Tämä Ruostumattomien rakenneputkien käsikirja keskitt Stalatube O:n ja O Outokumpu Stainless Tubular Products Ab:n tuotteiden ominaisuuksiin ja kättöön eri sovelluskohteissa. Käsikirja on ensiäinen kattava teos ruostumattomien rakenneputkien materiaaleista, ominaisuuksista ja mitoituksesta. Ruostumattomien rakenneputkien käsikirja Ruostumattomien rakenneputkien käsikirja Ruostumaton rakenneputki on rakenneosa, joka säilttää voimansa koko elinkaaren ajan. Ruostumattomat teräkset ovat teräksiä, joissa on vähintään 10,5 % kromia.
Ruostumattomien rakenneputkien käsikirja 1
Teräsrakennehdists r on vuodesta 1971 lähtien edistänt ja kehittänt teräksen ja muiden metallien kättöä rakennusteollisuudessa. Teräsrakennehdists r PL 381 Unioninkatu 14, 3. krs. 00131 Helsinki Puh.: (09) 1 991 Fax: (09) 199 14 Internet: www.terasrakennedists.fi 3
LAAJI VALIKOIA Stalatube O on erikoistunut ruostumattomien rakenneputkien valmistukseen. Yli 30:n vuoden aikana rits on kehittänt kansainvälisen merkkituotteen, jota viedään globaalisti kaikille mantereille. Stalatube O:llä on laajin tuotevalikoima, jonka ksittäinen ruostumattoman rakenneputken valmistaja pst markkinoille tarjoamaan. Valmistusohjelmaan kuuluvat neliön- ja suorakaiteenmuotoiset ruostumattomat rakenneputket. Valikoimaan kuuluvat mös ruostumattomat lattaputket, jotka ovat hvä vaihtoehto lattatangoille (lattateräksille). Toimitae mös asennusvalmiita putkikomponentteja asiakkaan toivomuksen mukaisesti. Tilaamalla rakenneputket jo tuotantovaiheessa määrämitta- tai kulmakatkaistuina säästetään aikaa sekä kustannuksia tömaalla. Stalatube O Activating Your Ideas Outokuun ruostumaton teräs on suunnittelijan kkösvalinta. St siihen ovat selkeät: kauneus, lujuus, mpäristöstävälliss sekä matalat elinkaarikustannukset. Ideat ovat sinun meiltä saat maailmanluokan teräksen, teknisen tuen ja asiantuntemuksen parhaan mahdollisen materiaalin valitsemiseksi. Inspiraation voima kantaa pideälle kätä se hväksesi. Aktivoidu osoitteessa 4 www.outokumpu.com Finland Taivalkatu 7 FI-15170 Lahti Tel. +358 (0)3 88 190 Fax +358 (0)3 88 1914 Stalatube BV The etherlands Touwslagerij 13 L - 476 AT Zevenbergen Tel. +31 (0)168 35 777 Fax +31 (0)168 35 778 Panostae laatuun. Yritksellä on sertifioidut ISO 9001 ja ISO 14001 -laatujärjestelmät. USE OUR STREGTH www.stalatube.com Ruostumattomat rakenneputket Ruostumattomat lattaputket 5 x 5 x 1. - 300 x 300 x 1.5 30 x 0 x 1. - 400 x 00 x 1.5 40 x 10-80 x 10 and 100 x 0 5
Esipuhe Tämä Ruostumattomien rakenneputkien käsikirja perustuu ensisijaisesti eurooppalaisiin Eurocode-standardeihin ja eritisesti ruostumattomia teräksiä koskevaan standardiin SFS-E 1993-1-4:007, joka on tarkoitettu kätettäväksi pääsääntöisesti rakenteiden ja rakennusteknisten töiden suunnitteluun. Käsikirjan rakenneputkille esitettjä ohjeita voidaan kuitenkin kättää soveltuvin osin mös muihin kuormaa kantavien rakenteiden suunnitteluun sekä materiaalin valintaan. Käsikirja on ensiäinen laajempi ruostumattomien rakenneputkikomponenttien suunnitteluun kohdistettu teos. Käsikirjan tarkoituksena on helpottaa ruostumattoman teräksen valintaa rakenteelliseksi komponentiksi. Kirjaan on koottu hödllistä tietoa ruostumattomista teräksistä ja niistä tehdistä rakenneputkista sekä niiden materiaaliominaisuuksista kuten korroosionkestävs, lujuus, hitsattavuus ja valmistettavuus. Kättösovelluksista, kantavien rakenteiden mitoittamisesta ja kustannustarkastelusta on omat osuutensa. Käsikirjaa voidaan hödntää sekä jokapäiväisissä törutiineissa että oppimateriaalina. Käsikirjan sisällön on koonnut DI Pekka Yrjölä, joka toimii ruostumattomien terästen rakennesuunnittelun asiantuntijana Teräsrakennehdists r:ssä. Käsikirjan tekemisestä vastanneeseen ohjausrhmään ovat kuuluneet DI Jukka Sänäjäkangas, Outokumpu Tornio Works, Ins. Bengt Slotte O Outokumpu Stainless Tubular Products Ab ja DI Kenneth Söderberg, Stalatube O. Kirjan töstämiseen ja koentointiin ovat osallistuneet DI Tero Taulavuori, DI inna Sellman ja DI Pekka Vainio, Outokumpu Tornio Works, DI Jouko Kouhi ja TkT Olli Kaitila Teräsrakennehdists r, DI Asko Talja VTT, DI Antero Kröläinen, Steelpolis O, TkL Asko Kähönen ja Ins. Hans Storbacka O Outokumpu Stainless Tubular Products Ab ja DI Petteri aaranen, Ins. Jari aukonen ja tuotannon kehittäjä Jukka ssönen, Stalatube O. Käsikirjassa on osia kirjasesta Ruostumattomat teräkset, joka on eripainos Teknologiateollisuus O:n julkaisemasta ja Teknologiainfo Teknova O:n kustantamasta Raaka-ainekäsikirjasarjan osasta 1, uokatut teräkset, kohdasta ruostumattomat teräkset. Kirjan taiton ja kannen suunnittelun on tehnt ark.o. Teemu Seppänen. Kirjan on painanut ja sitonut Libris O. Kiitokset kaikille käsikirjan valmistelutöhön osallistuneille. Ohjausrhmä toivoo saavansa palautetta kirjan sisällön kehittämiseksi seuraavaan painokseen. Toimitus: DI Pekka Yrjölä, Teräsrakennehdists r Taitto: Teemu Seppänen, ark. o Helsingissä 1.3.008 Teräsrakennehdists r 008 Teräsrakennehdists r ISB 978-95-9683-36-9 Kirjapaino: Libris O, Helsinki Käsikirjan sisällön oikeellisuus on tarkastettu huolellisesti. Ee kuitenkaan vastaa mahdollisista virheistä tai tietojen väärästä soveltamisesta aiheutuneista välittömistä tai välillisistä vahingoista. Käsikirjan tiedot ovat ohjeellisia. Oikeudet muutoksiin pidätetään. 6 7
Sisällsluettelo 1 Johdanto 10 Ruostumattomien rakenneputkien kättökohteita 1 3 Ruostumattomat teräkset 18 3.1 Ruostumattomat teräslajit rakenneputkien materiaaleina 18 3. ekaaniset ominaisuudet 3.3 Fsikaaliset ominaisuudet 5 3.4 Korroosionkestävs 5 3.4.1 Korroosion peruskäsitteet 7 3.4. Yleinen korroosio 9 3.4.3 Paikalliset korroosioilmiöt 9 3.4.4 Korroosion ennaltaehkäis 34 3.5 Esimerkkejä materiaalinvalintaan 36 3.5.1 ateriaalin valinta rakennuskohteeseen huomioiden mekaanisen lujuuden vaatimukset 36 3.5. Uimahalliolosuhde 37 3.5.3 Itämeren vesi 38 3.5.4 Rakennuskohde kaupungissa 39 3.5.5 Liikennevälineet 40 3.5.6 Kulku- ja liikennevälien rakenteet 41 3.5.7 aa- ja vesirakentaminen 4 3.5.8 Ohjelmisto ruostumattoman rakenneputken valintaan mekaaninen kestävs huomioiden 44 3.5.9 Ohjelmisto ruostumattoman materiaalin valintaan korroosio huomioiden 45 4 Ruostumattomat rakenneputket 46 4.1 Putkenvalmistus 46 4.1.1 Rullamuovaus 46 4.1. Yksittäisvalmistus taivuttamalla 47 4. Teräslajit 47 4.3 ittavalikoimat 48 4.4 ittatoleranssit 51 4.5 Lujuusluokat 5 4.6 Pinnan viimeisteltilat 5 4.7 Jatkojalostuspalvelut 53 4.8 Tilauksen spesifiointi 54 5 Konepajavalmistus 55 5.1 Pintakäsittelt 55 5. Hitsaus 57 5..1 Hitsauslisäaineet 59 5.. Hitsauskaasut 60 5..3 Railomuodot 61 5..4 Hitsauslisäaineen valinta eripariliitokselle 64 5..5 Hitsausjärjests 65 5..6 Hitsausliitosten jälkikäsittel 66 5.3 Katkaisu ja aukotus 69 5.3.1 Katkaisu 69 5.3. Aukotus 69 5.4 Ruuviliitokset ja itseporautuvat ruuvit 70 5.5 uu lastuava töstö 7 5.6 Taivutus 73 5.7 Suurpainemuovaus 79 5.8 Eri metallien liittäminen 79 5.9 Rakenneosien toleransseista 81 6 Rakenneputkien liitosten kestävsnäkökohtia 86 7 Ruostumattomista rakenneputkista valmistettavien rakenteiden 9 mitoitus standardin SFS E 1993-1-4 mukaisesti 7.1 Rajatilamitoitus 93 7. Rakenneputkesta valmistettavan rakenteen mitoitus huoneenlämpötilassa 94 7..1 ateriaaliominaisuudet 94 7.. Rakenneputken poikkileikkausluokitus 95 7..3 Vedetn rakenneputken mitoitus 96 7..4 Taivutetun rakenneputken mitoitus 97 7..5 Keskeisesti puristetun rakenneputken mitoitus 98 7..6 Puristetun ja taivutetun sauvan mitoitus 100 7..7 Leikkausvoimalla kuormitettujen rakenneputkien mitoitus 101 7..8 Hitsausliitokset 101 7..9 Ristikkorakenteiden mitoituksesta 103 7..10 Rakenneputken liitosten mitoitus 105 7..11 Siirtmien laskennasta 116 7.3 Rakenneputkesta valmistettavan rakenteen mitoitus palotilanteessa 117 7.3.1 ateriaaliominaisuudet sekä teräksen palonaikaisen lämpötilan laskenta 117 SFS E 1993-1- mukaisesti 7.3. ateriaalin termiset ominaisuudet 1 7.3.3. Ruostumattoman teräksen läön kehittminen palotilanteessa 1 7.3.4. Ruostumattomasta teräksestä valmistettavan rakenteen palotilanteen mitoitus 14 8 Esimerkit 19 9 Kustannustarkastelua 138 9.1 Hintakehits 138 9. Elinkaarikustannukset 138 10 Käsittel/huolto-ohjeita 14 10.1 Varastointi 14 10. Siirtel 143 10.3 Töstäminen 143 10.4 Valmiin rakenteen käsittel 144 10.5 Pinnan huolto 144 Lähdeviitteet 146 Liite: Taulukko 1. eliömäisten rakenneputkien poikkileikkaussuureet. 148 Taulukko. Suorakaiderakenneputkien poikkileikkaussuureet. 150 Taulukko 3. Pöreiden rakenneputkien poikkileikkaussuureet. 15 erkkien selitkset 154 8 9
1. Johdanto Ruostumattoman teräksen kättö on lisääntnt rakentamisessa julkisivujen materiaalina sekä muissa eritisesti näkviin jäävissä rakenteissa. Koneenrakennuksessa sekä prosessi- ja kuljetusvälineteollisuudessa ruostumaton teräs on vakiinnuttanut paikkansa koneiden ja laitteiden runkojen, säiliöiden ja linja-autojen runko- ja korirakenteiden sekä kulkuvälien kaidejärjestelmien materiaalina korroosionkestävden, pitkäaikaiskestävden, hgieenisden, esteettisden sekä mekaanisen kestävden ansioista. Ruostumaton rakenneputki on edullinen valinta rakennemateriaaliksi, kun huomioidaan rakenteelta vaadittava mekaaninen kestävs, pitkä elinkaari ja helppo huollettavuus sekä esteettinen ulkonäkö. Ruostumaton teräs on turvallinen valinta mös piiloon jäävissä rakenteissa, joissa kosteus voi aiheuttaa huonoin korroosiota kestävillä materiaaleilla vaikeasti tarkastettavissa olevan vaurion. Lisäksi austeniittisten teräslajien mekaaniset lujuusarvot säilvät korkeina mahdollisella kätönaikaisella lämpötila-alueella matalista lämpötiloista palonaikaisiin lämpötiloihin, mikä on hödnnettävissä rakenteiden mitoitusohjeissa. Ruostumattoman teräksen suunnittelu kättökohteeseen sisältää samanaikaisesti sekä rakenteen mekaanisen kestävden, valmistettavuuden, toimivuuden ja korroosionkestävden suunnittelun että pinnanlaadun valinnan. Käsikirja sisältää tietoa, joka helpottaa soveltuvan ruostumattoman teräslajin valintaa eri kättökohteisiin. Ruostumattoman teräksen kromipitoisuus (Cr) on vähintään 10,5 %. Yleisiin kätett ruostumattomat teräkset sisältävät kuitenkin noin 17 18 % kromia, jolloin korroosionkestävs ja pinnan ulkonäkö säilvät hvin useissa kättökohteissa. Ruostumattoman teräksen kestävs korroosiota aiheuttavissa mpäristöissä perustuu materiaalin pinnan passiivikalvoon, joka muodostuu materiaalin kromin reagoidessa ilman hapen kanssa. Tämä passiivikalvo suojaa teräspintaa, jolloin muuta suojaa korroosiota vastaan ei tarvita. ikäli pinta vahingoittuu, passiivikalvolla on kk uusiutua nopeasti ilmassa olevan hapen vaikutuksesta. Ruostumattomissa teräksissä perusseosaineina ovat kromi (Cr) ja nikkeli (i). äiden lisäksi ruostumaton teräs voi sisältää mös muita seosaineita kuten molbdeeni (o), titaani (Ti) ja mangaani (n). Seosaineiden pitoisuudet määrittelevät ruostumattoman teräksen lajin ja vaikuttavat sen mekaanisiin ja korroosio-ominaisuuksiin. Ruostumattoman teräksen perusrhmiä luokiteltuna metallurgisen faasirakenteen mukaan ovat austeniittiset, ferriittiset, austeniittis-ferriittiset (duplex-teräkset), martensiittiset ja erkautuskarkenevat ruostumattomat teräkset. Rakenteellisissa sovelluksissa kätetään austeniittisia, duplex ja ferriittisiä teräksiä. äiden mekaaniset ominaisuudet sekä korroosionkestävs on annettu standardeissa, ohjeissa ja määräksissä. Eritisesti austeniittisilla teräslajeilla on voimakas taipumus muokkauslujittua klmämuokkaamalla tapahtuvassa valmistuksessa. ateriaalin lujittumisen johdosta austeniittisten rakenneputkien mitoituslujuus voidaan korottaa vastaamaan kohonnutta lujuutta. 10 11
. Ruostumattomien rakenneputkien kättökohteita äkviin jäävät pilarit Julkisivun kantavat rakenteet Katteen kantava rakenne 1 13
Asuntorakentaminen Kaidejärjestelmät 14 15
Kuljetusvälineet Teollisuusrakentaminen Tievälät Elintarviketeollisuuden koneet 16 17
3. Ruostumattomat teräkset Teräs luokitellaan ruostumattomaksi teräkseksi, kun sen kromipitoisuus (Cr) on vähintään 10,5 % /SFS E 10088-:005/. Standardisoituja ruostumattoman teräksen lajeja on noin kaksisataa, perustuen niiden soveltuvuuteen moninaisissa kättökohteissa ja erittäin vaativissa prosessiteollisuuden mpäristöissä. Ruostumattoman teräksen metallurgisen faasirakenteen mukaan luokiteltuja perusrhmiä ovat austeniittiset, ferriittiset, austeniittis-ferriittiset (duplex-teräkset), martensiittiset ja erkautuskarkenevat ruostumattomat teräkset. 3.1 Ruostumattomat teräslajit rakenneputkien materiaaleina Rakenteissa kätettävät ruostumattomat teräkset on esitett taulukossa 3.1.1. Taulukon mukaisista teräksistä leisiät rakenneputkimateriaaleina kätett austeniittiset teräslajit ovat 1.4301, 1.4307, 1.4404 ja 1.4571. Projektikohtaisesti rakenneputkimateriaaleina kätetään mös austeniittisia teräslajeja 1.4541, 1.4318, 1.437, 1.443 ja 1.4539, duplexteräksiä 1.416, 1.436 ja 1.446 sekä ferriittisiä teräslajeja 1.4003 ja 1.4509. Austeniittiset teräslajit voidaan luokitella mös Cri-, Crio-, Crn- ja runsasseosteisiin austeniittisiin teräksiin sisältämiensä kromin (Cr), nikkelin (i), molbdeenin (o) ja mangaanin (n) määrän mukaisesti. Rakenneputkien pinnanlaadut noudattavat pääosin standardin SFS E 10088-:005 määritteljä, kun materiaali putken valmistukseen tilataan ko. standardin mukaisesti. Rakenneputkien valmistajilla on omat tehdaskohtaiset pinnan viimeisteltilansa, joita on esitett kohdassa 4.6. Rakenneputkien pinnanlaadun valinnassa on stä olla htedessä rakenneputkien valmistajiin ja ptää heiltä nätepaloja lopputuotteen pinnan määritteln. Austeniittiset Crio teräslajit, Tpillinen seostus 18%Cr-10%i-, 0%o. iiden pääasiallinen kättö on rakenteissa, joiden sijaintipaikka on aggressiivinen kaupunki-, teollisuusmpäristö tai meri-ilmasto. Crio-teräksillä tarkoitetaan leensä teräslajeja 1.4401, 1.4404, 1.4571 sekä 1.443. Peruslaatu on 1.4404 ja sen suurean hiilipitoisuuden omaava versio on 1.4401. Teräslaji 1.4571 sisältää seosaineena titaania (Ti), joka Crio-teräksenkin osalta parantaa materiaalin lujuusarvoja korkeissa lämpötiloissa sekä vähentää riskiä herkistmiselle paksumpien materiaalien hitsauksen htedessä. Teräslaji 1.443 sisältää seosaineena edellisiä suurean määrän molbdeeniä (o), mikä parantaa materiaalin pistekorroosiokestävttä. Tämä teräslaji onkin leisiin kätössä vaativaissa teollisuusmpäristöissä ja meriilmastossa. Austeniittiset Crn teräslajit Tpillinen seostus on 17%Cr-4%i-7%n-0,0%. Amerikkalainen standardointi on luonut näille Crn-teräksille nimikkeen 00-sarjan teräkset. äissä teräksissä on pritt vähentämään nikkelipitoisuutta säilttäen austeniittinen kiderakenne korvaamalla nikkeliä mangaanilla ja tpellä. Crn-teräslajilla 1.437 on lähes vastaava muovattavuus, korroosionkestävs ja hitsattavuus, mutta pareat lujuusominaisuudet verrattuna teräslajiin 1.4301. iukein seostetuilla Crn-teräksillä korroosionkestävs, muovattavuus ja hitsattavuus eroaa Cri-teräksistä riippuen seostuksesta. Crn-terästen soveltuvuudesta rakennemateriaaliksi eri kättökohteisiin on jo kokemuksia ja niitä voi tiedustella materiaalin ja putkiprofiilien toimittajilta. Crn teräslajeista on julkaistu. tiedotteet ew 00 series steel, an opportunit or a threat to the image of stainless steel, ISSF, 005 ja 00 Series Stainless Steel Crn grades, ASSDA, 006. Runsasseosteiset austeniittiset teräslajit Austeniittiset Cri teräslajit Tpillinen seostus on 18%Cr-8%i. Austeniittiset Cri teräslajit ovat eniten kätettjä teräksiä. iiden pääasialliset kättökohteet ovat korroosiorasitukseltaan ei-aggressiiviseen maaseutu-, kaupunki- ja teollisuusmpäristöön sijoittuvat rakenteet. Cri-teräksien leisiät teräslajit ovat 1.4301, 1.4307, ja 1.4541. äiden terästppien alhaisen hiilipitoisuuden Cri versio on 1.4307. Teräslaji 1.4318 eroaa edellisistä hieman matalailla Cr- ja i-pitoisuuksilla sekä korkeaalla tppipitoisuudella (). Tppiseostuksensa ansiosta teräslajin 1.4318 lujuusarvot ovat korkeaat kuin peruslajeissa. Teräslajiin 1.4541 on seostettu pieni määrä titaania (Ti), joka parantaa materiaalin lujuusominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa sekä vähentää riskiä herkistmiselle paksumpien materiaalien hitsauksen htedessä. Yli 6 :n seinämänvahvuuksilla suositellaan kätettäväksi alle 0,03 %:n Runsasseosteiset austeniittiset teräslajit voivat sisältää seosaineita li 50 % koostu- muksestaan. äille teräslajeille ei voida antaa varsinaisesti tpillistä seosainepitoisuutta. e on kehitett vaativiin korroosiompäristöihin ja niiden seosaineiden pitoisuudet vaihtelevat teräslajien kesken. Runsasseosteisten austeniittisten teräslajien pääasiallisia kättökohteita ovat erittäin vaativat ja korroosiorasitukseltaan aggressiivisen teollisuus- ja merimpäristön prosessilaitteet ja rakenteet. Runsasseosteiset austeniittiset teräslajit 1.4539, 1.459, 1.4547 ja 1.4565 soveltuvat kuormaa kantaviin rakenneosiin, jotka sijaitsevat kloridia sisältävässä ilmastossa ja joita ei voida säännöllisesti puhdistaa kuten uima-altaiden läpuolella sijaitsevat alaslasketut katot (E 1993-1-4:006). Runsasseosteisten lajien muita etuja ovat ruostumattomien terästen paras korroosion- kestävs sekä kohtalainen hehkutetun materiaalin mekaaninen lujuus. Runsasseosteisten austeniittisten rakenneputkien saatavuus on tarpeellista tarkistaa projektikohtaisesti. hiilipitoisuuden sisältäviä tai titaanistabiloituja teräslajeja. Korroosio-ominaisuuksiltaan teräslajit 1.4318 ja 1.4541 ovat verrattavissa teräslajeihin 1.4301 ja 1.4307. 18 19
Austeniittis-ferriittiset eli Duplex-teräslajit Tpillinen seostus %Cr-4%i-3%o Duplex-teräslajien seosainepitoisuus määrät kuten runsasseosteisilla austeniitti- silla ruostumattomilla teräksillä pääosin korroosiompäristön vaatimusten mukaisesti. Keskiseostettujen ja runsaiin seostettujen duplex-teräslajien 1.436, 1.446 ja 1.4410 pääasiallinen kättö on rakenteissa ja prosessilaitteissa, jotka sijoittuvat aggressiiviseen teollisuus- ja merimpäristöön sekä keven liikenteen siltojen rakenteisiin. Ruostumattomien terästen kasvava kättö kantavissa rakenteissa on luonut ksntää uusille duplex-teräksille ( lean duplex), joissa duplex-terästen mekaaniset ja korroosio-ominaisuudet on saavutettu niukealla seostuksella. Väheän seostettu lean duplex teräslaji 1.416 soveltuu useisiin rakenneteknisiin sovelluksiin. Duplex-terästen etuna on niiden korkea mekaaninen lujuus, joka on noin kaksinker- tainen verrattuna hehkutettujen austeniittisten teräslajien vastaaviin arvoihin. Ferriittiset teräslajit Tpillinen seostus rakenneputkissa kätettävissä ferriittisissä teräslajeissa on 10,5 % 18 % Cr. Yleisesti ferriittiset teräslajit perustuvat kromiseostukseen, johon korroosionkestävs on suoraan verrannollinen. Runsaiin seostetuissa ferriittisissä teräslajeissa seosaineena kätetään mös molbdeeniä. Teräslaji 1.4003 on leisin ferriittisten ruostumattomien rakenneputkien materiaali (10,5%Cr). Toinen merkittävä rakenneputken materiaali on 1.4509 (18%Cr). uiden ferriittisten teräslajien kättö rakenneputkien materiaalina on harvinaista. Teräslajin 1.4003 kättö suojaamattomana ulkotiloissa soveltuu kohteisiin, joissa pinnan ulkonäköön liittvät vaatimukset ovat vähäiset. Tämän teräslajin rakenneputkien tpillisiä kättökohteita ovat linja-autojen kantavan rungon profiilit sekä korirakenteet. Ferriittisten teräslajien lämpölaajenemiskertoimen arvo on pienempi kuin austeniittisten ja sen arvo vastaa hiiliterästen arvoa. Ferriittiset ruostumattomat teräslajit eivät ole herkkiä jännitskorroosiolle. iiden iskusitkes matalissa lämpötiloissa ja murtovenmä ovat alhaiseat austeniittisiin teräslajeihin verrattuna. Ferriittisistä teräslaaduista on olemassa. julkaisu The ferritic solution, properties, advantages, applications, ISSF, 007. Taulukko 3.1.1. Yleisiät ruostumattomat teräkset. A 5 [%] KV [J] Kuvaus Rm [/] R p1,0 [/] R p0, [/] Teräs ) Tpillinen kemiallinen koostumus, % E AST OUTOK C Cr i o uut RT 3) RT 3) RT 3) RT 3) RT 3) 1) 1.4003 S40977 4003 0,0-11,5 0,5 - - 80-450 0-1Cr rakenneteräs 1.4016 430 4016 0,04-16,5 - - - 60-450 0-17Cr leisteräs 1.4509 S43940 4509 0,0-18 - - Ti+b 30-430 18-18Cr leisteräs 1.451 409 0,03-11 - - Ti 10-380 5 - Pakoputki- ja katalsaattoriteräs Ferriittiset ruostumattomat teräkset 1.451 444 0,0-18 - Ti+b 300-40 0 - Kuumavesivaraajateräs 1.416 S3101 LDX 101 0,03 0, 1,5 1,5 0,3 5n 450 490 650 30 60 iukkaseosteinen duplex 1.436 S3304 304 0,0 0,10 3 4,8 0,3-400 - 630 5 60 iukkaseosteinen duplex 1.446 S305 05 0,0 0,17 5,7 3,1-460 - 640 5 60 Keskiseosteinen duplex Duplex teräkset 1.4410 S3750 507 0,0 0,7 5 7 4-530 - 730 0 60 Runsasseosteinen duplex 1.4318 301L 4318 0,0 0,14 17,7 6,5 - - 350 380 650 40 60 Rakenneteräs 1.437 01 437 0,05 0,15 17 5-6,5n 350 380 750 45 60 n-seosteinen leisteräs 1.4301 304 4301 0,04-18,1 8,3 - - 10 50 50 45 60 Yleisteräs 1.4307 304L 4307 0,0-18,1 8,3 - - 00 40 500 45 60 atalahiilinen leisteräs 1.4311 304L 4311 0,0 0,14 18,5 10,5 - - 70 310 550 40 60 Tppiseostettu ruostumaton 1.4541 31 4541 0,04-17,3 9,1 - Ti 00 40 500 40 60 Ti-stabiloitu ruostumaton Austeniittiset Cri- ja Crn-teräkset 1.4306 304L 4306 0,0-18, 10,1 - - 00 40 500 45 60 atalahiilinen ruostumaton 1.4401 316 4401 0,04-17, 10,,1-0 60 50 45 60 "Haponkestävä" 1.4404 316L 4404 0,0-17, 10,1,1-0 60 50 45 60 atalahiilinen "haponkestävä" 1.4436 316 4436 0,04-16,9 10,7,6-0 60 530 40 60 "Haponkestävä",6o 1.443 316L 443 0,0-16,9 10,7,6-0 60 50 45 60 atalahiilinen "haponkestävä",6o 1.4406 316L 4406 0,0 0,14 17, 10,3,1-80 30 580 40 60 Tppiseostettu "haponkestävä" Austeniittiset Crio teräkset 1.4571 316Ti 4571 0,04-16,8 10,9,1 Ti 0 60 50 40 60 Ti-stabiloitu "haponkestävä" 1.4435 316L 4435 0,0-17,3 1,6,6-0 60 50 45 60 iukkahiilinen "haponkestävä" 1.4439 317L 4439 0,0 0,14 17,8 1,7 4,1-70 310 580 40 60 Kemianteollisuuden erikoisteräs 1.4539 08904 904L 0,01-0 5 4,3 1,5Cu 0 60 50 35 60 Esim.Uimahallien vetokuormitetut rakenteet 1.459 0896 459 0,0 0,0 0 5 6,5 0,5Cu 300 340 650 40 60 Esim.Uimahallien vetokuormitetut rakenteet 1.4547 S3154 54 SO 0,01 0,0 0 18 6,1 Cu 300 340 650 40 60 Esim.Uimahallien vetokuormitetut rakenteet Austeniittiset runsasseosteiset teräkset 1.4565 S34565 4565 0,0 0,45 4 17 4,5 5,5n 40 460 800 30 90 Esim.Uimahallien vetokuormitetut rakenteet 1) Jaottelu kiderakenteen (ferriittinen, duplex eli austeniittis-ferriittinen, austeniittinen) tai seostuksen perusteella. ) Teräslajit SFS E 10088- / AST A40 / Outokumpu mukaan. ekaaniset arvot SFS E 10088- mukaan. Lihavoidut E-standardin mukaiset teräslajit sisältvät SFS E 1993-1-4-standardiin, mutta mös muita teräslajeja voidaan kättää, kun mitoitus on perusteltu standardin kohdan 7 mukaisesti. 3) Huoneenlämpötilassa (poik.), minimiarvo. 0 1
