csavarozott húzott hevederes kapcsolat nag átmérőjű csavarokkal kialakított próbatestei A teherbírás (biztonsági ténezők nélküli) értéke most is három érték minimumaként számítható ki A csavar nírási teherbírását a csavarok és a nírt síkok száma a (menetmag-átmérő alapján felvett) keresztmetszeti terület és a csavar nírószilárdsága alapján lehet kiszámítani: f ub 5 u nrási = n m A = = 41 21k 3 3 a csavar-lemez kapcsolat palástnomási ellenállását a csavarok száma a csavartávolságoktól függő ténezők a nomott felület és a gengébbik elem (a lemez) nomószilárdsága alapján: u palástnomási = n k1 α b A f u lemez = = 2 9k a húzott (furattal gengített) lemez húzási ellenállását pedig a lemez nettó (furattal gengített) területe és szakítószilárdsága alapján: u húzási = 9 Anet f u lemez = 9 (6 9) = 24 79k Ezen értékek közül a palástnomási teherbírás a legalacsonabb 29 k íg ezt vehetjük teherbírásnak de megjegzendő hog ehhez közel van a lemez húzási teherbírása is A mérések során valamivel 35 k feletti értéket kaptunk (a mérés során kapott erő-megnúlás diagram a 1 ábrán látható) ez a számításhoz képest jóval magasabb értéket jelent A vizsgálatot követően szétszerelt lemezeken palástnomásra utaló jelentős alakváltozás volt látható de a tönkremenetelt végül a furattal gengített húzott lemez szakadása okozta A két jelenség ekkora núlások esetén összefügg: a palástnomás következtében létrejövő furat-ovalizálódás a furat mellett amúg is létrejövő feszültségkoncentrációt fokozza ezáltal a lemez szakadását idézi elő A palástnomási és a húzási ellenállás ez alapján a vizsgálat alapján is magasabb mint a számítás során kapott értékek

11 erő [] megnúlás [mm] 1 sz próbatest 1 sz próbatest 1 ábra: nag átmérőjű csavarokkal kialakított kapcsolathoz tartozó erő-megnúlás diagram