Darupályák tervezésének alapjai

Átírás

1 Magasépítési Acélszerkezetek B/6 előadás Darupályák tervezésének alapjai készítette: Dr. Kovács Nauzika

2 Tartalom Szerkezeti kialakítás Híddaruk, Szelvények, kapcsolatok, megtámasztások, Darusín Merevítő rendszer Méretezés Terhek EC Hatóerők Fáradás 2 2

3 Szerkezeti kialakítás 3

4 Darupályatartók fajtái Helyzetük szerint Terepszinten elhelyezett bakdaruk, rakodóhidak Magasban elhelyezett futódaru (híddaru) 4 4

5 Híddaruk fajtái 1 főtartós daruhíd futómacska 2 főtartós futómacska daruhíd darupályatartó darupályatartó 5 Híddaruk fajtái: -1 főtartós a futómacska a hídon fut vagy arra függeszkedik -2 főtartós a futómacska a két híd tetején fut 5

6 Híddaruk fajtái alul futó felül futó híddaru daruhíd darupálya tartó darupálya tartó 6 6

7 Főtartó gerendára függesztett 7 7

8 Darupálya tartó konzol 8 8

9 Különálló darupályatartó oszlop 9 9

10 Portáldaru kialakítás Csarnok szerkezettől független daru megtámasztás daruhíd darupálya tartó darupálya oszlopa 10 10

11 Portáldaru fajtái 11 11

12 Megtámasztó oszlopok Szerkezeti kialakítás Könnyű daruhoz 12 Egyszerű portálkeretes épületeknél anyagok mozgatását ált. könnyű futódaruk (híddaru) végzik. Kis daruteher: 3-15t hasznos teherbírású futódarunál gazdaságos. Alátámasztásul az oszlopokra elhelyezett darupályatartó-konzolon futó darupályatartók szolgálnak. Állandó keresztmetszetű oszlop előnye szerkezetük és gyártásuk egyszerűsége. Nagyobb darutehernél vagy nagyobb magasság esetén (8-10m) nem gazdaságosak. 12

13 Megtámasztó oszlopok Szerkezeti kialakítás Nehéz daruhoz tömör osztott szelvény 13 Keret teherbírásához képest nagy a darupályáról átadódó erő, akkor darupálya alatti oszloprész lehet erősebb. Közepes és nagy daruterhekhez. Lépcsőzetesen változó keresztmetszet. Felső rész a tetőszerkezet terheit horda, ált. tömör. Alsó rész lehet tömör (I-szelvény) vagy osztott szelvényű, rácsozással összefogott. Előnye: A külpontos daruteherből kedvezőbben alakulnak az igénybevételek. A felső rész lényegesen kisebb terhelésű, amit a kisebb szelvénnyel követni lehet. Darupályatartó mellett üzemi járda kialakítása lehetséges. Jó kihasználtságú szerkezet készíthető. Hátránya: Munkaigényesebb gyártás. 13

14 Megtámasztó oszlopok Szerkezeti kialakítás Vegyes típus 14 Vegyes típusú oszlop Két egymás mellett álló oszlop. 1. oszlop a tetőszerkezet terheit hordja a 2. oszlop a daruterheket (központos nyomás). Mindkét oszlop tömör, hevederekkel vagy rácsozással kapcsolják össze. Nehéz daruk megtámasztása külön oszlopon előnyös, így a daruteher kb. a főtartótól függetlenül vezethető az alaptestre. Ált. alacsonyan elhelyezett, nagy teherbírású daruknál gazdaságos Előnye: Darupálya alatti oszlop a tetőszerkezet megbontása nélkül kicserélhető. Nagyobb teherbírású daru beszerelhető, mert oszlopa erősíthető. 14

15 Megtámasztó oszlopok Szerkezeti kialakítás Speciális 15 15

16 Darupályatartók fajtái Tartószerkezet típusa szerint Kéttámaszú tartók Folytatólagos többtámaszú Feszítőműves 16 Tartószerkezet típusa szerint Kéttámaszú tartók Célszerű alkalmazni, ha Rossz az altalaj, kedvezőtlen alapozási viszonyok mellett, fennáll a támaszsüllyedés veszélye Darupálya erős közvetlen hőhatásnak van kitéve (pl. kohók) A csarnokoszlopok távolsága technológiai okokból jelentősen eltér egymástól. Folytatólagos többtámaszú Tipikus, leggyakrabban alkalmazott megoldás. Feszítőműves Meglévő darupályatartók utólagos erősítésekor. 16

