ACÉLSZERKEZETEK TERVEZÉSE AZ EUROCODE SZERINT Dr. Iváni Miklós 1 Előszó Acélszerkezetek tervezési stratégiájában az elmúlt években jelentős átrendeződés következett be: Megjelentek illetve megjelennek az Eurocode szabvánrendszer eges részei, és ezzel új, alternatív tervezési módszerek alkalmazására kerül sor. A modern acélszerkezetek területén a félkész-termékek, íg a melegen hengerelt és hidegen hajlított szelvének választékának kibővülése hozott jelentős tervezéselméleti, módszertani és minőségügi változást. A számítástudomán eredméneinek alkalmazásával a tervezési módszertan kiterjedt átalakuláson meg keresztül. Az Eurocode szerinti tervezési stratégia megismeréséhez számos forrást biztosít az Európai Unió, melek modernizálni kívánják az egetemi oktatást, a szabvánok megismerését, alkalmazását mind tartalmi, mind módszertani szempontból, harmonizálni akarják a tananagokat, figelembe véve az ipari, a mérnöki élet követelméneit. Az elmúlt évtizedekben több európai projektben vettünk részt, melek segítségével jelentős változás következet be ezen a területen: Leonardo da Vinci Program: SSEDTA-1 (1997-1999) SSEDTA-2 (1999-2001) Structural Steelwork Eurocodes Development of a Trans-National Approach A programok eredméneit könvben foglaltuk össze. [Iváni 2001] Jelen összeállítás természetesen az adott keretek között a legfontosabbnak ítélt részek vázlatos ismertetését fogalmazva meg feladatként. Az összeállítás 1-7 fejezetével követjük az EN 1993-1-1 szabván megfelelő fejezeteit, ezzel is segítve az eligazodást. A 8. fejezet a EN 1993-1-8 Kapcsolatok tervezése kiegészítő szabván ismertetésével foglalkozik, mivel acélszerkezetek területén ez a fejezet nagon fontos, a további részek vonatkozásában a szakirodalom a teljes szabváncsaládra hivatkozik. [Iváni 2002] 1 műszaki tudomán doktora, egetemi tanár 1
Általános bevezető Az Eurocode 3 szabván-család az előkészítő, véglegesítési folamat során számos átrendezésen ment keresztül, végül is a következő rendszer alakult ki: EN 1993-1 Általános és az épületekre vonatkozó szabálok EN 1993-2 Acélhidak EN1993-3 Tornok, antennatornok, kémének EN 1993-4 Silók, tartálok, csővezetékek EN 1993-5 Acélcölöpök EN1993-6 Daru megtámasztó szerkezetek Az EN 1993-1 általános szabálok kiegészítésére további részeket csatoltak: EN 1993-1-1 Acélszerkezetek tervezése: Általános és épületekre vonatkozó szabálok 1-2 Acélszerkezetek tervezése tűzteherre 1-3 Hidegen alakított elemek és burkolatok 1-4 Rozsdamentes acélok 1-5 Lemezszerkezetű elemek 1-6 Héjszerkezetek szilárdsága és stabilitása 1-7 Keresztiránban terhelt lemezszerkezetek szilárdsága és stabilitása 1-8 Kapcsolatok méretezése 1-9 Acélszerkezetek fáradási szilárdsága 1-10 Acélanag kiválasztása a törési szívósság és a vastagság jellemzők figelembevételével 1-11 Húzott acélszerkezetek méretezése 1-12 Kiegészítő szabálok nag szilárdságú acélokra 2
1.1. Az EN 1993-1 tárga Az EC-3/1 acél épületek és szerkezetek tervezésénél alkalmazható. Jelen összeállítás nem terjed ki fáradásnak, alacson hőmérsékletnek, tűznek kitett szerkezetekre, ilen jellegű vizsgálatokkal kapcsolatos előírások az EC-3-ban találhatók. 1.2. Feltételezések A következő alapfeltevések érvénesek az EN 1990 alapján: A szerkezetet megfelelően képzett és tapasztalt személek tervezik. Megfelelő minőség-ellenőrzés van a gárban, az építési helszínen. Az építést megfelelő szaktudással, tapasztalattal rendelkező személek végzik. Az építőanagok és termékek megfelelnek az Eurocode-nak, vag a vonatkozó anag-, ill. termékspecifikációnak. A szerkezetet megfelelő módon fenntartják. A szerkezetet rendeltetésszerűen használják. 1.3. Fogalom meghatározások Az ISO 8930 Nemzetközi Szabvánban és az EN 1993-1 szabvánban használt terminológiát használjuk. 1.4. Jelölések és rúdtengelre vonatkozó szabálok (1) Ahol többszörös indexekkel ellátott betűjelekre van szükség, az indexek a következő sorrendben használhatók: fő paraméter: (M, N, β) változat típusa (l, eff, b) értelem (irán, előjel): (t, v) tengel: (, z) helzet: (1, 2, 3) fajta, osztál: (R, S) szint: (d, k) index: (1, 2, 3) Például: M pl,,rd (a teljes keresztmetszet képléken nomatéki tervezési ellenállása az tengelre) (2) Vesszőt használunk az index betűpárok elválasztására, kivéve a következő heleket: az eg karakternél többet tartalmazó indexek nincsenek tovább elválasztva; az Rd, Sd stb. kombinációk nincsenek tovább felosztva. (3) A rúdtengelekre vonatkozó szabálok (1.1 ábra) 3
1.1 ábra A rúdtengelekre vonatkozó szabálok (4) A hengereltacél I szelvén keresztmetszeti méreteire és tengeleire használt jelölések (1.2 ábra). 1.2 ábra: A keresztmetszet méretei és tengelei 2. A tervezés alapelvei 2.1. Alapkövetelmének (1) A szerkezetet úg kell megtervezni és megépíteni, hog elfogadható valószínűséggel megtartsa a megkívánt használati állapotát, figelembe véve tervezett élettartamát és költségét; megfelelő megbízhatósággal ellenálljon minden erőnek és hatásnak, ami építése, használata során érheti, és a fenntartási költségekhez viszonítva megfelelően tartós legen. (2) A szerkezetet úg kell megtervezni, hog olan esemének miatt, mint robbanás, ütközés vag emberi mulasztás, a kiváltó okhoz képest arántalan módon ne rongálódjon meg. (3) Az előző követelmének kielégíthetők megfelelő anagkiválasztással, tervezéssel, részletkialakításokkal, a gártás, építés és használat ellenőrzésének a létesítmén sajátosságait figelembe vevő előírásrendszerével. 4
2.2. Meghatározások és osztálozások 2.2.1. Határállapotok (1) A határállapotok azok az állapotok, ameleken túl a szerkezet már nem elégíti ki az előírt tervezési követelméneket. A határállapotok csoportjai: teherbírási határállapotok, használhatósági határállapotok. (2) A teherbírási határállapotok azok a határállapotok, amelek a szerkezet összeomlásához vag más olan tönkremeneteli formájához kapcsolódnak, amelek az emberek biztonságát veszéleztethetik. (3) A használhatósági határállapotok azok a határállapotok, ameleken túl a meghatározott használati feltételek már nem teljesülnek. (4) A tervezési állapotok csoportjai: tartós állapotok, amelek a szerkezet rendeltetésszerű használati feltételeinek felelnek meg; ideiglenes állapotok, például építés vag javítás közben; rendkívüli állapotok. 2.2.2. Hatások 2.2.2.1. Meghatározások és elvi csoportosítás Az (F) hatás lehet: a szerkezetre ható erő (közvetlen hatás), vag terhelő alakváltozás (közvetett hatás), pl. hőmérsékleti hatás vag támaszsülledés. A hatások csoportjai: (i) időbeni változások szerint: állandó hatások (G), pl. a szerkezetek, a szerelvének, az ideiglenes és rögzített berendezések önsúla; változó hatások (Q), pl. esetleges terhek, szél- vag hóterhek; rendkívüli terhek (A), pl. robbanás vag járművek ütközése; (ii) térbeni változások szerint: állandó hatások, pl. az önsúl; változó hatások, amelek különböző elrendezésben jelentkeznek, pl. mozgó esetleges terhek, a szélteher vag a hóteher. 2.2.2.2. A hatások karakterisztikus értékei (1) Az F k karakterisztikus értékeket 5