3. ekaaniset ominaisuudet Kuvassa 3..1 on esitett tpillisiät ruostumattomien terästen jännits-venmäkärien muodot. Ruostumattomilla teräksillä hiiliterästen mötörajaa vastaava jännits määritetään 0, % psvän venmän aiheuttamana jännitksenä. Tpillinen piirre austeniittisille ja austeniittis-ferriittisille ruostumattomille teräksille on suuri murtovenmä sekä korkea murtolujuuden ja 0, % -venmärajan suhde. Suuren murtovenmän ansiosta materiaalin lujittaminen klmämuokkaamalla on mahdollista ilman, että murtovenmän tai murtolujuus/mötölujuus-suhteen arvo jäisi liian alhaiseksi standardien minimivaatimuksiin nähden. Kuvassa 3..1 on havainnollistettu kolmen erilaisen ruostumattoman teräksen jännitsvenmä-käriä. Alin kärä kuvaa hehkutetun tilan jännits-venmä-kärää austeniittisilla teräslajeilla 1.4301 ja 1.4401. Ferriittinen teräslaji, 1.4003, sijoittuu samalle lujuustasolle austeniittisten perusterästen kanssa, mutta sen murtovenmä on pienempi. Teräslajin 1.4318 (17Cr-7i) jännits-venmäkärä sijoittuu austeniittisten peruslaatujen ja duplexterästen väliin. Tämän teräslajin 0, % -venmäraja vastaa hehkutetussa tilassa hiiliterästen lujuusluokan arvoa 355 /. Hehkutetun tilan korkein lujuustaso saavutetaan duplex-teräksillä, joita edustaa kuvassa 3..1 teräslaji 1.446. Kuvassa 3.. on esitett austeniittisten teräslajien 1.4301 ja 1.443 mekaanisten lujuusarvojen muuttuminen klmämuokkausasteen kasvaessa. Austeniittisilla teräksillä on mahdollista saavuttaa rakenneteräksille tpilliset mötölujuudet 355 500 / pienellä klmämuokkauksella ilman, että materiaalin sitkes muuttuu merkittävästi. Duplex-terästen materiaalin sitkes heikkenee voimakkaain klmämuokkausasteen kasvaessa. Standardin SFS E 1993-1-4:007 mukaisesti suurin mitoituksessa hödnnettävä mötölujuus on rajattu arvoon 480 /. Tämä rajaus on voimassa Eurocoden mukaisesti mitoitettaessa. Ruostumatonta terästä kätetään kuitenkin rakentamisen lisäksi hvin laajasti muillakin aloilla ja mös Euroopan ulkopuolella maissa, joissa ohjeet voivat erota standardin SFS E 1993-1-4 ohjeista. Tästä sstä on huomioitava, että ruostumattomien terästen mötölujuutta 480 / korkeampi lujuus voi olla hödnnettävissä muiden kuin E-standardien mukaisten kohteiden mitoituksessa tai sovellettaessa muuta ohjetta. Kuva 3... Austeniittisten teräslajien 1.4301 (vasen) ja 1.443 (oikea) mekaaniset ominaisuudet klmämuokkausasteen funktiona /Outokumpu Tornio Works/. Austeniittisilla klmämuokatuilla teräksillä esiint jännits-venmä-kättätmisessä anisotropiaa ja epäsetristtä. Yleensä valssaussuuntaisen eli pituussuuntaisen puristuslujuuden arvo on alhaisin arvo. Kuvassa 3..3 on esitett tpillisen klmämuokatun austeniittisen teräksen jännitsvenmäkärät eri kuormitustppien ja suuntien mukaan. Kuva 3..1. Tpillisiä hehkutetussa tilassa olevien ruostumattomien teräs ten ja hiiliteräksen jännitsvenmäkäriä /Käsikirja- Ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, Euro Inox, 006/ 3
3.3 Fsikaaliset ominaisuudet Erilaisten ruostumattomien terästen päärhmien fsikaaliset ominaisuudet eroavat sekä hiiliteräksistä että keskenään toisistaan. Oleellisiat erot eri ruostumattomien terästen päärhmien välillä ovat tiheden ja lämpölaajenemiskertoimien arvoissa. Taulukossa 3.3.1 on esitett ruostumattomien terästen fsikaalisia ominaisuuksia. Ferriittisillä ruostumattomilla teräksillä lämpölaajenemiskerroin on likipitäen samansuuruinen kuin hiiliteräksillä, duplex-teräksillä kerroin on hieman suurempi ja austeniittisilla laaduilla kerroin on noin 1,5-kertainen hiiliteräksiin nähden. ämä erot näkvät eri suuruisina lämpöliikkeinä rakenteissa lämpötilan vaihdellessa. Läönjohtavuus on ferriittisillä teräksillä suurin, mikä ilmenee kätännössä materiaalin nopeampana reagointina lämpötilan muutoksiin. Kuva 3..3. Klmämuokatun austeniittisen teräksen jännits-venmäkärät valssaus- ja kuormitussuunnan mukaisesti jaoteltuna /Käsikirja - Ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, Euro Inox, 006/ ikäli materiaalin mötölujuutta eri suuntiin tai - suuntaiselle kuormitukselle ei tunneta, minimimötölujuuden (pituussuuntainen puristus) voidaan olettaa olevan 0,8-kertainen taulukon 3..1 0, % venmärajan arvoon nähden/käsikirja - Ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, Euro Inox, 006/. Klmämuokatut ruostumattomat teräkset jaotellaan standardin SFS E 10088-:005 mukaisesti lujuusluokkiin joko 0, % -venmärajan (esim. CP350, missä 350 tarkoittaa R p0,(min) = 350 / ) tai murtolujuuden (C700, R m(min) = 700 / ) perusteella. Rakentamisessa kätettävät lujuusluokat määrätvät standardin SFS E 1993-1-4 mitoitusohjeiden mukaisesti mötölujuuden lärajan ollessa 480 /. Korkeampien lujuusluokkien materiaaleja voidaan kättää, mikäli niiden ominaisuudet todetaan tarkoituksenmukaisiksi standardin SFS E 1993-1-4 kohdan 7 ohjeiden mukaisesti. Taulukossa 3..1 on esitett leisiät rakentamisessa kätettävät lujuusluokat ja teräslajit, joilla on mahdollista saavuttaa kseessä oleva lujuusluokka. Austeniittiset teräslajit eivät ole hehkutetussa tilassa ferromagneettisia, mutta klmämuokkauksessa kiderakenteeseen snt muokkausmartensiittia, joka tekee teräksestä lievästi magneettisen. Ilman lisäainetta hitsattu ja lämpökäsittelemätön hitsi on lievästi magneettinen kiderakenteen ferriittisen faasin vuoksi. Edellä mainituista sistä johtuen austeniittisista ruostumattomista teräksistä valmistetut rakenneputket saattavat olla lievästi magneettisia. Ferriittiset ja duplex-teräksistä valmistetut rakenneputket ovat aina magneettisia. 3.4 Korroosionkestävs Ruostumattomien terästen hvä korroosionkestävs perustuu teräksen pinnalle muodostuvaan läpinäkvään kromirikkaaseen oksidikalvoon, jota kutsutaan passiivikalvoksi. Tämän kerroksen paksuus on vain muutamia nanometrejä (nm). Passiivikalvon sntn vaikuttavat teräksen kromipitoisuus sekä mpäristön hapettavuus. Rikkoutuessaan passiivikalvo kkenee uusiutumaan hapettavissa olosuhteissa ja tähän uusiutumiskkn vaikuttavaa kromin lisäksi mös nikkeli. Kappaleessa 3.4 esitetään muutamia korroosioon liittviä peruskäsitteitä, ruostumattoman teräksen leisiä ja paikallisia korroosiomuotoja sekä toimintatapoja joilla, voidaan välttää korroosiovaurioita. Taulukko 3..1. Klmämuokatut teräkset SFS E 10088-:005 mukaisesti soveltuen SFS E 1993-1-4 mukaisesti mitoitettaessa. 1) R p0, [Pa] R m [Pa] Saatavissa olevat teräslajit nauha- ja levtuotteina CP350 350 500-1.4318 ), 1.4301, 1.4307, 1.4401, 1.4404 CP500 500 700-1.4318, 1.4301, 1.4307, 1.4401, 1.4404 C700-700 850 1.4318, 1.4301, 1.4307, 1.4401, 1.4404 C850-850 1000 1.4318, 1.4301, 1.4307, 1.4401, 1.4404 1) E 10088- mukainen lujuusluokka, CP = proof strength, C = tensile strength ) Tättää lujuusluokan vaatimukset pehmeäksihehkutetussa tilassa (B) 4 5
Termien selitkset: E = kiomoduuli α = lämpölaajenemiskerroin λ = läönjohtavuus c = ominaislämpökapasiteetti ρ = resistiiviss RT = huoneenlämpötilassa 3.4.1 Korroosion peruskäsitteet /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ etallien korroosio luokitellaan kahteen rhmään metallia mpäröivän väliaineen mukaan: 1) Kemiallinen korroosio ( kuivakorroosio ) on etupäässä kaasujen aiheuttamaa, jolloin metallipinta reagoi suoraan mpäristön kanssa (esim.savukaasut ta rikkivetkaasu). ) Sähkökemiallinen korroosio ( märkäkorroosio ) on metallin korroosiota neste- Taulukko 3.3.1. Ruostumattomien terästen fsikaaliset ominaisuudet / Outokumpu Steel Grades, Properties and Global Standards -esite/ Teräs Fsikaaliset ominaisuudet ρ RT [µωm] c RT [J/kg C] λ [W/m C] RT / 400 C α [10-6/ C] 100 C / 400 C E [GPa] RT / 400 C Tihes [kg/dm3] Rhmä E AST OUTOK 1.4003 S40977 4003 7,7 0 / - 11,0 / - 8 / - 460 0,58 1.4016 430 4016 7,7 0 / 195 10,0 / 10,5 5 / 5 460 0,60 1.4509 S43940 4509 7,7 0 / - 10,0 / - 5 / - 460 0,60 Ferriittiset ruostumattomat teräkset 1.451 409 7,7 0 / - 10,0 / - 5 / - 460 0,60 1.451 444 7,7 0 / - 10,0 / - 5 / - 460 0,60 1.416 S3101 LDX 101 7,8 00 / 17 13,0 / 14,5 15 / 0 500 0,80 1.436 S3304 304 7,8 00 / 17 13,0 / 14,5 15 / 0 500 0,80 Duplex-teräkset 1.446 S305 05 7,8 00 / 17 13,0 / 14,5 15 / 0 500 0,80 1.4410 S3750 507 7,8 00 / 17 13,0 / 14,5 15 / 0 500 0,80 1.4318 301L 4318 7,9 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,73 1.437 01 437 7,8 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,70 1.4301 304 4301 7,9 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,73 1.4307 304L 4307 7,9 00 / 17 16,0 / 18,0 15 / 0 500 0,73 Cri- ja Crn-teräkset 1.4311 304L 4311 7,9 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,73 1.4541 31 4541 7,9 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,73 1.4306 304L 4306 7,9 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,73 1.4401 316 4401 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 1.4404 316L 4404 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 1.4436 316 4436 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 1.443 316L 443 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 Crio-teräkset 1.4406 316L 4406 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 1.4571 316Ti 4571 8,0 00 / 17 16,5 / 18,5 15 / 0 500 0,75 1.4435 316L 4435 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 15 / 0 500 0,75 1.4439 317L 4439 8,0 00 / 17 16,0 / 17,5 14 / 0 500 0,85 1.4539 08904 904L 8,0 195 / 166 15,8 / 16,9 1 / 18 450 1,00 1.459 0896 459 8,1 195 / 166 15,8 / 16,9 1 / 18 450 1,00 Runsasseos-teiset teräkset 1.4547 S3154 54 SO 8,0 195 / 166 16,5 / 18,0 14 / 18 500 0,85 1.4565 S34565 4565 8,0 190 / 165 14,5 / 16,8 1 / 18 450 0,9 mäisessä mpäristössä, jolloin metallipinta reagoi sähkövarausten välitksellä (esim. vahvat hapot tai kloridipitoiset vesiliuokset). Sähkökemiallinen korroosio on näistä kätännössä leisempi. Sähkökemiallisessa korroosiossa metallin pinnalle muodostuu kahdenlaisia alueita, joista toisella tapahtuu metallin liukenemista eli hapettumisreaktiota (anodi) ja toisella elektronien luovutusta eli pelkistsreaktiota (katodi). Aluetta, jolla metalli liukeneee, kutsutaan anodiseksi alueeksi. Anodiselta alueelta metallin liukenemisen mötä vapautuvat elektronit siirtvät katodiselle alueelle, jossa elektronien luovutus ulkopuoliseen sähköä johtavaan liuokseen tapahtuu. itä suurempi virta muodostuneessa virtapiirissä kulkee, sitä suurempi on korroosionopeus. Anodisten ja katodisten alueiden muodostuminen metallin pinnalle voi olla seurausta esimerkiksi mikrorakenne-eroista, raoista, liasta tai paikallisista konsentraatioeroista.etallin pinnalle muodostuvaa sähkökemiallista potentiaalieroa kutsutaan korroosiopariksi. Kuvassa 3.4.1.1 on esitett sähkökemiallisen korroosion mekanismi. Kuva 3.4.1.1. Sähkökemiallisen korroosion muodostama konsentraatiopari. Sähkökemiallinen potentiaaliero voi muodostua mös kahden sähköisessä kosketuksessa olevan eri metallin välille. Tällöin jalompi metalli muodostuu katodiksi ja epäjalompi söpväksi anodiksi. Kahden eri metallin paria kutsutaan galvaaniseksi pariksi ja korroosiomuotoa galvaaniseksi korroosioksi. Eri metallien jaloutta voidaan verrata sähkökemiallisen jännitesarjan avulla. Taulukossa 3.4.1.1 oleva jännitesarja on teht merivedessä. itä kauempana jännitesarjassa metallit ovat toisistaan, sitä suurempi sähkökemiallinen potentiaaliero (jännite) metallien välille muodostuu. Tällöin korroosionopeus anodiksi muodostuneella metallilla on suuri. 6 7
3.4. Yleinen korroosio /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Yleisessä korroosiossa teräksen pinta on aktivoitunut kauttaaltaan ja metalli söp samalla nopeudella kaikkialta. Yleistä korroosiota esiint ruostumattomissa teräksissä silloin, kun kätett teräslaji on täsin sopimaton kseisiin olosuhteisiin ( esim. liian voimakas happo tai emäs) tai kättöolosuhteissa on tullut raju muutos aikaisempaan nähden. Korroosio-ongelmat voidaan leensä välttää kseisiin olosuhteisiin sopivilla materiaalivalinnoilla. uun muassa lähteissä Korroosiotaulukot (1979), DECHEA (1987), ja Corrosion Handbook, Outokumpu 004 on esitett ohjeita materiaalinvalintaan eri olosuhteissa. Kuvassa 3.4..1 esitett kaksi rikkihappopitoisessa mpäristössä ollutta nostokoukkua ovat söpneet osasta, joka on ollut kosketuksessa liuokseen. Taulukko 3.4.1.1. Sähkökemiallinen jännitesarja merivedessä. Korroosionopeutta säätelevät potentiaalierot, metalli-ionien liikenopeus elektroltissä sekä elektronien siirtmisnopeus anodiselta alueelta katodiselle alueelle. äistä hitain tapahtuma säätelee koko korroosioprosessin nopeutta. Usein metalli-ionien määrä teräksen pinnalla anodisella alueella kasvaa niin suureksi, että koko korroosioprosessi hidastuu. Tätä ilmiötä kutsutaan konsentraatiopolarisaatioksi. Konsentraatiopolarisaatiota tehokkaampi este korroosiolle on kuitenkin oksidikerroksen muodostuminen teräspinnalle. Kuitenkin esimerkiksi hiiliteräksen pinnalle muodostuva huokoinen oksidikerros tavallisesti ei kkene estämään sähkökemiallisen korroosioprosessin etenemistä. etalleja, jotka muodostavat pinnalleen hvin vaikeasti liukenevia kalvoja, kutsutaan passivoituviksi metalleiksi. Ruostumattomille teräksille on ominaista, että niiden pintaan muodostuu jo lievästi hapettavissa olosuhteissa ohut passiivikalvo, joka suojaa terästä söpmiseltä. Kuva 3.4..1. Teräksestä 1.4401 valmistetut nostokoukut, jotka ovat söpneet ollessaan kosketuksissa rikkihappoon (H SO 4 noin 00 g/l, T = 40 C) (Outokumpu Tornio Works). Riittävän alhaisessa ph:ssa tai voimakkaiden pelkistävien aineiden läsnä ollessa (esim. eräät hapot) passiivikalvo tuhoutuu täsin oksidikerroksen pelkistessä. Eräät ionit, kuten kloridit ja sulfidit saattavat riittävän suurina pitoisuuksina esiintessään estää passiivikalvon muodostumisen. Silloin teräs aktivoituu ja alkaa söpä. Toisaalta voimakkaiden hapettimien tai emästen vaikutuksesta teräs voi joutua niin sanotulle transpassiiviselle alueelle, jossa passiivikerros tuhoutuu ja teräs söp. 3.4.3 Paikalliset korroosioilmiöt /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Paikallisia korroosioilmiöitä ovat rako-, piste-, jännits- ja raerajakorroosio. Tunnettaessa riittävän hvin kseisen sovelluksen valmistusmenetelmät ja mpäröivät olosuhteet, korroosiovauriot voidaan välttää oikeilla materiaalivalinnoilla. ikäli olosuhteita ei psttä hallitsemaan riittävän hvin, paikallisen korroosion riski on olemassa. Paikalliset korroosiovauriot voivat esiintä hvinkin pienellä alueella, mutta niiden aiheuttamat ulkonäkö-, rakenne-, tai muut vauriot voivat vahingoittaa rakenneratkaisua huomattavasti. 8 9
Tpillisiä ongelmakohtia ovat useiiten rakenteessa olevat likaa keräävät raot sekä jälkikäsittelemättömät hitsisaumat. Väärä hitsauslisäaineen koostumus ja eri metallien liittäminen keskenään aiheuttavat usein ongelmia. Kosteissa olosuhteissa hiiliteräspöl ruostumattomalla teräspinnalla (vierasruoste) sekä korkeat kloridipitoisuudet aiheuttavat pistemäisiä söpmiä tai värjääntmistä. Seuraavassa on esitett muutamia paikallisia korroosiomuotoja ja keinoja niiden estämiseksi. Galvaanista korroosiota käsiteltiin edellä kohdassa 3.4.1 Korroosion peruskäsitteet. Pistekorroosio (engl. pitting corrosion) Pistekorroosio alkaa pinnan passiivikalvon paikallisesta rikkoutumisesta. Rikkoutumisen voivat aiheuttaa esimerkiksi pintaviat, teräksen epätasainen koostumus tai mpäröivän liuoksen korkeat kloridipitoisuudet. Rikkoutunut alue muodostuu anodiksi ja mpäröivä alue katodiksi. Koska anodi on usein pieni suhteessa mpäröivään katodiin, korroosionopeus on aluksi suuri. Korroosionopeus hidastuu ajan kuluessa, mutta söpmät voivat tunkeutua ohuiden seinämien läpi. Kuvassa 3.4.3.1 on esitett kuva pistekorroosiosta, joka on dintnt hitsin viereiselle hapettuma-alueelle kloridipitoisessa mpäristössä. Kloridipitoisten (Cl-) olosuhteiden kanssa on oltava eritisen varovainen. Tavanomaista ruostumatonta terästä (1.4301) ei esimerkiksi suositella vesijohtoputkistoihin kloridipitoisuuden littäessä 00 mg/l. Haponkestävillä teräksillä, kuten 1.4404 ja 1.443, vastaava raja on 500 mg/l. /Korroosiotaulukot (1979)/. Uimahalliolosuhteissa voi haihtuvan natriumhpokloriitin ja merien läheisdessä kloridia sisältävien roiskeiden vuoksi ilmetä ongelmia mös runsaain seostetuilla teräksillä. äissä kättökohteissa oikea materiaalinvalinta sekä säännöllinen puhdistus ovat välttämättömiä. ikrobiologiset eliöt voivat varsinkin seisovassa vedessä aiheuttaa pistekorroosiota. Ongelmia on esiintnt. palovesiputkistoissa, joissa putkistojen hitsisaumojen juurensuojaus on jätett tekemättä. Oikean juurensuojauksen lisäksi veden säännöllinen juoksutus tai inhibiittorien kättö vähentää mikrobiologisen korroosion riskiä. Teräksen pistekorroosion kestävttä voidaan verrata koostumuksen perusteella laskettavalla pistesöpmiskertoimella (PRE, Pitting Resistance Equivalent), joka voidaan ruostumattomille teräksille laskea kaavalla PRE = % Cr + 3,3 x % o + 16 x %. Esimerkiksi merivesiläönvaihtimissa leisesti kätetn teräslajin 1.4547 (54 SO )pistesöpmiskerroin on 43, kun taas teräslajilla 1.4301 kerroin on 19. Taulukossa 3.4.3.1 on esitett eräiden leisesti kätettjen ruostumattomien terästen pistesöpmiskertoimia (PRE) sekä laboratoriomittauksilla saatuja kriittisiä pistesöpmislämpötiloja (Critical Pitting Temperature, CPT). Kriittinen pistesöpmislämpötila kuvaa teräksen korroosionkestävttä passiivikalvon rikkoutumiseen tarvittavan lämpötilan avulla. On kuitenkin huomattava, että PRE ei korreloi suoranaisesti materiaalin kättöiän kanssa. Kuva 3.4.3.1 Hitsin viereen sntneen hapettuman alueelle dintnt pistekorroosio. Oikeanpuoleisessa kuvassa on esitett hitsin poikkileikkaus vaurioituneelta alueelta. Pistekorroosion välttämiseksi lopputuotteessa on materiaalinkäsittelssä oltava huolellinen. Hiiliteräspöln pääs metallipinnoille on estettävä. Hitsisaumat tulee jälkikäsitellä. Valmiiden teräspintojen säännöllinen puhdistus pienentää merkittävästi pistekorroosion esiintmistodennäköisttä. Teräslaji Cr% / i% / o% / % E AST (tpilliset arvot) PRE* CPT (AST G150) 1.4003 409 11, / - / - / 0,01 11 < 15 C 1.4016 430 16, / - / - / 0,03 17 < 15 C 1.4509 439 18,0 / - / - / 0,01 / Ti+b 18 < 15 C 1.451 444 18,0 / - /,1 / 0,01 / Ti+b 5-1.437 01 17, / 4,5 / - / 0,0 / n 0 < 15 C 1.4310 301 16,8 / 6,4 / - / 0,07 18 < 15 C 1.4318 301L 17,5 / 6,5 / - / 0,16 0 < 15 C 1.4301 304 18, / 8, / - / 0,05 19 < 15 C 1.4404 316L 17, / 10,1 /,1 / 0,05 3 ~ 17 C 1.4436 316L 16,8 /10,6 /,6 / 0,05 6 ~ C 1.4539 904L 0,0 / 5,0 / 4,3 / 0,06 / Cu 35 ~ 61 C 1.4547 S3154 0,0 / 18,0 / 6,1 / 0,0 / Cu+n 43 ~ 90 C 1.416 S3101 1,5 / 1,6 / 0,3 / 0, / n 6 ~ 0 C 1.436 S3304 3,0 / 4,8 / 0,3 / 0,10 6 ~ 18 C 1.446 S305,0 / 5,7 / 3,1 / 0,17 31 ~ 5 C 1.4410 S3507 5,0 / 7,0 / 4,0 / 0,7 / n 43 ~ 87 C * PRE = Cr% + 3,3x o% + 16x % Taulukko 3.4.3.1 Eräiden ruostumattomien terästen pistesöpmiskertoimia (PRE) ja sekä kriittiset pistekorroosion muodostumislämpötilat (CPT) mitattuna 35 g/l acl-liuoksessa. (Outokumpu Avesta Research Centre). Huom! Pistekorroosion kestävs ei ole lineaarinen esitettjen lukuarvojen suhteessa. 30 31
Rakokorroosio (engl. crevice corrosion) Eritisesti metallit, joiden korroosionkestävs perustuu passivoitumisilmiöön, kuten ruostumattomat teräkset, ovat herkkiä rakokorroosiolle. Korroosiota aiheuttavat aineet leensä konsentroituvat rakojen väleihin altistaen rakoja sisältävät rakenteet korroosiovaurioille. Esimerkiksi kloridipitoisuus raossa voi olla huomattavasti muuta liuosta korkeampi. Lisäksi happipitoisuus, joka edistäisi passiivikerroksen uusimista, on usein raoissa matala. äin ollen rakokorroosiota esiint useissa erilaisissa liuoksissa, jopa luonnon vesissä. Kloridi-ioneja sisältävät liuokset ovat eritisen vaarallisia. Rakokorroosion kannalta vaarallisin rakokoko on levedeltään 0,05...0,1. Hitsausliitoksen reunahaavat ja juurivirheet voivat mös olla rakokorroosion dintmispaikkoina. Kuvassa 3.4.3. on esitett esimerkki rakokorroosiosta säiliön vaipan liitoksessa. Kuva 3.4.3.3. Jännitskorroosiomurtumaa vuotaneen kuumavesisäiliön ulkopinnalla. Pintaa on hiottu murtuman paikallistamiseksi. urtumasta otetusta SE-EDS -spektristä havaitaan. korkea kloridipitoisuus (Outokumpu Tornio Works). Kuva 3.4.3.. Esimerkki hitsatun rakenteen rakokorroosiosta (Outokumpu Tornio Works). Rakokorroosion ehkäisemiseksi tulee rakenne suunnitella siten, ettei likaa kerääviä tasoja tai rakoja pääse muodostumaan. iitatut liitokset, kierreliitokset tai hitsatut rakenteet vaativat eritistä huomiota. Rakoja voidaan mös tiivistää erilaisilla tiivistemassoilla kuten silikonilla. Rakenteiden säännöllinen puhdistus ja saostumien poistaminen esimerkiksi säiliöistä ehkäisevät mös rakokorroosion sntä. Jännitskorroosio (engl. stress corrosion cracking) Jännitskorroosio on lähinnä austeniittisten ruostumattomien terästen ongelma ja sitä esiint lämpimissä kloridi- tai rikkivetpitoisissa olosuhteissa, kuumissa emäksissä tai erittäin kuumassa hörssä, mikäli rakenteisiin kohdistuu samanaikaisesti riittävän suuri vetojännits. Jännitskorroosion havaitseminen ennen murtumaa on usein vaikeaa, joten se voi aiheuttaa hvinkin äkillisiä vahinkoja. Kuva 3.4.3.3 on otettu luukun kautta vuotaneen kuumavesisäiliön ulkopinnalle dintneestä jännitskorroosiosta. Vaikka austeniittisten terästen jännitskorroosiota on tutkittu paljon, ei ole psttt tarkasti määrittelemään niitä olosuhteita, joissa vaurio esiint. Yleensä tarvitaan ainakin seuraavien kolmen tekijän hteisvaikutus ennenkuin jännitskorroosio on mahdollinen. Riittävä vetojännits Vetojännitkselle ei voida määrittää tarkkaa alarajaa, mutta kätännössä jopa puolet mötölujuudesta voi olla riittävä. Vetojännits voi olla rakenteellista tai se voi olla peräisin valmistuksen kuten hitsauksen, taivutuksen ja koneistuksen, aiheuttamista jäännösjännitksistä. Paineen ja lämpötilan aiheuttamat jännitstilat voivat mös aiheuttaa riittäviä jännitstasoja. Läönvaihtimissa esiintvät termiset jännitkset voivat riittää jännitskorroosion sntmiseen teräkselle 1.4301 Cl - -pitoisuuden ollessa vain 15 mg/l. Sövttävä mpäristö tai passiivikalvon rikkovat ionit Kloridit (esim. HCl, acl, CaCl, gcl ) voivat hvinkin pieninä pitoisuuksina aiheuttaa vaurion, mikäli lämpötila on korkea. Emäkset (esim. aoh, KOH ja LiOH) ovat mös vaarallisia väkevinä (li 0 %) ja kuumina (li 80 C) liuoksina. Rikkivetliuos (H S) on voimakkaasti pelkistävänä liuoksena vaarallinen teräkselle 1.4301 eritisesti silloin, kun ph 4. Lämpötila Kloridien aiheuttamaa jännitskorroosiota esiint harvoin alle 50 C:een lämpötiloissa. atalista lämpötiloista huolimatta uimahalliolosuhteissa on noudatettava eritistä huolellisuutta kohteissa, joita ei voida säännöllisesti puhdistaa (ks. kohta 3.5.). Emästen lämpötilan tulee leensä olla li 80 C ennen kuin kätännössä on jännitskorroosion vaara. Rikkivet on vaarallinen mös matalissa lämpötiloissa. 3 33