17 Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint Hengerel szelvényű tartó Gerinclemezes 17 Keresztmetszet kialakítása szerint Hengerel szelvényű tartó Kis daruteher és kis támaszköz esetén. Melegen hengerelt I-szelvény önmagában ritkán elegendő kicsi a hajlító merevsége vízszintes síkban Felső övet erősíteni kell az oldalerő miatt, pl. így: plusz övlemez nehéz lehet illeszteni mellé két szögacél vagy rátett szögacél tipikus és legegyszerűbb, eltolódik a súlypont, kisebb feszültség a felső övben függőleges síkú hajlításból mellé egyik oldalra szögacél aszimmetrikus keresztmetszet, ferde hajlítás, de utólagos erősítésnél szóba jöhet Gerinclemezes Kis és közepes daruteherig, 8-10m támaszközig. Leggyakoribb típus. Felső öv mindig erősebb oldalerő hatása miatt. Szögacéllal erősíthető, lsd. hengerelt szelvény. 17

18 Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint Felső szélráccsal merevített Járdalemezzel merevített 18 Keresztmetszet kialakítása szerint Az erősített övű, hengerelt vagy hegesztett szelvények alkalmazhatóságát az oldalerő korlátozza. Oldalerő nagysága a keréknyomással arányos, ezért nagy daruterheknél a felső öv további erősítése, merevítése szükséges vízszintes hajlításra. Felső szélráccsal merevített Kis és közepes daruteher esetén, 12m-es támaszközig. Vízszintes erőket (oldalerő) a felső öv mentén elhelyezette vízszintes síkú rácsos tartó veszi fel Egyik öve a darupályatartó felső öve, másik öve ált U acél, rácsozás ált. szögacélból. Gyakran a merevítő rácsozás kéttámaszú tartó (ha a darupálya többtámaszú is). Szerelési, illesztési nehézségek miatt. Merevítő rácsos tartó öve szolgálhat falvázgerendának is. Járdalemezzel merevített Ha a merevítőtartó gerinclemezes, akkor a rácsok helyett bordázott lemez alkalmaznak, amely kezelőjárdaként is szolgál. Bonyolultabb a számítás: ferde hajlítás és ezzel egyidejű gátolt csavarás 18

19 Kezelőjárda 19 19

20 Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval 1. gerinclemezes darupályatartó 2. rácsos melléktartó 3. rácsos merevítőtartó 4. keresztkötés 20 Keresztmetszet kialakítása szerint Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval Közepes és nehéz daruteher, 12 36m támaszköz. Kéttámaszú darupályatartónál elegendő csak a felső öv síkjában merevítőtartót kialakítani. Folytatólagos többtámaszú darupályatartónál az alsó és felső övek síkjába is rácsos merevítőtartó (szélrács) szükséges. A rácsos melléktartó felső öve egyben a merevítőtartó öve is. A melléktartó rácsrúdjait önsúlyra és járdateherre kell méretezni. Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a melléktartó a darupályatartóval együttdolgozik és bizonyos mértékben tehermentesíti azt. Utólagos erősítéshez is jó kialakítás. 20

21 Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint Kapcsolt darupályatartók 1. merevítőtartó rácsozás 2. keresztkötés 21 Keresztmetszet kialakítása szerint Kapcsolt darupályatartók Többhajós csarnokok közbenső oszlopainál mindkét oldalon lehet darupálya. Azonos magasan vannak a felső öveik, köztük vízszintes síkú merevítő rácsozás alkalmazható. Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a két darupályatartó együttdolgozik. 21

22 Kapcsolt darupályatartó kéthajós csarnok 22 -Kéthajós csarnok, a középső oszlopok mindkét oldalán darupályatartóval. -Ezeket össze lehet kapcsolni. 22