az EN 1991 Eurocode 1 vag más teherszabván írja elő, vag a megrendelő, esetleg a tervező a megrendelővel való egeztetés alapján határozza meg, összhangban a vonatkozó teherszabvánban található, vag az illetékes hatóság által meghatározott minimális értékekkel. (2) A hatások tervezési értékei: F d = γ F F k, ahol γ F a hatás parciális biztonsági ténezője. (3) A γ F használatának speciális esetei: G d = γ G G k Q d = γ Q Q k vag γ Q ψ i Q A d = γ A A k (ha A d közvetlenül nincs előírva) ahol ψ kombinációs egüttható. 2.3. Tervezési követelmének 2.3.1. Általános előírások (1) Igazolni kell, hog egetlen vonatkozó határállapot sincs túllépve. (2) Minden vonatkozó terhelési állapotot és teherkombinációt figelembe kell venni. (3) A hatások feltételezett iránának vag helzetének lehetséges eltérését figelembe kell venni. (4) A számításokat az összes mértékadó paraméter figelembe vételével megfelelő tervezési modellekkel (ha szükséges, akkor kísérletekkel kiegészítve) kell elvégezni. A tervezési modell elég pontos legen ahhoz, hog a szerkezet viselkedését megfelelően írja le, feleljen meg a gártás valószínűsíthető színvonalának és a tervezés alapjául szolgáló információk megbízhatóságának. 2.3.2. Teherbírási határállapotok 2.3.2.1. Ellenőrzési feltételek (1) A szerkezet statikai egensúli, teljes elmozdulási vag alakváltozási határállapotának vizsgálata esetén igazolni kell, hog E d,dst E d,stb, ahol E d,dst a destabilizáló hatások tervezési értékét, E d,stb a stabilizáló hatások tervezési értékét jelenti. (2) Törési vag alakváltozási határállapot esetén eg keresztmetszetet, szerkezeti elemet vag eg kapcsolatot (fáradást kivéve) ellenőrizni kell: S d R d, 6
ahol S d a belső erő vag nomaték tervezési értéke, R d a megfelelő tervezési ellenállás. 2.3.2.2. Hatások kombinációi (1) Minden teherkombinációnál a hatáskövetkezmén E d tervezési értékeit a hatások tervezési értékeiből a kombinációs szabálok szerint kell meghatározni az EN 1990 és EN 1991 szabvánok alapján 2.3.3. Használhatósági határállapotok (1) Minden teherkombinációnál a hatáskövetkezmén tervezési értékeit a hatások tervezési értékeiből a kombinációs szabálok szerint kell meghatározni. 3. Anagok 3.1. Általános elvek (1) A táblázatban szereplő anagi jellemzők névleges értékek, melek tervezéskor karakterisztikus értékként használandók. 3.2. Szerkezeti acél (2) Melegen hengerelt acélok anagjellemzői 3.1 táblázat: Az EN 10025 szerinti szerkezeti acélok f foláshatárának és f u szakítószilárdságának névleges értékei Vastagság t [mm] t 40 mm 40 mm < t 80 mm EN 10025 S235 S275 S355 S450 f [N/mm 2 ] f u [N/mm 2 ] f [N/mm 2 ] f u [N/mm 2 ] 235 275 355 440 (3) Duktilitási követelmének 360 430 510 550 215 255 335 410 340 410 490 550 A szerkezet vag a szerkezet elemeinek globális analízise során az acélanag duktilitási követelménei a következők: az előírt minimális f u szakítószilárdság és f foláshatár aránára igaz, hog f u / f 1.1 az 5.65 A 0 (ahol A 0 az eredeti keresztmetszet területe) bázishosszon mért szakadó núlás nem kisebb, mint 15%. a feszültség-núlás diagram alapján az f u szakítószilárdsághoz tartozó ε u szakadó núlás legalább 15-szor nagobb az f foláshatárhoz tartozó ε folási núlásnál ε 15ε ). ( u (4) Anagi egütthatók tervezési értéke Az acélok anagi egütthatóit a számítások során a következő értékekkel kell figelembe venni: 7
rugalmassági modulus: E = 210000 N/mm 2 nírási modulus: G = E/2(1+ν) ~ 81000 N/mm 2 Poisson-ténező: ν = 0.3 lineáris hőtágulási egüttható: α = 12 10-6 1/K (T 100 C esetén) sűrűség: ρ = 7850 kg/m 3 4. Tartósság (1) Acélszerkezeti elem tervezett használatának és élettartamának megfelelő tartósság biztosításához a tervezési szakaszban a következő, egmással összefüggő ténezőket kell figelembe venni: a szerkezet tervezett használata, a megkívánt gártási kritériumok, az elvárt körnezeti feltételek, az anagok összetétele, tulajdonsága és gártása, a különböző anagok egmáshoz kapcsolásának hatása, az elemek alakja és szerkezeti részletek, a kivitelezés minősége és az ellenőrzés szintje, a különleges védőeszközök, a megfelelő fenntartás a tervezett élettartam folamán. (2) A külső és belső körnezeti feltételeket fel lehet becsülni a tervezési szakaszban abból a célból, hog megállapítsuk a jelentőségüket a tartóssághoz viszonítva, biztosítva a megfelelő tartalékokat az anagok védelméhez. (3) Különös figelem szükséges azokban az esetekben, amikor a különböző anagoktól várjuk el az egüttdolgozást, mert ezekben az esetekben az anagokban elektrokémiai jelenségek léphetnek fel, megfelelő feltételeket biztosítva a korrózió kialakulásához. (4) A körnezeti feltételeket, meleket a gártási idő, beleértve a szállítást és a helszíni tárolást jelentősen befolásol, figelembe kell venni. (5) A megfelelő acélanag kiválasztása mellett az acélszerkezetek tartósságát a szerkezeti részletek megfelelő megtervezése is jelentősen befolásolja. 5. Szerkezeti analízis 5.1. Szerkezeti modellek (1) A keresztmetszetek szilárdságának és a szerkezeti rudak stabilitásának meghatározása előtt áttekintjük a globális analízist, amel erők, nomatékok megállapítására szolgál: (5.1 ábra) (a) elsőrendű rugalmas kezdeti geometriai alak és lineáris anag viselkedés, (b) másodrendű rugalmas deformált geometriai alak és lineáris anag viselkedés, (c) elsőrendű képléken kezdeti geometriai alak és nem-lineáris anag viselkedés, (d) másodrendű képléken deformált geometriai alak és nem-lineáris anag viselkedés feltételezésével. 8