Herkistminen ja raerajakorroosio (engl. sensitization and intergranular corrosion) Herkistminen ja sitä mahdollisesti seuraava raerajakorroosio ovat nkpäivän teräksiä kätettäessä harvinaisia. Ongelmia voi esiintä lähinnä paksuilla (li 6 :n ainesvahvuudet) hitsatuilla rakenteilla sekä tuotteilla, joiden hehkutus- tai kättölämpötila-alue on 450...800 C. Tällöin runsaasti hiiltä sisältävien terästen (> 0,06% C) hiiliatomit pstvät muodostamaan suhteellisesti nopeasti raerajoille kromikarbideja. Raerajojen läheisteen muodostuu kromista köhtneitä alueita, joiden korroosionkestävs alenee ja raerajakorroosion mahdollisuus kasvaa. Kuvassa 3.4.3.4 on kuvaaja, josta selviää lämpötilan, teräksen hiilipitoisuuden ja hehkutusajan htes kromikarbidien muodostamiseen. laskeminen (< 50 C) pienentävät korroosioriskiä. Ferriittisillä teräksillä ei esiinn jännitskorroosiota kloridiliuoksessa. Austeniittis-ferriittisillä teräksillä ja runsasseosteisillä austeniitisillä teräksillä on parempi jännitskorroosiokestävs. Herkistminen ja sitä seuraava raerajakorroosio vältetään useiissa tapauksissa kättämällä niukkahiilisiä (esim. 1.4307, AISI 304L) tai titaanistabiloituja (esim. 1.4541, AISI 31) teräslajeja, kun hitsataan paksumpia, li 6 :n ainesvahvuuksia. Ohutlevillä ei ole herkistmisvaaraa normaaleja valmistusmenetelmiä kätettäessä. Hehkutusja kättölämpötila-alue 450...800 C on kuitenkin haitallinen, mikäli olosuhde on sövttävä. ikäli rakenteen epäillään herkistneen, on se liuotushehkutettava lämpötilassa 1000...1100 C ja jäähdtettävä tämän jälkeen nopeasti. Kuva 3.4.3.4. Hiilipitoisuuden vaikutus ruostumattoman 18Cr-8i -tppisen teräksen herkistmisalttiuteen /Korroosiokäsikirja (1988)/. Galvaanisen korroosion vaara vältetään, kun eri metalleja ei liitetä suoraan kontaktiin. Jännitesarjassa (taulukko 3.4.1.1, kohta 3.4.1) toisistaan kaukana olevat metallit ovat eritisen alttiita muodostamaan galvaanisen parin. ikäli kahden eri metallin liitos on välttämätön, tulisi ne eristää toisistaan esimerkiksi maalauksella. Ruuviliitoksissa on suositeltavaa kättää ruuvin eristävää holkkia sekä tiivisterenkaita, jotka eristävät metallipinnat toisistaan. Liikkuvissa rakenteissa eristeen kestävs tulee varmistaa, jolloin esimerkiksi kumitn voi olla paras ratkaisu. iittiliitoksissa voidaan joissakin väheän vaativissa korroosio-olosuhteissa kättää jalompaa metallia epäjaloan levn kiinnitkseen. Esimerkiksi ruostumattomien teräsniittien kättö alumiinilevjen kiinnittämisessä on usein onnistunut ratkaisu. 3.4.4 Korroosion ennaltaehkäis /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Korroosio-ongelmat voidaan useiissa tapauksissa välttää oikealla materiaalinvalinnalla, rakennesuunnittelulla, kätöllä ja lläpidolla. Seuraavassa on muutamia ohjeita korroosion ennaltaehkäisemiseksi. Yleinen korroosio on useiiten seurausta väärästä materiaalivalinnasta. Kemiallisiin prosesseihin ja kuljetussäiliöihin valittavien materiaalien soveltuvuus tulee aina varmistaa kirjallisuuden, laboratoriokokeiden tai kenttäkorroosiokokeiden avulla. Piste- ja rakokorroosio estetään pitämällä teräspinnat puhtaana, välttämällä rakoja ja onkaloita rakenteessa sekä estämällä tiivistsaineella (esim. silikonimassa) nesteen pääs kapeaan rakoon. Kuvassa 3.4.4.1 on esitett rakenneratkaisuja, joilla rakojen ja lian kerääntminen voidaan välttää. Hitsausliitosten huolellinen jälkikäsittel on välttämätöntä. Jännitskorroosiota voidaan estää vähentämällä teräkseen kohdistuvia vetojännitksiä esimerkiksi rakennetta muuttamalla. Ympäristön sövttävien aineiden pitoisuuden alentaminen, ph:n nostaminen (mutta ei li ph=13) ja mpäristön lämpötilan Kuva 3.4.4.1. Epäedullisia ja hviä rakenneratkaisuja uima-halliolosuhteisiin sekä muihin korroosionkestävden kannalta vaativiin rakennuskohteisiin. 34 35
3.5 Esimerkkejä materiaalinvalintaan Useissa kättökohteissa materiaalinvalinta perustuu aiein saatuihin kokemuksiin eli eräänlaiseen perimätietoon. Esimerkiksi tavanomaisissa kättökohteissa, kuten taloustarvikkeissa, teräs 1.4301 on vakiinnuttanut asemansa. Rakentamisen kohteissa tpillisiät kätett teräslajit ovat 1.4301, 1.4404 ja 1.4571. Lähitulevaisuudessa näitä perusmateriaaleja voivat korvata ferriittiset, mangaaniseosteiset austeniittiset sekä duplex-teräkset. Erikoisissa kättöolosuhteissa voi ainoa mahdollisuus olla eri materiaalien kokeileminen riittävän kauan kseessä olevalle altistukselle. Seuraavassa on esitett lhesti muutamia esimerkkitapauksia materiaalinvalinnan kannalta. Rakenneputkien vaakapinnoille saattaa kerääntä epäpuhtauksia mpäröivästä ilmasta. Samassa htedessä kun laseja pestään, on huomiota kiinnitettävä mös mahdolliseen teräsrakenteen vesipesuun ja kuivaukseen. Rakenneputken pinnanlaaduista on kerrottu eneän kappaleessa 4. Rakenteen asennuksesta on tehtävä ksinkertainen suunnitelma, jota noudattamalla rakenteet saadaan turvallisesti ja pintoja kolhimatta asennettua paikalleen. Asennuksen htedessä mahdollisesti kolhitut pinnat tulee korjata vastaamaan alkuperäistä. Harjattujen ja hiottujen rakenneputkipintojen htedessä tämä on mahdollista suorittaa asennuspaikalla riittävän ohjeistuksen avulla. 3.5.1 ateriaalin valinta rakennuskohteeseen huomioiden mekaanisen lujuuden vaatimukset Rakennuskohteen lasikatteen tukirakenteen on säiltettävä kestävtensä normaalilämpötilassa sekä 30 minuutin paloa vastaavassa tilanteessa. Lasikate sijoittuu leisötilan pienen erkkerin julkisivuksi. Koska tukirakenne näk sekä sisä- että ulkopuolelta, on ruostumattomalle rakenneputkelle asetettu mös ulkonäkövaatimuksena esteettinen, luonnollinen teräksen harmaa pinta. Kantava rakenne muodostuu kevestä ristikosta sekä sitä tukevista pilareista. Komponentit valmistetaan konepajalla hitsaamalla. Asennuspaikalla kiinnitkset tehdään ruuviliitoksilla. Rakenteen mitoitus voidaan tehdä D-elementtiohjelmistolla WinRami Stainless, jonka lht esittel on kohdassa 3.5.8. Huoneenlämpötilamitoitukseen valitaan materiaalin lujuusluokaksi CP350, joka takaa mötölujuuden nimellisen arvon 350 / hväksikätön mitoituksessa. Tämä vaatimus toteutuu austeniittisilla Cri- ja Crio-teräslajeilla klmämuokatussa tilassa sekä teräslajilla 1.4318 ja duplex-teräksillä hehkutetussa tilassa. Duplex-teräksillä voidaan hödntää nimellinen mötölujuus 40-480 / mitoituksessa. Palotilanteen kestävden tulee tättä 30 minuutin paloa vastaavilla teräksen lämpötiloilla. Suojaamattoman ruostumattoman teräksen lämpötila 30 minuutin palon jälkeen on 800-830 C materiaalin paksuudesta riippuen. Eri ruostumattomien teräslajien kesken sen sijaan on suuriakin eroja mitoituksessa kätettävän tehollisen mötölujuuden suhteen. Titaanistabiloiduilla teräslajeilla 1.4541 sekä 1.4571 on muita ruostumattomia teräslajeja korkeampi lujuus korotetuissa lämpötiloissa. Siten teräslajin valinta on optimointia suhteessa palotilanteen hväksikättöasteeseen ja materiaalin hintaeroon teräslajeihin 1.4301 ja 1.4318 sekä duplex-teräksiin nähden. 3.5. Uimahalliolosuhde /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Kohde: Kaiteet Veden lämpötila: 9 C Hallin lämpötila: 8 C Desinfiointiaineena kätett natriumhpokloriitti (aclo) on siinä mielessä ongelmallinen, että se voi haihtua kosteuden mukana ilmaan, jolloin natriumhpokloriitti sekä sen sisältämät kloridi-ionit (Cl-) voivat aiheuttaa korroosio-ongelmia. Haihtuminen on sitä suurempaa mitä korkeampi veden lämpötila on suhteessa hallin lämpötilaan. Toisaalta erilaiset korroosiomuodot, kuten värjätminen, pistekorroosio sekä jännitskorroosio, tulevat sitä todennäköisiiksi mitä korkeampi on hallin lämpötila. Karkeasti ottaen nkisissä klplänomaisissa uimahalleissa korroosiorasitus on suuri. Varsinkin muuta mpäristöä klmeät pinnat esimerkiksi klmälaitteissa, hisseissä sekä ilmastointijärjestelmissä ovat suuressa vaarassa ruostumiselle. Perussääntö materiaalinvalinnassa on, että uimahalleissa tulee kättää molbdeeniseosteisia Crio teräksiä, kuten esimerkiksi 1.4404 ja 1.443. Standardissa SFS E 1993-1-4 suositellaan, että kantavissa rakenteissa, joita kätetään kloridipitoisissa mpäristöissä ja joita ei voida säännöllisesti puhdistaa (kuten esimerkiksi uima-altaiden läpuolella olevat alaslasketut katot), kätetään vain teräslajeja 1.459, 1.4547 tai 1.4565, ellei uimaveden kloridi-ionien konsentraatio ole < 50 mg/l (epätavallista), jolloin mös teräslaji 1.4539 on sopiva. Vastaavissa olosuhteissa voidaan kättää mös vaihtoehtoisia teräslajeja, joille on osoitettu riittävä korroosionkestävs jännitskorroosion suhteen. Oikean materiaalinvalinnan ohella tulee kiinnittää huomiota säännölliseen puhdistukseen, johon kuuluu muun muassa päivittäinen kaiteiden huuhtelu ja kuivaus. Pinnan laaduksi voidaan määritellä esimerkiksi kuivaharjattu GRIT0/40 pinta peitattuna. Pinnankarheus on varsin hvä ja helpohkosti sisätiloissa puhtaana pidettävä. Rakenneputken pinnaksi voidaan valita vaihtoehtoisesti mattamainen, heijastamaton pinta. 36 37
3.5.3 Itämeren vesi /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Taulukko 3.5.3.1. Ruostumattomien terästen korroosiokättätminen ja soveltuvuus erilaisiin olosuhteisiin maa- ja vesirakentamisessa /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/. Kohde: Vedenottoputken välppä Paikka: Vaasan edusta, erenkurkku Lämpötila: max. 5 C Itämeren vesi (murtovesi) akea vesi Fouling (kiin nittvät eliöt, meri- ja makeavesi) aantiesuola Koirien urea Itämeren suolapitoisuus vaihtelee sen eri osissa, kuten kuvasta 3.5.3.1 ilmenee. olbdeenipitoisen Crio-teräksen 1.443 kätössä kloridipitoisuuden lärajana esimerkiksi vesijohtoverkoissa pidetään leisesti 500 mg/l /Korroosiotaulukot/. Kuitenkin kseinen teräs soveltuu kätettäväksi Pohjanlahdella ja Suomenlahdella, mikäli lämpötila on alhainen. Kuvassa 3.5.3. on esitett teräksen 1.4401 (AISI 316) kestävs rakokorroosiota vastaan lämpötilan ja kloridipitoisuuden suhteen. äin ollen kseisen teräksen kättö mainitussa kättökohteessa on mahdollista. 1.4301 (304) 1.4307 (304L) 1.4318 (301L) 1.416 (LDX 101) 1.4404 (316L) 1.4401 (316) 1.446 (Duplex 05) [+] (pk ja rk) + (pk ja rk) ++ (pk ja rk) ++ Cl < 00 mg/l (rk ja pk) [++] (pk ja rk) ++ Cl<500 mg/l (pk ja rk) ++ + rk [+] rk + rk + (rk) + (pk ja rk), jk [+] (pk ja rk) ++ (pk ja rk) ++ (pk) [++] (pk) ++ (pk) [++] ++ Korkeaan lämpötilan kättökohteissa, kuten merivesiläönvaihtimissa, tai suurean kloridipitoisuuden alueille siirrttäessä tulee siirtä runsaain seostettuihin ruostumattomiin teräksiin, kuten 1.446, 1.4539 ja 1.459 /Erfahrungen bei der Anwendungnichtrostender Stähle in chlorhaltigen Wässern, ISER (1996)/. Taulukossa 3.5.3.1 on esitett materiaalien soveltuvuutta. erilaisiin vesiin liittviin korroosio-olosuhteisiin /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/. Rakenneputken kättösovelluksia meren tai sisäveden äärellä voivat olla esim. laitureiden kantavat rakenteet, kaidejärjestelmät ja paalutukset. + tai ++ = soveltuu kätettäväksi (pk ja rk) = piste- ja rakokorroosiovaara otettava huomioon eritisesti tiivittä vaativissa rakenteissa tai jos on vaara, että söpminen keskitt rakenteen kantavuuden kannalta epäedullisesti rk = rakokorroosiovaara otettava huomioon rakenteita suunniteltaessa (rk) = kuten rk, mutta vaara pienempi jk = jännitskorroosioriski, jos vetojännitksiä ja CaCl läsnä [ ] = ei kättökokemuksia Cl = kloridipitoisuus (mg/l) Aggressiivisempaan meri-ilmastoon materiaalin ja pinnanlaadun valinnaksi on julkaisu ASSDA Technical Bulletin Stainless Steel Tea Staining o Februar 006. Julkaisu koskee materiaalin valintaa valtamerten rannikkoalueilla, joissa meriveden kloridipitoisuus on huomattavan korkea verrattuna Suomen merialueiden vastaavaan ja lämpötilat ovat korkeampia kuin Suomen kesässä normaalisti koetaan. Valintaohjeessa suositellaan Crio-teräslajeja, kun rakenne sijaitsee 5 kilometrin etäisdellä merestä. Pinnanlaaduksi suositellaan mekaanisesti kiillotettua tai elektrolttisesti kiillotettua pintaa, jonka Ra-arvo on parempi kuin 0,5 µm. ämä suositukset ovat hvin samansuuntaiset kuin taulukossa 3.5.3.1 on annettu. 3.5.4 Rakennuskohde kaupungissa /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Paikka: Kohde: Keskikokoinen kaupunki Suomessa Rakennuksen verhoilulevt katutasosta katonrajaan Kuva 3.5.3.1. Itämeren alueen veden kloridipitoisuus (erentutkimuslaitos). Kuva 3.5.3.. Teräksen 1.4401 (AISI 316) kestävs rakokorroosiota vastaan eri kloridipitoisuuslämpötilahdistelmillä. ääritkset on teht kätännön prosessiolosuhteissa neutraalissa vesiliuoksessa /Kovach, Thackra (198)/. Ilmastollinen korroosiorasitus vaihtelee kohteen sijainnin mukaan. aaseutuilmastossa voidaan leisesti kättää teräslajia 1.4301, mutta kaupunki-ilmastossa on useiiten suositeltavaa valita ns. haponkestävä teräs 1.4401 tai 1.443. Korroosiorasitus on mös huomattavan paljon erilainen sadeveden huuhtelemissa rakenneosissa, kuten ulkokatossa, kuin likaa helposti keräävissä katutason seinälevissä tai vaikeasti puhdistettavissa rakenneosissa. Likaantumiselle alttiit rakenneosat tulee puhdistaa esim. kuumavesipesulla 1- kertaa vuodessa. Taulukossa 3.5.4.1 on esitett materiaalinvalintoja erilaisiin olosuhteisiin. Taulukossa 3.5.4.1 on esitett materiaalinvalintaohjeita erilaisiin olosuhteisiin. 38 39
Taulukko 3.5.4.1. Suositeltavat teräslajit eri ilmasto-olosuhteissa /Architects Guide... (1997)/, / SFS-E 1993-1-4:006/ Teräslaji E 10088-1.4003 1.4016 1.4301 1.4541 1.4318 1.4401 1.4404 1.4571 1.4439 1.446 1.459 1.4539 3.5.5 Liikennevälineet /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/ Ruostumattomia teräksiä kätetään leisesti junien ja bussien valmistuksessa sekä kantaviin että ei-kantaviin rakenneosiin. Tärkein peruste on ruostumattoman teräksen hvä korroosionkestävs, jolloin korroosiosuojausta voidaan vähentää tai kokonaan poistaa. Lisäksi austeniittisilla teräksillä saavutetaan hvä sitkes mös hitsatuissa rakenteissa. Kättöolosuhteet junissa vaihtelevat maaseutuolosuhteista, kaupunki-ilmastosta aina meri-ilmastoon saakka. äin ollen vaatimukset terästenkin korroosionkestävdelle vaihtelevat. Tärkeitä mitoitusperusteita ovat staattisen lujuuden lisäksi väsmiskestävs sekä kolariturvallisuus. Yleisiin kätetään austeniittisia teräksiä 1.4301, 1.4307 ja 1.4318 sekä hehkutetussa (B tai D) että lujitetussa (H) tilassa. Teräksen 1.4318 etuna on suurempi lujuus sekä hehkutettuna että klmämuokattuna. Liittämisprosesseina kätetään kaarihitsausta (paksuat kantavat rakenteet), vastuspistehitsausta, liimapistehitsausta ja laserhitsausta. Ympäristön tppi ja korroosio-olosuhteen luokka aaseutuilmasto Kaupunki-ilmasto Teollisuusilmasto eri-ilmasto L H L H L H L H O X X O X X X X X X X X OK OK OK OK OK O O O X OK O X - - - - OK OK OK OK O OK OK O - - - - - - - - OK - - OK Korroosio-olosuhteet: L (low) = alhainen. Alhaisiat korroosio-olosuhteet ko. mpäristössä. Esim. tiettn lämpötilaan läitett tilat, joissa on alhainen kosteus tai alhaiset lämpötilat. (medium) = keskimääräinen. elko tpillinen ko. mpäristössä. H (high) = korkea. Korroosion todennäköiss korkeampi kuin tpillisessä ko. mpäristössä. Esim. korroosio kasvaa korkean kosteuden, korkean mpäröivän lämpötilan tai eritisesti aggressiivisten ilmansaasteiden takia. erkinnät soveltuvuudesta: OK = Todennäköisesti paras valinta korroosionkestävden ja kustannusten kannalta. O = Tarkastelun arvoinen, jos rhdtään sopiviin varotoimenpiteisiin (s.o. määritellään suhteellisen tasainen pinta ja sen jälkeen pinta pestään säännöllisesti). - = ahdollisesti limitoitettu korroosion kannalta katsoen. X = Todennäköisesti tapahtuu liiallista korroosiota. Ruostumattomien terästen kättö on leistmässä linja-autojen valmistuksessa. Linjaautojen kättöolosuhteet vaihtelevat maaseutuilmastosta meri-ilmastoon. Suhteellisesti suuri osa busseista operoi kaupunkiolosuhteissa. Eritispiirteenä linja-autojen kättöolosuhteissa on voimakkaasti sövttävän tiesuolan kättö pohjoisilla alueilla. Ruostumattomien terästen kätöllä voidaan vähentää rakenneosien korroosiosuojausta. Tärkeitä suunnittelukriteerejä ovat staattinen lujuus, väsmislujuus ja rakenteiden paino. Linjaautojen valmistuksessa leisiä teräksiä ovat ferriittiset ruostumattomat teräkset 1.4003 (putkipalkkeina) ja 1.4016 (ohutlevinä) sekä austeniittinen ruostumaton teräs 1.4301 (putkipalkkeina ja ohutlevinä). Putkipalkkien liittämisprosessina kätetään pääasiassa AG-hitsausta. Ohuiden materiaalien liittämisessä on perinteisesti kätett niittausta, jonka vuoksi ferriittiset teräkset hvän porattavuutensa vuoksi ovat olleet suosittuja. Ferriittisten terästen korroosionkestävs voidaan varmistaa esim. maalaamalla. ielenkiinto ruostumattomien terästen kättöön on kasvamassa mös henkilöautoteollisuudessa, jossa austeniittisten ruostumattomien terästen erinomaista iskusitkettä ja energian absorbtiokkä voidaan hödntää kolariturvallisuutta kehitettäessä. Tällöin tulevat ksmkseen lähinnä teräslajit 1.4301, 1.4318 ja 1.437, mutta hinnanmuodostuksen vuoksi ferriittiset teräkset ovat leisiin kätettjä materiaaleja henkilöautoissa. 3.5.6 Kulku- ja liikennevälien rakenteet Liikennevälien rakenteissa ruostumattoman teräksen etuina ovat riittävä mekaaninen kestävs ja pitkäaikaiskestävdesta johtuvat edulliset huoltokustannukset. Kättökohteina voivat olla keven liikenteen siltojen kaiderakenteet sekä sillan kantavat pilarit ja kehärakenteet, törmäskaiteet, liikenteenohjaus- ja valaisintolpat, meluaitojen kantavat rakenteet sekä suurten betonipilareiden pintakuoret ja kokoontumistilojen kalusteiden rungot sekä sisä- että ulkotiloihin. Liikenne- ja kulkuvälien rakenteiden materiaalin valinnassa on eriteltävä, onko välään liittvä rakenne tiesuolauksen alainen. ikäli suolausta ei kätetä ovat teräslajit 1.4301, 1.4318 ja 1.416 soveltuvia. uutoin kätetään leisesti teräslajeja 1.4401, 1.4404 ja 1.446. Korroosio-olosuhteet /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/ aantiesuolausta kätetään talvisin poistamaan jään aiheuttamaa liukkautta ja kesäisin sitomaan pölä. aantiesuola lisää ilmastollista rasitusta teiden varsilla ja alueilla, joille sitä voi kulkeutua. Suolasumu voi olla htä vaarallista kuin tädellinen upotusrasitus, koska kloridikonsentraatio väkevöit veden hörstmisen tai suolakiteiden sntmisen seurauksena. Esimerkiksi meluaidat, kaiteet, lhtplväät, liikennemerkit ja tienvarsien aidat ovat alttiita maantiesuolan vaikutuksille. Katujen varsilla olevat varusteet ja kalusteet ovat alttiita paitsi maantiesuolan vaikutuksille, mös koirien urealle. 40 41
aantiesuolan vaikutus perustuu niiden kkn alentaa veden jäätmispistettä. Yleisiin Suomessa kätett kemikaali on natriumkloridi (acl). Toinen leisesti kätett kemikaali on kalsiumkloridi (CaCl ), useiiten hdessä natriumkloridin kanssa. Haitallisimpia maan tiesuoloista ovat pölä sitovat hgroskooppiset suolat, kuten kalsium- ja magnesiumkloridi. aantiesuolat voivat aiheuttaa ruostumattomiin teräksiin paikallista söpmistä. ateriaalin valinta /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/ aantiesuolan vaikutuksia ruostumattomiin teräksiin on esitett taulukossa 3.5.3.1. ateriaalit 1.4301 ja 1.4318 ovat alttiita piste-, rako- ja tietissä olosuhteissa mös jännitskorroosiolle maantiesuolojen vai kutusalueilla. ös haponkestävä teräs 1.4401 tai 1.4404 on altis jännitskorroosiolle huoneenläm pötilassa, jos kloridien konsentroituminen pinnoille on mahdollista ja mpäristössä vallitsee alhainen ilmankosteus. Jännitskorroosio ei kuitenkaan ole vaarana rakenteissa, joissa ei ole vetojännitksiä. aa- ja vesirakentamisessa maantiesuolan vaikutuksille alttiina olevissa rakenteissa huomioon otettavia tekijöitä ovat eritisesti liitokset ja mahdolliset raot, koska rakokorroosion riski on suuri kätettäessä vähän tai ei ollenkaan molbdeeniä sisältäviä ruostumattomia teräksiä rakenteissa, joihin kloridien kon sentroituminen on mahdollista. ikäli rakenteissa on esim. laippa- tai hitsiliitoksia, voi rakokorroosio olla alkuna mös jännitskorroosiosäröille. Taulukko 3.5.7.1. aapohjien luokittelu korroosioherkkden perusteella /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/ 1. Ei-aggressiiviset Häiriintmättömät luonnonmaat, joissa enintään vähäisessä määrin klorideja ja sulfaatteja (hiekka, siltti, savi, liuske). aalajien eloperäisen aineksen osuus on alle paino-%. Ellei tavanomaisin pohjatutkimuksin ja kohteen olosuhteiden tarkastelun perusteella maaperän ei-aggressiivisuutta voida riittävällä varmuudella todeta, aggressiivisuutta arvioidaan ensisijaisesti maan ja huokosveden kloridi- ja sulfaattipitoisuusmääritsten perusteella.. Jossain määrin aggressiiviset Saastuneet luonnonmaat ja teollisuusalueiden maa-alueet (leensä). Tiivistämättömät, ei-aggressiiviset tätemaat (hiekka, siltti, savi, moreeni, murskeet). 3. Aggressiiviset maat ja välärakenteet Aggressiiviset luonnonmaat (kloridi- ja sulfaattipitoiset savet ja siltit sekä liejut, suo, räme, turve) sekä suolatut välärakenteet, joissa sulfaattipitoisuus on > 500 mg/maa-aines kg tai > 100 mg/l huokosvedessä, klorideja > 100 mg/maa-aines kg tai > 50 mg/l vesiliuoksessa. Tiivistämättömät ja aggressiiviset tätemaat (tuhka, kuona, aggressiivista luonnonmaata sisältävät tätöt). Kaikki pilaantuneet maapohjat, ellei niiden ei-aggressiivisuutta ole todettu. aa-alueet, joissa esiint tasavirtalähteiden aiheuttama potentiaalikenttä. Taulukossa 3.5.3.1 on esitett hteenveto koirien urean vaikutuksesta materiaalinvalintaan. Urea voi aiheuttaa pistesöpmistä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä, mutta sen ei kuitenkaan uskota vaikuttavan niiden rakenteelliseen kestävteen. Pistesöpmisvaaraa ei ole, mikäli kriittiset kohdat huuhtoutuvat tai huuhdotaan riittävän usein. Taulukko 3.5.7.. Suositellut ruostumattomat teräslajit pohjamaan aggressiivisuuden perusteella sekä kes kimääräisen korroosion suuruusluokkatasot /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/. Teräslaji Ei-aggressiivinen Aggressiivinen iukkaseosteiset ferriittiset teräkset Ei poikkeamaa hiiliteräksiin Keskimääräinen korroosio: 1, / 100 v Ei poikkeamaa hiiliteräksiin Keskimääräinen korroosio: 3... 6 / 100 v 3.5.7 aa- ja vesirakentaminen /Ruostumaton teräs maa- ja vesirakentamisessa, VTT, 006/ Austeniittiset Cri teräkset 1.4301 (304), 1.4307 (304L) 1.4318 (301L) Keskimääräinen korroosio: 0,04... 0,1 / 100 v Keskimääräinen korroosio: 0,4... 1 /100 v aa- ja vesirakentamisen osalta ruostumattomat rakenneputket soveltuvat maahan tai iukkaseosteinen duplex 1.416 (LDX 101) Ei kättökokemuksia, ole tettavasti parempi kuin llä Ei kättökokemuksia, ole tettavasti parempi kuin llä vesistöön upotettaviksi paaluiksi, laiturien rakenteiksi ja betonipaalujen suojakuoriksi. Alla olevissa taulukoissa on esitett maalajien jaottelu korroosion aggressiivisuuteen perustuen sekä materiaalilajin pistekorroosionopeus kseessä olevassa maaperässä. Tämä on eräs kättösovellusalue, johon ruostumaton teräs soveltuu ominaisuuksiensa perusteella erinomaisesti. Haponkestävät Crio teräkset 1.4401 (316 L) 1.4404 (316) Keskiseosteinen duplex 1.446 (Duplex 05) Keskimääräinen korroosio: 0,005... 0,01 / 100 v Keskimääräinen korroosio: 0,005... 0,01 / 100 v Keskimääräinen korroosio: 0,06... 0,1 /100 v Keskimääräinen korroosio: 0,06... 0,1 /100 v Huom. On huomioitava, että taulukon pohjana oleva aineisto on hvin suppea sekä paikallisten olosuhteiden säätelemä. 4 43
3.5.8 Ohjelmisto ruostumattoman rakenneputken valintaan mekaaninen kestävs huomioiden Suomessa kehitett D-ohjelmisto WinRami Stainless sisältää ruostumattomista suorakaide-, neliö- ja pöreän poikkileikkauksen omavista rakenneputkista valmistettavien rakenteiden mitoituksen Eurocode 3:n standardin E 1993-1-4:006 mukaisesti. itoitus voidaan suorittaa huoneenlämpötilassa sekä valitun palonkestoajan mukaisessa tilanteessa. Huoneenlämpötilamitoituksessa voidaan hödntää Cri ja Crio teräslajeja hehkutetun materiaalin mötölujuudella sekä korotetuille lujuusarvoilla CP350. Palotilanteen mitoitus tapahtuu Eurocode 3:n standardin E 1993-1-:006 mukaisesti huomioiden eri ruostumattomien teräslajien mekaaniset arvot palotilanteessa (informatiivinen liite). Alla on esitett kuvaus ohjelman jälkikäsittelijästä. Ohjelman voi tilata Teräsrakennehdists r:stä (Internet-osoite: www.terasrakennehdists.fi). 3.5.9 Ohjelmisto ruostumattoman materiaalin valintaan korroosio huomioiden /Ruostumattomien terästen korroosiovaaran ennustaminen konsentroituvissa liuoksissa kvantitatiivinen mallintaminen, VTT 007/ Tutkimusprojektissa Ruostumattomien terästen korroosiovaaran ennustaminen konsentroituvissa liuoksissa kvantitatiivinen mallintaminen - KORRKOS on kehitett Excel-pohjainen mitoitusohjelmisto pistekorroosion todennäköisdelle rakenteessa, kun rakennetta mpäröivä korroosiompäristö tunnetaan. Ohjelmisto soveltuu korroosiompäristölle, joka sisältää klorideja, sulfaattia, natriumia sekä kalsiumia ja jonka lämpötila tunnetaan. Ohjelmalla voidaan arvioida esim. sateen materiaalin pinnalle jättämän laikon haihtuessaan aiheuttama pistekorroosioriski tai uimahallin sekundäärirakenteisiin konsentroituvan kosteuden aiheuttama riski. Ohjelman ensiäinen versio sisältää teräslajit 1.4301, 1.4404, 1.446 sekä 1.4003. Testausvaiheessa materiaalin pinnanlaatuja ei ole varioitu. Ohjelmiston taustalla olevat matemaattiset htedet on määritett toimitustilaiselle materiaalille. Alla on esimerkki ohjelman toiminnasta. Ohjelma on tilattavissa sekä VTT:n että Teräsrakennehdists r:n kautta (Internetosoitteet: www.vtt.fi ja www.terasrakennehdists.fi). Kuva 3.5.8.1. Esimerkki Winrami-ohjelmiston mallin geometriasta sekä hden sauvan kestävstarkastelun tulos. Yksittäisen sauvan kestävs voidaan määrittää SCI:n kehittämän ohjelman avulla, joka on kätettävissä osoitteessa http://www.steel-stainless.org/software/. Kuva 3.5.9.1. Esimerkki kehitetn ohjelmiston söttöarvoista sekä tulostuksesta. Kuva 3.5.8.. Esimerkki Steel Construction Instituten kehittämän ohjelman liittmästä www.steel-stainless.org/software. 44 45