23 Darupályatartók fajtái Keresztmetszet kialakítása szerint Szekrényes keresztmetszetű 23 Keresztmetszet kialakítása szerint Szekrényes keresztmetszetű Nagy daruteher és nagy támaszköz estén. Előnyei: Egyszerű gyártás, kis munkaigény. Kisebbek az alakváltozások. Zárt szelvény nagy csavarási merevséggel rendelkezik. Probléma a darusín elhelyezése. Két eset lehetséges: 1. Darusín közvetlenül az egyik gerinc felett. - hátrány: daruteher csavarást okoz. -előny: a felső övlemez hajlítását elkerüljük 2. Darusín a felső övlemez középvonalában. -hátrány: a felső öv hajlítása -ez ellen megfelelő szerkezeti kialakítás: pl. sínt folyamatosan hossztartó támasztja meg, amely alatt kereszttartók vannak vezetik az erőt a szekrény keresztmetszetbe. Nagy méretnél a szekrénytartó belülről járható. Alaktartás miatt diafragmákat kell elhelyezni. Acélművek darui ilyenek. 23

24 Keresztmetszet kialakítása szerint Rácsos tartók Darupályatartók fajtái 24 Keresztmetszet kialakítása szerint Rácsos tartók Nagy támaszköz estén alkalmazták régen. Munkaigényes a gyártás. Helyette inkább szekrényes keresztmetszet. Kéttámaszú vagy folytatólagos. Mindig van mellette melléktartó. Van vízszintes síkú rácsozás is. Darusín közvetlen a felső övre fekszik. Felső öv igénybevétele: normálerő + keréknyomásból vízszintes hajlítás + oldalerőből vízszintes hajlítás + Oldalerőből csavarás. Ezért a felső öv, a többi rúdhoz képest, nagyobb hajlítómerevségű szelvényből áll, lehet zárt szelvény is (ua. a probléma, mit a szekrény km.-nél) Nem számítható csuklós csomópontú modellel. 24

25 Darusínek MSZ ASTM Orosz KP DIN 25 A darusín fejszélessége a keréknyomás és a kerék méretének függvénye. Szükséges darupályasínt általában a daruk gyártói megadják. Tömbsín: négyszög keresztmetszetű m fejszélességű. Profilsínek. Darusín védi a darupályatartó felső övét a kopástól kopásálló. Darusínnek biztosítania kell a keréknyomás minél nagyobb hosszon való egyenletes eloszlását nagy hajlítási merevség. 25

26 Darusínek leerősítése Hegesztés két oldali sarokvarrat 26 Négyszög szelvényű sín: Közvetlen a darupályatartó felső övére hegesztik. Korrózió veszély miatt jobb a folytonos varrat, mint a szakaszos. Ha a sín nem fekszik fel rendesen a felső övre a daruteher a varratokon adódik át és gyors varrat-tönkremenetelt okoz. Hegesztett kötés minden irányú elmozdulással szemben támaszt biztosít. Hegesztés előnye, hogy a darusín helyezte hozzáigazítható a darupályatartó középvonalához. Hátránya, hogy a sín nem cserélhető. Folytatólagos többtámaszú tartónál helyszínen hegesztve illeszteni kell a sínt. Hegesztési varrat fáradt repedés kiindulópontja lehet. Ha időnként cserélni kell a sínt, akkor mechanikus kapcsolóelemeket kell alkalmazni. 26

27 Darusínek leerősítése Csavarozott csavarkengyeles szorítólemezes átmenő csavaros 27 Profilsín kötése oldható és oldalirányban szabályozható. Korszerű gyakorlat szerint részleges megfogást biztosít, függőlegesen és oldalirányban megtámasztja a sínt, de a bilincsek a hosszirányú eltolódást nem akadályozzák. Csavaros leerősítés típusai: Csavarkengyeles: kengyelek egymástól mm-re. Szorítólemezes. Síntalpon átmenő csavarokkal: csavarfej alá ék alakú alátét a talp lejtése miatt. 27