Teher (a) Rugalmas kritikus teher (b) (d) (c) Deformáció 5.1 ábra Teher-deformáció görbék (2) A szerkezeti kapcsolatok tipikus kialakításait oszlop-gerenda kapcsolatok eseteire az 5.2 ábra mutatja. (a) (b) (c) 5.2 ábra Tipikus oszlop-gerenda kapcsolatok (a) Egszerű csomópont; (b) Fél-foltonos csomópont; (c) Merev csomópont 5.2. Globális vizsgálat 5.2.1. Szerkezet deformált alakjának hatása (1) A belső erők, igénbevételek meghatározhatók - első-rendű vizsgálattal, a szerkezet kezdeti geometriájának felhasználásával - másod-rendű vizsgálattal, a szerkezet deformációinak figelembevételével. Első-rendű vizsgálat alkalmazható, ha Fcrit α cr = 10 FEd ahol: α cr az a ténező, amellel a tervezési terhet megnövelve adódik a rugalmas elmozduláshoz tartozó instabilitási teher F Ed a szerkezet tervezési terhe F crit a rugalmas kritikus teher globális instabilitás esetén Imperfekciók: (a) globális imperfekciók keretekre és megtámasztó szerkezetekre (b) lokális imperfekciók a szerkezeti rudakra (2) Gerenda-oszlop típusú síkbeli keretek esetében az elsőrendű vizsgálat követelméne egszerűsítve vizsgálható (5.3 ábra) α cr = H V Ed Ed h δ H,Ed 9
ahol: H Ed a szint alján ható vízszintes valódi és fiktív erők vízszintes reakcióereje V Ed a szerkezet teljes függőleges terhe a szint tetején δ H,Ed a szint felső szélének eltolódása az alsó élhez viszonítva a valódi (pl. szélteher) és a fiktív vízszintes erők hatására h a szint magassága Alkalmazható viszonlag kis hajlású (26 ) gerenda esetén: A gerenda nomási igénbevételeinek ismerete hiánában feltételezhető: λ Af λ 0.3 N Ed dimenziónélküli síkbeli karcsúság, a gerendára csuklós megtámasztást feltételezve 5.3 ábra Keretek jelölése Egszintes keretek esetében a másod-rendű hatás számítható a H Ed vízszintes teher (pl. szélteher) és eg az imperfekciókból származó ekvivalens teher figelembevételével: H 1 = H 0 H 0 h 1 1 ; cr = 3. 0 VEd δ H,Ed α cr α ; Többszintes keretek esetében a másod-rendű hatás számítható az előbb megadott módszerrel, ha minden eges szintnél azonos a - a függőleges szinterők megoszlása, - a vízszintes szinterők megoszlása, - és a keretmerevségek megoszlása szintenként a vízszintes erők hatására. 5.3. Globális vizsgálatok szerkezeti imperfekciókkal 5.3.1. Imperfekciók keretek globális analíziséhez (5.4 ábra) Síkbeli kihajlás estén: (a) globális ferdeség φ 10
5.4 ábra Ekvivalens eltolódási imperfekciók ahol: h kezdeti érték a h magasságú oszlopokhoz alkalmazható csökkentő ténező:, de a szerkezet magassága méterben az eg sorban lévő oszlopok számához tartozó csökkentő ténező: m eg sorban lévő azon oszlopok száma, meleket az adott függőleges síkban számított átlagos N Ed függőleges teher legalább 50 %-a terhel. (b) lokális görbeség e 0 (5.1 táblázat) rugalmas képléken kihajlási görbe analízis analízis jele e 0 / L e 0 / L a 0 1/350 1/300 a 1/300 1/250 b 1/250 1/200 c 1/200 1/150 d 1/150 1/100 5.1 táblázat Kezdeti lokális görbeség L az elem hossza Az elemek lokális görbesége elhanagolható és csak a globális ferdeséget kell figelembe venni a végerők és nomatékok meghatározásához, ha minden nomott oszlopra teljesül a következő kritérium: ahol N Ed a nomóerő tervezési értéke a csuklósnak feltételezett oszlop síkbeli redukált karcsúsága (c) A kezdeti ferdeség és kezdeti görbeség helettesíthető az oszlopokat terhelő vízszintes erőkkel: (5.5 ábra) 11
kezdeti ferdeség kezdeti görbeség 5.5 ábra Imperfekciók helettesítése ekvivalens vízszintes terhekkel (d) A szerkezet lehetséges elfordulási hatása is figelembe vehető megfelelő eltolódások alkalmazásával: e) A globális és lokális imperfekciók figelembevételének alternatív módjaként a szerkezet rugalmas kritikus kihajlási alakjához tartozó is felhasználható, mint egséges globális és lokális imperfekció. Az imperfekció alakja ekkor íg írható fel: ahol: esetén a szerkezet relatív karcsúsága a megfelelő kihajlási görbéhez tartozó imperfekciós ténező kihajlási csökkentő ténező az N Ed erőrendszer N ult,k karakterisztikus ellenállás eléréséhez tartozó legkisebb erőszorzója a kihajlás figelembevétele nélkül α az N Ed erőrendszer legkisebb erőszorzója a kihajlás figelembevételével crit M Rk a kritikus keresztmetszet nomatéki ellenállásának karakterisztikus értéke, pl. M el,rk vag M pl,rk " EIη a mértékadó crit keresztmetszetben η crit hatására ébredő hajlító nomaték 5.3.2. Imperfekciók megtámasztó rendszerek globális analíziséhez (a) Megtámasztó szerkezetek imperfekciója kezdeti görbeséggel adható meg: (5.6 ábra) ahol: L a megtámasztó rendszer támaszköze 12
m a megtámasztott elemek száma (b) A megtámasztó szerkezetek imperfekciós hatása helettesíthető egenértékű stabilizáló erővel: ahol: a megtámasztó rendszer síkbeli lehajlása q teher és bármel, elsőrendű analízisből számított külső teher egüttes hatására. Másodrendű elmélet esetén δ q = 0 alkalmazható. Az N Ed erő az L támaszközön egenletesen oszlik meg. 5.6 ábra Ekvivalens stabilizáló erő (c) Ha a megtámasztott gerenda vag nomott elem illesztett, a megtámasztó rendszert az illesztés keresztmetszetében ható nagságú koncentrált erőre is ellenőrizni kell. 5.4. Nem-lineáris anag számításba vétele a globális analízisnél Statikailag határozatlan szerkezetek belső erői és nomatékai a) rugalmas globális analízissel vag b) képléken globális analízissel határozhatók meg. Rugalmas globális analízis mindig használható. Képléken globális analízis csak akkor használható, ha az EN 1993-1-1 szabván szerint a rúdelemek keresztmetszetei teljesítik az 5.5 szakasz feltételeit az acélanag pedig a duktilitási követelméneket. Az 5.7 ábra néhán példa segítségével bemutatja a különböző gerenda szerkezetek többletteherbírását. Képléken többletteherbírás P pl r =. Pel 13
5.7 ábra Rugalmas és képléken teherbírás 5.5. Keresztmetszetek osztálozása Nég keresztmetszeti osztál definiálható: (5.8 ábra) 1. keresztmetszeti osztálba azok a keresztmetszetek tartoznak, amelekben a képléken vizsgálat által megkívánt elfordulási képességgel rendelkező képléken csuklók alakulhatnak ki. 2. keresztmetszeti osztálba azok a keresztmetszetek tartoznak, amelekben a képléken nomatéki ellenállás kialakulhat, de elfordulási képességük korlátozott. 3. keresztmetszeti osztálba azok a keresztmetszetek tartoznak, amelekben a számított nomott szélsőszál feszültség elérheti a foláshatárt, de a heli horpadás (lemezhorpadás) megakadálozza a képléken nomatéki ellenállás kifejlődését. 4. keresztmetszeti osztálba azok a keresztmetszetek tartoznak, amelekben a nomatéki, illetve nomási ellenállás meghatározása során a heli horpadás hatására kifejezetten tekintettel kell lenni. 5.8 ábra Nomaték-elfordulási görbék [Halász, Iváni, 2001] 14