4. Ruostumattomat rakenneputket Tässä luvussa esitetään Stalatube O:n ja O Outokumpu Stainless Tubular Products Ab:n (O OSTP Ab:n) valmistamien ruostumattomien rakenneputkien valmistusta, mittavalikoimia ja ominaisuuksia. Yritkset valmistavat kaikki rakenneputket ruostumattomista teräksistä. 5 4 3 1 9 8 7 6 1 Aukikelaus Jatkohitsaus 3 Reunahölä 4 uotoilu 5 Hitsaus 6 Sauman hionta 7 Kalibrointi 8 Profilointi 9 Katkaisu 4.1 Putkenvalmistus Ruostumattomat rakenneputket valmistetaan klmämuovaamalla ja hitsaamalla. uovaus tapahtuu joko rullamuovaamalla tai ksittäisvalmistuksena taivuttamalla. Hitsausmenetelminä kätetään TIG/plasma-, HF- ja laserhitsausta. Kuva 4.1.1.1. Rullamuovauslinjan vaiheet (pöreämuotoilu). 4.1.1 Rullamuovaus Rullamuovaus on jatkuvatoiminen valmistusmenetelmä, jossa teräsnauha klmämuovataan putkilinjassa haluttuun muotoon useiden rullaparien avulla. Valmistuksen lähtömateriaalina on kelattu teräsnauha, joka on leikattu pituussuuntaan putkimittaa vastaavaan leveteen. Teräsnauha aukikelataan, jatkohitsataan edelliseen teräsnauhaan ja ohjataan rullamuovauslinjaan. Tarvittaessa nauhan reunojen laatua voidaan parantaa reunahölillä ennen muovausta. eliö- ja suorakaideputkille on kätössä kaksi erilaista muovaustapaa, pöreämuotoilu ja suoramuotoilu. Pöreämuotoilussa teräsnauha muovataan poikkileikkaukseltaan mprämäiseen muotoon, hitsataan ja muovataan hitsauksen jälkeen profilointirullilla neliön tai suorakaiteen muotoiseksi. Suoramuotoilussa teräsnauha muovataan suoraan poikkileikkaukseltaan neliön tai suorakaiteen muotoiseksi nurkka-alueilta taivuttamalla ja hitsataan tämän jälkeen. Suoramuotoilua kätetään ulkomitoiltaan suurimpien putkien valmistamiseen. Hitsauksen jälkeen hitsisauma tasoitetaan hiomalla tai höläämällä. Hitsin laatua seurataan jatkuvatoimisella pörrevirtatarkastuksella sekä tarvittaessa mös muilla menetelmillä (esim. litistskoe). Putket katkaistaan haluttuun pituuteen, niputetaan, vanteutetaan ja siirretään joko lähetsvarastoon tai jatkojalostukseen. Putkien tunnistaminen varmistetaan jatkuvalla mustesuihkumerkinnällä ja nippukohtaisella merkinnällä. Putkenmuovauksessa teräksen mekaaniset ominaisuudet muuttuvat klmämuokkauksesta johtuen. ämä muutokset riippuvat valmistusmenetelmästä ja putken mitoista. Valmiin putken mekaaniset ominaisuudet voidaan testata valmistamalla putkinätteestä testisauvat, joille suoritetaan aineenkoetus. Rullamuovauslinjan vaiheet on esitett kuvassa 4.1.1.1. 4.1. Yksittäisvalmistus taivuttamalla Taivutuksessa on lähtömateriaalina putken mittoja vastaava leikattu lev. Lev muotoillaan särmäskoneella mprämäiseksi usean ksittäisen tövaiheen eli piston avulla. Tämän jälkeen avoin profiili hitsataan hitsausasemassa pitkittäissaumalla suljetuksi putkeksi. Putken hitsin ja pinnan viimeistelt tehdään erillisillä töasemilla. Tällä menetelmällä valmistetaan pöreitä ruostumattomia rakenneputkia, joita mittojen ja eräkoon perusteella ei ole taloudellista valmistaa rullamuovaamalla. 4. Teräslajit Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n valmistamien ruostumattomien rakenneputkien vakioteräslajit on esitett taulukossa 4..1. Teräslajien koostumuksia ja ominaisuuksia on käsitelt käsikirjan luvussa 3, ruostumattomat teräkset. Cri Crio Taulukko 4..1. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n 1.4301 1.4307 1.4541 1.4401 1.4404 1.4571 valmistamien ruostumattomien rakenneputkien vakioteräslajit. Rakenneputkia valmistetaan mös muista austeniittisista, ferriittisistä ja duplex-teräslajeista, joita on esitett luvussa 3. ittakohtainen saatavuus eri teräslajeilla on aina varmistettava toimittajalta. 46 47
4.3 ittavalikoimat Taulukko 4.3.. Suorakaiteen muotoiset ruostumattomat rakenneputket (Stalatube O, O OSTP Ab). ittavalikoima koskee teräslajia 1.4301, saatavuus muiden teräslajien osalta on varmistettava toimittajalta. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n valmistamien ruostumattomien rakenneputkien mittavalikoimat on esitett taulukoissa 4.3.1-4.3.3. ittavalikoimat koskevat teräslajia 1.4301, saatavuus muiden teräslajien osalta on varmistettava toimittajalta. Rakenneputkien toimituspituudet ovat 18 m. Ruostumattomia rakenneputkia toimitetaan mös tuumamitoituksella, joista saa lisätietoa mnnistä. Taulukko 4.3.1. eliön muotoiset ruostumattomat rakenneputket (Stalatube O, O OSTP Ab). ittavalikoima koskee teräslajia 1.4301, saatavuus muiden teräslajien osalta on varmistettava toimittajalta. H B 0 0 5 5 30 30 3 3 35 35 38 38 40 40 45 45 50 50 60 60 70 70 75 75 80 80 90 90 100 100 10 10 140 140 150 150 00 00 0 0 50 50 300 300 1, 1,5,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 1,0 400 00 48 49 H B 30 0 30 5 35 5 40 10 40 0 40 5 40 30 50 10 50 0 50 5 50 30 50 40 60 10 60 0 60 30 60 40 70 0 70 40 70 50 80 10 80 0 80 30 80 40 80 50 80 60 100 0 100 30 100 40 100 50 100 60 100 80 10 40 10 60 10 80 10 100 140 80 150 50 150 100 160 80 00 100 50 100 50 150 300 100 300 00 1, 1,5,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 1,0
Taulukko 4.3.3. Pöreät ruostumattomat rakenneputket (O OSTP Ab). ittavalikoima koskee teräslajia 1.4301, saatavuus muiden teräslajien osalta on varmistettava toimittajalta. 4.4 ittatoleranssit D / t 1,3 5 6,9 3 33 33,7 35 38 40 4,4 44,5 48,3 50 50,8 51 54 55 57 60 60,3 63,5 76,1 88,9 101,6 108 114,3 133 139,7 159 168,3 19,1 73 33,9 355,6 406,4 457 508 610 711 813 914 1016 1118 119 1 1, 1,6,6 3 3,6 4 4,5 5 6 7,1 8 8,8 10 11 1 14 Ruostumattomalle rakenneputkelle sovelletaan tuotestandardia SFS E 1019-. Ruostumattomien rakenneputkien markkinoilla on muodostunut kätännöksi valmistaa austeniittiset rakenneputket seinämänpaksuuteen 3 asti kättäen pienempiä ulkokulman mittoja verrattuna standardiin SFS E 1019-. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n ruostumattomien rakenneputkien mittatoleranssit on esitett taulukossa 4.4.1. Toleranssien arvot muille kuin austeniittisille rakenneputkille tulee tarkistaa putkitehtaalta. Taulukko 4.4.1. Austeniittisten rakenneputkien mittatoleranssit. Toleranssit ovat standardin E 1019- mukaiset, poikkeuksena ulkokulman mitat. Ominaisuus Ulkomitat (D, B ja H) Ulkokulman mitat (C1, C tai R) Seinämänpaksuus (T) Epäpöres (O) eliön ja suorakaiteen muotoiset rakenneputket Sivun pituus H, B < 100 100 H,B 00 H, B > 00 Seinämänpaksuus T () T 3 T > 3 Seinämänpaksuus T () T 5 T > 5 Toleranssi ± 1 %, kuitenkin vähintään ± 0,5 ± 0,8 % ± 0,6 % Ulkokulman mitat - 1,5T 1) 1,6T...,4T Toleranssi ± 10 % ± 0,5 Pöreät rakenneputket ± 1 %, kuitenkin vähintään ± 0,5 ja enintään ± 10 Kun D 406,4 : Seinämänpaksuus T () T 5 T > 5 Toleranssi ± 10 % ± 0,5 Kun D > 406,4 : ± 10 %, kuitenkin enintään ± - % rakenneputkille, joiden ulkohalkaisijan suhde seinämänpaksuuteen on enintään 100 ) Koveruus tai kuperuus Enintään 0,8 %, vähintään 0,5 - (x1, x) 3) Sivujen kohtisuoruus (θ) 90º ± 1º - Pituus (L) -0/+0 4) -0/+5 4) Kiertmä (V) + 0,5 /m - Suoruus (e) 0,15 % kokonaispituudesta 0,0 % kokonaispituudesta 1) Poikkeaa standardin E 1019 vaatimuksesta ) Kun ulkohalkaisijan suhde seinämänpaksuuteen on suurempi kuin 100, epäpöreden toleranssista tulee sopia 3) Koveruuden ja kuperuuden toleranssi on riippumaton ulkomittojen toleranssista 4) Poikkeaa standardin E 1019 vaatimuksesta 50 51
4.5 Lujuusluokat Ruostumattomien rakenneputkien lähtömateriaalien lujuusarvot hehkutetussa tilassa on esitett eri teräslajeille luvun 3 taulukossa 3.1.1. Taulukon 3.1.1 mukaiset arvot pätevät rakenneputkelle, kun ei taata korotettuja lujuusarvoja. Tällöin rakenneputkien toimituserälle annetaan ainestodistus, jossa esitetään lähtömateriaalin testaustulokset. Rakenneputkien lujuusarvoja voidaan korottaa klmämuokkaamalla materiaalia. Tämä voi tapahtua joko terästehtaalla rakenneputken valmistukseen tarkoitetun teräsnauhan lujitusvalssauksella tai putkenvalmistuslinjalla. ekaaniset arvot rakenneputkien toimituserälle annetaan tässä tapauksessa ainestodistuksella, jossa on putkesta testatut arvot. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n toimittamat rakenneputket korotetuilla lujuusarvoilla on esitett taulukossa 4.5.1. Taulukko 4.5.1. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n ruostumattomien austeniittisten rakenneputkien lujuusluokitus, kun materiaalin klmämuokkauksen aiheuttama lujittuminen hödnnetään. Lujuusluokka Lujuusarvot f [/] f u [/] CP350 ) 350 600 1) CP500 ) 500 650 1) 1) Rakenneputken toimittajan ilmoittama minimimurtolujuus. ) Eri teräslajien mittakohtainen saatavuus on varmistettava rakenneputken toimittajalta. Rakenneputken korotetut lujuusarvot todennetaan vetokokeilla. Vetokoesauvat irrotetaan rakenneputken kljestä pituussuuntaisesti. äin menetellen vetokoetulos todentaa rakenneputken pituussuuntaisen mötölujuuden. Rakenneputkille, joille taataan mötölujuuden arvo 350 /, voidaan mös kättää samaa arvoa puristusmötölujuuden mitoitusarvona. 4.6 Pinnan viimeisteltilat Rakenneputkien pinnan viimeisteltiloille ei ole standardoitua menetelmää eri valmistajien tuotteen hdenmukaistamiseksi. Tästä sstä pinnan viimeisteltilan valitsemiseksi on leensä tarkoituksenmukaista ptää valmistajalta nätepaloja eri vaihtoehdoista. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n toimittamien rakenneputkien pintojen viimeisteltilat on esitett taulukossa 4.6.1. Pinnan viimeisteltila Valmistustilainen Harjattu Hiottu Peilihiottu Kuulapuhallettu Peitattu 4.7 Jatkojalostuspalvelut Kättämällä putkentoimittajan jatkojalostuspalveluita on mahdollista saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä (esim. pienempi materiaalihukka ja alhaiseat tövoimakustannukset). Taulukossa 4.7.1 on esitett Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n leisiät jatkojalostuspalvelut Jatkojalostuspalvelu Erikoispituus äärämittakatkaisu Kuvaus Kulmakatkaisu 30-90 Toleranssi ± 1 Laserleikkaus Asiakasräätälöidt komponentit 18 m, toleranssi 0/+0 0 9000, toleranssi ± 1 Aukotukset Asennusvalmiita komponentteja Ruostumattoman rakenneputken jatkojalostuspalveluna on muun muassa asennusvalmiiden komponenttien toimittaminen. Alla olevissa kuvissa on esitett laser-aukottamalla valmistettuja komponentteja asennuksen helpottamiseksi esteettisen ulkonäön vaativiin kohteisiin. Kuva 4.7.1. Laser-aukottamalla valmistettuja rakenneputkikomponentteja. Taulukko 4.6.1. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n toimittamien rakenneputkien pintojen viimeisteltilat Taulukko 4.7.1. Stalatube O:n ja O OSTP Ab:n leisiät jatkojalostus-palvelut Yleensä nelikulmaputkilla mekaaniset pinnankäsittelmenetelmät muokkaavat tasomaisia osia nurkkien välillä, jättäen nurkka-alueen pinnan vastaamaan alkuperäisen materiaalin pinnan ulkonäköä. urkka-alueiden pinnankäsittel on mahdollista erillisenä tönvaiheena. Pöreillä rakenneputkilla näkviin jäävä pinta voidaan käsitellä niin, että visuaalisesti materiaalissa ei ole epäjatkuvuuskohtia. Pintakäsittel voidaan tehdä joko pitkittäin tai poikittain pöreän rakenneputken pituusakseliin nähden. 5 53
4.8 Tilauksen spesifiointi Ruostumattomille rakenneputkille tekniset toimitusehdot määritellään toimittajien omissa tai asiakkaiden kanssa sovituissa spesifikaatioissa. ittatoleranssien osalta viitataan soveltuvin osin standardiin E 1019-, joka koskee hiiliteräksestä valmistettuja rakenneputkia. Teräslajien osalta viitataan leensä standardiin E 10088-. Rakenneputken tilauksessa on stä määritellä riittävän ksitiskohtaisesti kaikki putken tekniset vaatimukset. Vähiäistiedot ovat: ulkomitat seinämänpaksuus pituus teräslaji Esim. 40x40x 6000 1.4301 Tekniset toimitusehdot vakiotoimituksille on esitett toimittajien spesifikaatioissa. ahdolliset lisävaatimukset on aina määriteltävä erikseen ja on stä ottaa huomioon ainakin seuraavat tekniset asiat: pinnan viimeisteltila mittatoleranssit pakkaustapa puhtaus päiden laatu hitsisauman sijainti tarkastukset ja testaukset ainestodistuksen tppi 5. Konepajavalmistus Konepajalla rakenneputkista valmistetaan kokonaisia rakenteita tai rakennekomponentteja, jotka edellttävät materiaalin töstöä, liitoksia ja pintakäsittelä. Liitokset rakenneputkikomponenteissa ovat useiiten hitsaamalla valmistettuja. Valmistuksen htedessä on annettava ohjeistus pinnan viimeistellle, mikäli liitokselle vaaditaan samanlainen pinnanlaatu kuin mpäröivällä rakenneputkella. ikäli pinnanlaadulle ei ole asetettu erillistä vaatimusta, on hitsatun liitoksen pinta vähintäänkin harjattava tai hiottava puhtaaksi ja mahdollisesti peitattava korroosionkestävden parantamiseksi. Hitsatun liitoksen pinnanlaatu voi olla vaikea saattaa visuaalisesti mpäröivää, esimerkiksi hiottua pintaa, vastaavaksi. Jälkikäsittelillä on prittävä saamaan pinnanlaatu kuitenkin mahdollisian huomaamattomaksi mpäröivästä pinnasta. Yleistä ohjetta liitosten pinnanlaadun käsittelemiseksi ei ole kehitett. Konepajassa suoritettavien valmistusvaiheiden htedessä on noudatettava eritistä huolellisuutta ja pintojen puhtaudesta on huolehdittava ennen ja jälkeen tövaiheen. Pintaan jääneet epäpuhtaudet voivat aiheuttaa värjämää hvinkin varhain asennuksen jälkeen komponentin altistuessa kosteudelle. 5.1 Pintakäsittelt Konepajalla rakenneputkelle voidaan suorittaa lisää pintakäsitteljä kappaleessa 4 esitettjen lisäksi. Yleisiät pinnan mekaanisen töstämisen käsittelt on esitett taulukossa 5.1.1 ja julkaisussa Dekoratiivisten ruostumaton teräspintojen mekaaninen viimeistel, Euroinox, 005. Taulukko 5.1.1 Rakenneputkelle mahdollisia pintakäsitteljä konepajassa tai alihankkijalla. Pinnanlaatu Hiottu grit 180-600 Hiottu peilikirkas Elektrolttisesti kiillotettu pinta Kuulapuhallettu pinta 1) Peitattu pinta ) Kuvaus ksisuuntainen nauhahionta Pinta on kiiltävä ja peilaava Pinta on kiiltävä perusilmeeltään, alkuperäinen pinnan profiili jää näkviin Riippuen kätetstä puhalteesta: kiiltoaste voi vaihdella mattamaisesta kirkkaaseen attamainen 1) ) Puhalteena voidaan kättää saatavilla oleva puhalteita, kuitenkaan ei tule kättää puhalletta, jota on jo aiein kätett hiiliteräksen pinnan käsitteln. Suositeltavimpia ovat lasikuula-, Al-oksidi- ja Cr-i-puhalteet. Puhallejäämät tulee poistaa pinnalta tön jälkeen. Peittausaineena on allaspeittauksessa useiiten sekahappo (8-0%HO 3, 0,5-5% HF, loppuosa H O, lämpötila 5-60 C, aika 15-30min / Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus/, mutta mös muita happoja voidaan kättää. Peittaustahnat ja ruiskutettavat aineet ovat vertailukelpoisia allaspeittauksessa kätettäviin. Peittausaika allaspeittauksessa on lhempi verrattuna tahnoihin ja ruiskutettaviin happoihin. ateriaalin koostumus vaikuttaa valittavaan peittaushappoon sekä hapotusaikaan. 54 55
Värillisiä pintoja voidaan valmistaa sähkökemiallisin menetelmin. Pinta saadaan värilliseksi kasvattamalla passiivikalvon paksuutta. Eripaksuiset kalvot taittavat valoa eri tavoin, jolloin valmistettava väriskaala saadaan laajaksi. Teknologian omaavia ritksiä ei ole Suomessa, mutta Saksassa ja Englannissa on palvelun tuottajia. enetelmä toimii ainakin austeniittisille laaduille. ikäli rakenteeseen valitaan sähkökemiallisesti värjätt pinta, on stä olla mahdollisian aikaisessa vaiheessa htedessä palvelun tuottajiin ja selvittää tarkein edelltkset vaaditun pinnan aikaansaamiseksi. Konepajalla rakenneputken pinta voidaan maalata märkämaalausjärjestelmällä. aalijärjestelmien toimittajilla on ohjeita ruostumattomien terästen maalaamiseen. Perinteisillä austeniittisilla ja duplex-lajeilla maalauksen päätarkoitus on esteettisen vaikutelman tukeminen. Vaikkakin ruostumattomien terästen kättö perustuu passiivikalvon antamaan suojaan ilman erillisiä pintakäsitteljä, voidaan maalausta tarvita ulkonäöllisistä sistä. Vähiten kromia sisältävät teräkset kuten 1.4003 (Cr-pitoisuus 11... 1 %) vaativat useiiten maalipinnan suojakseen, mikäli niitä kätetään ulko-olosuhteissa. /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001, 3.painos/. aalaukseen soveltuvat useiat epoksi- ja poluretaanipohjaiset maalit pohjamaaleineen. aalattavan pinnan esikäsitteln tulee kiinnittää eritistä huomiota. Pinta puhdistetaan huolellisesti rasvasta ja liasta esimerkiksi alkali- tai liuotinpesulla, jonka jälkeen pinta huuhdellaan ja kuivataan. Paras maalin tarttuvuus saadaan karhennettuun pintaan. Suihkupuhallus alumiinioksidirakeilla tai lasikuulilla sekä hionta soveltuvat kätettäviksi. attapintainen teräs soveltuu maalausalustaksi. Voimakasta raepuhallusta ei suositella koska sen aiheuttama epätasainen pinta saattaa näkä maalikalvon läpi. Puhallus voidaan tehdä normaalilla laitteistolla, mutta puhallusmateriaalin tulee soveltua ruostumattomalle teräkselle. /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001, 3.painos/. Uudempana pintakäsittelmenetelmänä on kehitett hvin ohuita tiettjä pinnan ominaisuuksia parantavia ns. nanopinnoitteita. Levmateriaaleille on menestksellisesti kätett esimerkiksi sol-gel-pinnoitteita, jotka ovat nestemäisiä pinnalle levitettäviä pinnoitusseoksia. Seoksen koostumus vaikuttaa pinnoitteella saatavan pinnan ominaisuuksiin. Tpillisiä pinnoitteella haettavia ominaisuuksia ovat kulutuksenkestävs, helpompi puhdistettavuus, jopa itsepuhdistuvuus ja korroosionkestävs. Rakenneputkien osalta nämä pinnoitteet ovat vielä aikaisessa kehitsvaiheessa. 5. Hitsaus Ruostumattomat rakenneputkimateriaalit ovat hvin hitsattavia kaikilla leisiillä hitsausmenetelmillä; puikko-, IG-, TIG-, plasma-, AG-tätelanka- ja sädehitsausmenetelmillä. Hitsaus on tällä hetkellä leisin menetelmä rakenneputkien välisiin liitoksiin. Standardi SFS-E ISO 3834 etallien sulahitsauksen laatuvaatimukset sisältää menettelt, joita noudattamalla asiakkaan esittämät vaatimukset voidaan toteuttaa ja hitsauksen laatu todeta. SFS-E ISO 3834 ei ole laadunohjausjärjestelmä, vaan tökalu sovellettaessa standardia ISO9000:000 /SFS-E ISO 3834/. Siten standardin SFS E ISO 3834 noudattaminen tukee valmistajan hitsaustoiminnan laatutasoa leisesti teollisuuden komponenttien valmistukseen. Eritisesti toiminnan tasoa arvioitaessa tärkeitä asioita ovat hitsaus-, tarkastus- ja koordinointihenkilöiden pätevdet sekä hitsausohjeiden olemassaolo. Esimerkiksi rakennusteollisuuden alalla standardin E 1993 alaiseen rakenteeseen suunnitellun komponentin valmistus- ja asennustövaiheet tulee tehdä standardin pre 1090 mukaisesti, joka edelleen viittaa hitsauksen osalta standardiin SFS E ISO 3834. CE ISO/TR 15608:004 mukaisesti ruostumattomat teräkset jaotellaan hitsausta varten rhmiin 7, 8 ja 10 seuraaavasti: Rhmä 7 Ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset Rhmä 8 Austeniittiset ja mangaaniseosteiset austeniittiset ruostumattomat teräkset Rhmä 10 Duplex- (austeniittis-ferriittiset) ruostumattomat teräkset Ruostumattomien terästen hitsattavuus eroaa hiiliterästen hitsattavuudesta matalaan sulamispisteen sekä austeniittisten ja duplex-terästen suurempien lämpölaajenemiskertoimien ja pienempien läönjohtumiskertoimien vuoksi. atalampi sulamispiste mahdollistaa hitsaamisen pieneillä virran arvoilla tai vastaavasti suurealla hitsausnopeudella, joten päästään pienempään läöntuontiin. Eri terästen (ml. ruostumaton-hiiliteräs) liittäminen toisiinsa hitsaamalla on mahdollista, kun liitoksen alueen metallurgiset muutokset korroosio- ja mekaaniseen kestävteen huomioidaan materiaali-, lisäaine- ja menetelmävalinnoissa. Alla olevaan taulukkoon on kerätt tpillisiä ruostumattomien terästen hitsaukseen ja hitsausliitoksiin liittviä ongelmia, jotka voivat aiheuttaa laatuongelmia ruostumattomien terästen hitseissä. 56 57
Taulukko 5..1. Ruostumattomien teräslajien tpilliset hitsauksen metallurgiset ongelmat. 5..1 Hitsauslisäaineet Ominaisuus Austeniittinen Ferriittinen Duplex Kuumahalkeiluriski Rakeenkasvuhauraus Kättölämpötila-alue, iskusitkes kriittinen Kriittinen lämpötila-alue Huokosten muodostus Jännitskorroosio Raerajakorroosio Vethauraus ei, mikäli hitsin ferriittipitoisuus li 5% korkea n ei riski, vaikka ferriittipitoisuus < 5 % täsin austeniittisilla Cri-teräksillä riski olemassa ei kriittinen ei kriittinen ei kriittinen kllä ei kriittinen ei kriittinen huoneenlämpötilassa sitkeä kättätminen matalaissa lämpötiloissa seostuksesta riippuen hauras kättätminen 475 C 800 C runsasseosteisilla herkistminen 500 C 700 C ei kriittinen mikäli tppipitoisuus Criteräksillä alle 0,0% Kriittinen esim. uimahallin Cl - pitoisessa mpäristössä väheän seostetuissa lajeissa Runsaasti seostetuilla austeniittisilla ei kriittinen riippuen seostuksesta, vähähiilisillä ja seostetuilla laaduilla ei kriittinen ei kriittinen 475 C 800 C 475 C 800 C ei kriittinen ei kriittinen mikäli tppipitoisuus Criteräksillä alle 0,0% ei kriittinen Saattaa olla kriittinen uimahallimpäristössä kriittinen seostuksesta riippuen ei kriittinen kriittinen (ei vetä suojakaasuun) ei kriittinen kriittinen (ei vetä suojakaasuun) Taulukko 5..1.1 Ruostumattomasta teräksestä valmistettaviin hitsausliitoksiin soveltuvat lisäaineet /Käsikirja Euro Inox, 006/. Perusaine Hitsauslisäaine E 10088 E 1600 E 107 E 1073 Hitsauspuikko Hitsauslanka Ydintätelanka A 1.4301 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L A 1.4307 E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L A 1.4318 E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L A 1.437 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L A 1.4541 E 19 9 b G 19 9 b T 19 9 b A 1.4404 E 19 1 3 L G 19 1 3 L T 19 1 3 L A 1.443 E 19 1 3 L G 19 1 3 L T 19 1 3 L A 1.4571 E 19 1 3 b G 19 1 4 b T 19 1 4 b A 1.4539 0 5 5 Cu L 0 5 5 Cu L 0 5 5 Cu L A 1.459 icro9b icro9b icro9b A 1.4547 icro9b icro9b icro9b A 1.4565 icr5o16 icr5o16 icr5o16 F 1.4003 E 19 9 L 1) G 19 9 L 1) T 19 9 L 1) F 1.4016 E 19 9 L 1) G 19 9 L 1) T 19 9 L 1) D 1.436 E 5 7 L /304 ) G 5 7 L /304 ) T 9 3 L /304 ) D 1.446 E 5 7 L G 5 7 L T 9 3 L D 1.416 E 5 7 L /LDX101 ) G 5 7 L /LDX101 ) T 9 3 L /LDX101 ) 1) Austeniittinen ruostumaton lisäaine valitaan leisesti ferriittisen ruostumattoman teräksen liitokseen mekaanisen ja korroosionkestävden vuoksi. ikäli liitokselta kuitenkin vaaditaan samanlaista lämpölaajenemista, väriä tai nikkelitöntä hitsiä on valittava ferriittinen ruostumaton lisäaine esimerkiksi E 13 4. Ferriittisillä lisäaineilla hitsatuille liitoksille vaaditaan jälkilämpökäsittel. ) Lisäaine on Avesta Welding suositus ja valmistama. Lisäaineelle ei ole standardinmukaista merkintää. Taulukko 5..1.. Hitsiaineen mekaaniset ominaisuudet /Käsikirja Euro Inox, 006/. Lisäaine ötöraja [/] urtoraja [/] urtovenmä min. [%] Jälkilämpökäsittel E 19 9 350 550 30 ei E/G/T 19 9 L 30 510 30 ei E/G/T 19 9 b 350 550 5 ei E 19 1 350 550 5 ei E/G/T 19 1 3 L 30 510 5 ei E/G/T 19 1 3 b 350 550 5 ei LDX101 1) 580 1) 760 1) 30 1) ei 1) 304 1) 550 1) 750 1) 30 1) ei 1) E 5 7 L 500 700 15 ei G 5 7 L 500 700 15 ei T 9 3 L 500 700 15 ei 1) Lisäaine on Avesta Welding suositus ja valmistama. Lisäaineelle ei ole standardinmukaista merkintää. 58 59 Arvot ovat valmistajan antamia tpillisiä arvoja.