28 Sínleerősítés Gantrail 28 28

29 Darusínek illesztése, dilatáció Ferde és lépcsős illesztés 29 Darusínek dilatációs szakaszokon belül illeszthetők. Csavarozott illesztés, rés van a két sínszál között sínvég leverődéséhez vezet, zökkenővel gördül át a darukerék. Inkább hegesztett illesztés előnyösebb, nincs hézag, sima futófelület. Darupályát dilatációs hézagainál a sínt is dilatálni kell. Lépcsős vagy ferde síndilatáció esetén a kerékteher fokozatosan adódik át. Sín leverődés miatt a 60 fokos szög a javasolt. A dilatáción túlnyúló sínvéget oldalirányban rögzíteni kell. 29

30 Darupályatartók kapcsolatai Függőleges megtámasztások kéttámaszú folytatólagos többtámaszú 30 Alátámasztásnál törekedni kell, hogy A darupályatartó támaszerői központosan terheljék a tartószerkezetet. A támaszkeresztmetszetben a számításban feltételezett elfordulások létrejöhessenek. Szabad elfordulás esetén nem kerül csavarónyomaték az oszlopra. Kéttámaszú darupályatartónál a tartóvég felső öve elmozdul, itt rugalmas lemezdarab vagy hasítéklyukat alkalmaznak. Folytatólagos többtámaszú tartóknál negatív reakcióerőkre (emelő hatás) le legyenek kötve. 30

31 Darupályatartók kapcsolatai vízszintes megtámasztások 31 Oldalerőt és fékezőerőt is át kell adni (vízszintes erő átvezetése az oszlopra a felső övből). Építés után a darupályatartót oldalirányban a helyére lehessen tenni hasítéklyukak (az épület főtartóját nem lehet olyan pontossággal megépíteni, mint amit a daru igényel). Darupálya tartó konzol nyomatékbíró kapcsolata hegesztett vagy csavarozott. 31

32 Merevítő rendszer Hosszkötés épület hosszirányú merevítő rácsozása tetősíkban lévő szélrács reakcióereje terheli Féktartó Darupálya hosszirányú erőit (fékezés, ütközés) vezeti az alapozásra Hosszkötés és féktartó egybe (kisebb daruk) vagy külön (nehéz daruk)

33 Merevítések 33 33

34 Merevítések 34 34

35 Merevítő rendszer Féktartó helye 35 Merevítő rácsozás ideális helye a darupályatartó dilatációi között félúton. Vagy az épület hosszának a felében. Ilyen elrendezés mellett vannak a hőmérsékletváltozásból a legkisebb feszültségek. Az elmozdulások két irányban következnek be. A dilatációk közötti max. távolságot a darupályatartót alátámasztó oszlopok vízszintes elmozdulása határozza meg. 35

36 Merevítő rendszer Féktartó 36 a) c) és d) rácsos kialakítás. Húzásra és nyomásra is méretezni kell. b) Keretes kialakítás. f) Rácsos keret merevítés. e) Egy befogott oszloppal felvenni a vízszintes erőt. 36

37 Merevítő rendszer Féktartó elhelyezése 1. darupálya 2. oszlop 3. szélrács síkja 4. féktartó síkja 37 Féktartó általában összefügg a csarnok merevítési rendszerével. A tetősíkban lévő szélrács reakcióját (W) hosszkötés viszi le a darupályatartó magasságáig. Ettől lefelé közös a csarnok és a darupályatartó merevítése. A féktartó síkja nem esik egybe a darupályatartó síkjával, ezért R=F*e/L vízszintes többletteher jut az oszlopra. A darupályatartó vízszintes merevítésének méretezésekor ezt az R erőt figyelembe kell venni. 37

38 Merevítő rendszer Hosszmerevítés elhelyezése 1. darupálya mervítőtartó 2. szélrács síkja 3. hosszkötés síkja 4. féktartó síkja 38 Többhajós csarnok közbenső oszlopainak merevítése. A hosszkötés és a féktartó eshet egy síkba. Ekkor a fékező erők a kapcsolt darupályatartók vízszintes merevítőtartóján jutnak a féktartóba. Nagy terhelésű darupályánáknál külön féktartója van mindkét darupályának, nem a hosszkötéssel egy síkban. A hosszkötés reakcióerejét a féktartóba át kell vinni. 38