5.6. Keresztmetszet követelménei a képléken és rugalmas globális analízis esetén 5.6.1. Méretaránkorlátok Az 5.2 táblázat összefoglalja a különböző keresztmetszeti alakok lemezelemeinek szélesség/vastagság követelméneit. [Iváni 1998] 15
5.2 táblázat Hosszú lemezcsíkok méretaránkorlátai az eges keresztmetszeti osztálokhoz 16
Keresztmetszet osztálozása hajlítás és nomóerő esetén: Az összetett igénbevétel esetén a feszültségállapot eloszlása alapján határozható meg a keresztmetszeti osztál. Az 1. és a 2. keresztmetszeti osztál esetén α, a 3. osztál esetén a ψ meghatározható az 5.2 táblázat alapján. I vag H keresztmetszetek esetén az 1. és 2. osztál 1 h 1 N Ed α = + f d 2 2 t wf a 3. osztál ψ értéke a rugalmas analízisből számítható. ( t + r) 1 5.6.2. 4. osztálú keresztmetszetek hatékon (effektív) keresztmetszeti jellemzői [EN 1993-1-5] A lemezhorpadás hatására hatékon keresztmetszetek alakulnak ki, meleket a lemez megtámasztásának a feszültség eloszlásának és a lemez szélesség-vastagság aránában határoznak meg. A hatékon keresztmetszet a ρ ténezőtől függ: A ρ csökkentő ténező a következő lehet: (5.3 táblázat) belső nomott lemezelemekre: λ p 0,055( 3 + ψ) ρ = λ 2 p 1,0 szabad peremű lemezelemekre: (5.4 táblázat) λ ρ = p 0,188 1,0 2 λ p, ahol λ p = f σ cr b t = 28,4ε k ψ feszültségarán b a vonatkozó szélesség [pren 1993-1-1:2002; 5.2 táblázat] a következők szerint: b w a gerinclemezre b zárt szelvén belső övlemez elemére (kivéve a derékszögű négszög keresztmetszeteket) b-3t derékszögű zárt szelvén öveire c szabadperemű övekre h egenlő és egenlőtlen szárú szögacélokra k σ a ψ feszültségarántól függő horpadási ténező t lemezvastagság σ cr a lemezhorpadási rugalmas kritikus feszültség σ cr,p [EN 1993-1-5, A melléklet] σ Feszültségeloszlás (nomás pozitív) ψ = 1 b = ρ b b eff hatékon szélesség eff b e1 = 0,5 beff b e2 = 0,5 beff 1 > ψ 0 b b eff = ρ b 2 b 5 ψ = b b e1 = eff e2 eff e1 b 17
ψ < 0 b = ρ b = ρ b ( 1 ψ) eff c b e1 = 0,4 beff b e2 = 0,6 beff ψ = σ 2 σ 1 1 1 > ψ > 0 0 0 > ψ > 1-1 1 > ψ > 2 Horpadási 2 ténező k 4,0 8,2 ( 1,05 + ψ) 7,81 7,81 6,29ψ + 9,78ψ 5,98 1 ψ σ 5.3 táblázat Belső nomott lemezelemek 23,9 ( ) 2 Az 5.9 ábra bemutatja állandó megoszlású nomófeszültséggel terhelt belső és szabad preremű nomott lemezelemek b /t aránának alakulását f =235 N/mm 2 esetére. Feszültségeloszlás (nomás pozitív) b eff hatékon szélesség 1 > ψ 0 b = ρ c eff ψ < 0 b eff = ρ b c = ρc ( 1 ψ) ψ = σ 2 σ 1 1 0-1 1 > ψ > 3 Horpadási ténező 0,43 0,57 0,85 7 k σ 1 > ψ 0 b eff = ρ c ψ < 0 b eff = ρ b c = ρc ( 1 ψ) ψ = σ 2 σ 1 1 1 > ψ > 0 0 0 > ψ > 1 1 Horpadási ténező k σ 0,43 0,578 ( ψ + 0,34) 1,70 2 5ψ + 17,1 23,8 1,7 ψ 5.4 táblázat Szabad peremű nomott lemezelemek 18
5.9 ábra ρ csökkentő ténező alakulása 6. Teherbírási határállapotok 6.1. Általános elvek Parciális ténezők: γ M0 =1.00 parciális ténező keresztmetszeti osztálokra γ M1 =1.00 parciális ténező rudak stabilitásvizsgálatára γ M2 =1.25 parciális ténező húzott keresztmetszet szakadása esetén 6.2. Keresztmetszetek ellenállása (1) a keresztmetszetek ellenállását a következő jelenségek befolásolják: - a teljes keresztmetszet képléken ellenállása - a kötőelemek furataival gengített szelvén ellenállása - shear lag hatások [EN 1993-1-5] - a nírási horpadási ellenállás [EN 1993-1-5] (2) Rugalmas vizsgálat esetén a keresztmetszet kritikus pontján teljesíteni kell: σ f / γ x,ed M0 2 σ + f / γ z,ed M0 2 σ f / γ x,ed M0 σ f / γ z,ed M0 Ed 3 τ + f / γ M0 2 1 ahol σ x, Ed σ z,ed τ Ed heli hossziránú normálfeszültség tervezési értéke a vizsgált pontban, heli keresztiránú normálfeszültség tervezési értéke a vizsgált pontban, heli nírófeszültség tervezési értéke a vizsgált pontban. (3) Minden keresztmetszeti osztálra a lineáris kombináció használható. Konzervatív megközelítés: N M M Ed,Ed z,ed + + 1 N Rd M,Rd M z,rd ahol a nírási hatás redukáló hatása figelembe veendő az eges komponensek esetére. 6.2.1. Húzás A húzóerő N Ed tervezési értékének minden keresztmetszetben teljesítenie kell a következő feltételt: 19
N N Ed t,rd 1,0 ahol N t,rd a keresztmetszet húzási ellenállásának tervezési értéke, amel a következő két érték közül a kisebb: (a) a teljes keresztmetszet képléken tervezési értéke N pl,rd = A f / γ M1 (b) a kapcsolóelemek furatainál a hasznos szelvén tervezési ellenállása N u,rd = 0,9 A net f u / γ M2 6.2.2. Nomás A nomóerő N Ed tervezési értékének minden keresztmetszetben teljesítenie kell a következő feltételt: N N Ed c,rd 1,0 ahol N c,rd a keresztmetszet nomási ellenállásának tervezési értéke: N c,rd = A f / γ M1 (1., 2. vag 3. keresztmetszeti osztál esetén) N c,rd = A eff f / γ M1 (4. keresztmetszeti osztál esetén) 6.2.3. Hajlító nomaték A hajlító nomaték M Ed tervezési értékének minden keresztmetszetben teljesítenie kell a következő feltételt: M M Ed c,rd 1,0 ahol M c,rd a keresztmetszet hajlítási ellenállásának tervezési értéke: M c,rd = W pl f / γ M1 (1. vag 2. keresztmetszeti osztál esetén) M c,rd = W el,min f / γ M1 (3. keresztmetszeti osztál esetén) M c,rd = W eff,min f / γ M1 (4. keresztmetszeti osztál esetén) ahol W el,min és W eff,min a maximális rugalmas feszültséget adó pontra vonatkozó keresztmetszeti ténezők. Húzott övben levő lukakat nem kell számításba venni, ha a húzott övre teljesül: A f,net 0,9f u A f f γ M2 γ M1 ahol A f a húzott öv területe. 6.2.4. Nírás A níróerő V Ed tervezési értékének minden keresztmetszetben teljesítenie kell a következő feltételt: V V Ed c,rd 1,0 ahol V c,rd a keresztmetszet nírási ellenállásának tervezési értéke: (I) képléken méretezés esetén: V c,rd = V pl,rd A = v ( f 3) γ M1 ahol A v a nírt keresztmetszeti terület: (a) hengerelt I és H szelvének, gerinccel párhuzamos erő esetén: 20