5.. Hitsauskaasut 5..3 Railomuodot Hitsauskaasut määritellään standardissa SFS-E 439. Ruostumattomille teräksille hitsauskaasu leisiin valitaan standardin rhmistä R, I tai 1. Hitsauskaasun valintaan vaikuttavat hitsausmenetelmä sekä hitsattava materiaali. Ferriittisten ja duplex-materiaalien hitsauksessa suojakaasuna ei kätetä vetä sisältäviä kaasuja. Taulukko 5...1. Ruostumattomien terästen hitsauksessa kätettävät suojakaasuhdistelmät menetelmäkohtaisesti /Euroinox The welding of stainless steel/. Hitsausprosessi Suojakaasu Juurikaasu TIG-hitsaus ja plasma-hitsaus Ar Ar+H (tot 0%) (1) Ar+He (tot 70%) (1) Ar+He+H Ar+ AG-hitsaus 98%Ar+%O 97%Ar+3%CO 95%Ar+3%CO +%H (1) Ydintätelankahitsaus 83%Ar+15%He+%CO 69%Ar+30%He+1%O 90%He+7,5%Ar+,5%CO ilman suojakaasua 97%Ar+3%CO 80%Ar+0%CO Ar: argon, H : vet, He: helium, : tppi, CO : hiilidioksidi Ar +10%H (1) Ar +10%H (1) (1) Vetä sisältäviä hitsauskaasuja ei saa haurastumisriskin vuoksi kättää ferriittisten ja duplex-ruostumattomien lajien hitsauksessa. Ar +10%H (1) ilman juurikaasua Taulukko 5..3.1. Rakenneputkien välisiin hitsausliitoksiin soveltuvia railomuotoja /SFS-E ISO 969/. Rakenneputkien välisten hitsausliitosten railomuodot valmistetaan soveltuvin osin standardin SFS-E ISO 969 ja pre1090- liite E mukaisesti. Taulukko 5..5. Rakenneputkien välisiin hitsausliitoksiin soveltuvia railomuotoja /SFS-E ISO 969/. [viite-nro] t[] huomautuksia imits 1.. 3<t 8-6 b 8 - - 13 juurituella Poikki-leikkaus - ~t - - 141 Kulma IIma-rako b [] Juuripinnan korkeus Viisteen svs suositeltava hitsausmenetelmä 1..1 4 I-railo - ~t - - 111,141 1.. 3<t 8 suositeltava - 6 b 8 - - 13 juurituella hitsaus- - ~t - - 141 1.3 menetelmä 3<t 10 V-railo 40 α 60 4-111,13,141 jos mahdollista juurituella Viisteen svs 1.5 5 t 40 osaviistett Juuripinnan korkeus V-railo 1.9.1 3<t 10 Puoli V-railo IIma-rako b [] 3.1.1 t1> t> Kulma Poikkileikkaus imits t[] [viite-nro] 1..1 4 I-railo - ~t - - 111,141 1.3 3<t 10 V-railo 40 α 60 4-111,13,141 jos mahdollista juurituella ~60 1 b 4 c 4-111,13,141 ~60 1 b 4 c 4-111,13,141 35 β 60 b 4 1 c - 111,13,141 I-railo 70 α 100 b 111,13,141 1.5 5 t 40 osaviistett V-railo 35 β 60 b 4 1 c - 111,13,141 1.9.1 3<t 10 Puoli V-railo I-railo 70 α 100 b 111,13,141 3.1.1 t1> t> huomautuksia 60 61
Taulukko 5..3.. Ymprämäisen poikkileikkauksen rakenneputkien välisille liitoksille soveltuvat railomuodot /pre 1090-/. Taulukko 5..3.3. Suorakulmaisten rakenneputkien välisille liitoksille soveltuvat railomuodot /pre 1090-/. Liitos Detalji c[] b[] huomautukset pöreiden rakenneputkien liitokset, päittäishitsi Liitos Detalji huomautukset nelikulmaisten rakenneputkien liitokset, päittäishitsi d 1 <d 0, θ = 60-90 piste A ja B 1 c b 4 b 1 <b 0, θ = 30-90 c[] b[] piste A ja B 1 c b 4 piste C 1 b b 4 piste C 1 b b 4 piste D 1 c b 4 kun θ<60 niin hitsi valmistetaan pienahitsinä piste D 1 c b 4 60 θ 90, jos θ<60 niin hitsi valmistetaan pienahitsinä d 1 =d 0 1 c b 4 b b 1 =b 0 1 c b 0 α 5 pöreiden rakenneputkien liitokset, pienahitsi 1 c nelikulmaisten rakenneputkien liitokset, pienahitsi piste A ja B b piste A ja B b piste C b 60 θ 90, kun θ<60 niin hitsi valmistetaan päittäishitsinä piste C b 60 θ 90, jos θ<60 niin hitsi valmistetaan päittäishitsinä piste D b 30 θ 90 piste D b 30 θ 90 6 63
5..4 Hitsauslisäaineen valinta eripariliitokselle Tpillisessä eripariliitoksessa hdistetään hitsaamalla ruostumaton teräs ja joko maalattu tai sinkitt hiiliteräs. Ensiäinen toimenpide on hiiliteräksen pinnoitteen poistaminen. Hitsauksessa perusaineet sekoittuvat sulassa tilassa toisiinsa ja sekoittuminen vaikuttaa sulan jäähtessä sntvään mikrorakenteeseen. Epäedullinen mikrorakenne vaikuttaa liitoksen mekaaniseen- ja korroosionkestävteen. Suurin riski snt hitsausliitoksen mikrorakenteen muuttuessa jäähtmisen aikana hauraaksi martensiitiksi,kun hitsausliitos karkenee. Siksi hitsaamalla valmistettavien sekaliitosten lisäaineena tulee kättää runsaasti seostettuja lisäaineita, taulukko 5..4.1. Taulukko 5..4.1. Runsaasti seostettuja lisäaineita eriparihitsaukseen /E1600, E107 JA E1073/. Hitsauslisäaine E1600 E107 E1073 Hitsauspuikko Hitsauslanka Ydintätelanka E 18 8 n G 18 8 n T 18 8 n Eripariliitoksen hitsiainetta kuvaava piste sijaitsee keskellä janaa, joka hdistää perusaineiden koostumukset. Tästä keskipisteestä vedetään uusi jana kätettävään lisäaineeseen. Tältä uudelta janalta voidaan sekoittumissuhteen perusteella arvioida sntvän hitsiaineen koostumus. Sekoittumissuhde on riippuvainen kätetstä hitsausmenetelmästä. Hitsiaineen koostumus pritään saamaan hieman ferriittiä sisältävälle austeniittiselle alueelle. 5..5 Hitsausjärjests Ruostumattomien terästen hitsausjärjestksen suunnittelulla pritään minimoimaan hitsausläön aiheuttamia muodonmuutoksia eli veteljä. Perusajatuksena on suunnitella hitsausjärjests siten, että valmistettavilla hitseillä voidaan vähentää edellisten hitsien aiheuttamia muodonmuutoksia. Vetelä voidaan minimoida välttämällä lisuurien hitsien valmistusta, suunnittelemalla railot tilavuudeltaan pieniksi, sijoittamalla hitsit rakenteen neutraaliakselille sekä kättämällä hitsauskiinnikkeitä, jotka estävät muodonmuutosten snnn. Tapauskohtaisesti voi harkita katkohitsien kättöä huomioiden kuitenkin, että katkohitsit saattavat vaikuttaa liitoksen korroosion- ja väsmiskestävteen riippuen korroosiompäristöstä ja rakenteen kuormituksista. E 0 10 3 G 0 10 3 T 0 10 3 E 3 1 L G 3 1 L T 3 1 L E 3 1 b G 3 1 b T 3 1 b E 3 1 L G 3 1 L T 3 1 L E 9 9 G 9 9 T 9 9 Lisäaineen valintaan voidaan kättää ns. Schaeffler-diagraia. Kuvassa 5..4.1 on esitett ruostumattoman teräksen 1.4306 ja hiiliteräksen S35 hitsausliitokseen soveltuvan lisäaineen E 3 1 L arviointi. Kuva 5..5.1. Esimerkki hitsausjärjestksestä, jolla voidaan vähentää vetelä /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja 001/. Oikealla olevan kuvan mukaan liitos on silloitettava, jotta hitsauksen edetessä ilmarako säil vakiona. Kuva 5..4.1. Eriparihitsin koostumuksen muodostuminen Schaeffler-diagrain mukaan, kun liitoksessa Fe37(S35)-1.4306 (AISI 304L) kätetään runsaasti seostettua ruostumatonta puikkoa E 3 1 L /Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus/ Läön aiheuttamat muodonmuutokset ovat suuriat austeniittisilla teräslajeilla, joiden lämpölaajenemiskerroin on suurin ja läönjohtumiskerroin pienin. Ferriittisten ruostumattomien teräslajien osalta muodonmuutokset ovat hiiliterästen luokkaa. Duplex-teräslajien vetel on suuruudeltaan ferriittisten ja austeniittisten teräslajien välillä. Rakenneputkien välisten tpillisten voimaa siirtävien kehä- ja ristikkoliitosten suositeltava hitsausjärjests on esitett kuvassa 5..5.. / pre 1090-:007-07(E)/. elikulmaisten rakenneputkien hitsi tulee aina jatkua nurkkasäteen mpäri. urkkasäteen alueella sijaitessaan hitsin aloitus/lopetuskohta on liitoksen väsmiskestävden kannalta huonoiassa kohdassa; nurkkasäteen alueella on jännitksillä huippu ja tämä hdistettnä mpäristön aiheuttamalle piste- tai rakokorroosioriskille voi olla haitallinen hdistelmä rakenteellisen kestävden kannalta. 64 65
Pöreiden rakenneputkien hitsin aloitus- ja lopetuskohdat tulee sijoittaa paarresauvan Taulukko 5..6.1. Hitsausliitosten eri jälkikäsittelmenetelmiä. pituusakseliin nähden 30-60 kulmiin. Sijaitessaan 90 /70 tai 0 /90 kulmissa paarteen pituusakseliin nähden, on hitsi epäedullisissa kohdissa väsmiskestävden kannalta kuten edellä on esitett nelikulmaputkien osalta. enetelmä Tötapa ateriaalin poisto Ulkonäkö tövaiheen jälkeen ekaaninen Korroosionkestävs Korroosionkestävvden parantaminen Harjaus Tehdään teräsharjalla leensä käsitönä Poistaa oksidikerroksen ja roiskeet. Pinta on varsin karkea harjauksen jälkeen. Korroosionkestävs ei oleellisesti parane verrattuna käsittelemättömään hitsiin. Harjatun pinnan korroosionkestävttä voidaan parantaa hiomalla tai peittaamalla pinta kemiallisilla menetelmillä Kuva 5..5. elikulmaisten ja pöreiden rakenneputkien hitsien suositeltavat hitsausjärjestkset /pre 1090-:007-07(E)/. 5..6 Hitsausliitosten jälkikäsittel Hitsauksessa ruostumattoman rakenneputken pinnalle muodostuu runsaasti kromia ja epäpuhtauksia sisältävä oksidikalvo, johon kromi on siirtnt alla olevasta perusmateriaalista. Sekä hitsi että perusaine (HAZ = Heat Affected Zone) hapettuvat. Tämä on korroosiolle altis alue, joka vaativampaan mpäristöön, hgieeniseen tai esteettiseen kättöön tarkoitetussa rakenteessa tulee poistaa. Siten hitsausliitokset jälkikäsitellään joko korroosionkestävden ja/tai ulkonäön parantamiseksi. Hitsausliitosten jälkikäsittelssä pritään poistamaan hitsauksen aiheuttama huokoinen oksidikerros materiaalin pinnalta, pinnan alla oleva kromiköhä kerros sekä epäjatkuvuudet hitsin pinnan ja liittmän geometriassa, kuva 5..6.1. Korroosionkestävden kannalta on oleellista, että saavutetaan hvä ja tasainen pinnanlaatu. Hitsausliitoksen jälkikäsittel voidaan suorittaa mekaanisilla ja/tai kemiallisilla menetelmillä. Hitsin seosaineiden jakaantumisen tasaisuuteen voidaan vaikuttaa lämpökäsittelillä. Lämpökäsittelt ovat kuitenkin hvin harvinaisia rakenneputkista valmistetuissa komponenteissa. Kun ruostumaton teräs on hitsaamalla liitett hiiliteräksestä, sinkitstä teräksestä tai muusta epäjaloasta metallista valmistettuun rakenteeseen, on epäjaloan rakenneosan korroosiosuojausta (maalaus tai teippaus) jatkettava lhen matkaa mös Hionta Kuula/hiekkapuhallus Kemiallinen Peittaus Tehdään hiomanauhoilla, -harjoilla tai laikoilla joko käsitönä tai sähköisellä/pneumaattisella tökalulla Tehdään puhallukseen soveltuvalla laitteistolla leensä käsitönä joko kaapissa tai suljetussa puhallustilassa Tehdään allas-, tahna-, sivel- tai ruiskupeittauksena huomioiden tömpäristö- ja töturvallisuusvaatimukset. Poistaa materiaalia hitsistä ja hitsin alueelta. Hitsi voidaan hioa muun pinnan tasoon. Poistaa oksidikerroksen ja roiskeet. Kuulapuhallus muokkaa materiaalin pintaa sekä hitsigeometrian epäjatkuvuuskohtia Poistaa sövttämällä pinnan epäpuhtaudet. Peittaushapon koostumuksesta riippuen mös passivoi pinnan. Peittaushappo on huuhdeltava hvin materiaalin pinnalta pois. Pinnan karheuteen voidaan vaikuttaa hiontanauhan karheudella. Sileän pinnan aikaansaanti edellttää, että pinnan hionta aloitetaan karkeaalla nauhalla ja vaihdetaan sileämpään hionnan edetessä. Saavutettavaan pinnan laatuun voidaan vaikuttaa puhalteen materiaalilla, puhallepartikkelin geometrialla sekä kuula/ raekoolla, puhalluspaineella, -etäisdellä ja kulmalla. Voidaan saavuttaa hvinkin karhea, sileä, mattamainen tai kiiltävä pinta. Pinnan ulkonäkö muuttuu hieman mattamaiseaksi. Korroosionkestävs on suhteessa saavutettuun pinnankarheuteen. Kun kromiköhä kerros on poistettu ja saavutettu hvin sileä pinta, mös korroosionkestävs on lähes perusmateriaalin tasoa. Oleellista korroosionkestävden parantamiseksi on materiaalin poistaminen riittävältä paksuudelta hitsauksen lämpövaikutusalueelta sekä pinnan karheus. Korroosionkestävs on parempi kuin harjatulla pinnalla. Poistaa hapettuneen mutta ei kromiköhää kerrosta. Eri puhalteiden ja kuulapuhalluksella saavutettavan pinnanlaadun vaikutusta korroosionkestävteen ei tunneta. Puhallejäämät tulee poistaa materiaalin pinnalta korroosio- sekä ulkonäkösistä. Peittauksella saadaan leensä hvä korroosionkestävs, lähes perusaineen taso. Hiotun pinnan korroosionkestävttä voidaan parantaa peittaamalla kemiallisilla menetelmillä. Kuulapuhalletun pinnan korroosionkestävttä voidaan parantaa peittaamalla kemiallisilla menetelmillä. Passivointi peittauksen jälkeen saattaa parantaa korroosionkestävden. ruostumattoman materiaalin puolelle. Kuva 5..6.1. Korroosion dintmispaikkoja hitsausliitoksessa /Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus/. Passivointia edeltää Peittaus ennen passivointia parantaa korroosion- ainakin jokin mekaaninen hitsin jälkikäsittelmenetelmä. Korroosionkestävttkestävs on riippuvainen em. menetelmällä aikaansaadusta pinnanlaadusta Saavutetaan erittäin hvä Korroosionkestävttä korroosionkestävstulos, voidaan parantaa peittaamalla hitsi ensin tai jos pinnan karheus ennen elektrolttistä kiillotusta hiomalla pinta sileäksi on pieni. ennen elektrolttistä Passivointi Elektrolttinen kiillotus Tehdään allas- tai ruiskutuskäsittelnä. Passivointiliuoksena on tavallisesti tppihapon vesiliuos. Tehdään allas- tai käsitökalukiillotuksena enetelmä ei poista materiaalia eikä epäpuhtauksia Ei htä tehokas menetelmä kuin peittaus, poistaa kuitenkin epäpuhtauksia ja tasoittaa pinnan epätasaisuuksia. uodostaa materiaalin pinnalle passiivikalvon. Pinnan ulkonäkö muuttuu hieman mattamaiseaksi. Pinnan ulkonäkö muuttuu kiiltäväksi ja hieman tasaiseaksi. Alkuperäinen pinnan profiili jää näkviin. kiillotusta. 66 67
ekaanisia hitsin jälkikäsittelmenetelmiä ovat harjaus, kuulapuhaltaminen, hionta ja kiillottaminen. Kemiallisia pintakäsittelmenetelmiä ovat peittaus sekä elektrolttinen kiillotus, ks. taulukko 5..6.1. Ruostumattomien terästen mekaanisessa jälkikäsittelssä tulee ehdottomasti muistaa kättää omia tökaluja ja kuulapuhalteita, jotta välttään esim. hiiliteräsjäämien mukaanaan tuomalta vierasruosteelta. Kuva 5..6.3.Hitsin jälkikäsittelmenetelmien vaikutus korroosionkestävteen /Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus/. 5.3 Katkaisu ja aukotus 5.3.1 Katkaisu Ruostumattoman rakenneputken katkaisuun voidaan kättää perinteisten menetelmien vanne- ja kiekkosahauksen lisäksi laserkatkaisua. Vanne- ja kiekkosahaamisen katkaisujäljen laadun ja kilpailukvn kannalta oleellisia parametreja ovat terän materiaali, haasprofiili ja jako, söttö, leikkausnopeus sekä jäähdts, joille tulee hakea katkaistavalle ruostumattomalle materiaalille ja profiilille soveltuvat arvot. Lähtöarvoina on stä kättää katkaisuterän toimittajan antamia arvoja. Kuvassa 5..6.3. on esitett eri jälkikäsittelmenetelmien vaikutuksen pistekorroosiokestävteen, mittana CPT, Critical Pitting Temperature, eli lämpötila, jonka läpuolella alkaa pistekorroosio. Alla olevaan taulukkoon on kerätt edellisen kuvan menetelmien ja niiden hdistelmien vaikutus hitsatun liitoksen korroosiokestävteen luokiteltuina kahteen luokkaan; CPT > 10 C ja CPT < 10 C. Arvosana (CPT, Critical Pitting Temperature, Kriittinen pistekorroosiolämpötila) hvä CPT > 10 C CPT < 10 C enetelmä (SHA = sekahappopeittaus) SHA+elektrolttinen kiillotus Hionta (karkeus: 600grit) + SHA SHA SHA+mekaaninen kiillotus (SHA), tahnapeittaus ruostumaton teräsharjaus + SHA Keraaminen laikkahionta + SHA Al-oksidipuhallus + SHA hionta (karkeus:600 grit) Ruostumaton teräsharjaus + 0%HO3passivointi Elektrolttinen kiillotus ekaaninen kiillotus Ruostumaton teräsharjaus Keraaminen laikkahionta Al-oksidipuhallus Käsittelemätön Taulukko 5..6.. Hitsin jälkikäsittelmenetelmien valinta ja vaikutus pinnan korroosiokestävteen /Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus/. Laserin hödntäminen rakenneputken katkaisemiseen edellttää automaattisen laserleikkaustöaseman. elikulmaisen rakenneputken leikkauksessa nurkka muodostaa epäjatkuvuuskohdan, joka on huomioitava katkaisua suunniteltaessa. Pöreillä rakenneputkilla vastaavanlaista epäjatkuvuutta ei ole. Soveltuvia töasemia on olemassa alihankintakonepajoilla sekä palvelukeskuksissa. Laserin teho rajoittaa katkaistavan materiaalin levnvahvuuden n. 10 :n. Leikkauskaasun valinta vaikuttaa leikkausnopeuteen sekä leikatun pinnan laatuun, jästeenmuodostukseen ja oksidoitumiseen. Leikkauskaasuna voidaan kättää happea, tppeä tai argonia. Katkaisussa voi joissain tapauksissa olla tarpeen asettaa katkaistavan putken sisälle sisäsuoja, joka kerää materiaaliroiskeet ja estää niiden tarttumisen vastakkaiseen seinämään sekä estää leikkaavan säteen osumisen vastakkaiseen seinämään. Rakenneputken katkaisuissa sisäsuojan kättö on tapauskohtaisesti arvioitava. Laserilla katkaistaessa on mahdollista töstää reunaan viiste hitsaamista tai muuta jatkotoimenpidettä varten. 5.3. Aukotus Rakenneputken aukotus voidaan tehdä plasma-, laser- tai vesisuihkuleikkaamalla sekä pöreät aukot poraamalla ja ohueen materiaaliin meistämällä. Laser- ja plasma-aukottamalla on stä kiinnittää eritinen huomio laitteiston parametrien asetukseen, jotta välttään roiskeilta, epätasaiselta leikkauspinnalta, pinnan oksidoitumiselta sekä leikatun pinnan kartiokkuudelta. Aukotettavan putken sisäpuolelle voidaan laittaa sisäsuoja sistä, jotka on esitelt edellisessä kappaleessa. Laserilla aukotettaessa on mahdollista töstää reunaan viiste hitsaamista tai muuta jatkotoimenpidettä varten. 68 69
Laserilla aukotettaessa saavutetaan n. 10 aineenpaksuus laserin tehokkuudesta riippuen. Plasmaleikkauksella psttään aukottamaan koko rakenneputkien seinämän vahvuusalue 1, 14,. luokat 50, 70 ja 80 kuvaavat austeniittisista teräslajeista valmistettujen ruuvien lujuutta. Kuvassa on osoitettu austeniittisille teräslajeille millä tavoin kseessä oleva lujuus materiaalissa on saatu aikaiseksi. Vesisuihkuleikkauksella korkeapaineinen vesi ja siihen lisätt abrasiivi (leikkausta tehostava partikkeli) muodostavat leikkaavan suihkun. Vesisuihkuleikkauksella voidaan aukottaa koko rakenneputkien seinämän vahvuusalue 1, 14,. Vesisuihkulla leikattaessa on, kuten edellisissäkin menetelmissä, huomioitava suihkun mahdollinen osuminen vastakkaiseen seinämään. Töstön jälkeen rakenneputken pinnoilta on pestävä abrasiivi pois. Kuva 5.4.1. Ruostumattomien ruuvien standardin E ISO 3506-1 mukainen jaottelu. Teräslaji Pöreät reiät voidaan aukottaa rakenneputkiin poraamalla. Porattaessa reikiä on kiinnitettävä huomiota terän materiaaliin ja geometriaan sekä söttöön ja pörimisnopeuteen. Eri ruostumattomat teräslajit kättätvät porauksessa eri tavoin. Ferriittiset teräkset ovat helpoiin porattavissa ja voimakkaasti muokkauslujittuvat austeniittiset ja duplex-teräkset hieman heikoin. Austeniittisten ja duplex-terästen porauksessa terän alla oleva materiaali lujittuu, mikäli terä, sen geometria tai porauksen muiden parametrien arvot eivät ole säädett ruostumattomalle teräkselle. Lujittunut alue on vaikea töstää seuraavalla kierroksella. Paikallisen lujittumisen estämiseksi töstöparametrin söttöarvon tulee olla mahdollisian suuri ja terän pörimisnopeuden matala. Terän pörimisnopeus voi olla alueella 8 30 m/min ja söttö 0,1 0,5 /kierros. ämä arvot ovat materiaalikohtaisia. Ruostumattomien terästen porauksessa kätetään leisesti pikateräs- tai kovametallisia spiraaliteriä. Terät voivat olla titaaninitridillä (Ti) päällstettjä parean kestävden saavuttamiseksi eritisesti kovia ja lujia ruostumattomia teräksiä töstettäessä. Tarkein terän valintaa ja töstöparametrien arvoja koskevaa tietoa saa terävalmistajilta sekä lähteestä askinbearbetning av rostfria Stål. ateriaali Lujuus Taulukko 5.4.1. Ruostumattomien ruuvien kemiallinen koostumus Kemiallinen koostumus [%] (maksimi arvoja) Teräslaji ateriaali C Si n P S Cr o i Cu Huomioitavaa Austeniittinen A1 0,1 1 6,5 0, 0,15 0,35 16 19 0,7 5 10 1,75,5 1) ) 3) A 0,1 1 0,05 0,03 15 0 4) 8 19 4 5) 6) A3 0,08 1 0,045 0,03 17 19 4) 9 1 1 7) A4 0,08 1 0,045 0,03 16 18,5 3 10 15 1 6) 8) A5 0,08 1 0,045 0,03 16 18,5 3 10,5 14 1 7) 8) Tpillinen aukotuskohde on useaan ruuvireiän rhmä, joka toistuu samanlaisena putken pituudella useita kertoja. Oleellista tällaisessa tapauksessa on aukotusmenetelmän tarkkuus; reiän ja reikärhmän keskittäminen sekä saavutettava halkaisijan tarkkuus sisä- ja ulkopinnalla. 5.4 Ruuviliitokset ja itseporautuvat ruuvit Ruuvimateriaalin valinnassa on huomioitava liitokseen sntvä galvaaninen pari ja ruuvin on oltava liitoksen korroosiota parhaiten kestävä eli jaloin elementti. Siten mös saman korroosiokestävden omaavia materiaaleja liitettäessä toisiinsa suositellaan ruuvimateriaaliksi jalompaa kuin liitettävät materiaalit. 1) Rikki voidaan korvata seleenillä ) Jos nikkelipitoisuus on väheän kuin 8 %, niin mangaanin vähiäispitoisuuden tulee olla 5 % 3) Kuparille ei ole asetettu minimimäärää edellttäen, että nikkelipitoisuus on eneän kuin 8 % 4) Koostumus voi sisältää molbdeeniä valmistajakohtaisesti. Kuitenkin, jos kättökohde edellttää rajoituksia molbdeenimäärälle, tämä tulee tilauksen htedessä määritellä 5) ikäli kromipitoisuus on väheän kuin 17 %, on nikkelin vähiäispitoisuus 6) Kun hiilipitoisuuden maksimimäärä on 0,03 %, niin tppipitoisuuden maksimimäärä 0, % 7) Koostumuksen stabilisoimiseksi titaanin määrän tulee olla 5 x C (hiilen määrä) hiilenmäärään 0,8 % asti tai koostumuksen stabiloimiseksi niobiumin (colombiumin) ja/tai tantalumin määrän tulee olla 10 x C hiilenmäärään 1,0 % asti. Koostumus tulee esittää tarkoituksenmukaisesti tämän taulukon mukaisesti. 8) Toimittajakohtaisesti koostumuksen hiilimäärä voi olla korkeampi jotta määritellt mekaaniset ominaisuudet suureilla halkaisijoilla voidaan saavuttaa, kuitenkaan hiilimäärä ei saa littää arvoa 0,1 % austeniittisilla ruostumattomilla teräslajeilla. Taulukko 5.4.. Austeniittisten ruostumattomien ruuvien mekaaniset ominaisuudet Ruuviliitosten tarvitsemat reiät voidaan tehdä huomioiden edellisessä kappaleessa esitett rakenneputken aukotus. Ruuviliitoksissa kätettävät ruuvit ja mutterit on standardoitu E ISO 3506 mukaisesti valmistettuina austeniittisistä, ferriittisistä sekä martensiittisistä teräksistä. Ominaisuus- Rhmä Austeniittinen Teräslaji A1, A A3, A4 A5 Ominaisuusluokka Kiertetett halkaisija urtolujuus R m min [/] 0,%-lujuus R p0,% min [/] urtovenmä A min. [] 50 39 500 10 0,6d 70 4 700 450 0,4d 80 4 800 600 0,3d 70 71
Keviden rakenteiden liitoksissa voidaan kättää itseporautuvia ruuveja ilman esireikää materiaalipaksuuteen 3 asti. Kuitenkin paksumpaan materiaaliin porattaessa suositellaan sekä itseporautuville että itsekierteittäville ruuveille esireiän tekoa. Esireiän halkaisijan suhde ruuvin halkaisijaan on kriittinen suure sekä porautuvuuden/kierteittävden mutta mös kuormankestävden kannalta. Ruuveilla saattaa olla suuria toimittajakohtaisia eroja sekä porautuvuuden että liitokselta saavutettavan kestävden suhteen /Pull-out resistance tests of stainless steel screws with pre-drilled clearance holes, VTT, 005/. Itseporautuvia/kierteittäviä ruuveja kätettäessä on ruuvi/pohjamateriaalikohtaisesti testattava sopiva esireiän halkaisija tön helpottamiseksi. ikäli ruuviin kohdistuu ruuvin varren suuntainen vetovoima, on ruuvin kestävs osoitettava kokeellisesti. Kätettäessä itseporautuvia ruuveja ruostumattomiin teräksiin on puutteellisen leisen tiedon vuoksi stä tiedustella edellä mainitut seikat ruuvitoimittajilta. Itseporautuville ja kierteittäville ruuveille ei ole eurooppalaista standardia. aakohtaisesti voi olla kansallisia ohjeita koskien näiden ruuvien kättöä ruostumattomaan materiaaliin. ös ruuvien toimittajilla on valintaohjeita. Kitkaporaa ja kierteitstä kätetään rakenneputkien ruuviliitosten valmistamiseen ohuilla materiaaleilla. Kitkaporausta kätetään. kaidejärjestelmien kiinnitksissä. 5.6 Taivutus Rakenneputken taivutusta voidaan tehdä useilla erilaisilla menetelmillä. Yleisiät ovat kuitenkin kolmipistetaivutus, pöreän putken tuurnataivutus ja induktiotaivutus, jossa taivutettava kappale läitetään induktiokuumennuksella. Rakenneputkilla taivuttaminen aiheuttaa voimakasta muokkausta taivutuksen alueella, mikä johtaa poikkileikkauksen geometrian muodonmuutoksiin. uodonmuutosten suuruus on verrannollinen taivutussäteeseen sekä taivutusmenetelmään; pieneen säteeseen prittäessä muodonmuutokset prkivät suureiksi, samoin taivutettaessa putkea klmänä muodonmuutokset ovat suureat kuin induktiotaivutuksessa. Kätännössä pienin saavutettava säde on verrannollinen poikkileikkauksen geometriaan sekä hväksttäviin poikkileikkauksen muodonmuutoksiin. Pöreillä rakenneputkilla on pieniälle taivutussäteelle suosituksena 3 kertaa halkaisija mitattuna poikkileikkauksen keskeltä /Architects Guide to Stainless Steel/. Suorakaide- ja neliöprofiileille vastaavanlaista sääntöä ei ole; muodonmuutos on riippuvainen levkenttien h/t- ja b/t-suhteista sekä profiilien korkeudesta taivutussuunnassa (h,b). Taivutettavuuteen vaikuttaa lisäksi materiaalin lujuus, taivutusmenetelmä sekä taivutuskohdan tuenta muodonmuutosten snnn estämiseksi. Austeniittisten ja duplex-ruostumattomien terästen taivutettavuuteen vaikuttaa poikkileikkauksen muokkauslujittumisen vaikutus sekä suurempi takaisinjousto kuin esimerkiksi hiiliteräksillä. 5.5 uu lastuava töstö Rakenneputkesta ainetta lastuamalla poistavan töstön osalta jrsintä saattaa tulla kseeseen kätännön tössä esim. kone- ja laiterakenteiden valmistuksessa. ateriaalin töstämiseen jrsimällä pätee samat seikat kuin jo on esitett porauksen htedessä. Taulukko 5.5.1 Otsajrsintään soveltuvia töstöarvoja /uokatut teräkset, Raaka-ainekäsikirja, 001, etals Handbook 1989/. Söttö [/haas] Kuva 5.6.1. Poikkileikkauksen muodonmuutoksia taivutuksen vaikutuksesta. opeus[/] / Jrsimen halkaisija 6 13 19 5-50 4 0,05 0,07 0,13 0,15 8 0,05 0,05 0,07 0,13 Jrsintää voidaan kättää rakenneputken katkaistun pään töstämiseen viistettä varten tai suoristamiseen kun katkaistun pään suoruuden toleranssivaatimus on erittäin tiukka tai sivuihin tarvittavien tasojen valmistaminen liittvien osien kiinnitspinnoiksi. Rullataivutus tehdään taivutus- ja ohjausrullien välissä. Kolmi- ja kaksirullaiset taivutuslaitteet ovat leisesti kätössä, kuva 5.6.. Kolmirullataivutuksessa taivuttava keskiäinen rulla poikkeutetaan haluttua taivustussädettä vastaavaan asemaan, jonka jälkeen putki ajetaan rullien läpi. Kaksirullataivutuksessa ohjausrullien avulla säädetään taivutussädettä. Yleisesti rakenneputki on huoneenlämpötilaisena tövaiheen ajan. Rullataivutus vaatii suuret voimat ja menetelmällä saavutettavan taivutussäteen minimiarvo on suurempi kuin induktiotaivutuksella. Poikkileikkauksen tuenta taivutuskohdassa vaikuttaa poikkileikkauksen muodonmuutoksiin. enetelmä soveltuu sekä nelikulmaisille että pöreille rakenneputkille. Tuloksena saavutetaan laajoja kaarevia rakenneputkia, joiden pituus voi olla 18 m. Kolmipistetaivutusta on tutkittu muun muassa projektissa Development of lightweight train and metro cars b using ultra high strength stainless steels (DOLTRAC), ECSC projektisopimus no. 710-PR-363. / /. 7 73