39 Merevségi követelmények A nemkívánt dinamikus hatások és a daruk működésének biztosítására merevségi követelmények: Darupályatartó lehajlása (legnagyobb keréknyomásból) : Max. lehajlás támaszköz közepén L/700 Max. vízszintes eltolódás támaszköz közepén L/600 Max. 25 mm daru működése közbeni rezgések korlátozására 39 39

40 Méretezés 40

41 Darupályatartók terhei: EN Part 5. Szabványok Acél darupályatartók méretezése: EN 1993-Part

42 Teherféleségek Daru önsúlya Emelt súly Daruhíd/macska gyorsulása Befeszülési erő Szélerő Tesztteher Végütközési erő Elakadási erő 42 A darupályatartón mozgó híddaru elemei több irányban mozognak, és ezáltal függőleges és kétirányú vízszintes (hossz- és keresztirányú) hatásokat adnak át a darupályatartóra. Daru önsúlya: Nem a teljes önsúly tartozik ide, nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni. Emelt súly: Ide tartozik a daru hasznos terhén kívül a darukötelek önsúlyának egy része, továbbá a lifting attachment (pl. horog) önsúlya is. Nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni. Daruhíd gyorsulásából-lassulásából származó erők (a továbbiakban: fékezőerő); nemcsak hosszirányú erőkből áll. Darukocsi/macska gyorsulásából-lassulásából származó erők, amelyek a darupályatartóra merőleges mozgásból adódnak (a továbbiakban: oldalerő). Befeszülési erő (vagy ferdén futási erő). Szélerő, ha szabadban álló darupályatartóról lenne szó. Zárt épületben nincs szélteher. Tesztteher: lehetőség van a használhatósági határállapotot kísérlettel igazolni; ekkor ezt az erőt kell a használhatósági határállapot ellenőrzésekor figyelembe venni. Végütközési erő: ha a darusín végén van végütköző, akkor az erről átadódó erő, ha nekimegy a daru. Elakadási erő: az az erő, amely akkor lép fel, ha a daru, a kötelek, a horog vagy az emelt teher valamiben elakad. Ez utóbbi kettő a rendkívüli terhek közé tartozik. 42

43 Keréknyomás, fékező és oldalerő HTO HTO HTO HTO HTO HTO HL HL Qr Qr HTO HL HTO 43 Qr - keréknyomás: nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni; ebben már benne van mind a daru önsúlya, mind pedig az emelt teher. Qrmax: egy kerékről átadódó legnagyobb erő; az emelt teher a legnagyobb névleges értékével szerepel, és a vizsgált darupályatartóhoz a lehető legközelebb helyezkedik el, Qrmin:egy kerékről átadódó legkisebb erő üres a daru, és a darukocsi a vizsgált darupályatartótól a lehető legtávolabb helyezkedik el. Dinamikus hatást dinamikus tényezővel vesszük figyelembe. HL: hosszirányú fékezőerő. A daru gyorsulásából és lassulásából keletkezik. A fékezőerőt az is befolyásolja, hogy mely kerekek vannak meghajtva (és a feltevések szerint ugyanezek a kerekek a fékezett kerekek is). A korszerű darukban a kerekek egyedi meghajtást kapnak. A fékezőerő kiszámításához először meg kell határozni a K meghajtóerőt. Ezek után a hosszirányú fékezőerő : HL = K / nr (mindkét darupályatartóra ugyanakkora) ahol nr a darupályatartók száma. A keresztirányú fékezőerők is daru gyorsulásából. HTo: oldalerő: Ez az erő a darukocsi fékezéséből, illetve gyorsulásából származik, és elvileg ugyanúgy kell meghatározni, mint a fékezőerőt. 43