A 2bt f + (t w + 2r)t f, de nem kisebb, mint η h w t w (b) hengerelt U szelvének, gerinccel párhuzamos erő esetén: A 2bt f + (t w + r)t f (c) hengerelt T szelvének, gerinccel párhuzamos erő esetén: 0,9(A bt f ) (d) hegesztett I, H és zárt szelvének, gerinccel párhuzamos erő esetén: ησ(h w t w ) (e) hegesztett I, H és zárt szelvének, övvel párhuzamos erő esetén: A-Σ(h w t w ) (f) állandó falvastagságú hengerelt zárt szelvének: magassággal párhuzamos erő esetén Ah/(b+h) szélességgel párhuzamos erő esetén Ab/(b+h) (g) állandó falvastagságú kör alakú szelvének: 2A/π ahol: A a keresztmetszet területe b a teljes szélesség h a teljes magasság h w a gerincmagasság r a hengerlési sugár t f az öv vastagsága t w a gerinc vastagsága (min) η lásd [EN 1993-1-5] vag 1,0. (II) rugalmas méretezés esetén V c,rd -t abból a kritériumból határozzuk meg, hog a mértékadó pontban τed 1,0 f ( 3 γ M1) ahol τ Ed = V Ed S I t ahol V Ed a níróerő tervezési értéke S a vizsgált pont feletti terület elsőrendű nomatéka I a teljes keresztmetszet másodrendű nomatéka t a lemezvastagság a vizsgált pontnál. uganakkor alkalmazva EN 1993-1-5-nek a nírási horpadásra vonatkozó feltételét 21
h τ = 3V Ed max 2ht b h τ max = τ = max V Ed hb 1 + 2l V Ed hb 2l h 4b 6.1 ábra Nírófeszültségek eloszlása I és H szelvének esetén, ha a níróerő párhuzamos a gerinclemez középvonalával, a nírófeszültség íg is számítható: Ed V = A Ed τ, ha A A 0, 6 w f w ahol A f az öv területe A w = h w t w a gerinc területe Emellett merevítés nélküli gerinc nírási horpadási ellenállását is ellenőrizni kell az EN 1993-1-5 szerint, ha h t w ε > 72 η w. A nírófeszültségek rugalmas eloszlását a 6.1 ábra mutatja. 6.2.5. Hajlítás, nírás, normálerő és keresztiránú erők interakciója (a) Az 1. és 2. keresztmetszeti osztál esetén a képléken ellenállás interakciós formulája a 6.1 táblázatból vehető. A táblázatban szereplő M N,V,Rd értékek is a következő táblázatból vehetők. M M,Sd N,V,,Rd α M + M z,sd N,V,z,Rd α β I vag H keresztmetszet 2 1 Zárt kör keresztmetszet 2 2 Zárt négszög keresztmetszet 1,66 1,66 Tömör négszög keresztmetszet és lemezek 1,73 1,73 A részletes vizsgálatot ld. az EN 1993-1-1-ben. 6.1 táblázat Képléken interakciós formula, ha nincs szükség stabilitásvizsgálatra A 3. keresztmetszeti osztál esetén a rugalmas ellenállás interakciós formulája a 6.2 táblázatból vehető. β 1 22
Hengerelt vag hegesztett szelvének V Sd 0,5 V Rd V Sd > 0,5 V Rd M M,Sd,Rd M z,sd M,Sd M z,sd + 1 n + 1 n ρ M M M z,rd,rd z,rd N n = N Sd Rd NSd = A f γ M1 ρ = V 2 V 6.2 táblázat Kéttengelű (ferde) hajlítás interakciós formulái (b) A 3. keresztmetszeti osztál esetén a hossziránú feszültségekre kimutatható: f σ x,ed γ M0 (c) A 4. keresztmetszeti osztál esetén kimutatható: N M,Ed + N Ede N M z,ed + N e Ed Ed Nz + + 1 A f / γ W f / γ W f / γ eff M0 eff,,min M0 eff,z,min M0 Sd Rd 1 2 ahol A eff egenletesen nomott keresztmetszet hatékon értéke W eff effektív keresztmetszeti ténezők e N a nomás hatására eltolódott effektív keresztmetszet súlponti helei 6.3. Szerkezeti rudak stabilitási ellenállása 6.3.1. Állandó keresztmetszetű nomott rudak (1) Nomott rudak kihajlási ellenállását ellenőrizni kell: N Ed N b,rd 1, 0 A nomott rúd tervezési kihajlási ellenállása: 1., 2. és 3. keresztmetszeti osztál esetén f N b,rd = χ A γ M1 4. keresztmetszeti osztál esetén f N b,rd = χ A eff γ ahol χ a kihajlási módnak megfelelő csökkentő ténező. (2) Kihajlási görbék Nomóerő esetén a χ kihajlási csökkentő ténező meghatározható a λ dimenzió nélküli karcsúság figelembevételével:,de M1 ahol: 23
1., 2. és 3. keresztmetszeti osztálra 4. keresztmetszeti osztálra α N cr L cr = βl β i imperfekciós ténező (6.3 táblázat) a kihajlási módhoz tartozó rugalmas kritikus erő kihajlási hossz a vizsgált kihajlási síkban kihajlási hossz ténező a megfelelő tengelre vonatkozó inerciasugár, a teljes keresztmetszet adataiból számolva f N/mm 2 -ben Kihajlási görbe a 0 a b c d Imperfekciós 0,13 0,21 0,34 0,49 0,76 ténező 6.3 táblázat Adott kihajlási görbéhez tartozó α imperfekciós ténezők: N λ 0,2 vag 0, 04 esetén a kihajlási hatás elhanagolható. N cr A kihajlási csökkentő ténezők görbéit a 6.2 ábra mutatja. Keresztmetszet Hengerelt I szelvének Hegesztett I szelvének Zárt szelvének Korlátozások h / b > 1,2 t f 40 mm 40 mm < t f 100 mm h / b 1,2 t f 100 mm t f > 100 mm t f 40 mm t f > 40 mm Kihajlási tengel z z z z z z z z z z z z Kihajlási görbe S 235 S 275 S 460 S 355 S 420 a a 0 b a 0 b a c a b a c a melegen hengerelt bármelik a a 0 d d b c c d c c b c c d hidegen alakított bármelik c c 24
Hegesztett zárt szelvének U-, T- és tömör szelvének általában (kivéve a következőt) erős varratok: a> 0,5 t f b / t f < 30 h / t w < 30 bármelik b b bármelik c c bármelik c c L- szelvén bármelik b b 6.4 táblázat Kihajlási görbe kiválasztása adott keresztmetszethez A 6.4 táblázat összefoglalja a különböző keresztmetszetek besorolásait. 6.2 ábra Kihajlási görbék: 6.3.2. Állandó keresztmetszetű hajlított rudak (1) Oldaliránban nem megtámasztott, az erős tengel körül hajlított gerendák M kifordulási ellenállását ellenőrizni kell: Ed 1, 0 M A hajlított rúd tervezési kifordulási ellenállása: ahol: M b,rd b,rd = χ 1. és 2. keresztmetszeti osztál esetén W = W pl, LT W f γ M1 25
3. keresztmetszeti osztál esetén W = W el, 4. keresztmetszeti osztál esetén W = W eff, (W meghatározásáról a gerendavégeken levő csavarlukakat nem kell számításba venni.) χ LT a kifordulási csökkentő ténező. (2) Kifordulási görbék Állandó keresztmetszetű hajlított rudak χ LT kifordulási csökkentő ténezője: (6.3 ábra),de ahol : α LT M cr imperfekciós ténező (6.6 táblázat) a rugalmas kifordulási kritikus nomaték Kihajlási görbe a b c d Imperfekciós α LT ténező 0,21 0,34 0,49 0,76 6.5 táblázat Adott kifordulási görbéhez tartozó imperfekciós ténezők Keresztmetszet Korlátozások Kihajlási görbe Hengerelt I h/b 2 a h/b > 2 b Hegesztett I h/b 2 c h/b > 2 d Más keresztmetszet - d 6.6 táblázat Kifordulási görbe kiválasztása adott keresztmetszethez A 6.6 táblázat a különböző keresztmetszetek besorolásait mutatja. 26
6.3 ábra Kifordulási görbék M λ LT 0,2, vag Ed 0, 04 esetén a kifordulási hatás elhanagolható. M cr A rúd oldaliránú megtámasztásai közötti szakaszra a nomaték megoszlás figelembevételével χ LT módosítható:,de ahol: k c értékét a 6.7 táblázat mutatja.,de Nomaték eloszlása 1., 2. és 3. osztálú keresztmetszet k c 1,0 1 1,33 0, 33ψ 0,94 0,90 4. osztálú keresztmetszet k c 1,0 1 1,33 0, 33ψ 1,0 1,0 0,91 0,86 0,77 1,0 1,0 1,0 0,82 6.7 táblázat k c korrekciós ténező értéke a következői 1,0 27