Kuva 5.6. Rullataivutuksen periaate /Pipe and Tube Bending anual, John Gillanders/. Kuva 5.6.3b) Periaatekuva pöreän rakenneputken radiaalitaivutuksesta / Pipe and Tube Bending anual, John Gillanders/ Pöreän rakenneputken taivutus voidaan tehdä tuurnaa vasten radiaalitaivuttamalla, kuva 5.6.3. Taivutettavan kappaleen toinen pää on kiinnitett ja taivutussäde mankeloidaan tuurnaa vasten. Taivutuskohdan poikkileikkaus on taivutustökaluilla suljettu. Tuenta estää poikkileikkauksen muodonmuutosten snnn. enetelmä soveltuu pienihalkaisijaisille putkille. Tuloksena saadaan putkikäriä ja lhitä taivutuksia, kun laitteen kokoonpanossa puristustökalut eivät liiku. Liikkuvien puristustökalujen avulla voidaan tuottaa jatkuvasäteisiä, pidempiä taivutuksia. Kuvan 5.6.4 mukaisella poikittaisella puristustaivutuksella paikallaan oleva rakenneputki taivutetaan poikittaisen tökalun avulla muottia vasten. Poikittaisella puristustaivutuksella voidaan tehdä laajoja taivutussäteitä. Laitteistot ovat usein teknisesti varsin vaatimattomia. Kuva 5.6.3a) Periaatekuva pöreän rakenneputken radiaalitaivutustökaluista /Pipe and Tube Bending anual, John Gillanders/ Kuva 5.6.4 Poikittaisen puristustaivutuksen periaatekuva /Pipe and Tube Bending anual, John Gillanders/. 74 75
Induktiotaivutuksessa taivutettava kohta kuumennetaan induktiolaitteella taivutukselle soveltuvaan lämpötilaan. Korotetun lämpötilan kättö helpottaa taivutusprosessia. Taivutuskohdassa materiaali läitetään vain hvin kapealta alueelta samalla ajaen putkea eteenpäin. Induktiotaivutuksessa poikkileikkauksen muodonmuutokset ovat pieniä ja voidaan saavuttaa pienempiä taivutussäteitä kuin edellä mainituilla menetelmillä. Lämpötilaskli saattaa aiheuttaa ruostumattoman materiaalin kiderakenteen muutoksia sekä oksidikalvon materiaalin pintaan. Oksidikalvon poisto voi tapahtua peittaamalla mutta mös muilla menetelmillä (kts. kappale 5..6 hitsaus/pinnankäsittel). Lämpötilan vaikutuksesta materiaalin ominaisuuksiin on stä keskustella materiaaliasiantuntijan kanssa. Alla oleviin taulukoihin on annettu arvioita taivutussäteelle kolmipistetaivutuksessa, kun rakenneputken poikkileikkauksessa sallitaan 1%:n, %:n tai 5%:n muodonmuutos uumassa tai laipassa. / CIDECT Report 11C-88/14-E/. Parametri P b kuvaa profiilin levenemän suhteessa profiilin laipan leveteen ja parametri P e laipan taipuman suhteessa profiilin uuman korkeuteen, kuva 5.6.1. Taulukoista 5.6.1 ja 5.6. voidaan alustavasti arvioida profiiliin taivutuksesta aiheutuvaa muodonmuutosta. Esimerkiksi taivutetun rakenteen profiiliksi on valittu 150x150x8. Kun sallitaan poikkileikkauksessa tapahtuvan profiilin levenemisen ja puristuspuolen laipan sisäänpainuman suhteelliseksi arvoksi 1%, levenemisen osalta rakenneputkea voidaan taivuttaa säteeseen 7,75 m. Sisäänpainuman osalta taivutussäde on 48,93 m. Vastaavasti voidaan arvioida profiilikokoa taivutettavuuden osalta, kun on tiedossa vaadittava taivutussäde. Rakenteeseen on määritett taivutussäde 0 m. Tämä toteutuu esimerkiksi seuraavilla profiili-poikkileikkausdeformaatio-hdistelmillä: 100x100x8, 1%, 0,71 m 150x150x10, %, 1,36 m 00x00x6,3, 5%, 19,76 m Tässä tapauksessa on arvioitava profiilin kättökohteen avulla esteettissvaatimus sekä kestävs profiiliin kohdistuville kuormille. äiden avulla voidaan profiili alustavasti valita. Rakenneputken kaareuttamisen osalta on huomioitava, että taulukoissa 5.6.1 ja 5.6. annetut kaarevuussäteet ovat alustavia arvioita kolmipistetaivutuksella saavutettaville minimisäteille. Tapauskohtaisesti on keskusteltava konepajan kanssa saavutettavasta säteestä sekä siihen liittvistä poikkileikkauksen deformaatioista. Taulukko 5.6.1 eliöpoikkileikkauksen omaavan rakenneputken taivutussäteen arvoja /CIDECT Report 11C-88/14-E / 1% % 5% h[] b[] t[] I[ 4 ] P b P e P b P e P b P e 0 0 30 30,88 0,71 0, 0, 0, 0, 0,,6 3,49 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3, 4,00 0,63 0, 0, 0, 0, 0, 40 40,6 8,94 1,61 0, 0,50 0, 0, 0, 3, 10,40 1,53 0, 0,47 0, 0, 0, 4 1,10 1,44 0, 0,45 0, 0, 0, 50 50 3, 1,60 3,05 0, 0,95 0, 0, 0, 4 5,50,88 0, 0,90 0, 0, 0, 5 9,60,7 0, 0,85 0, 0, 0, 60 60 3, 38,70 5,36 1,76 1,67 0,66 0,36 0, 4 46,10 5,07 0,95 1,57 0,35 0,34 0, 5 54,40 4,79 0,51 1,49 0, 0,3 0, 70 70 3, 63,00 8,65 4,74,69 1,76 0,57 0,48 4 75,70 8,17,55,54 0,95 0,54 0,6 5 90,10 7,7 1,37,40 0,51 0,51 0, 80 80 3, 95,80 13,08 11,15 4,06 4,14 0,87 1,1 4 116,00 1,36 5,99 3,84,3 0,8 0,60 5 139,00 11,68 3, 3,63 1,0 0,77 0,3 6,3 165,00 11,0 1,69 3,4 0,63 0,73 0, 90 90 3, 139,00 18,83 3,7 5,85 8,8 1,5,38 4 168,00 17,80 1,75 5,53 4,74 1,18 1,8 5 0,00 16,83 6,85 5,3,55 1,11 0,69 6,3 4,00 15,87 3,60 4,93 1,34 1,05 0,36 100 100 3, 19,00 6,10 46,61 8,11 17,33 1,73 4,68 4 34,00 4,67 5,05 7,67 9,31 1,63,5 5 83,00 3,3 13,46 7,5 5,00 1,54 1,35 6,3 341,00,00 7,07 6,83,63 1,46 0,71 8 408,00 0,71 3,64 6,43 1,35 1,37 0,37 10 474,00 19,58 1,95 6,08 0,73 1,30 0, 10 10 3, 338,00 45,9 150,01 14,7 55,76 3,04 15,07 4 413,00 43,41 80,60 13,48 9,96,88 8,10 5 503,00 41,03 43,31 1,75 16,10,7 4,35 6,3 610,00 38,70,76 1,0 8,46,56,9 8 738,00 36,44 11,70 11,3 4,35,41 1,18 10 870,00 34,44 6,9 10,70,34,8 0,63 150 150 4 816,00 86,88 336,99 6,9 15,6 5,74 33,86 5 994,00 81,91 181,06 5,45 67,30 5,43 18,19 6,3 11,00 77,7 95,15 4,00 35,37 5,1 9,56 8 1471,00 7,75 48,93,60 18,19 4,8 4,9 10 1741,00 68,76 6,9 1,36 9,77 4,55,64 00 00 5 433 64,66 618,67 66,8 187,6 10,83 38,58 6,3 991,00 176,76 316,83 44,63 95,90 7,4 19,76 8 3676,00 116,47 158,64 9,41 48,0 4,77 9,89 10 4417,00 78,88 83,14 19,9 5,17 3,3 5,18 50 50 5,9 5637,00 4,55 63,69 106,69 188,78 17,30 38,89 8 7404,00 48,7 58,7 6,69 78,17 10,16 16,10 10 8974,00 168,15 135,35 4,46 40,97 6,88 8,44 300 300 7,1 1170,00 567,46 543,13 143,8 164,39 3,3 33,87 8 13060,00 460,71 384,45 116,3 116,37 18,86 3,97 76 10 15910,00 31,03 01,50 78,79 60,99 1,77 1,56 77
Taulukko 5.6. Suorakaidepoikkileikkauksen omaavan rakenneputken taivutussäteen arvoja /CIDECT Report 11C-88/14-E/. 5.7 Suurpainemuovaus 1% % 5% h[] b[] t[] I[ 4 ] P b P e P b P e P b P e 50 30,6 1,40,43 0,3 0,76 0, 0, 0, 3, 14,50,31 0, 0,7 0, 0, 0, 4 17,00,18 0, 0,68 0, 0, 0, 60 40 3, 8,30 4,30 0,73 1,34 0,7 0,8 0, 4 33,60 4,07 0,39 1,6 0, 0,7 0, 5 39,0 3,84 0, 1,19 0, 0,5 0, 70 40 3, 41,60 6,38 1,41 1,98 0,5 0,4 0, 4 49,60 6,03 0,76 1,87 0,8 0,40 0, 5 58,30 5,70 0,41 1,77 0, 0,38 0, 80 40 3, 58,10 8,97,49,79 0,9 0,59 0,5 4 69,60 8,48 1,34,63 0,50 0,56 0, 100 50 3, 117,00 17,90 10,39 5,56 3,86 1,19 1,04 4 14,00 16,9 5,58 5,6,08 1,1 0,56 5 170,00 15,99 3,00 4,97 1,1 1,06 0,30 100 60 3, 13,00 19,77 15,4 6,14 5,73 1,31 1,55 4 160,00 18,69 8,9 5,80 3,08 1,4 0,83 5 19,00 17,66 4,45 5,49 1,66 1,17 0,45 6,3 30 16,66,34 5,18 0,87 1,10 0,4 10 60 3, 07,00 31,49 33,45 9,78 1,43,09 3,36 4 5,00 9,77 17,97 9,5 6,68 1,97 1,81 5 304,00 8,14 9,66 8,74 3,59 1,86 0,97 6,3 366,00 6,54 5,07 8,5 1,89 1,76 0,51 10 80 3, 51,00 36,83 6,36 11,44 3,18,44 6,7 4 306,00 34,81 33,50 10,81 1,45,31 3,37 5 370,00 3,90 18,00 10, 6,69,18 1,81 6,3 447,00 31,04 9,46 9,64 3,5,06 0,95 140 80 3, 364,00 54,60 119,98 16,96 44,60 3,6 1,05 4 445,00 51,61 64,47 16,03 3,96 3,4 6,48 5 541,00 48,78 34,64 15,15 1,88 3,3 3,48 6,3 656,00 46,01 18,0 14,9 6,77 3,05 1,83 150 100 3, 500,00 73,53 60,70,84 96,91 4,87 6,19 4 61,00 69,50 140,08 1,59 5,07 4,60 14,07 5 747,00 69,59 75,6 0,41 7,98 4,35 7,56 6,3 910,00 61,97 39,55 19,5 14,70 4,10 3,97 8 1106,00 58,34 0,34 18,1 7,56 3,86,04 10 131,00 55,14 10,93 17,13 4,06 3,65 1,10 160 80 3, 505,00 60,74 141,09 65,84 4,70 10,67 8,80 4 618,00 176,59 73,94 44,59,38 7,3 4,61 5 753,00 119,60 38,75 30,0 11,73 4,90,4 6,3 917,00 79,88 19,85 0,17 6,01 3,7 1,4 00 100 4 115,00 376,44 10,37 95,05 36,43 15,41 7,51 5 148,00 54,95 63,09 64,37 19,09 10,44 3,93 6,3 1809,00 170,8 3,31 4,99 9,78 6,97,01 8 00 11,19 16,18 8,33 4,90 4,59 1,01 10 610,00 75,98 8,48 19,19,57 3,11 0,53 50 150 5 3341,00 548,84 187,3 138,58 56,67,46 11,68 6,3 411,00 366,57 95,89 9,56 9,0 15,00 5,98 8 5061,00 41,53 48,01 60,98 14,53 9,89,99 10 609,00 163,58 5,16 41,30 7,6 6,70 1,57 300 00 5,9 7334,00 767,31 44,8 193,74 73,94 31,41 15,3 8 9646,00 450,84 101,16 113,83 30,6 18,45 6,31 10 11710,00 305,34 53,01 77,09 16,05 1,50 3,31 400 00 7,1 17444,00 1450,81 103,85 366,3 31,43 59,38 6,48 8 19444,00 1177,85 73,51 97,40 15,14 48,1 4,58 Putken sisäpuolinen suurpainemuovaus on varsin leinen tapa valmistaa pöreiden putkien liitososia sekä autoteollisuuden komponentteja. eliö- ja suorakaideprofiilien osalta suurpainemuovauksen kättö on varsin harvinaista, mutta menetelmiä kehitetään 78 10 370,00 797,71 38,5 01,41 11,66 3,65,40 79 edelleen. Alla on esitettnä suurpainemuovaamalla valmistettuja osia. 5.8 Eri metallien liittäminen Kuva 5.7.1 Oikealla suurpainemuovaamalla valmistettuja liitoskappaleita sekä vasealla periaateratkaisu hdromuovaamalla valmistettavien osien kätöstä voimaa siirtävän rakenteen komponenteiksi /O OSTP Ab/. Eripariliitos snt kun rakenneosien eri materiaalit ovat kontaktissa keskenään. Eripariliitos voi muodostua korroosioriskiksi mpäristöissä, joissa kosteus pääsee liitoksen alueelle eivätkä osat ole eristettjä toisistaan. Kuivissa mpäristöolosuhteissa korroosioriskin oletetaan olevan vaatimaton. Yleisistä rakenteissa kätettävistä materiaaleista ruostumattomat teräkset ovat jaloimpia materiaaleja eivätkä siten kärsi galvaanisesta korroosiosta rakenteellisesti, kun niitä liitetään muihin metalleihin. Eri materiaalien välisten kontaktipintojen riskiä galvaaniselle korroosiolle voidaan minimoida /Edelstahl Rostfrei in Kontakt mit Anderen aterial/ katkaisemalla sähkönjohtavuus pintojen kesken esimerkiksi asentamalla eristävää materiaalia pintojen väliin tai valitsemalla materiaaleiksi saman jännitepotentiaalin omaavat materiaalit; tai estämällä elektroltin muodostuminen pintojen väliin esimerkiksi varmistamalla kuivat olosuhteet tuuletuksella, ohjaamalla kosteuden muodostuminen vain toisen kontaktissa olevan materiaalin pinnalle tai kättämällä liitosalueella materiaalien pinnoitusta.
Yllä mainituista mahdollisuuksista johtuen voi olla hödllistä tehdä detaljikohtaiset valmistusohjeet konepajavalmistusta varten eri materiaalien liittämiseksi ruostumattomaan teräkseen. teräksen potentiaaliero on varsin suuri, ja tämä voi aiheuttaa epäedullisen elektroltin läsnäollessa sinkin nopean söpmisen ja siten korroosiovaurion mös alla olevaan hiiliteräkseen. Rakenteellisessa tarkoituksessa eri materiaalit liitetään toisiinsa joko hitsaus- tai ruuviliitoksilla. Ruuviliitoksella liitetään usein ruostumaton teräs maalattuun teräkseen, sinkittn teräkseen, alumiiniin tai kupariin. Kappaleessa 3.4 galvaanisen korroosion htedessä on esitett materiaalien elektrokemiallinen jännitesarja. Tämän avulla voidaan arvioida ongelmallisia materiaalipareja. Jännitesarjassa kaukana toisistaan olevat materiaalit muodostavat korroosioriskin olleessaan kontaktissa keskenään. Tällaisia pareja ovat ruostumaton teräs-hiiliteräs, ruostumaton teräs-sinkitt teräs, ruostumaton teräs-alumiini ja ruostumaton teräskupari. ämä ovat kätännössäkin varsin leisiä materiaalihdistelmiä esimerkiksi julkisivujen rakenteissa, kaiteissa sekä kiinnikkeissä. Ohutlevruuveja kätettäessä ruuvimateriaalin tulee olla htä jaloa tai jalompaa kuin liitettävät materiaalit toimiakseen korroosio-olosuhteissa söpmättömänä katodina. Liitettäessä materiaaleja ruostumattomaan teräkseen on suositeltavaa asentaa pintojen väliin eriste. Alumiinilista voidaan kiinnittää ruostumattomaan rakenneputkeen, mutta kosteuden vaikutuksesta galvaaninen korroosio aiheuttaa jauhemaisen korroosiotuotteen irtoamisen pinnoille. Samanlainen korroosiotuote muodostuu ruostumattoman ja sinkitn teräksen liitokseen. Hitsausliitoksissa galvaaninen pari voi muodostua sekä päittäis- että pienaliitoksissa kun juuren puolella ei tapahdu läpihitsautumista. Juuren puolelle muodostuu mös useissa tapauksissa hvin kapea rako, johon kerätvä kosteus luo riskin galvaaniselle korroosiolle. Alla olevassa kuvassa on esitett detalji hvin tpillisestä hitsausliitoksesta. Hitsauslisäaineen valinta on esitett jo aiein kappaleessa 5.. Suurempia voimia siirtävien eri materiaalien välisen liitoksen periaatekuva on esitett alla (kuva 5.8.) Kuva 5.8.1. Hitsin juuren puolen galvaaniselle korroosiolle alttiina oleva detalji. Ylempi hitsi on suositeltava. Kuva 5.8.. Periaatekuva eripariliitoksen eristämiseksi. Hitsausliitoksissa liitettävät materiaalit useiissa tapauksissa ovat ruostumaton teräs ja hiiliteräs. Hiiliteräksellä on korroosiosuojana joko pelkkä maalaus tai sinkits ja maalaus. Hitsaustön ohjeistuksessa hiiliteräksen pintakäsittel on poistettava riittävän laajalta alueelta ja pinnat puhdistettava ennen hitsausta. Hitsauksen jälkeen on pinnat uudelleen käsiteltävä alkuperäisellä tavalla sekä huomioitava, että maalaus tulee jatkaa lhen matkaa ruostumattoman teräksen päälle. äin menetellen estetään galvaaninen pari liitosalueella mös siinä tapauksessa, että maalipinta hiiliteräksen puolella vaurioituu paikallisesti. Sinkitissä materiaaleissa sinkkiä ei jatketa ruostumattoman teräksen päälle vaan liitosalue tulee littää maalamalla tai teipillä. Sinkin ja ruostumattoman 5.9 Rakenneosien toleransseista Konepajalla valmistettavien rakennusteollisuuteen päätvien rakenteiden toleranssien osalta noudatetaan standardin pre1090 ohjeita. Alla olevissa taulukoissa on esitett rakenneputkille kätettävien toleranssien eurooppalaisen standardin mukaiset vaatimukset luokille 1 ja. On huomioitava, että muuhun kuin rakennusteollisuuteen päätvillä rakenteilla saattaa olla alla esitetistä eroavat vaatimukset, jotka konepajan tulee toteuttaa. 80 81
Taulukko 5.9.1. Komponenttien toiminnalliset valmistustoleranssit Taulukko 5.9.. Kiinnikkeiden reikien ja leikattujen reunojen toiminnalliset valmistustoleranssit o Kriteeri Parametri Sallittu poikkeama 1 Osan pituus: Katkaistu pituus mitataan keskilinjaa pitkin. leinen tapaus: Luokka 1 Luokka = L/5000 + = L/10000+ o Kriteeri Parametri Sallittu poikkeama Luokka 1 Luokka 1 Kiinnikkeiden reikien sijainti: Reikärhmän ksittäisen reiän keskilinjan poikkeama suunnitellusta sijainnista: = = 1 päät töstett asennusvalmiiksi: = 1 = 1 Rakenneosan pituus mitataan mukaan lukien hitsatut päätlaput, mikäli nämä suunnitelmassa. Kiinnikkeiden reikien sijainti: Yksittäisen reiän poikkeama päätn: - = 0 + 3 - = 0 + Osan pituus, mikäli seuraavilla komponenteilla voidaan kompensoida: Katkaistu pituus mitattuna keskilinjaa pitkin: = 50 = 50 3 Suoruus: Poikkeama annetaan standardissa SFS E 1019- ja tämä kirjan kappaleessa 4. 3 Reikärhmän sijainti: Poikkeama suunnitellusta sijainnista: = = 1 4 Suunnitelman mukainen kallistuma tai tavoiteltu kaarevuus: Keskellä mitattu poikkeama: = L/500 mutta 6 suurempi arvoista on sallittu = L/1000 mutta 4 4 Reikärhmien sijainti: Reikärhmien keskipisteiden etäisden c poikkeama : leinen tapaus = 5 = 6 Päiden suoruus: Kohtisuoruus pituusakseliin: päiden suunniteltu olevan täsin kontaktissa: = D/1000 = D/1000 kun ksittäinen kappale on kiinnitett kahden kiinnikerhmän avulla = = 1 päiden ei suunniteltu olevan kontaktissa: = D/100 = D/300 mutta 10 5 Reikärhmän kiertmä: Kiertmä : kun h 1000 = = 1 7 Kiertmä: Kokonaispoikkeama osan pituudella L standardin SFS E 1019- mukainen ja tämän kirjan kappaleen 4 mukainen 6 Reikien ovaalisuus: = L1 L = 1 = 0,5 8 Katkaistun reunan suoruus: Reunan poikkeama 90º kulmasta: = 0,1t = 0,05t 8 83
Taulukko 5.9.3. Pilarien jatkosten ja pohjalevjen toiminnalliset valmistustoleranssit Taulukko 5.9.4 Ristikkorakenteiden toiminnalliset valmistustoleranssit o Kriteeri Parametri Sallittu poikkeama o Kriteeri Parametri Sallittu poikkeama Luokka 1 Luokka Luokka 1 Luokka 1 Pilarin jatkos: Asennuksesta johtuva epäkeskeiss e: (kuankin akselin suhteen) 5 3 1 Suoruus ja kaareutuminen: Pohjalev: Asennuksesta johtuva epäkeskeiss e: (kaikkiin suuntiin) 5 3 a on mitattu kaareutuminen b on suunniteltu kaareutuminen c on mitattu linjaus d on suunniteltu linjaus Jokaisen liitoskohdan poikkeama suhteessa suoraan linjaan tai suunniteltuun kaareutumiseen tai säteseen Kokoonpanon dimensiot: Yksittäisen solmupistevälin p pituus mitattuna keskilinjaa pitkin: = L/500 mutta 1 = 5 = L/500 mutta 6 = 3 Kumulatiivinen poikkeama Σp solumpisteiden sijainnille: = 10 = 6 3 Uumasauvojen suoruus: Suoruuspoikkeama: = L/500 mutta 6 = L/1000 mutta 3 5 Paarteeseen liittvät sauvat: Epäkeskeiss (vastaavaan suunniteltuun epäkeskeisteen): = B/0+5 = B/40+3 6 Vapaaväli liitoksissa: Uumasauvojen välinen vapaaväli g: = t1 + t mutta 5 (pienempi arvoista vaaditaan) = t1 + t mutta 3 (pienempi arvoista vaaditaan) 84 85
6. Rakenneputkien liitosten kestävsnäkökohtia Liitosten ja kiinnitsten suunnittelussa tulee ottaa huomioon, että: liitosten ja kiinnitsten mekaaninen ja korroosionkestävs voidaan varmistaa; liitokset ja kiinnitkset voidaan valmistaa ja tarkastaa kunnollisesti; voidaan välttää vaikeasta asennuksesta johtuvia virheitä; eritisesti hitsatuissa liitoksissa ja kiinnitksissä tulee prkiä - sijoittamaan hitsi suurten jännitsten vaikutusalueen ulkopuolelle - sijoittamaan hitsi jännitskeskittmän ulkopuolelle - varmistamaan, että kaikki merkitt hitsit voidaan valmistaa - varmistamaan, että hitsit voidaan jälkikäsitellä Rakenneputkikonstruktiossa tpillisiä liitoksia ovat T-, K-, - ja Y-liitokset sekä päittäisjatkokset. Liitokset valmistetaan leisiin konepajalla hitsaamalla. Voimaa siirtävien hitsattujen liitosten geometrian raja-arvot on annettu standardissa SFS E 1993-1-8 sekä CIDECT:n julkaisemissa ohjeissa. Ruuviliitoksia kätetään leensä, kun osakomponentit liitetään tömaalla toisiinsa. uotosulkeisia liitoksia ja lasertöstön antamia mahdollisuuksia ei ole suurimittakaavaisesti kätett voimaa siirtävien liitosten tapauksissa. K-liitokset Rakenneputkikonstruktioissa K-liitoksilta edelltetään että diagonaalin liittmiskulma paarteeseen on suurempi kuin 30, samaan liitokseen liittvien uumasauvojen välinen kulma on suurempi kuin 30, vapaa väli g diagonaalisauvojen välillä paarresauvan pinnalla on riittävä ja ettei liitoksen epäkeskeiss e (diagonaalisauvojen keskilinjojen htmäpiste paarresauvaan) ole liian suuri. äiden reunaehtojen toteutuessa liitosta kuormittava rasitus pst jakautumaan tasaisein liitoksen alueella. Kuva 6.1.1. Tpillinen rakenneputkien välinen K-liitos. Paarresauvaan nähden poikittaiset diagonaalisauvojen hitsit voidaan valmistaa pienahitseinä, kun liittmiskulma θ on 60 90. Kun liittmiskulma on pienempi kuin 60 on diagonaalisauvan vapaavälin puoleinen sivu viistettävä ja hitsi valmistettava päittäishitsinä. Vastakkaisen sivun hitsi valmistetaan pienahitsinä, jonka riittävän a-mitan saavuttaminen tulee varmistaa pienilläkin liittmiskulman arvoilla. äin menetellen varmistetaan, että liitoksen kuormitetuille sivuille ei tule alimittaisia hitsejä. Liitoksen epäkeskeiss e kuvaa diagonaalisauvojen leikkauspistettä paarresauvan pituusakselin suhteen. Epäkeskeisden arvoilla e 0 liitokseen muodostuu taivutusmomentti, joka on otettava huomioon paarresauvaa kuormittavana voimana. Liitoksen paikallisia rasituksia määritettäessä epäkeskeiss on otettava huomioon, mikäli se on raja-arvoa suurempi. Yleensä suunnittelussa on tehtävä kompromissi epäkeskeisden ja vapaavälin arvojen valinnassa. Vapaavälin g minimiarvo, jotta liitos voidaan valmistaa, on oltava vähintään t 1 +t, missä termit t 1 ja t ovat liitokseen liittvien uumasauvojen seinämänvahvuudet. Liitoksen hitsien reunaviivojen väliselle vapaavälille g a on määritett minimiarvo 1,5 kertaa paarresauvan seinämänpaksuus /CIDECT 1996 Project 5AQ//. Riittävän suuren vapaavälin g ja liittmiskulman valinnoilla varmistetaan, että liitos on valmistettavissa ja tarkastettavissa. Kuva 6.1.. Liittvän diagonaalisauvan pää on viistettävä, kun liittmiskulma θ 60. Tässä tapauksessa diagonaalin vapaan välin puoleisen sivun pää on viistettävä ja liitoshitsi tehdään päittäishitsinä puoli-v-railoon. Kuva 6.1.3. Uumasauvojen välisen vapaavälin g vaikutus liitokseen sntvään epäkeskeisteen e. Kuvan 6.1.3 liitoksessa liittmiskulma on suurempi (60 θ 90 ). Suurealla liitoskulmalla vapaavälin puoleinen hitsi on helpompi valmistaa riittävän a-mitan pienahit sinä. Suureilla liittmiskulman arvoilla kuitenkin liitoksen epäkeskeiss kasvaa. Oikean puoleisessa kuvassa liitoksen epäkes keisden pienentäminen johtaa mös vapaan välin g pienenemiseen. Vapaan välin pienentäminen heikentää liitoksen muodonmuutoskkä sekä liian pieni vapaa väli estää mös kunnollisen hitsin valmistamisen. oleat liittvät diagonaalit on aina hitsattava erikseen tai on kätettävä kuvan 6.1.4 mukaista limitettä liitosta. 86 87
Kuvan 6.1.5 mukaisessa rakenteessa liittvä sauva on hitsattu paarresauvan kl keen ilman paarteen sisäisiä jäkis telev jä. Tässä tapaukses sa paarteen poik kileik kauk sen vinout umista ei ole estett ja kuvan 6.1.6 mukainen lisämuodon muutos pääsee tapahtumaan. Kuva 6.1.6. Poikkileikkauksen vinoutumisen aiheuttava kuormitus (vasealla) sekä vinoutunut muoto (oikealla). Kuva 6.1.4. Limitett liitos. Liitoksen kestävttä ja jäkkttä voidaan parantaa limittämällä liittvien uumasauvojen päät (kuva 6.1.4). Limitksen ansiosta uumasauvojen laipat osallistuvat sauvavoiman siirtämiseen paarteelle. Tällöin paarteen pinnan jännitkset jäävät pieneiksi ja kestävs määrät uumasauvojen tehollisen poikkipinnan mukaan. Limitettjen liitosten piiloon jäävä uumasauvan pää suositellaan aina hitsattavaksi. T- ja Y-liitokset Ku vas sa 6.1.7 on esitett vaihtoehtoja, joilla poikkileikkaus voidaan jäkistää siten, että vinoutum inen on estett. Yliässä tapauksessa liittvä sauva on ulkodimensioiltaan paarretta suurempi ja siitä on leikattu alanurkka pois. Keskiäisessä tapauksessa paarre on hitsattu liittvään sauvaan. Tämä ratkaisu on huono paarteen kestävden kannalta. Poikkileikkauksen vinoutu minen voidaan mös estää putken sisään hitsattavilla poikittais levil lä, mutta tö on erittäin hankala suorittaa. T- ja Y-liitosten diagonaalisauvan liittminen paarteeseen suunnitellaan kuten K-liitoksen tapauksessakin, kun kuormitus vaikuttaa diagonaalin ja paarteen tasossa. Kuva 6.1.5. Tpillinen T-liitoksen kuormitustapaus. Kuvan 6.1.5 mukaisissa liitoksissa liittvän palkin päässä oleva kuormitus aiheuttaa paar resauvalle palkin taivutuskuormituksen lisäksi leikkaus- ja vääntömomenttikuormituk sen. Vääntömomentti voidaan edelleen jakaa paarresauvan poikkileikkausta vääntävään ja vinouttavaan kuormitukseen. Vinouttava kuormitus tasapainottaa itsensä, mutta aiheuttaa poikkileik kauksen vinoutumisen, eli sen muodon muut tumisen "salmiakin" muotoon (kuva 6.1.6). Poikkileik kauk sen vinoutuminen aiheuttaa palkkiin muodonmuutoksia ja lisäjännits komponentit, jotka tulee huomioida mitoitukses sa. Vinoutumista ei tapahdu, kun paarresauva on pöreä profiili. Kotelopalkin vinoutumisesta on esitett teknisessä tiedotteessa ET /80 /19/. Kuva 6.1.7. Paarretta korkeampi liittvä sauva viistetään ja hitsataan osittain tai kokonaan paarteen mpäri jäkistäen paarteen poikkileikkauksen(lin kuva). Paarre hitsataan poikittaiseen liittvään sauvaan (keskiäinen kuva). Paarresauva aukotetaan vastakkaisilta sivuiltaan ja liittvä sauva hitsataan paarteen molempiin sivuihin päittäis/ pienahitseilla (alin kuva). 88 89