44 Befeszülési erő S HS1T HS2T HS1L HS2L 44 A befeszülési erő számítása során feltételezzük, hogy a daru valahol egy megvezető eszköz segítségével a darusínhez oldalirányban hozzá van fogva. A darura szerelt megvezető eszközről van szó, amely oldalirányban a sínen tartja a hosszirányban mozgó daruszerkezetet. Ez lehet a legelső kerék ha mindkét oldalán karimával van ellátva vagy külön e célra felszerelt csapok. Tengelyenként négy erőt kell meghatározni, a megvezető eszközre pedig az összes keresztirányú vízszintes erő eredője hat. A befeszülési erő nagysága többek között a következő tényezőktől függ: A daruhíd kerekeinek egymáshoz képesti mozgási lehetőségeitől: az emelt tehernek a pillanatnyi tömegközépponthoz viszonyított aktuális helyzetétől, a megvezető eszköz kialakításától és helyétől, a daru geometriai kialakításától. 44

45 Tehercsoportok ENV Határállapot/tervezési állapot és tehercsoport* Teher Jelölés Hivat- T H R kozás Daru önsúlya QC 2.7. φ1 φ1 1 φ4 φ4 φ1 1 φ1 1 1 Emelt teher QH 2.7. φ2 φ3 φ4 φ4 φ4 η 1 1 Daruhíd gyorsulása vagy fékezése HL, HT 2.8. φ5 φ5 φ5 φ5 φ5 Daruhíd ferdén futása HS Darukocsi gyorsulása vagy fékezése teherbírási HT, használhatósági Szélerő Fw * A mell Tesztteher QT φ6 Végütközési erő HB φ7 rendkívüli Elakadási erő HTA A tehercsoportokat ez a táblázat határozza meg. T: Teherbírási határállapothoz 7, H: a használhatósági határállapothoz 1, R: a rendkívüli helyzetekhez 2 csoport tartozik. Fi: dinaminkus tényezők. egy hatásként kezelendő terhek, azaz a csarnok tartószerkezetének méretezésekor ezek közül egy lesz a daruteher (van függőleges, és két vízszintes komponense). 45

46 Dinamikus tényezők Dinamikus tényező φ1 φ2 φ3 φ4 φ5 A dinamikus tényező által leírt hatás A daruszerkezet gerjesztett rezgése a tehernek a földről való felemelésekor Az emelt tehernek a földről a daruszerkezetre való átadódása következtében fellépő dinamikus hatás Az emelt teher hirtelen elengedéséből/elejtéséből származó dinamikus hatás (például mágneses emelésű daruknál) A darupályatartón történő haladás közben fellépő dinamikus hatások A daru (daruhíd és darukocsi) irányváltoztatásaiból származó dinamikus hatások Mit kell szorozni a dinamukus tényezővel Daru önsúlya Emelt teher Emelt teher A daru önsúlya és az emelt teher Oldalerő és fékezőerő φ6 A tesztteher felemelése és mozgatása közben fellépő dinamikus hatások Tesztteher φ7 Rugalmas hatások végütközéskor Végütközési erő Megjegyzés: Van még egy φ8 dinamikus tényező is, amely a szél dinamikus hatásai miatt szükséges

47 Igénybevételek meghatározása Mozgó teher hatásábrák mértékadó leterhelés Igénybevétel My, Mz, Vy, Vz, Nx Mcs 47 Következő igénybevételeket kell meghatározni: Hajlítás y: függőleges terhekből. Hajlítás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből. Normálerő: húzás vagy nyomás: a darupályatartó hossztengelyével párhuzamos terhekből. Csavarás: vízszintes és/vagy függőleges teher külpontosságából adódhat. Nyírás y: függőleges terhekből. Nyírás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből. 47

48 Darupályatartó méretezése Igénybevétel: My, Mz, Vy, Vz, Nx, Mcs Ellenőrzés: Hajlítás mindkét tengely körül, Nyírás, mindkét síkban, Hajlítás és nyírás interakció, Kifordulás, Gerinclemez horpadása, 48 48

49 Koncentrált teherrel terhelt gerinc Méretezés közvetlen kerékteherre: Lokális feszültségek ellenőrzése. Gerinclemez horpadása (beroppanás). Gerinclemez gyűrődése

50 Lokális feszültségek a gerincben σ 2 z,ed + σ 2 x,ed σ z,ed σ x,ed γ f y M 0 σ x,ed σ z,ed σ x,ed σ z,ed hajlításból származó rugalmas normál feszültség koncentrál teherből származó nyomó feszültség 50 A keréknyomásból adódó lokális nyomófeszültségek számításánál feltételezhető, hogy a kerékteher egy Leff hosszon oszlik meg. 50