6.3.3. Állandó keresztmetszetű hajlított és nomott rudak Hajlított és tengeliránban nomott rudaknak ki kell elégíteni: ahol: M, M z χ és χ z χ LT k, k z, k z, k zz N Ed, M,Ed és M z,ed a nomóerő, az - és a z-z tengelre vett maximális nomatékok tervezési értékei a súlpont eltolódásából származó nomatékok a kihajlási csökkentő ténezők a kifordulási csökkentő ténező interakciós ténezők, meghatározásukra két módszer adott. Km-i osztál 1 2 3 4 A i A A A A eff W W pl, W pl, W el, W eff, W z W pl,z W pl,z W el,z W eff,z M,Ed 0 0 0 e N, N Ed M z,ed 0 0 0 e N,z N Ed 6.8 táblázat N Rk = f A, M i,rk = f W i és M i,ed értékei Az EN 1993-1-1 szabván hajlított és nomott rudak vizsgálatára két alternatív lehetőséget ajánl. (A részleteket a Táblázatok c. könv [Iváni 2004]részletesen tartalmazza) 6.3.4. Rudak és keretek kihajlás-vizsgálatának általános módszere Az általános módszer alkalmazására kerülhet sor: (a) változó keresztmetszetű rudak, (b) torzítási hatás figelembevétele, (c) egtengelű hajlítással, nomóerővel és nírással terhelt rudak, (d) különleges végkeresztmetszeti megtámasztások (e) keretek, melek rúdjai az (a)-(d) eseteket tartalmazzák. (i) Keretekre, melek gerendákból, vag oszlopokból, vag oszlop-gerendákból állnak és egtengelű hajlítással és nomóerővel terheltek, az elcsavarodó kihajlás, vagis a keret síkjából való eltolódás esetén az ellenállás ellenőrzése: χ LTα ult 1,0 γ ahol: M1 χ a kifordulási csökkentő ténező LT 28
α a minimális teherparaméter tervezési értéke a keret legkritikusabb ult keresztmetszetének karakterisztikus ellenállása a kifordulás figelembevétele nélkül, de a keretsíkban bekövetkező másodrendű hatások számításbavételével. A relatív karcsúság: α ult λ = α ahol: cr α crit a minimális teherparaméter tervezési értéke a keret rugalmas kritikus ellenállása a kifordulás figelembevételével. α cr és α ult meghatározható végeselemes analízis segítségével is, olan elemeket és megoldásokat alkalmazva, melekkel a megfelelő típusú alakváltozások modellezhetők. α crit meghatározásánál a számítási modell figelembe kell vege a kifordulási és csavarási hatásokat. α cr meghatározásánál a keresztmetszet vetemedése és bármel megfogási hatás (pl. merevítők, egszerű vag foltatólagos övkapcsolatok) is figelembe vehetők. 7. Használhatósági határállapotok 7.1. Alapelvek (1) Az acélszerkezetekre vonatkozó használhatósági határállapotok a következők: alakváltozások, vag lehajlások, melek a szerkezet megjelenését vag használhatóságát kedvezőtlenül befolásolják (beleértve a gépek vag egéb berendezések üzemzavarait is); rezgés, lengés, vag kilengés, mel kellemetlen közérzetet okoz az épület használóinak, vag károsítja az épületben található javakat; alakváltozás, lehajlás, rezgés, lengés vag kilengés, mel kárt okoz a burkolatokban vag a nem szerkezeti elemekben. (2) Az alakváltozásokat, lehajlásokat és rezgéseket korlátozni kell a fenti határok túllépésének elkerülése érdekében. 7.2. Lehajlások 7.2.1. Követelmének (1) Az acélszerkezeteket és alkotóelemeiket úg kell kialakítani, hog a lehajlások azon határon belül legenek, amelben a megbízó, a tervező és az illetékes hatóság megegezett, és amel megfelel az épület tervezett használatának és használóinak, továbbá az alátámasztott anagok természetének. (2) A szabálzatban lévő adatok tapasztalati értékek. Ezek a számítási eredménekkel való összevetés céljára alkalmazandók, íg nem értelmezhetők erőtani követelménként. (3) A lehajlásokat a másodrendű hatásokra és a lehetséges képléken alakváltozásokra vonatkozóan tett megfelelő közelítésekkel kell számolni. 7.2.2. Határértékek (1) A függőleges lehajlások alakulását a 7.1 táblázat mutatja. 29
δ max - a támaszokat összekötő egenes vonalhoz viszonított végleges lehajlás δ max = δ 1 + δ 2 - δ 0 0. állapot δ 0 - a terheletlen gerenda kezdeti felemelkedése (túlemelés) 1. állapot 2. állapot (0. állapot) δ 1 - a gerenda lehajlásának állandó terhek miatti megváltozása (1. állapot) δ 2 - a gerenda lehajlásának változó terhek miatti megváltozása (2. állapot) 7.1 táblázat: Figelembe veendő függőleges lehajlások Szerkezetek, terhelési körülmének - tetők általában Határértékek δ max δ 2 L/200 L/250 - járható tetők (a fenntartáson kívül is) - födémek általában - rideg burkolatot, vag nem-rugalmas szerkezeti rétegeket tartalmazó tetők és födémek L/250 L/250 L/250 L/300 L/300 L/350 - oszlopokat alátámasztó födémek (kivéve, ha a teherbírási határállapotra elvégzett erőtani számításban a lehajlások hatása figelembe lett véve) L/400 L/500 Ahol δ max az épület megjelenését kedvezőtlenül befolásolhatja L/250 - Konzolos gerendáknál: L a konzol hosszának kétszerese Esővíz elvezetés: - ha a tető lejtése kevesebb, mint 5%, ellenőrizni kell, hog az esővíz nem gűlik-e össze tócsákban; - ha a tető lejtése kevesebb, mint 3%, azt is ellenőrizni kell, hog az esővíz saját súlából adódó többlet-lehajlás nem okoz-e károsodást. 7.2 táblázat: A függőleges lehajlások ajánlott határértékei (2) Épületekre az ajánlott vízszintes elmozdulási határértékek az oszlopok felső végén értelmezve: (7.3 táblázat) 30
Többszintes épület Egszintes épület δ 1 h 1 /300 δ 2 h 2 /300 δ 0 h 0 /500 7.3 táblázat: A vízszintes elmozdulások ajánlott határértékei (3) Födémek rezgései Daru nélküli portálkeretek: δ h/150 Egéb egszintes épületek: δ h/300 Ha a frekvenciák és a lehajlás értékei a 7.4 táblázatban adott értékeknél kisebbek, a szerkezet rezgései, rázkódásai nem okoznak kénelmetlenségeket. Emberi közlekedésre szolgáló födémek Legalacsonabb önrezgésszám f o [Hz] 3 Teljes lehajlás korlátjai δ 1 + δ 2 [mm] 28 Ritmikus mozgással (ugrálás, táncolás) terhelt födémek 1 α EI fo = [Hz] 2 2π L m f o - önrezgésszám E rugalmassági modulus I - inercianomaték L - fesztáv m hosszegségre jutó tömeg α - az alapmódushoz tartozó frekvenciaténező 5 10 α = 9.869 α = 22.37 α = 3.516 α = 15.418 7.4 táblázat: Födémek rezgéseinek ajánlott határértékei 8. Szerkezeti kapcsolatok 8.1. Kötőelemek: Csavarozott, szegecselt és csapos kapcsolatok 8.1.1. γ M parciális biztonsági ténezők 31