Rakenneputken jatkokset Kuva 6.1.8 Kuormittava voima ei aiheuta poikkileikkauksen vinoutumista, jos voima F asetetaan vaikuttamaan etäisdelle e=b profiilin keskipisteestä. Osa rakenteista on esim. suuren koon vuoksi siirrettävä komponentteina asennuspaikalle. Komponentin liittäminen rakenteeseen on edullista valmistaa ruuviliitoksina, sillä vaativan hitsaus tön suorittaminen asennusolosuhteissa saattaa olla livoimaista komponentin tarkan asemoinnin tai mpäris töolosuhteiden vaikutuksesta. Rakenneputken jatkamiselle hitsaamalla on annettu ohjeita kohdassa 5.. Ruuviliitoksissakin voiman välittäminen osalta toiselle tapahtuu rakenneputkeen hitsaamalla kiinnitettjen levjen välitksellä. Korvaketta kätetään tpillisiin siirtämään voimaa toimilaitteesta, leensä hdraulislinteristä, tai ripustuksesta rakenneputkeen. Korvakkeen muotoilulla ja sijoittelulla voidaan vaikuttaa liitoksen ja rakenneputken kestävteen. Pienten rakenneputkien ja vähäiselle vetokuormitukselle joutuvien rakenneputkien jat kami nen voidaan tehdä kuvan 6.1.10 osoittamalla taval la. Kuormitus ei ole tasaisesti jakau tunut putken poikkileikkauk sessa lähellä jatkos levä. Jos liitos tehdään kaksileikkeisenä, se pienen tää epäkeskeisdestä aiheutuvaa taivutusmomenttia. Suurealle vetokuormalle joutuvissa liitoksissa kuorma saadaan tasaisein jakautu maan putken poikkileikkauk seen, kun liitos levä jatketaan putken puolelle. Kuva 6.1.9. Kun kuormitus ei aiheuta paarteeseen vääntömomenttia, voima voidaan siirtää paarresauvan korkuisen korvakkeen välitksellä. Tasakork uisen korvakkeen kätöllä voidaan pienentää paar resauvan levkentän muodon muutok sia (vasean puoleinen kuva). Kun kuormitus aiheuttaa paarteeseen vään tömomentin, kannattaa korvake muotoilla siten, että se pst estämään vinout tavasta kuor masta seurauksena olevan poik kileik kauksen muodon muutok sen (oikean puoleinen kuva). Kuva 6.1.10. Periaatteellisia ratkaisuja rakenneputken päittäisjatkoksille. Poikittainen lev tai ruuvien varret välittävät voiman puristus- ja vetokuormitetuille jatkosliitoksille. Liitettävien sauvojen keskiviivojen tulee htä, jolloin liitoksen epäkeskeiss pienenee. Puris tus kuormite tuille sau voil le liitok sen epäkes keiss voi aiheut taa alkutaipu man, joka heikentää ra kenteen kestävttä 90 91
7. Ruostumattomista rakenneputkista valmistettavien rakenteiden mitoitus standardin SFS E 1993-1-4 mukaisesti Tämän luvun osalta on huomioitava, että pääosin esitett aineisto on standardin SFS E 1993-1-4 mukaista ja soveltuu rakentamiseen suunniteltavien rakenteiden mitoittamiseen. Tämä on kuitenkin vain ksi sovellusalue ruostumattomille rakenneputkille. ikäli rakenteelle on määritett muu kättökohde, on suunnittelijan noudatettava asianmukaista mitoitusohjetta. Tapauskohtaisesti, mikäli muita ohjeita ei ole annettu voi harkinnan mukaan soveltaa standardia SFS E 1993-1-4 tai Euro Inox-käsikirjan (006) mukaisia ohjeita. Tässä luvussa on esitett ruostumattoman teräsrakenteen mitoituksen eroja SFS E 1993-1-1 mukaiseen mitoittamiseen. Ristikkorakenteiden mitoitus on esitett SFS E 1993-1-8 mukaisesti, vaikkakin mitoitus tapahtuu samalla tavoin materiaalista riippumatta. 7.1 Rajatilamitoitus Rakenteiden mitoitus standardin SFS E 1993-1-4 mukaisesti perustuu rajatilamitoitukseen. Rajatilat ovat murto- ja kättörajatila. urtorajatiloilla tarkoitetaan tilanteita, joiden littminen voi aiheuttaa rakenteen tai sen osan murtumisen. Kättörajatiloilla tarkoitetaan tilanteita, joiden littmisen jälkeen rakenteen kätölle asetettuja vaatimuksia ei enää tätetä. Säilvs voidaan käsittää murto- ja kättörajatilojen osajoukoksi riippuen vaikuttaako esim. korroosio rakenteen lujuuteen vai esteettiseen ilmeeseen /Käsikirja-ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, Euroinox, 006/. urtorajatilassa seuraavan ehdon tulee toteutua: urtorajatilan kuormitus määritetään SFS E 1990 mukaisesti määräävämpi seuraavista: 1,15K FIGkj, sup 0,9Gkj,inf 1,5 K FIQk,1 1, 5K ψ0,1q k, i (7.1.1a ) tai 1,35 FIGkj, sup 0, 9Gkj,inf FI i 1 K ( 7.1.1b) missä: Gkj,sup, Gkj,inf on psvän kuorman epäedullinen ja edullinen arvo Qk,1 on määrääviän muuttuvan kuorman 1 ominaisarvo (ts. epäedullisin muuttuva kuorma) Qk,i ovat samanaikaisesti vaikuttavien muuttuvien kuormien i ominaisarvoja j on psvän kuorman indeksi i on muuttuvan kuorman indeksi ψ0,i on muuttuvan kuorman Q hdistelkerroin KFI on kerroin, jonka arvo riippuu luotettavuusluokasta. Arvo annetaan standardisssa A SFS E 1990. Kättörajatilassa seuraavan ehdon tulee toteutua: Ed Cd missä: Ed Cd on kättökelpoisuuskriteerissä määriteltjen kuormien vaikutusten mitoitusarvo. on kättökelpoisuuskriteerin mukainen rajoittava mitoitusarvo. Kättörajatilassa tarkasteltavat ehdot antavat sallittuja arvoja taipumille, värähtelille, korjattavissa oleville ja väsmisvaurioille. Ed Rd Kättörajatiloissa teräsrakenteelle tarkastellaan ominaiskuormitushdistelmä: issä Ed on kuormien vaikutuksen mitoitusarvo. Rd on kestävden mitoitusarvo, jonka arvo lasketaan mitoitusohjeiden mukaisesti. urtorajatiloja ovat rakenteen lujuuteen liittvät vauriomuodot (leinen mötääminen, murtuminen, nurjahdus tai mekanismin sntminen, jne.), rakenteen kaatuminen tai sivusuun tainen siirtminen sekä väsmisestä aiheutuva murtuminen. G ψ Q ψ k, j 1,1 k,1 0, i j1 i1 Q k, i missä hdistelkertoimien ψ 0, ψ 1 ja ψ arvot annetaan A SFS E 1990. (7.1.) 9 93
Palotilanteessa teräsrakenteelle tarkastellaan seuraava kuormitushdistelmä: G ψ Q ψ k, j 11 k1, i j1 i1 Q k, i mikäli pääasiallinen muu muuttuva kuorma on jokin muu kuin lumi-, jää- tai tuulikuorma kätetään kuitenkin arvoa ψ1 arvon ψ11 sijaan. (7.1.3) Taulukko 7..1. ateriaalin suositeltavat osavarmuuskertoimet A SFS E 1993-1-4 mukaisesti. Poikkileikkausten kestävs liiallisen mötäämisen suhteen mukaan lukien paikallinen loahdus Sauvojen kestävs stabiiliuden suhteen, kun laskelmat tehdään sauvojen tarkastuksena 0Μ suositeltava arvo 1,1 1Μ suositeltava arvo 1,1 Poikkileikkausten kestävs vetomurtumisen suhteen Μ suositeltava arvo 1,5 Säilvteen kuuluvat korroosiotarkastelut. Ohjeita ruostumattoman materiaalin valintaan annetaan luvussa 3. Ruuvien, niittien, hitsien, niveltappien ja levjen reunapuristuskestävs Μ suositeltava arvo 1,5 7. Rakenneputkesta valmistettavan rakenteen mitoitus huoneenlämpötilassa Ruostumattomasta rakenneputkesta valmistettavat rakenteet suunnitellaan standardin SFS E 1993-1-4 mukaisesti ottaen huomioon kansallisessa liitteessä A annetut parametrien arvot. Standardi SFS E 1993-1-4 Yleiset ohjeet-tädentävät ohjeet ruostumattomille teräksille antaa ohjeet suunnittelulle, mikäli ruostumattomien terästen mitoituksessa on eritispiirteitä, jotka tulee ottaa huomioon. uutoin mitoituksen tulee perustua muiden E standardien ohjeisiin sekä niiden kansallisiin liitteisiin. Rakenteiden valmistuksen osalta ruostumattomia teräksiä koskevat ohjeet, jotka on esitett esistandardissa pre 1090- (möhein muutetaan standardiksi SFS E1090-). 7..1 ateriaaliominaisuudet Kantavien rakenteiden mitoituksessa leisesti materiaalilta vaadittavien mekaanisten arvojen tulee tättää kätettävien ohjeiden vaatimukset. Alla on annettu A SFS E 1993-1-1 mukaiset materiaalia koskevat vaatimukset. urtovenmän A5 arvo vähintään 15 % urtolujuus/mötölujuus-suhteen fu / f arvo 1,10 Kokonaistasavenmän arvo εu 15 ε, kun ε on mötövenmä ateriaalilla tulee olla riittävä murtumissitkes hauraan murtumisen välttämiseksi alhaisiassa lämpötilassa, jonka odotetaan esiintvän rakenteen tarkoitetun kättöiän aikana. SFS E 1993-1-4 mukaiset austeniittiset ja duplexteräslajit voidaan olettaa olevan riittävän sitkeitä eivätkä ne ole alttiita haurasmurtumiselle kättölämpötilaan -40C asti. Ruostumattomia teräksiä voidaan kättää mös alle -40C lämpötiloissa, mutta vaatimukset määritetään tapauskohtaisesti. 7.. Rakenneputken poikkileikkausluokitus Poikkileikkausluokitus puristetulle rakenneputkelle määritetään seuraavasti: Suorakaide/neliö Pöreä Poikkileikkausluokka 1: c/t 5,7ε d/t 50ε Poikkileikkausluokka : c/t 6,7ε d/t 70ε Poikkileikkausluokka 3: c/t 30,7ε d/t 90ε Poikkileikkausluokitus taivutetulle rakenneputkelle määritetään seuraavasti: Suorakaide/neliö Pöreä Poikkileikkausluokka 1: c/t 56,0ε d/t 50ε Poikkileikkausluokka : c/t 58,ε d/t 70ε Poikkileikkausluokka 3: c/t 74,8ε d/t 80ε Poikkileikkausluokitus puristetulle ja taivutetulle suorakaiderakenneputkelle määritetään seuraavasti: Poikkileikkausluokka 1: α > 0,5: 308 ε c/t 13 α 1 α 0,5: 8 ε c/t α Poikkileikkausluokka : α > 0,5: 30 ε c/t 13 α 1 α 0,5: 9,1 ε c/t α Poikkileikkausluokka 3: c/t 15,3ε kσ Standardissa SFS E 1993-1-4 esitett mitoitussäännöt soveltuvat hehkutetun materiaalin mötölujuuteen f=480 / asti sekä klmämuokatuilla materiaaleilla lujuusluokkiin c on konservatiivisesti h-t tai b-t C700 ja CP350 asti. ε 35 E f 10000 94 95
α kuvaa poikkileikkausluokissa 1 ja puristetun osan korkeuden suhteessa rakenneputken sivun suoran osan mittaan c. 1 α 1 f c Ed tw (Euroinox Käsikirja 006) kδ määrät seuraavasti E 1993-1-5 mukaisesti Pöreän rakenneputken tapauksessa pätevät poikkileikkausluokkien raja-arvoille samat arvot kuin edellä on esitett pöreän rakenneputken raja-arvoiksi puristuskuormalle. Leikkausvoimalla kuormitetun poikkileikkauksen kestävs, kun leikkausloahduskestävs on kriittinen, lasketaan SFS-E 1993-1-5 mukaisesti. uussa tapauksessa leikkausvoimakestävs lasketaan kohdan 7..6 mukaisesti. Suorakaide- ja neliöprofiileilla leikkausloahduskestävs tarkistetaan, kun seuraava ehto on voimassa: h w / t 5ε / η missä η =1,0 Pöreillä rakenneputkilla kun poikkileikkaus kuuluu poikkileikkausluokkiin 1, tai 3, voidaan soveltaa kohdan 7..6 menettelä. 7..3 Vedetn rakenneputken mitoitus Rakenneputken bruttopoikkileikkauksen vetokestävs lasketaan seuraavasti: pl, Rd Af (7..3.1) 0 Vastaavasti nettopoikkileikkauksen vetokestävs: u, Rd k A r net u (7..3.) f d missä k (1 3 ( 0 r r 0,3)), mutta kuitenkin 1,0 u r on suhde ruuvien määrä ko poikkileikkauksessa / liitoksen kokonaisruuvimäärä u on e, mutta kuitenkin p d0 on ruuvin reiän nimellinen halkaisija e p on reunaetäiss reiän keskeltä profiilin reunaan kohtisuorassa suunnassa liitoksessa vaikuttavaan voimaan nähden on reikien keskipisteiden etäiss kohtisuorassa suunnassa liitoksessa vai kuttavaan voimaan nähden 7..4. Taivutetun rakenneputken mitoitus 7..4.1 Taivutetun rakenneputken poikkileikkauksen kestävs Poikkileikkausluokat 1 ja : Wpl f c, Rd pl, Rd (7..4.1) 0 Poikkileikkausluokka 3: Wel f c, Rd el, Rd (7..4.) 0 Poikkileikkausluokka 4: Weff f c, Rd eff, Rd (7..4.3) 0 pl,rd on poikkileikkauksen plastisuusteorian mukainen taivutuskestävs el,rd on poikkileikkauksen kioteorian mukainen taivutuskestävs eff,rd on poikkileikkauksen tehollinen taivutuskestävs 7..4. Taivutetun rakenneputken kestävs kiepahduksen suhteen (tämä murtumismuoto voi tulla kseeseen kun suorakaiteen muotoisen rakenneputken h/b-suhde on suuri ) Kiepahdus voidaan jättää huomioon ottamatta, kun: taivutus tapahtuu vain heikoan akselin suunnassa taivutettu sauva on tuettu tehokkaasti sivusuunnassa koko matkalta rakenneputket, joille muunnettu kiepahdushoikkuus Ed λ LT 0,4 tai kun 0, 16. b, Rd 1 cr W f χ LT (7..4.4) W on Wpl, poikkileikkausluokissa 1 ja W on Wel, poikkileikkausluokassa 3 W on Weff, poikkileikkausluokassa 4 1 χ kuitenkin 1,0 (7..4.5) LT φ lt φ LT λ LT φ LT 0,5 1 0,34 λlt 0,4 λlt (7..4.6) λ LT W f cr (7..4.7) cr on kriittinen kioteorian mukainen kiepahdusmomentti. 96 97
7..5 Keskeisesti puristetun rakenneputken mitoitus 7..5.1 Poikkileikkauskestävs Puristetun sauvan poikkileikkauskestävs lasketaan kaavasta: pl, Rd Af (7..5.1) 0 missä: A on poikkileikkauspinta-ala poikkileikkausluokissa 1, ja 3. A on tehollinen poikkileikkauspinta-ala poikkileikkausluokassa 4. Poikkileikkausluokassa 4 poikkileikkauskestävden laskemisessa otetaan huomioon levkentän loahdus suorakaide- ja neliöpoikkileikkauksen kestävttä rajoittavana tekijänä. Poikkileikkauksen puristuksella kuormitetun osan pinta-alaa redusoidaan alla olevan menetteln mukaisesti. äin menetellen poikkileikkaukselle määritetään tehollinen poikkileikkauksen pinta-ala Ae, joka on pienempi kuin bruttopinta-ala kaavassa (7..5.1). Levkentän puristetun osan tehollinen pinta-ala Aeff on: Taulukko 7..5.1 Kahdelta reunalta tuetut taso-osat /SFS E 1993-1-1/ Jännitsjakautuma (puristus on positiivinen) Tehollinen leves beff 1 1 1 b b b e1 e1 e1 b c b b b b e b b e e bt ψ = 1: b eff = ρb b e1 = 0,5 beff be = 0,5 beff 1 > ψ 0: b eff = ρb be1 b eff be = beff - be1 5 ψ ψ < 0: b eff = ρ bc = ρb / (1-ψ) b e1 = 0,4 beff be = 0,6 beff Ψ = σ/σ1 1 1 > ψ > 0 0 0 > ψ > -1-1 -1 > ψ > -3 Loahdus- 8, / (1,05 + 7,81-6,9ψ + 4,0 7,81 3,9 5,98 (1 - ψ) kerroin kσ ψ) 9,78ψ Ac,eff = ρac (7..5.) missä: ρ on levkentän loahduksen huomioon ottava pienennstekijä Ac on levkentän puristetun osan pinta-ala Poikkileikkausluokan 4 tehollinen leves määritetään seuraavasti: 0,77 0,15 ρ mutta 1,0 (7..5.3) λ p λ p missä λ p on taso-osan muunnettu hoikkuus, joka määritetään seuraavasti: b / t λp 8,4ε k σ missä: t on rakenneputken aineenpaksuus; kσ on jännitssuhdetta ja reunaehtoja vastaava loahduskerroin standardin E 1993-1-5 taulukon 4.1 mukaan; Kun levkenttää kuormittaa tasainen puristus on kσ = 4,0. uut kuormitustapaukset on esitett taulukossa 7.. 5.1. b on rakenneputken sivumitta, jonka varmalla puolella olevaksi arvoksi voidaan valita h-t; 7..5. Keskeisesti puristetun sauvan kestävs nurjahdukselle Sauvan kestävs aksiaalisesti vaikuttavalle voimalle määritetään seuraavasti: χ Af (7..5.4) b, Rd / 0 98 99 1 χ mutta χ 1, 0 (7..5.5) φ φ λ λ 0,4 φ 0,51 0,49 λ Af λ poikkileikkausluokille 1, ja 3; cr Aeff f λ poikkileikkausluokalle 4; cr cr on kioteorian mukainen bruttopoikkileikkauksen mukaan laskettu kriittinen voima kseeseen tulevassa nurjahdusmuodossa. Poikkileikkausluokassa 4 kaavassa (7..5.4) poikkileikkauspinta-alana kätetään tehollista poikkileikkauspinta-alaa Aeff.
7..6 Puristetun ja taivutetun sauvan mitoitus Aksiaalinen puristus ja vahvean akselin suhteen tapahtuva taivutus: Ennenaikaisen nurjahduksen välttämiseksi vahvean akselin suhteen:,ed e Ed Ed k 1 (7..6.1) ( b,rd ) min W, pl, / β W f 1 Ennenaikaisen nurjahduksen välttämiseksi heikoan akselin suhteen (sauvat, jotka ovat alttiit kiepahdukselle):,ed Ed e Ed k LT 1 (7..6.) ( b,rd ) min1 b, Rd Aksiaalinen puristus ja heikoan akselin suhteen tapahtuva taivutus: Ennenaikaisen nurjahduksen välttämiseksi heikoan akselin suhteen: z,ed Ed e Ed z k z 1 (7..6.3) ( b,rd ) min W,z pl,z / β W f 1 (b,rd )min1 on b,rd:n pienin arvo seuraavissa kolmessa nurjahdustapauksessa: taivutusnurjahdus z-z-akselin suhteen, vääntönurjahdus ja taivutusvääntönurjahdus; βw, ja βw,z ovat βw:n arvoja -- ja z-z-akseli suhteen, missä: βw = 1,0 poikkileikkausluokan 1 ja poikkileikkauksille; βw = Wel / Wpl poikkileikkausluokan 3 poikkileikkauksille; βw = Weff / Wpl poikkileikkausluokan 4 poikkileikkauksille; Wpl, ja Wpl,z ovat plastisuusteorian mukaisia taivutusvastuksia -- ja z-zakselien suhteen; b,rd on kiepahduskestävden mitoitusarvo; k, kz, klt ovat hteisvaikutustekijöitä. SFS E 1993-1-4 mukaisesti hteisvaikutustekijöiden arvot lasketaan seuraavasti: Ed k 1,0 λ 0,5, mutta z b, Rd, Ed λ z 0,5 b, Rd min1 k 1,0, mutta klt = 1,0 1, k 1, 1, k z 1, Ed b, Rd, Ed b, Rd min 1 7..7 Leikkausvoimalla kuormitettujen rakenneputkien mitoitus Poikkileikkauksen leikkauskestävs lasketaan seuraavasti: Aksiaalinen puristus ja taivutus kahden akselin suhteen: Kaikki sauvat suunnitellaan siten, että seuraava ehto on voimassa:,ed Ed e Ed z,ed Ed ez k kz 1 (7..6.4) ( b,rd) min W, pl, / 1 W,z pl,z / β W f β W f 1 Kiepahdukselle alttiit sauvat mitoitetaan siten, että mös seuraava ehto on voimassa:,ed Ed e Ed z,ed Ed ez k LT k 1 ( b,rd) z (7..6.5) min1 b,rd W,z pl,z / β W f 1 Leikkauskestävden mitoitus, kun leikkausloahduskestävs ei ole kriittinen V (7..7.1) pl, Rd Av ( f / 3) / 0 missä Av on poikkileikkauksen leikkauspinta-ala: elikulmaisille rakenneputkille - kuormitus vaikuttaa korkeuden suunnassa: Ah /( b h) - kuormitus vaikutta leveden suunnassa: Ab /( b h) Pöreille rakenneputkille: A/ π Edellä olevissa lausekkeissa: e ja ez ovat neutraaliakselien siirtmisiä, kun poikkileikkaukseen vaikuttaa tasainen puristus; Ed,,Ed ja z,ed ovat puristavan normaalivoiman mitoitusarvo sekä -- ja z-zakselien suhteen vaikuttavien momenttien mitoitusarvoja; (b,rd )min on b,rd:n pienin arvo seuraavissa neljässä nurjahdustapauksesta: taivutusnurjahdus --akselin suhteen, taivutusnurjahdus z-z-akselin suhteen, vääntönurjahdus ja taivutusvääntönurjahdus; 7..8 Hitsausliitokset Hitsattujen liitosten kestävden laskeminen on riippuvainen kätetstä standardista. Soveltuvia standardeja ovat SFS E 1993-1-4:006 ja Australian ja Uusi-Seelannin standardi AS/ZS 4673:001 Cold-formed stainless steel structures ja ohjeet Euroinox Käsikirja ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, TRY r:n Teräsnormikortti 15/00 Austeniittiset ruostumattomat suorakaideputket - uokkauslujittumisen hödntäminen päittäisliitoksissa. 100 101
SFS E 1993-1-4:006 perustaa mitoituksen standardiin SFS E 1993-1-8:005, jossa mitoituksen perusteena kätetään päittäisliitoksella heikoan liitettävän materiaalin nimellistä mötölujuutta sekä pienaliitoksen mitoituksessa heikoian liitettävän osan nimellistä murtolujuutta ja kokeellisesti määritettä liitettävien materiaalien lujuusluokalle ominaista βw korrelaatiokerrointa. Kätettävän lisäaineen mekaanisten ominaisuuksien arvojen tulee olla vähintään htä hvät kuin liitettävillä materiaaleilla. Standardin SFS E 1993-1-4:006 mukaisesti määritettäessä pienahitsien mitoituskestävttä korrelaatiokertoimen βw arvoksi valitaan 1,0 kaikille ruostumattomille teräksille ellei pienempää arvoa osoiteta kokeellisesti perustelluksi. Liitettävien materiaalien mitoituksessa kätettävä lujuus valitaan taulukon 3.1 mukaan tai klmämuokattuja materiaaleja kätettäessä vastaamaan lujuusluokkaa CP350, jonka murtolujuuden arvo suositellaan valittavaksi vastaamaan hehkutetun materiaalin nimellistä murtolujuutta. Korkeampien lujuuksien kättö austeniittisille ruostumattomille teräslajeille voidaan perustella kokeisiin perustuen. Pienahitsien kestävden mitoitusarvo voidaan määrittää komponenttimenetelmän tai ksinkertaistetun menetelmän mukaan /SFS E 1993-1-8/. Komponenttimenetelmän mukaisesti tarkistetaan seuraavat ehdot: 0,5 fu σ 3 τ τ ll ja β missä: fu w 0,9fu σ (7..8.1) on heikoan liitettävän osan vetomurtolujuuden nimellisarvo; βw on korrelaatiokerroin, jonka arvo on 1,0 ruostumattomille teräksille. Yksinkertaistetun menetelmän mukaisesti tarkistetaan, että hitsin jokaisessa pisteessä sen pituudella hitsiin kohdistuva kaikkien voimien resultantti ksikköpituutta kohti tättää ehdon: Fw,Ed Fw,Rd (7..8.) missä: Fw,Ed on hitsin pituusksikköä kohti vaikuttavan voiman mitoitusarvo; Fw,Rd on hitsin kestävden mitoitusarvo pituusksikköä kohti. Läpihitsatun päittäishitsin kestävden mitoitusarvo määritetään kaavasta: F w, Rd f A (7..8.4) 0 joka on htä suuri kuin heikoian liitettävän osan kestävden mitoitusarvo. Hitsauslisäaine valitaan siten, että hitsiaineen vetokokeessa lisäaineelle saavutetut mötöja murtolujuuden arvot ovat vähintäinkin samansuuruiset kuin perusaineelle spesifioidut. Lisäaineen soveltuvuus liitettäville materiaaleille voidaan tarkistaa kappaleen 5 perusteella. Osittain läpihitsatun päittäishitsin kestävs lasketaan pienahitsinä, jonka effektiivinen a-mitta vastaa jatkuvasti saavutettavaa päittäishitsin tunkeumaa. 7..9 Ristikkorakenteiden mitoituksesta Ristikkorakenteiden mitoitus suoritetaan SFS E 1993-1-8:005 mukaisesti. Tässä luvussa on esitett ristikkorakenteiden mitoituksen perusteita sekä liitosten mitoitus tasoristikoissa, kun paarre- ja uumasauvat ovat suorakaide-, neliö- tai pöreitä rakenneputkia. Ristikkorakenteiden mitoituksessa sauvojen voimasuureet määritetään olettaen uumasauvojen liittvän nivelliitoksina paarresauvoihin. Siten diagonaali- ja vertikaalisauvat kuormittuvat akselin suuntaisilla puristus- tai vetovoimilla. Ristikon paarresauvat toimivat jatkuvina palkkeina, jotka oletetaan nivelellisesti tuetuiksi liitoskohdissa. Uumasauvojen päiden poikkileikkauksia ei tule litistää tai laajentaa liitoksen valmistuksen helpottamiseksi, kun liitosten kestävs määritetään taulukoiden 7..10.-7..10.6 mukaisesti. Ristikon profiilien seinämänvahvuus tulee olla,5 tai suurempi. Profiilien mötölujuus voidaan hödntää mitoituksessa 460 / arvoon saakka. Klmämuokkaamalla lujitettujen austeniittisten ruostumattomien rakenneputkien välisissä hitsatuissa liitoksissa korotettu mötölujuus 350 / voidaan hödntää. Tätä suureilla korotetun mötölujuuden arvoilla tulee austeniittisten ruostumattomien rakenneputkien hitsatun liitoksen kestävs osoittaa kokeellisesti. Duplex-teräksestä valmistettujen rakenneputkien välisissä liitoksissa voidaan hödntää mötölujuus 460 /. F w, Rd fu / 3 a β w missä: fu on taulukon 3.1 mukainen materiaalin nimellinen murtolujuus βw on korrelaatiokerroin, jonka arvo on 1,0 ruostumattomille teräksille. (7..8.3) Puristuksella kuormitettujen sauvojen profiileiksi valitaan poikkileikkausluokan 1 tai vaatimukset tättäviä profiileja. Putkiristikon paarteen nurjahduspituudeksi Lcr voidaan valita 0,9L, missä L on ssteemipituus, sekä ristikon tasossa että ristikon tasoa vastaan kohtisuorassa tasossa tapahtuvassa nurjahduksessa. Ssteemipituus ristikon tasossa on liitosten välinen etäiss. Ssteemipituus ristikon tasoa vastaan kohtisuorassa tasossa on poikittaisten tukien välinen etäiss. 10 103
Ristikoissa uumasauvana kätettävän rakenneputken, joka mpärihitsataan rakenneputkesta tehtn paarteeseen, nurjahduspituudeksi Lcr voidaan leensä valita 0,75L sekä ristikon tasossa että ristikon tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa tapahtuvassa nurjahduksessa. Liitoksella on kiertmäjäkks, jota ei oteta huomioon liitoksen eikä liittvän sauvan mitoituksessa, mikäli taulukoiden 7..8.1 ja 7..8.5 mukaiset geometriaehdot toteutuvat sekä sauvan pituuden suhde sen sivumittaan on suurempi kuin 6. Sauvat kuormittuvat momenttikuormalla mikäli liitosten välillä vaikuttaa ristikon tasossa tai tasosta ulospäin kuormia. omenttikuormitus snt mös liitosten epäkeskeisden aiheuttamana. ikäli liitoksen epäkeskeiss on raja-arvojen -0,55 d0 e 0,5 d0 (7..9.a) -0,55 h0 e 0,5 h0 (7..9.b) sisäpuolella, epäkeskeisdestä aiheutuva taivutusmomentti otetaan huomioon puristetun paarteen mitoituksessa. Epäkeskeisdestä aiheutuva momentti jakautuu liitokseen liittville paarresauvoille paarresauvojen suhteellisten jäkkksien (I/l) suhteessa. ikäli liitoksen epäkeskeiss littää llä olevat raja-arvot, on sntvä taivutusmomentti otettava huomioon liitoksen sekä puristetun paarteen ja uumasauvojen mitoituksessa. Tässä tapauksessa sntvä taivutusmomentti jakautuu kaikille liitokseen kiinnittville sauvoille niiden suhteellisen jäkkden mukaisesti. 7..10 Rakenneputken liitosten mitoitus Pöreiden rakenneputkien liitosten mitoitus, kun pöreät uumasauvat liittvät pöreään paarresauvaan, taulukoissa 7..10. - 7..10.4 esitettävillä tavoilla edellttää kappaleen 7..7 ehtojen lisäksi seuraavien toteutumisen. Taulukko 7..10.1 Halkaisijasuhde 0, di/d0 1,0 Poikkileikkausluokitus: Paarresauvat PL1 tai PL ja 10 d0/t0 50 mutta 10 d0/t0 40 X-liitokset Uumasauvat PL1 tai PL ja 10 d0/t0 50 Limits: λov 5% Vapaaväli: g t1+t Pöreän poikkileikkauksen omaavien profiilien liitoksissa, kun uumasauvat liittvät paarresauvaan, hdistetn kuormituksen vaikutus sauvan suuntaisille aksiaalivoimille sekä taivutusmomenteille tarkistetaan ehdosta: i, Ed i, Rd ip, i, Ed ip, i, Rd op, i, Ed op, i, Rd 1,0 (7..9.) elikulmaisten rakenneputkien liitoksissa hdistetlle kuormitukselle tarkistetaan ehto: i, Ed i, Rd ip, i, Ed ip, i, Rd op, i, Ed op, i, Rd 1,0 (7..9.3) 104 105