51 Beroppanás a kerék alatt gerinclemez horpadási ellenállása Leff: effektív megoszlási hossz tw: gerinclemez vastagsága fyw: gerinclemez folyáshatára kf: horpadási tényező 51 A gerinclemez horpadási szempontból megfelel, ha horpadási ellenállása nagyobb, mint a fellépő keresztirányú nyomóerő (kerékből) tervezési értéke. 51

52 R F Gerinclemez gyűrődése t 0, 5 ( ) 0, 5 f tw ss E f yw + 3 γ 1 2 a,rd 0, 5 tw / M t w t f d z,ed = R a,rd gerinc gyűrődési ellenállása F R z,ed a,rd M + M Ed pl,rd 1,5 gyűrődés és hajlítás interakciója E: rugalmassági modulus tw: gerinclemez vastagsága tf: övlemez vastagsága fyw: gerinclemez folyáshatára ss: tehereloszlás szélessége d: gerinclemez magassága 52 52

53 Fáradás Jelenség: sokszor ismétlődő igénybevétel (üzemszerűen) anyagban hibák, bemetsződések feszültségcsúcsok: varrathalmozódás, furatok szélei repedés megindul, maradó alakváltozások halmozódása repedés növekszik lecsökken a keresztmetszet tönkremenetel 53 A fáradás témakörét lásd. részletesen a Szerkezet-technológia tárgynál. Sokszor ismétlődő terhek/igénybevételek (dinamikus terhek) hatására tönkremenetel következheti be, akkor is, ha az üzem közben előforduló átlagfeszültségek kisebbek, mint az anyag statikus törőszilárdsága. Terhek ismétlésszáma ált Fáradt törés ott jön létre (repedés kiindulás helye), ahol az anyagban kezdeti hibák, repedések bemetsződések vannak és feszültségcsúcsok alakulnak ki pl. varrathalmozódás, furatok széleinél feszültségcsúcs. A repedés csúcsánál a feszültségcsúcsok képlékeny deformációkat hoznak létre, mely maradó alakváltozások halmozódnak. A repedés növekedésével lecsökken a keresztmetszet, ezért a keresztmetszetben nőnek a feszültségek és végül tönkremenetel következik be. 53

54 Fáradás Periodikus terhelés 54 Szinuszos terhelésű kísérlet, egy konstans középfeszültség körül, egy konstans amplitúdóval változik a feszültség. 54

55 Fáradás Wöhler-görbe 55 Wöhler vasúti tengelyekkel kísérletezett, melyekben a feszültségeket periodikusan ingadoztatta egy alsó és felső feszültségszint között (pl. feszültségingadozást lásd előző dia). Kimutatta, hogy ha az alsó feszültségszint azonos minden próbatestnél, de a felső változik, akkor az ábrán látható összefüggés van a N-σ f között. A görbe egy végérintőhöz tart, ez a fáradási szilárdság σ D. A fáradsái szilárdság alatti feszültségszinten végtelen sok ismétlésszám okoz fáradást. N=1 ismétlési számhoz tartozik a statikus tönkremenetel. A görbéről leolvasható, hogy ha σ a állandó (görbe előállításához alapul vett) akkor az N ismétlésszámnál mekkora σ f feszültség okoz fáradás. A Wöhler-görbe csak egy adott középfeszültséghez vagy egy adott alsó feszültségszinthez adja meg a fáradási szilárdságokat (állandó az amplitúdó). 55

56 Fáradás Lineáris károsodási hipotézis 56 Ha változó feszültségamplitúdójú terhelésünk van, akkor a károsodási hipotézis segítségével lehet élettartam becslést adni. Lineáris károsodási hipotézis: a károsodás és a teherciklusok között lineáris összefüggés tételezhető fel a károsodás mértéke egyenes arányban növekszik a teherismétlések számával). Egy teherciklus által okozott károsodás = 1/N i (N i a Δσ feszültségingadozás esetén a tönkremenetelt okozó ismétlődésszám) Ha az adott feszültségszinten n i a teherismétlődések száma, akkor a részkárosodás n i /N i A törés (teljes károsodás) akkor következik be, ha a különböző feszültségszinteken meghatározott részkárosodások összege eléri az 1-et. 56