rudak és keresztmetszetek ellenállása csavarozott kapcsolatok ellenállása szegecselt kapcsolatok ellenállása csapos kapcsolatok ellenállása hegesztett kapcsolatok ellenállása palástnomási ellenállás megcsúszási ellenállás: - hibrid kapcsolatok vag fárasztó teher esetén - további esetek γ M0 = 1,00, γ M1 = 1,00 és γ M2 = 1,25 γ M2 = 1,25 γ M3 = 1,25 γ M3 = 1,10 injektált csavar teherbírási ellenállása γ M4 = 1,00 vékonfalú zártszelvénű rácsos tartók kapcsolatainak ellenállása γ M5 = 1,00 csapos kapcsolatok ellenállása használhatósági határállapotban γ M6,ser = 1,00 nagszilárdságú csavarok előfeszítése γ M7 = 1,10 8.1 táblázat Parciális biztonsági ténezők 8.1.2. Csavarok f b folási szilárdságának és f ub húzási szakadási szilárdságának nominális értékei (8.2 táblázat) Csavarminőség 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 f b (N/mm 2 ) 240 300 480 640 900 f ub (N/mm 2 ) 400 500 600 800 1000 8.2 táblázat Csavarok folási és húzási szakadási szilárdságának nominális értékei 8.2. Csavarozott kapcsolatok ellenállása A csavarozott kapcsolatok ellenállásait a 8.3 táblázat foglalja össze. Osztál Feltétel Megjegzés Nírt csavarok A palástnomásra működő B használati határállapotban megcsúszásnak ellenálló C teherbírási határállapotban megcsúszásnak ellenálló Feszítés nem szükséges Minden minőség 4.6 és 10.9 között Feszített nagszilárdságú csavarok (8.8 vag 10.9) Nincs megcsúszás a használati határállapotban Feszített nagszilárdságú csavarok (8.8 vag 10.9) Nincs megcsúszás a teherbírási határállapotban D nem feszített csavarok Húzott csavarok Feszítés nem szükséges Minden minőség 4.6 és 10.9 között 32
E feszített csavarok 8.3 táblázat Csavarozott kapcsolatok ellenállásai 8.2.1. Csavar- és szegecslukak elhelezése (8.1 ábra) Feszített nagszilárdságú csavarok (8.8 vag 10.9) (a) osztástávolságok jelölése (b) eltolt csavarsorok osztásainak jelölése p 2 1,2d 0 L 2,4d 0 (c) eltolt csavarsorok osztástávolsága nomott elemben (d) eltolt csavarsorok osztástávolsága húzott elemben p 1 14t és 200 mm p 1,o 14t és 200 mm (külső sor) p2 14t és 200 mm p 1,i 28t és 400 mm (belső sor) 8.1 ábra Csavarlukak elhelezése 8.2.2. Minimális és maximális osztástávolságok, az elem végétől és szélétől mért távolságok (8.4 táblázat) Méret Minimális távolság Maximális távolság 1)2)3) EN 10025 szerinti szerkezeti acélok, kivéve EN 10025-5 fokozott nincs fokozott EN 10025-5 szerinti szerkezeti acélok normál acélok korrózióveszél korrózióveszél e 1 1,2 d 0 4t + 40 mm max (8t, 125 mm) e 2 1,2 d 0 4t + 40 mm max (8t, 125 mm) e 3 1,5 d 0 e 4 1,5 d 0 p 1 2,2 d 0 min (14t, 200 mm) min (14t, 200 mm) p 1,0 p 1,i min (14t, 200 mm) min (28t, 400 mm) p 2 4) 2,4 d 0 min (14t, 200 mm) min (14t, 200 mm) min (14t min, 175 mm) min (14t min, 175 mm) 33
1) Az osztástávolságok, elemvég- és széltávolságoknak nincs maximális értéke, kivéve a következőket: - nomott elemeknél a lokális kihajlás, illetve a korróziós tönkremenetel elkerülése végett az annak kitett elemeknél, valamint - húzott elemeknél a korróziós tönkremenetel elkerülése érdekében. 2) Két kötőelem közötti nomott lemezelem lokális kihajlása 0,6 p i kihajlási hosszú nomott oszlopként számítható. A kötőelemek közötti lokális kihajlást nem kell ellenőrizni, ha p 1 /t<9ε. A széltávolság nem haladhatja meg a nomott szabad lemezszélre vonatkozó lokális kihajlási előírásokat. A végtávolságot ez az előírás nem befolásolja. 3) t a kapcsolt elemek közül a vékonabb külső elem vastagsága 4) Eltolt csavarsorok esetén a minimális sortávolságra p 2 = 1,2 d 0 alkalmazható, ha az eltolt sorok bármel két kötőeleme közötti minimális távolság L 2,4 d 0. 8.4 táblázat Minimális és maximális csavartávolságok 8.2.3. Eges kötőelemek tervezési ellenállása nírás és/vag húzás esetén (8.5 táblázat) Tönkremenetel módja Csavarok Szegecsek Nírt felületenkénti nírási ellenállás Palástnomási ellenállás 1)2)3) + ha a nírt sík a csavar menetes részén halad át A = A s a csavar feszültség-keresztmetszete - 4.6, 5.6 és 8.8 anagú csavar esetén: α v = 0,6-4.8, 5.8, 6.8 és 10.9 anagú csavar esetén: α v = 0,5 + ha a nírt sík a csavar menet nélküli részén halad át A a csavarszár keresztmetszete α v = 0,6 Húzási ellenállás 2) f ahol α = α ub ; 1, 0 b min d ; f u a teherátadás iránában: - szélső csavarokra: α p1 1 α d = 3d 0 4 a teherátadás iránára merőlegesen: - szélső csavarokra: k - belső csavarokra: k 1 d e1 = 3d 0, belső csavarokra: e 2 = min 2,8 1,7; 2, 5 d 0 p 2 = min 1,4 1,7; 2, 5 d 0 1 Kigombolódási ellenállás Összetett igénbevétel: húzás és nírás ahol k 2 = 0,63 süllesztett fejű csavarokra k 2 = 0,9 egébként nem kell ellenőrizni 34
1) Az F b,rd palástnomási ellenállás: - túlméretes csavarluk esetén a normál csavarlukú csavarok palástnomási ellenállásának 0,8- szerese; - hasított csavarluk esetén, ahol a hasított csavarluk hossztengele merőleges az erőátadás iránára, a normál csavarlukú csavarok palástnomási ellenállásának 0,6-szerese. 2) Süllesztett fejű csavaroknál: - az F b,rd palástnomási ellenállás meghatározásánál a t lemezvastagságból le kell vonni a sülleszték mélségének felét; - az F t,rd húzási ellenállás meghatározásánál a süllesztésnek szabvánosnak kell lennie, máskülönben a húzási ellenállást módosítani kell a ténleges kialakításnak megfelelően. 3) Ha a csavarra jutó erő nem párhuzamos a lemezszéllel, a palástnomási ellenállást külön kell ellenőrizni a csavarra jutó erő lemezszéllel párhuzamos és arra merőleges komponenseire. 8.5 táblázat Kötőelemek nírási és/vag húzási ellenállásai (1) 8.8 és 10.9 csavarminőségű NF-kapcsolat esetén a feszítőerő tervezési értéke F p,cd a következő: A 8.5 táblázatban lévő nírási ellenállási F v,rd értékek szabvános furatú csavarkapcsolatoknál alkalmazhatók. (2) M12 és M14-es csavarok esetén is alkalmazható 2 mm-es lukhézag (a lukátmérő és a lukba kerülő csavar szárátmérője közötti különbség), ha a csavarkép palástnomási ellenállása egenlő vag nagobb a csavarkép nírási ellenállásánál. Ekkor a 4.8, 5.8, 6.8, 8.8 vag 10.9-es csavarminőségű kapcsolat nírási ellenállása a 8.5 táblázatból meghatározott érték 0,85-szöröse. (3) Egszerű átlapolt lemezkötés és eg csavarsor esetén (8.2 ábra) a csavarkötésben alátétet kell alkalmazni a csavarfej és a csavarana alatt is, a csavarok palástnomási ellenállásának F b,rd felső határa pedig: 8.2 ábra Átlapolt lemezkötés (4) Ha a csavarok vag szegecsek nírásos és palástnomásos kapcsolatban béléslemezen (8.3 ábra ) keresztül adják át az erőt, mel béléslemez t p vastagsága nagobb, mint a d névleges átmérő egharmada, a fenti táblázatból meghatározott nírási ellenállás tervezési értékét csökkenteni kell β p csökkentő ténezővel:, de 8.3 ábra Béléslemezes kapcsolat (5) Szegecselt kapcsolatokat nírásos teherátadásra kell méretezni. Ha a húzás is szükséges az egensúl kielégítéséhez, akkor a húzóerő tervezési értéke F t,ed nem haladhatja meg a 8.5 táblázatban megadott F t,rd húzási ellenállást. 35
