Pienahitsien materiaalikerroin w

Transkriptio

1 Pienahitsien materiaalikerroin w

2 Pienahitsien komponenttimenettely (SFS EN ) Seuraavat ehdot pitää toteutua: 3( ) ll fu w M ja 0,9 f u M f u = heikomman liitettävän osan vetomurtolujuus

3 Esimerkki otsapienahitsistä Yksinkertaistettu menettely ( = =0): a> F Ed w M 3 /(L w f u ) Komponenttimenettely ( = ll =0): a> F Ed w M /(L w f u )

4 Selitys, mistä tulee tekijät (tai 3...) w 45 o Selityksenä on siis, että kuorman aiheuttama jännitystaso w poikkeaa pienahitsin oletetusta jännitystasosta 45 o. = w cos 45 0 = w / = w sin 45 0 = w /

5 ... Selitys, mistä tulee tekijät tai 3 3 ) 3( M w u w w ll f 4 M w u w w w f ( = ll =0): 3 3 ) 3( M w u w w ll f ( = =0, ll = w, yksinkertaistettu menettely): Eli a = F ed /(l eff w ) -> a> F Ed w M /(L w f u ) Eli a = F ed /(l eff w ) -> a> F Ed w M 3 /(L w f u )

6 Esimerkki kylkipienahitsistä Yksinkertaistettu menettely ( = =0): a> F Ed w M 3 /(L w f u ) Komponenttimenettely ( = =0): a> F Ed w M 3 /(L w f u )

7 Läpihitsatun päittäishitsin mitoitus (SFS EN ) Hitsin mitoitusarvo valitaan yhtä suureksi kuin heikoimman liitettävän osan kestävyyden mitoitusarvo ja lisäaineen lujuudeksi perusaineille määritetty lujuus. Mitoitusarvona on yleensä hitsausliitoksen leveys ja paksuus, joiden pitää vastata pienimmän osan mittoja.

8 Esimerkki läpihitsatusta päittäishitsistä (ei pienahitsi)

9 Väsytetysti kuormitetut rakenteet Esimerkkejä mahdollisista väsytetysti kuormitetuista rakenteista: sillat, nosturit, työkoneet, liikennevälineet, mastot, off-shore rakenteet, tuulivoimalat, prosessiteollisuuden putkistot ja säiliöt. Jännitystaso, jolla rakenne vaurioituu, voi olla paljon pienempi kuin materiaalin staattisen kestävyyden arvo. Väsyminen vaatii oman kestävyystarkastelunsa. Hitsausliitoksissa on aina valmiina alkusäröjä, jos niitä ei ole poistettu hiomalla tms. Nämä säröt kasvavat vaihtelevan kuormituksen myötä haitallisen suuriksi silmin nähtäviksi murtumiksi.

10 Vaihteleva eli väsyttävä kuormitus voi olla: hyötykuorman suuruuden vaihtelua kuorman suunnan muuttumista kuorman liikkumista rakenteeseen nähden rakenteen asentojen vaihtelua kiihdytyksiä ja jarrutuksia ajoradan epätasaisuuksia rakenteen värähtelyä, resonanssia, iskuja aalto- tai tuulikuormaa lämpötilan ja lämpöjännitysten vaihtelua

11 Hitsien väsymislujuuden laskenta SFS EN mukaan Perustuu suurten koekappaleiden testeihin. Sovelletaan rakenteille, joiden laatu on SFS-EN 1090:n mukainen. Koskee kaikkien lujuusluokkien rakenneteräksiä sekä ruostumattomia ja suojaamattomia säänkestäviä teräksiä ellei toisin mainita. Materiaalin sitkeys pitää olla EN mukainen. Rakenteiden tulee olla normaaleissa ilmastollisissa käyttöolosuhteissa ja asianmukaisesti korroosiosuojattu sekä säännöllisesti huollettu. Meriveden aiheuttamaa korroosiota ja yli 150 o C lämpötilan vaikutusta ei käsitellä. Mitoitusperiaatteet: Viansietoperiaate: sallii särön kasvun, mutta se hallitaan pakollisilla määräaikaistarkastuksilla ja korjausmääräyksillä. Varman kestoiän periaate: ei salli särön merkittävää kasvua. Käytetään rakenteisiin, joissa paikalliset säröt voivat johtaa rakenneosan tai koko rakenteen murtumaan.

12 Jännitysvaihteluiden suuruus Väsymislujuuden laskenta SFS EN mukaan perustuu Wöhler eli S-N käyrään log N Kuormituskertojen määrä Rakenne kestää väsymistä, kun jännitysvaihteluiden suuruus ja kuormituskertojen määrä jää alle Wöhler-käyrän.