57 Fáradás Élettartambecslés A tervezett élettartam alatt előforduló tipikus terhek ismétlődése. Pl. daru használatának gyakorisága (ritka folyamatok), emelet terhek (könnyű közepes nehéz). 2. Feszültségtörtének a fenti terhelések alapján. 3. Δσ feszültségingadozási ciklusok leszámlálása. Pl. tározó (reservoir) módszerrel, Δσ i feszültségingadozásokat határoz meg. 57

58 Fáradás Élettartambecslés Feszültségspektrumok előállítása csökkenő feszültségingadozás alapján Δσ 1 > Δσ 2 > Δσ 3. Δσ i ismétlődik n i -szer. 5. Δσ i feszültségingadozáshoz tartozó N i leolvasása a görbéről. 6. Σn i /N i <1,0 58

59 Fáradási szilárdsági görbe - normálfeszültség σ τ σ τ wf = = σ wf τ IIf 2 f + τ 2 f 59 Fáradási szilárdságot logaritmusos skálán S-N (Wöhler) görbével határozza meg az EC. Görbe sereg, a szerkezeti részlet osztályoknak (vagy hibaosztályoknak) megfelelően. Szerkezeti részlet osztálya: a 2 milliós ismétlési számhoz definiál egy Δσ c (fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 ben. Külön görbe van a normálfeszültségekre és külön a nyírófeszültségekre. 59

60 Fáradási szilárdsági görbe - nyírófeszültség 60 Szerkezeti részlet osztálya : 2 milliós ismétlési számhoz tartozik egy Δτ c (fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 ben 60

61 Szerkezeti részlet osztálya 61 Példa szerkezeti részlet osztályokra: 1. oszlop: a részletosztályhoz tartozó Δσ c t adja meg. 2. oszlop: a részletosztályra jellemző szerkezeti kialakítás. 3. oszlop: részletosztály leírás 4. oszlop: követelmények (varratra, furatméretre, lemezvastagság etc.) 61

62 Fáradási szilárdság fáradási szilárdság referencia értéke N= 2millió ismétlésszámhoz szerkezetei részlet osztálya szerint 62 62

63 Acél anyagra ki kell számítani: σ τ normálfeszültséget nyírófeszültséget Varratra ki kell számítani: σ τ wf = = σ wf τ IIf 2 f + τ 2 f Fáradásvizsgálat varrat hossztengelyére merőleges normálfeszültséget varrat hossztengelyével párhuzamos nyírófeszültséget 63 A darupályatartó egyes részein a feszültségciklusok száma kétszerese is lehet, mert a kerekek külön is okozhatnak feszültségváltozást. Méretezésnél feltételezzük, hogy a feszültségciklusok száma a szabványok által megadott daruosztálynak megfelel. Fáradás szempontjából kritikus a merevítő-övlemez, a merevítő-gerinclemez és az övlemez-gerinclemez kapcsolata. Feszültségkoncentráció csökkentése érdekében a merevítőbordát a gerinclemezhez kapcsoló varratot nem viszik fel az övig kivágják a merevítőt. A felső nyakvarrat teljes beolvadású tompavarrattal készül. A korábban felsorolt terhekből meg kell határozni a feszültségeket a fáradásvizsgálathoz (üzemi terhekből) azokban a pontokban amelyek fáradásra veszélyesek. 63

64 Felhasznált irodalom Dr. Csellár Ödön: Magasépítési acélszerkezetek, Műszaki Kiadó, Budapest, Dr. Iványi Miklós: Magasépítési acélszerkezetek, Előadás. Dr. Hegedűs László, Horváth László, Varga Géza és dr. Verőci Béla: Híddaruk darupályatartóinak terhei az Eurocode 1 szerint, Oktatási segédlet. Szerkezet-technológia előadás. EN 1991 Part 5. EN 1993 Part 6. EN 1993 Part