Általános szabálként a szegecs átfogási hossza nem haladhatja meg a 4,5d értéket kalapácsos szegecselésnél és a 6,5d értéket sajtolásos szegecselésnél. 8.2.4. Hosszú kapcsolatok Hosszú kapcsolatokban (8.4 ábra), ahol a két végső csavar erőátadás iránában mért L j tengeltávolsága 15 d-nél nagobb, a nírt csavarok F v,rd nírási ellenállását a következő ténezővel kell csökkenteni:, ahol 0,75 β LF 1,0 8.4 ábra Hosszú kapcsolatok 8.2.5. 8.8 vag 10.9 csavarok megcsúszásnak ellenálló kapcsolatokban (1) Megcsúszási ellenállás 8.8 vag 10.9-es előfeszített csavarok megcsúszási ellenállása: ahol: k s = 1,0 normál csavarlukra; k s = 0,85 túlméretes és rövid hasíték lukakra (a hasíték irána merőleges az erőátadás iránára); k s = 0,7 hosszú hasíték lukakra (a hasíték irána merőleges az erőátadás iránára); k s = 0,76 túlméretes és rövid hasíték lukakra (a hasíték irána párhuzamos az erőátadás iránával); k s = 0,63 hosszú hasíték lukakra (a hasíték irána párhuzamos az erőátadás iránával); n a súrlódó felületek száma µ a felület-előkészítéstől függő súrlódási ténező Felület-előkészítési osztálok µ súrlódási ténező A sörétezett vag szemcsefútt, de festetlen felületek 0,5 B sörétezett vag szemcsefútt, majd festett felületek 0,4 C drótkefézéssel vag lángszórással tisztított felületek 0,3 D kezeletlen felületek 0,2 Egéb felület-előkészítés esetén kísérleti úton kell a besorolást elvégezni. 8.6 táblázat Felület előkészítési osztálok 36
(2) Húzás és nírás kombinációja Ha a megcsúszásnak ellenálló kapcsolatot húzóerő F t,ed és níróerő F v,ed is terheli, a megcsúszási ellenállás a következő: 8.2.6. Kötőelemlukak okozta gengítések (1) "Egüttes nírás" hatékon nírt felületek (8.5 ábra) Az "egüttes nírási" ellenállás tervezési értéke szimmetrikus csavarkép és központos terhelés esetén: ahol: A nt a húzásnak kitett tiszta terület A nv a nírásnak kitett tiszta terület Gerendavégeknél, ahol a níróerő külpontosan hat a csavarkép súlpontjához képest, az egüttes nírás tervezési értéke: (2) Egik szárán kapcsolt szögacél (8.6) 8.5 ábra Hatékon nírt felületek 37
8.6 ábra Egik szárán kapcsolt szögacél Az egik szárán kapcsolt szögacél tervezési ellenállása a következő: 1 csavar esetén 2 csavar esetén 3 vag több csavar esetén ahol: A net a szögacél gengített keresztmetszeti területe. Rövidebb szárán kapcsolt egenlőtlen szárú szögacélnál A net értéke nem vehető nagobbra, mint a kisebbik oldal hosszúságával megegező szárméretű, képzelt egenlő szárú szögacél gengített keresztmetszeti területe. β 2 és β 3 a csavarlukak p 1 távolságától függő csökkentő ténezők a 8.7 táblázatban megadott értékekkel. A közbenső értékek lineáris interpolációval számíthatók. csavarlukak távolsága p 1 2,5 d 0 5,0 d 0 2 csavar β 2 0,4 0,7 3 vag több csavar β 3 0,5 0,7 8.7 táblázat Csökkentő ténezők 8.3. Hegesztett kapcsolatok 8.3.1. Hegesztett kötések általános típusai (8.8 táblázat) kötéstípus Varrattípus tompakötés T-kötés átlapolt kötés sarokvarrat 38
lukperemvarrat teljes beolvadású tompavarrat 1) részleges beolvadású tompavarrat 1) telivarrat horonvarrat 1) Esetenként a tompavarratok bármilen vágásos élmegmunkálás nélkül is kialakíthatók. 8.8 táblázat Hegesztett kötések típusai 8.3.2. Sarokvarratok (8.7 ábra) (1) Hasznos varrathossz: A teljes varrathossz figelembe vehető. Ha a varratkezdet és befejezés nem teljes értékű, akkor 2 a értékkel csökkenthető a teljes hossz (kezdő és végkráter hossza). 30 mm-nél vag 6 a méretnél rövidebb sarokvarratok erőátadás szempontjából nem vehetők figelembe. (2) Hasznos varratméret a: A sarokvarrat hasznos mérete nem lehet kisebb 3 mm-nél. Sarokvarratok hasznos varratmérete 8.7 ábra Mélbeolvadású sarokvarrat hasznos varratmérete Sarokvarratok tervezési ellenállása: (8.8 ábra) 39
A sarokvarrat tervezési keresztmetszete. A sarokvarratban keletkező feszültségek: 8.8 ábra Varrat feszültségkomponensei σ a varrattengelre merőleges normálfeszültség σ a varrattengellel párhuzamos normálfeszültség (varratméretezésnél nem II vesszük figelembe) τ a varrattengelre merőleges nírófeszültség τ a varrattengellel párhuzamos nírófeszültség II A sarokvarratnál a következő két feltétel teljesülését kell kimutatni: ahol: f u a kapcsolódó elemek szakítószilárdsága közül a kisebb β w a megfelelő korrekciós ténező 8.9 táblázat Szabván és acélminőség EN 10025 β w korrekciós ténező S 235, S 235 W 0,8 S 275, S 275 N/NL, S 275 M/ML S 355, S 355 N/NL, S 355 M/ML, S 355 W S 420 N/NL, S 420 M/ML 0,85 0,9 1,0 S 460 N/NL, S 460 M/ML, 1,0 S 460 Q/QL/QL1 8.9 táblázat Korrekciós ténezők Egszerűsített módszer sarokvarratok ellenállására: A sarokvarratra jutó összes erőt figelembe véve: F w,ed F w,rd ahol: F w,ed - varrat egségni hosszára eső fajlagos erőt F w,rd = f vw,d a a varrat fajlagos ellenállása ahol: f vw.d a varrat nírószilárdsága f vw.d f = β u w γ 3 M2 40
8.3.3. Tompavarratok tervezési ellenállása (8.9 ábra) Teljes beolvadású tompavarratok tervezési ellenállása megegezik az alapanag tervezési ellenállásával. Részleges beolvadású tompavarratokat mélbeolvadású sarokvarratként kell méretezni. Tompa T-kötés: 8.9 ábra Tompavarrat A tompa T-kötésű varrat teljes beolvadású tompavarratként kezelhető, ha: a nom,1 + a nom,2 t (a T-kötés szárának vastagsága), és c nom min(t/5; 3mm). Ha a fenti feltételeket nem elégíti ki a T-kötés, akkor kétoldali sarokvarratként, vag kétoldali mélbeolvadású sarokvarratként kell számítani, a beolvadási mélség függvénében. Irodalom: Iváni M. (koordinátor): Acélszerkezetek tervezése az Eurocode 3 szerint Oktató csomag az EC3 oktatásához Műegetemi Kiadó, Budapest, 2001 Iváni M. (szerkesztette) EUROCODE Kézikönv: Acélszerkezetek A lemezhorpadás szerepe és vizsgálata Műegetemi Kiadó, Budapest, 2002 Iváni M. (szerkesztette) EUROCODE Kézikönv: Acélszerkezetek Táblázatok és méretezési példatár Műegetemi Kiadó, Budapest, 2002 Halász O. - Iváni M.: Stabilitáselmélet Acélszerkezetek méretezésének elvei és módszerei Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001 Iváni M.: Hídépítéstan. Acélszerkezetek Műegetemi Kiadó, Budapest, 1998 Iváni M.: TÁBLÁZATOK acélszerkezetek méretezéséhez az Eurocode 3 szerint Műegetemi Kiadó, Budapest, 2004 41