13 Tässä kurssissa hitsausliitosten väsymislujuuden laskentaan sovelletaan Palmgren-Minerin säännön mukaista vauriosumman laskentaa, jonka mukaan väsymislujuuden ehtona on [SFS EN ]: n nei Dd 1, 0 N i Ri D d = kumulatiivinen vaurio n Ei = jännitysvaihteluvälien i lukumäärä kertymässä kaistalla i. N Ri =murtumista vastaava käyttöikä sykleinä jännitysvaihteluvälille i. Edelleen: N Ri C Mf i kun N <5x10 6 N Ri C Mf i kun N <10 8 N Ri D Mf i kun 5x10 6 < N <10 8

14 Väsymistarkastelu tehdään hitsiin kohdistuville normaalijännitykselle ja leikkausjännitykselle erikseen. Pienahitsin laskenta poikkeaa hieman staattisesta mitoituksesta (SFS EN ). C = C on väsymisluokka, joka saadaan standardin taulukoista Väsymislujuuden käyrien piirtämiseksi: Vakioamplitudinen väsymisraja: D = 0,737 C Alempi väsymisraja: L = 0,549 D L = 0,457 C

15 Väsymislujuuden käyrät normaalijännitysten vaihteluväleille [SFS EN ] N=x10 6

16 Väsymislujuuden osavarmuusluku Mf Vaurion seuraukset pienet suuret Luotettavuustarkastelu Vaurionsietoperiaate 1,00 1,15 Varman kestämisen periaate 1,15 1,35

17 Väsymisluokka voidaan määrittää taulukoiden avulla

18 Esimerkki väsymismitoituksesta Kuormituskertymä: F 1 =150 kn, n 1 =1*10 5 F =100 kn, n =5*10 5 F 3 =50 kn, n 3 =5*10 6 Tarkistus Palmgren-Minerin mukaan (SFS EN ): Hitsin väsymisluokka on 80 eli C =80N/mm, D =0,737*80 N/mm = 58,96 N/mm, L =0,549*58,96N/mm = 3,37 N/mm Osavarmuusluku Mf =1,35.

19 1 = F 1 /A= /1500 N/mm = 100 N/mm 3 3 C N R ,1 10 Mf 1 1,35100 = F /A= /1500 N/mm = 67 N/mm 3 3 C N R ,3810 Mf 1, = F 3 /A= /1500 N/mm ; = 33 N/mm 5 5 D 6 58, N R Mf 3 1,3533 D d 3 I 1 n N f Ri , , ,86 1,0 Eli rakenne kestää väsyttävän kuormituksen.

20 Väsymislujuuden lisääminen Jännitysvaihtelun pienentäminen hitsausliitosten sijoittelulla Lujemman (sitkeämmän) materiaalin käyttö Hitsausliitosten viimeistely mm. hiomalla Hitsausliitosten suojaaminen korroosiolta Jännitystilan muutos mm. paikallisella lämpökäsittelyllä

21 Hitsausliitoksen siirto pienemmän jännitysvaihtelun alueelle

22 Paikallinen lämpökäsittely aiheuttaa vastajännityksen

23 Väsyttävästi kuormitetun rakenteen mitoitusperiaatteita Kuinka pitkä kestoikä rakenteelta vaaditaan? Voiko järjestää määräaikaistarkistuksia? Ovatko kriittiset kohdat tarkistettavissa? Onko korjaus tai uuden osan vaihto mahdollista ja taloudellisesti järkevää? Mitkä ovat vaurioiden seuraukset? Ovatko ne vakavia (hengenvaara ym.)? Kykeneekö rakenne kantamaan kuormitukset uudella tavalla väsymismurtuman tapahduttua?

24 Haurasmurtumisen vaara Kylmässä ( o C) teräs voi murtua hauraasti. Ilmiö voi edetä äänen nopeudella, koska plastista muodonmuutosta ei tapahdu ollenkaan. Rajalämpötila on ns. transitiolämpötila. Kun rakenteeseen lisäksi kohdistuu korkea vetojännitys, jota mm. iskumainen kuormitus hetkellisesti lisää, tuloksena on usein haurasmurtuma. Ilmiö on paksujen materiaalien ongelma. Ohjeita SFS EN :ssä.

25

26 Lamellirepeilyä tulee välttää Ohjeita SFS EN :ssä.

27 Jatko-opiskelua teräsrakenteista S Teräsrakenteiden suunnittelu (Design of steel structures) 6 op S Teräsrakenteiden suunnittelun jatkokurssi (Advanced topics on design of steel structures) 6 op. SFS-EN 1090 Teräs ja alumiinirakenteiden toteutus, osat 1-3.