Taulukko 7..10.. K ja liitos, pöreät uumasauvat ja pöreän muotoinen paarresauva Taulukko 7..10.3. T ja Y liitos, pöreät uumasauvat ja pöreän muotoinen paarresauva Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen k k f Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen kun d id 0-t 0 t g p 0 0 d1 1, Rd 1,8 10, / sinθ 1 d 0 sinθ 1, Rd 1, Rd sinθ f t d 0 0 1,7 op, 1, Rd kp / sinθ1 1 0,81β f 1 sinθ 0 i i, Rd t0π di / 3 sin θi f t d 0 0 1 1 3sinθ1 ip, 1, Rd / 3 4 sin θ1 f t d 0 0 1 3 sinθ1 op, 1, Rd / 3 4 sin θ1 5 5 5 5 5 (mös limitett liitos) (mös limitett liitos) Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen k f Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen kun d id 0-t 0 t,8 14,β 5 0, p 0 0 1, Rd / sinθ1 f t d 0 0 1 ip, 1, Rd 4,85 βkp / 5 sinθ1 f t d 0 0 1,7 op, 1, Rd kp / sinθ1 1 0,81β f 1 sinθ 0 i i, Rd t0π di / 3 sin θi f t d 0 0 1 1 3sinθ1 ip, 1, Rd / 3 4 sin θ1 5 5 5 Parametrit: k g 0, 0,04 (1 1 exp(0,5 g t 1, 0 ) 1,33) Parametrit: f t d 0 0 1 3 sinθ1 op, 1, Rd / 3 4 sin θ1 5 d d 1 β, 0 d0 t 0 d 1 β, d0 d t 0, 0 n 0 (puristuskuormitus) : k 0,3n (1 n ), mutta 1, 0 p p 1 p p k p n 0 (puristuskuormitus) : k 0,3n (1 n ), mutta 1, 0 p p 1 p p k p n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 p σ np f p, Ed 1 0 5 k p n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 p σ np f p, Ed 1 0 5 k p 106 107
Taulukko 7..10.4. X liitos, pöreät uumasauvat ja pöreän muotoinen paarresauva elikulmaisten rakenneputkien liitosten mitoitus, kun nelikulmaiset uumasauvat liittvät nelikulmaiseen paarresauvaan, taulukoissa 7..10.6-7..10.9 esitettävillä tavoilla edellttää kappaleen 7..9 ehtojen lisäksi taulukon 7..10.5 ehtojen toteutumisen. Taulukko 7..10.5. Reunaehdot nelikulmaisten rakenneputkien T-, Y-, X-, K- ja -liitoksille sekä rakenteille joissa uumasauvat ovat pöreitä rakenneputkia. Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen k f t p 0 0 5, 1, Rd / sinθ1 (1 0,81β ) f t d 5 0 0 1 ip, 1, Rd 4,85 βkp / 5 sinθ1 f t d 0 0 1,7 op, 1, Rd kp / sinθ1 1 0,81β 5 Liitostppi Liitosparametrit (i = 1 tai, j = limitett uumasauva) b i /b 0 tai d i /d 0 b i /t i ja h i /t i tai d i /t i h 0 /b 0 ja b 0 /t 0 ja h 0 /t 0 Vapaaväli tai Puristus Veto h i /b i limits b i /b j T, Y tai X b i /b 0 0,5 b i /t i 35 ja Vapaaväliset K ja Limitett K ja Pöreät uumasauvat b i /b 0 0,35 ja 0,1+0,01 b 0 /t 0 h i /t i 35 ja PL 1 tai PL b i /t i 35 ja h i /t i 35 0,5 mutta h i /t i,0 35 ja PL 1 tai PL 35 ja PL 1 tai PL g/b 0 0,5(1-β), mutta 1,5(1-β) 1) g t 1 +t b i /b 0 0,5 PL 1 PL 1 tai PL λ ov 5%, mutta λ ov 100% ) d i /b 0 0,4 mutta 0,8 PL 1 d i /t i 50 kuten llä olevassa on esitett, mutta b i korvataan d i sekä d j korvataan b j 1) jos g/b 0 > 1,5(1-β) ja g/b 0 > t 1 +t liitos mitoitetaan kuten kaksi erillistä T tai Y liitosta ) Limitstä voidaan kasvattaa, jotta limitetn uumasauvan reuna voidaan hitsata paarresauvaan. Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen kun d id 0-t 0 f 1 sinθ 0 i i, Rd t0π di / 3 sin θi f t d 0 0 1 1 3sinθ1 ip, 1, Rd / 3 4 sin θ1 f t d 0 0 1 3 sinθ1 op, 1, Rd / 3 4 sin θ1 5 5 5 Parametrit: d d 1 β, 0 d t 0, 0 n 0 (puristuskuormitus) : k 0,3n (1 n ), mutta 1, 0 p p 1 p p k p n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 p σ np f p, Ed 1 0 5 k p 108 109
Taulukko 7..10.6. X-liitos Parametrit: b 1 β, b0 hi η, b 0 σ n f n 0 (puristuskuormitus) : 0, Ed 1 0 5 0, 4n k n 1,3, mutta k n 1, 0 β n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 b 10 f t k n 0 0 eff bi, mutta eff bi bo / t0 fiti Vetokuormitus : fb f 0 10 b, be, p bi, mutta be, p bi b / t o 0 Puristuskuormitus : f b 0,8 χf 0 sinθ, missä nurjahduskestävden pienennstekijä χ i β < 0,85 Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen k f t n 0 0 η i, Rd 4 1 β / (1 β)sinθ 1 sinθ 1 1 η ip, 1, Rd knf 0t0h1 / 5 η 1 β 1 β 5 h 0 1 t 0 sinθi lasketaan E 1993-1-1 mukaisesti, kun λ 3,46 E π f 0 1 h 1 β 1 β β > 0,85 Vauriomuoto : Uumasauvan murtuminen b b (1 β) 1 β 0 1 op, 1, Rd knf 0t0 / i, Rd fit i ( hi 4ti beff ) / 5 W pl,1 1 beff / b1b 1h1 t1 5 W pl,1 0,51 beff / b1 b1 t1 5 ip, 1, Rd f1 / op, 1, Rd f1 / 5 Vauriomuoto : paarteen sivun murtuminen h1 5t 0 5 ip, 1, Rd 0,5 0,8 f 0t0 / h1 5t 0 5 op, 1, Rd 0,8 f 0t0( b0 t0 ) / β = 1,0 Vauriomuoto : Paarteen sivun loahtaminen f t h b 0 i i, Rd 10t0 / sinθ i sinθ 1 5 0,85 β (1 1 / ) Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen f t h 0 0 i i, Rd be, p / 3 sinθ sinθ 1 1 5 110 111
Taulukko 7..10.7. T ja Y liitos Parametrit: b b 1 β, 0 hi η, b 0 σ n f n 0 (puristuskuormitus) : 0, Ed 1 0 5 0, 4n k n 1,3, mutta k n 1, 0 β n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 b 10 f t k n 0 0 eff bi, mutta eff bi bo / t0 fiti 10 b, be, p bi, mutta be, p bi b / t o 0 β <0,85 Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen k f t n 0 0 η i, Rd 4 1 β / (1 β)sinθ 1 sinθ 1 1 η ip, 1, Rd knf 0t0h1 / 1 β 5 η 1 β 5 Vetokuormitus : fb f 0 Puristuskuormitus : f b χf 0 lasketaan E 1993-1-1 mukaisesti, kun sinθ, missä nurjahduskestävden pienennstekijä χ i h 0 1 t 0 sinθi λ 3,46 π E / f 0 1 h 1 β 1 β β >0,85 Vauriomuoto : Uumasauvan murtuminen b b (1 β) 1 β 0 1 op, 1, Rd knf 0t0 / i, Rd fit i ( hi 4ti beff ) / 5 W pl,1 1 beff / b1b 1h1 t1 5 W pl,1 0,51 beff / b1 b1 t1 5 ip, 1, Rd f1 / op, 1, Rd f1 / 5 Vauriomuoto : Paarteen sivun murtuminen h1 5t 0 5 ip, 1, Rd 0,5 f 0t0 / h1 5t 0 5 op, 1, Rd f 0t0( b0 t0 ) / β =1,0 Vauriomuoto : Paarteen sivun loahtaminen f t h b 0 i i, Rd 10t 0 / sinθ i sinθ 1 5 0,85 β (1-1/) Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen f t h 0 0 i i, Rd be, p / 3 sinθ sinθ 1 1 5 Vauriomuoto : Paarresauvan poikkileikkauksen vinoutuminen op, 1, Rd f 0t0( h1t 0 b0h0t 0( b0 h0 ) ) / 5 11 113
Taulukko 7..10.8. K ja liitos Taulukko 7..10.9. Hitsatut polviliitokset Vauriomuoto : Paarteen pinnan murtuminen 8,9k f t n 0 0 b1 b h1 h i, Rd / sinθ 1 4b 0 5 Liittvät profiilit valitaan siten, että ne tättävät poikkileikkausluokan 1 vaatimuksen puristuskuormalla Ed Ed ja κ Ed 0, pl, Rd pl, Rd pl, Rd Vauriomuoto : Uumasauvan murtuminen Vauriomuoto : paarteen leikkautuminen i, Rd fiti ( hi 4ti bi beff ) / 5 Jos θ 90 0 : 3 κ b0 / h0 0,8 b / t 1 b0 / h0 0 0 1 f A 0 v i, Rd / 3 sinθ β (1 1/) Vauriomuoto : Paarteen lävistsleikkautuminen i 5 0 0 0 Jos 90 θ 180 : κ ( cos( θ /))(1 κ ), missä κ κ( θ 90 ) Poikittainen välilev 1 90 90 f t h 0 0 i i, Rd bi be, p / 3 sinθ sinθ 1 1 5 Parametrit: σ n f 0, Ed 1 0 5 n 0 (puristuskuormitus) : 0, 4n k n 1,3, mutta k p 1, 0 β n 0 (vetokuormitus) : 1, 0 b 10 f t k p 0 0 eff bi, mutta eff bi bo / t0 fiti A v ( h t ; α 0 αb0 ) 0 10 b, be, p bi, mutta be, p bi b / t 1 4g 1 3t 0 o 0 t p 1, 5t ja 10 Ed pl, Rd Ed pl, Rd 1,0 114 115
7..11 Siirtmien laskennasta Ruostumattomien terästen epälineaarinen jännits-venmä-htes otetaan huomioon taipumien määritksessä. Kättörajatilassa ksittäisen palkin siirtmä lasketaan kättäen materiaalin kiomodulin E arvona ko jännitstä vastaavaa sekanttimodulin Es arvoa. Sekanttimodulin arvo kättörajatilaa vastaavalle jännitkselle Es,ser voidaan määrittää : E s, ser ( E ) s,1 E s, (7..11.1) missä: Es,1 on vedetn laipan jännitstä σ1 vastaava sekanttimoduli; Es, on puristetun laipan jännitstä σ vastaava sekanttimoduli. Sekanttimodulien E s,1 ja E s, arvot kättötilan jännitkselle σ i,ed,ser lasketaan kaavasta: E E s, i (7..11.) n E i,ed,ser 1 0 00 σ +, σ i,ed,ser f Kun jännitksen i,ed,ser arvot valitaan vastaamaan kättörajatilan maksimijännitstä, niin sekanttimodulin Es,i arvo saavuttaa miniminsä. Jännitksen i,ed,ser arvot voidaan määrittää tehollisina jännitksinä kuormitustapauksittain nelikulmaisille ja pöreille profiileille/11th Int. Specialt conference on cold-formed steel structures 199/. 7.3 Rakenneputkesta valmistettavan rakenteen mitoitus palotilanteessa Ruostumattomasta teräksestä valmistetun rakenteen palomitoituksen perusteet on esitett standardissa SFS E 1993-1- sekä Euroinox ohjeessa Käsikirja-ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa 006. Standardin SFS E 1993-1-4 htedessä tulee kättää palomitoituksessa standardin SFS E 1993-1- mukaisia ohjeita. Tässä hteenvedossa esitetään SFS E 1993-1- mukainen menettel. Eroina näissä kahdesta eri lähteestä otetulla ohjeilla on Euroinox-käsikirjan mukaisesti voidaan kättää voimakkaasti muokattujen austeniittisten ruostumattomien terästen kohonneita mötö- ja murtolujuuden arvoja mitoitusperustana lujuusluokkaan CP 500. Puristetun sekä puristetun ja taivutetun sauvan mitoituksessa mitoituslujuutena Euroinox-käsikirjan mukaisesti kätetään materiaalin lämpötilasta riippuvaa mötölujuuden arvoa. Erona muiden metallien kättätmiseen palonaikaisissa lämpötiloissa on ruostumattoman teräksen mekaaniset ominaisuudet; kiomoduli ja mötölujuus. ämä säilttävät arvonsa varsin hvin aina 30 minuutin paloa vastaaviin lämpötiloihin asti. Ruostumattomalla teräksellä mötölujuuden säilminen on riippuvainen materiaalin seostuksesta, näin ollen siis valitusta ruostumattomasta teräslajista. On huomoitava, että RST-rakenteen palotilanteen mitoituksessa mötölujuutena kätetään 0,%-psvää venmää vastaavan lujuuden f0,p,θ sijasta mötölujuutta f,θ. Tehollinen jännits määritetään kaavasta: max σe kσ (7..11.3) W e Palotilan lämpötilan nousua on kuvattu ISO 834 mukaisella mallilla. Tässä kappaleessa esitetään kuuden leisiän materiaalin mekaaniset arvot lämpötilan funktiona, teräksen palonaikaisen lämpötilan laskenta suojaamattomalle teräkselle, rakenteiden mitoitus sekä muutama mitoitusesimerkki. missä: max palkin maksimimomentti kättörajatilassa We on poikkileikkauksen kioteorian mukainen poikkileikkauksen taivutusvastus kerroin kσ valitaan rakenteen ja profiilin poikkileikkauksen perusteella Yksiaukkoiselle pistekuormalla rasitetulle rakenteelle kσ = ₃ nelikulmaisille rakenneputkille kσ = ¾ pöreille rakenneputkille Jatkuvalla rakenteelle kσ = ½ nelikulmaisille ja pöreille profiileille 7.3.1 ateriaaliominaisuudet sekä teräksen palonaikaisen lämpötilan laskenta SFS E 1993-1- mukaisesti Seuraavissa kohdissa on esitett taulukoituina tpillisimpien rakentamisessa kätettävien ruostumattomien terästen mekaaniset ominaisuudet ja menetelmä rakenteen mitoituslujuuden määrittämiseksi sekä teräksen palonaikaisen lämpötilan laskenta ja siinä tarvittavien parametrien arvot. 116 117
7.3.1.1 ekaaniset ominaisuudet; mötölujuus ja murtolujuus Ruostumattomien terästen mötö- ja murtolujuuden arvot pienenevät lämpötilan kasvaessa. Taulukoissa 7.3.1.1-7.3.1.3 on esitett leisimpien ruostumattomien terästen 0,%-lujuuden ja murtolujuuden arvojen lämpötilasta riippuvien reduktiotekijöiden (k0,p,θ ja ku,θ) arvot. Lisäksi taulukossa on esitett tekijän k%,θ lämpötilasta riippuvat arvot. Tekijää k%,θ kätetään laskettaessa ruostumattoman teräksen mitoituslujuus, tehollinen mötölujuus, tutkittavassa lämpötilassa (kohta 7.3.1.3) Taulukko 7.3.1.1. Austeniittisten terästen E 1.4301, E 1.4401, E1.4404 ja E 1.4571 mekaanisten arvojen riippuvuus lämpötilasta. Taulukko 7.3.1.. Duplex 1.446 teräksen mekaanisten arvojen riippuvuus lämpötilasta Teräslaji 1.446 Teräksen lämpötila θ a k 0,p,θ k u,θ k %,θ 0 1 1 0,35 100 0,91 0,93 0,35 00 0,8 0,85 0,3 300 0,75 0,83 0,3 400 0,7 0,8 0,8 500 0,65 0,71 0,3 Taulukko 7.3.1.3 Ferriittisen 1.4003 teräksen mekaanisten arvojen riippuvuus lämpötilasta. Teräslaji 1.4003 Teräksen lämpötila θ a k 0,p,θ k u,θ k %,θ 0 1 1 0,37 100 1 0,94 0,37 00 1 0,88 0,37 300 0,98 0,86 0,37 400 0,91 0,83 0,4 500 0,8 0,81 0,4 600 0,56 0,57 0,33 600 0,45 0,4 0,45 Teräslaji 1.4301 Teräslaji 1.4401 ja 1.4404 700 0,37 0,38 0,4 700 0,19 0,1 0,46 Teräksen lämpötila θ a k 0,p,θ k u,θ k %,θ 0 1 1 0,6 100 0,8 0,87 0,4 00 0,68 0,77 0,19 300 0,64 0,73 0,19 Teräksen lämpötila θ a k 0,p,θ k u,θ k %,θ 0 1 1 0,4 100 0,88 0,93 0,4 00 0,76 0,87 0,4 300 0,71 0,84 0,4 800 0,6 0,9 0,41 900 0,1 0,1 0,45 1000 0,03 0,04 0,47 1000 0,015 0,0 0,47 100 0 0 0,47 800 0,13 0,1 0,47 900 0,1 0,11 0,47 1000 0,07 0,09 0,47 1000 0,035 0,045 0,47 100 0 0 0,47 400 0,6 0,7 0,19 400 0,66 0,83 0,1 500 0,54 0,67 0,19 500 0,63 0,79 0, 600 0,49 0,58 0, 600 0,61 0,7 0,19 700 0,4 0,43 0,6 700 0,51 0,55 0,4 800 0,7 0,7 0,35 800 0,4 0,34 0,35 900 0,14 0,15 0,38 1000 0,06 0,07 0,4 1000 0,03 0,03 0,4 100 0 0 0,4 900 0,19 0,18 0,38 1000 0,1 0,09 0,4 1000 0,05 0,04 0,4 100 0 0 0,4 7.3.1. Kiomoduli Kaikilla ruostumattomilla teräksillä kiomodulin arvo pienenee samalla tavoin lämpötilan kasvaessa. Reduktiotekijän arvo lämpötila funktiona on annettu taulukossa 7.3.1.4. Taulukko 7.3.1.4. Ruostumattomien teräksien kiomodulin reduktiotekijän k E,θ arvon riippuvuus lämpötilasta. Teräksen lämpötila θ a k E,θ 0 1 Teräslaji 1.4571 Teräksen lämpötila θ a k 0,p,θ k u,θ k %,θ 0 1 1 0,5 100 0,89 0,88 0,5 00 0,83 0,81 0,5 300 0,77 0,8 0,4 400 0,7 0,8 0, 500 0,69 0,77 0,1 600 0,66 0,71 0,1 700 0,59 0,57 0,5 800 0,5 0,38 0,35 900 0,8 0, 0,38 Tarkasteltavassa lämpötilassa materiaalin kiomodulin arvo saadaan kertomalla kiodulin huoneenlämpötila-arvo taulukon 7.3.1.4 mukaisella tarkasteltavaa lämpötilaa vastaavalla reduktiotekijällä k E,θ. Kiomodulin huoneenlämpötila-arvot ovat: E1.4301, E1.4401, E1.4404, E1.4571 ja E1.446 materiaaleille 00 000 /. E1.4003 materiaalille 0 000 /. 100 0,96 00 0,9 300 0,88 400 0,84 500 0,8 600 0,76 700 0,71 800 0,63 900 0,45 1000 0, 1000 0,1 100 0 1000 0,15 0,11 0,4 1000 0,075 0,055 0,4 100 0 0 0,4 118 119
7.3.1.3 ateriaalin mitoituslujuus (tehollinen mötölujuus) Ruostumattoman teräksen tehollinen mötölujuus f,θ tarkasteltavassa lämpötilassa määritetään kaavalla:, θ 0,p, θ %, θ( u, θ 0,p, θ f f k f f ) (7.3.1.1) missä: f0,p,θ on materiaalin 0,%-lujuus tarkasteltavassa lämpötilassa. Suureen arvo lasketaan kertomalla 0,%-lujuuden huoneenlämpötila-arvo taulukoiden 7.3.1.1-7.3.1.3 0,%-lujuuden reduktiotekijällä k0,p,θ. k%,θ on korjaustekijä mötölujuuden määrittämiseksi tarkasteltavassa lämpötilassa. Suureen arvo saadaan taulukoista7.3.1.1-7.3.1.3. fu,θ on vetomurtolujuus tarkasteltavassa lämpötilassa. Suureen arvo lasketaan kertomalla murtolujuuden huoneenlämpötila-arvo taulukoiden 7.3.1.1-7.3.1.3 murtolujuuden reduktiokertoimella ku,θ. Kuva 7.3.1.1. ateriaalien mitoituslujuuden suhde huoneenlämpötilan mötölujuuteen (0,%-lujuus) lämpötilan funktiona. itoituslujuuden (tehollisen mötölujuuden) reduktiotekijä k,θ on laskettu taulukon 7.3.1.5 sekä kappaleen alussa annettujen huoneenlämpötilan mekaanisten arvojen avulla. Taulukkoon 7.3.1.5 on laskettu materiaalien mitoituslujuuden arvot sekä kiomodulin arvo lämpötilan funktiona. ateriaalien huoneenlämpötila-arvoina on kätett E1.4301: f=30/, fu=540/, E=00 000/. E1.4401 ja 1.4404: f=40/, fu=530/, E=00 000/. E1.4571: f=40/, fu=540/, E=00 000/. E1.446 : f=480/, fu=660/, E=00 000/. E1.4003 : f=80/, fu=450/, E=0 000/. Taulukko 7.3.1.5. ateriaalin mitoituslujuuden (tehollinen mötölujuus) f sekä kiodulin E arvot palonaikaisissa korkeissa lämpötiloissa. E1.4401 Teräksen E1.4301 E1.4404 E1.4571 E1.4003 E1.446 E1.4003 uut lämpötila θ a f,θ f,θ f,θ f,θ f,θ E [/ ] E[/ ] 0 311 310 315 343 543 0000 00000 100 56 79 79 333 499 1100 19000 00 06 49 59 33 441 0400 184000 300 194 36 44 316 416 193600 176000 400 186 18 30 305 400 184800 168000 500 169 05 18 80 359 176000 160000 600 157 191 06 154 304 16700 15000 700 18 163 183 7 07 15600 14000 800 91 15 150 45 15 138600 16000 900 51 65 87 38 6 99000 90000 1000 3 33 45 9 0 44000 40000 1000 11 16 3 15 10 000 0000 Taulukko 7.3.1.6. Teräksen mitoituslujuuden (tehollisen mötölujuuden) reduktiotekijän k,θ sekä kiodulin reduktiotekijän k E,θ arvot teräslaaduille. Teräksen E1.4401 kaikki rstmateriaalit lämpötila θ a E1.4301 E1.4404 E1.4571 E1.4003 E1.446 0 1,34 1,9 1,31 1, 1,13 1 100 0 0 0 0 0 0 0 10 11 k,θ 100 1,10 1,16 1,16 1,19 1,04 0,96 00 0,89 1,04 1,08 1,15 0,9 0,9 300 0,84 0,98 1,0 1,13 0,87 0,88 400 0,80 0,91 0,96 1,09 0,83 0,84 500 0,73 0,85 0,91 1,00 0,75 0,8 600 0,68 0,80 0,86 0,55 0,63 0,76 700 0,55 0,68 0,76 0,6 0,43 0,71 800 0,39 0,5 0,6 0,16 0,3 0,63 900 0, 0,7 0,36 0,14 0,13 0,45 1000 0,10 0,14 0,19 0,11 0,04 0, 1100 0,05 0,07 0,09 0,05 0,0 0,1 100 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 k E,θ
7.3. ateriaalin termiset ominaisuudet 7.3..1 Tihes ρa Teräksen tihes ρa palotilanteen läönnousua laskettaessa on ρa= 7850 kg/m 3 7.3.. Ominaislämpökapasiteetti ca Teräksen ominaislämpökapasiteetti ca lasketaan seuraavasti: 4 7 3 c a 450 0,80 θa,9110 θa 1,34 10 θa J / kgk 7.3.3 Ruostumattoman teräksen läön kehittminen palotilanteessa (7.3..1) joissa: Kuljettumisen läönsiirtmiskerroin, kun kätetään standardipalon lämpötila-aikakärää αc = 5 W/m K φ on näkvskerroin, kätetään arvoa 1,0 ε m on rakenneosan pinnan säteilkerroin - SFS E 1993-1- ruostumattomalle teräkselle 0,4 ε f on liekkien säteilkerroin, kätetään arvoa 1,0 σ on Stefan Boltzmannin vakio [5,67 10-8 W/m K 4 ] Θg on rakenneputkea mpäröivän palokaasun lämpötila nimellisen palo-aikakärän mukaan [ 0 C] Θm on rakenneputken poikkileikkauksen lämpötila, jonka oletetaan olevan vakio ajanhetkellä [ 0 C] Θr on rakenneosan mpäristön säteillämpötila [ 0 C] Kuljettumisen läönsiirtokertoimen arvona kaikissa määritksissä on kätett 5W/m K. 7.3.3.1 Teräksen läönkehittminen palon aikana 7.3.3. Teräksen lämpötilan laskenta ISO 834 mukaiselle palolle Suojaamattoman sisällä olevan teräsrakenteen lämpötilan kehittminen lasketaan standardin SFS E 1993-1- mukaisesti kaavasta : θ A / V t (7.3.3.1). a, t m K sh c aρa hnet Taulukkoon 7..7 on laskettu 3, 4, 5, 6, 8, 10, 1 ja 14, paksuisen materiaalin lämpeneminen kättäen rakenneosan pinnan säteilkertoimelle arvoja 0, ja 0,4 10 minuutin, 15 minuutin ja 30 minuutin palolle, kun palotilan lämpötila määritetään ISO834-kärän mukaisesti. missä: ettolämpövuo Ksh on varjostusvaikutuksen korjaustekijä, jonka arvo pöreille ja suorakaiteen muotoisille putkipalkeille on 1,0. Am / V on suojaamattoman terässauvan poikkileikkaustekijä hnet on pinta-alan ksikköä kohden laskettu nettolämpövuo [W/m ] t on laskennan aika-askelen väli [s]. Laskennan aika-askel väli tulee olla 5 sekuntia tai väheän. h net lasketaan kaavasta (E 1991-1-): h net hnet, c hnet, r missä: kuljettumalla siirtvä lämpövuon osa määritellään net h, c α (Θ Θ )[ W / m K ] c g m Taulukko 7.3.3.1. Teräksen lämpötilan nousu materiaalin paksuuden, ajan sekä pinnan emissiivisden funktiona. ateriaalin pinnan emissiivisden εmarvo 0,4 vastaa SFS E 1993-1- menettelä. Arvo 0, on määritett laboratoriokokeissa /VTT, TTY/ T [ C] 10 min 15min 30 min t / ε m 0, 0,4 0, 0,4 0, 0,4 3 56 595 674 713 833 840 4 458 538 65 688 83 834 5 403 485 574 657 811 830 6 359 437 57 61 795 85 8 96 365 450 549 753 811 10 51 31 390 485 704 789 1 19 78 345 433 655 761 14, 193 39 304 386 60 73 säteilemällä siirtvä lämpövuon osa määritellään h net 4 4, r φ ε ε σ [(Θ 73) (Θ 73) ][ W / m K ] m f r m 1 13
7.3.4. Ruostumattomasta teräksestä valmistettavan rakenteen palotilanteen mitoitus Kohdissa 7..3.1-7..3.4 esitettjä suureita : k, θ on tehollisen mötörajanreduktiotekijä, taulukko 7.3.1.6 ja kuva7.3.1.3. 0 on materiaalin osavarmuuskerroin huoneenlämpötilamitoituksessa, suositeltava arvo 1,1., fi on materiaalin osavarmuuskerroin palotilanteen mitoituksessa, suositeltava arvo 1,0 Poikkileikkausluokkana ruostumattomille rakenneputkille suositellaan palotilanteessa kätettäväksi huoneenlämpötilamitoituksessa määritettä poikkileikkausluokkaa /Käsikirja- Ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, Euro Inox, 006/. Ruostumattomille teräksille termi poikkileikkausluokkien raja-arvojen määrittämiseen kätettävän tekijän ε arvo huoneenlämpötilassa määritetään kaavalla (esitett kohdassa 7..): ε 35 E f 10000 Kun llä olevan kaavan mukaisesti tekijän ε arvot lasketaan palotilannetta vastaavissa lämpötiloissa asettamalla kiomodulin E ja mötölujuuden f arvoiksi kseessä olevaa lämpötilaa vastaavat arvot, saadaan: k 35 E, θ E, θ εθ ε 0 0 C k, θ f 10000 k, θ Hiiliteräksille neliöjuurilauseen E k f E, θ, θ k arvoksi on annettu lämpötilasta riippumaton arvo 0,85 /SFS E 1993-1-/. Kun ruostumattomien terästen kiomodulin ja mötölujuuden ke,θ ja f0,p, θ reduktiokertoimien arvot sijoitetaan lämpötilan funktiona neliöjuurilausekkeeseen, saadaan tekijän εθ arvoksi austeniittisilla ja duplex-teräslajeilla suurempi arvo kuin huoneenlämpötilassa /J. Kouhi, 008/. Tämän perusteella neliöjuurilauseen arvoksi suositellaan arvoa 1,0, tarkoittaen, että palotilanteen poikkileikkausluokitus ruostumattomille teräksille on sama kuin huoneenlämpötilamitoituksessa. 7.3.4.1 Aksiaalisesti vedett sauvat Kun poikkileikkauksen lämpötilajakauma θa on tasainen, saadaan kestävden mitoitusarvo: 7.3.4. Taivutetut sauvat fi, θ, Rd k, θrd,0 /, fi (7.3.4.) missä: Poikkileikkausluokan 1 ja taivutetuille sauvoille: Rd on poikkileikkauksen plastisuusteoriaan perustuva mitoituskestävs pl,rd huoneenlämpötilassa SFS E 1993-1-4 mukaisesti. Poikkileikkausluokan 3 taivutetuille sauvoille: rd on poikkileikkauksen kioteoriaan perustuva mitoituskestävs el,rd huoneenlämpötilassa SFS E 1993-1-4 mukaisesti. Poikkileikkausluokan 4 taivutetuille sauvoille: rd on poikkileikkauksen tehollinen mitoituskestävs eff,rd huoneenlämpötilassa SFS E 1993-1-4 mukaisesti. k,θ arvon sijasta kätetään arvoa k0,p,θ taulukoista 7.3.1.1-7.3.1.3. 7.3.4.3 Aksiaalisesti puristetut sauvat, poikkileikkausluokat 1, ja 3. Puristetun sauvan nurjahduskestävs ajanhetkellä t lasketaan: b, fi, t, Rd χ fi Ak, θf /, fi (7.3.4.3) missä: χ on taivutusnurjahduksen pienennstekijä palomitoitustilanteessa. fi Arvo lasketaan: 1 χ (7.3.4.4) φ fi θ φ θ θ φ λθ 0,5 1 α λθ λθ missä α 0,65 35/f uunnettu hoikkuus tarkasteltavassa lämpötilassa lasketaan : λ θ λ k, θ / ke, θ (7.3.4.5) Termien k,θ ja ke,θ arvot on esitett taulukoissa 7.3.1.4 ja 7.3.1.6 sekä neliöjuuritermin arvot taulukossa 7.3.4.1. fi, θ, Rd k, θrd,0 /, fi (7.3.4.1) missä: Huoneenlämpötilan muunnettu hoikkuus lasketaan missä: Rd on poikkileikkauksen mitoituskestävs huoneenlämpötilassa A f L f cr 1 λ SFS E 1993-1-4 mukaisesti cr i π E 14 15
Ohjeita pilarin nurjahduspituuden valintaan palotilanteessa on annettu SFS-E 1993-1-, kohta 4..3.. 7.3.4.4 Taivutetut ja aksiaalisesti puristetut sauvat Poikkileikkausluokkiin 1 ja kuuluvat sauvat : Kaava (7.3.4.3) eroaa EuroInox käsikirjan 006 kaavasta, jossa palotilanteen mitoituslujuutena kätetään tarkasteltavaa lämpötilaa vastaavaa 0,%-lujuuden arvoa. Euro Inoxkäsikirjan 006 kaavassa termi φθ määritetään kuten huoneenlämpötilassa. χ min fi, Ed Ak, θ f, fi k W pl, k, fi, Ed, θ f, fi k W z pl, z k z, fi, Ed z, θ f, fi 1 (7.3.4.6) Taulukko7.3.4.1. Kaavassa (7.3.4.5) tarvittavan apusuureen teräslaaduille lämpötilan funktiona. E1.4401 k θ ke, θ, / lasketut arvot ruostumattomille Teräksen lämpötila θ a E1.4301 E1.4404 E1.4571 E1.4003 E1.446 0 1,16 1,14 1,15 1,11 1,06 100 1,07 1,10 1,10 1,11 1,04 00 0,98 1,06 1,08 1,1 1,00 300 0,98 1,06 1,08 1,13 0,99 400 0,98 1,04 1,07 1,14 1,00 500 0,96 1,03 1,07 1,1 0,97 600 0,94 1,0 1,06 0,85 0,91 700 0,88 0,98 1,04 0,60 0,78 800 0,79 0,91 1,00 0,50 0,71 900 0,70 0,77 0,90 0,55 0,54 1000 0,71 0,84 0,97 0,7 0,46 1100 0,68 0,81 0,97 0,7 0,46 Poikkileikkausluokkaan 3 kuuluvat sauvat: χ min fi, Ed Ak, θ f, fi k W el, k, fi, Ed, θ f missä termi k ja kz määritetään k 1,0 χ, fi μ Ak fi, Ed, θ f, fi 3, fi k W (,, z el, z k z, fi, Ed z, θ f, fi 1 μ β 5) λ, θ 0,44β 0,9 0,8 ja λ, θ 1, 1 sekä k z z 1,0 χ z, fi z μ z Ak fi, Ed, θ f, fi 3 μ ( 1. β, 3) λz, θ 0.71β, 0.9 0.8 z (7.3.4.7) termit β, ja β, z riippuvat sauvan päiden momenteista sekä momentin jakautumisesta päiden välillä. Eri tapauksille termin määrittäminen on annettu SFS-SFS E 1993-1-. 16 17
Taulukko 7.3.4.3. 7.3.4.. Ekvivalentin tasaisen momentin tekijät. omenttikuvio Ekvivalentin tasaisen momentin tekijä β w 8. Esimerkit Päätmomentit 1 ψ 1 ψ1 1 Lateraalikuormituksen aiheuttamat momentit β, w 1,8 7 β, Q 1,3 0, ψ Esimerkeissä 8. ja 8.3 laskennan perustietoina on kätett Euro Inox Käsikirja - Ruostumattomien terästen kättö kantavissa rakenteissa, esimerkin 13 Stainless steel lattice girder made of hollow sections voimasuureita. Esimerkeissä materiaalin minimipaksuutena kätetään 3, joka tättää minimipaksuus vaatimuksen,5 ristikoiden nurkkaliitoksien mitoittamiseksi [SFS E 1993-1-8]. 8.1 Esimerkki 1: Ruostumattoman rakenteen lämpötilan sekä mekaanisen lujuuden määrittäminen, kun palo noudattaa ISO 834-mallia Q Lateraalikuormien sekä päätmomenttien aiheuttama momentti β, Q 1,4 Q β β, ψ β, Q β, ψ Lähtötiedot: Putkipalkki 00x00x8 Am/V = 1/t = 1000/8 = 15 Pinnanlaatu kuumavalssattu, εm = 0,4 Tihes 7850 kg/m 3 Kuljettumisen läönsiirtmiskerroin 5 W/mK Teräksen lämpötilan laskenta kohdan 7.3.3 mukaisesti θ A / V t (7.3.3.1). a, t m K sh caρa hnet Q max vain lateraalikuormituksesta Aika Teräksen lämpötila 10 min 365 C 15 min 549 C 30 min 811 C 45 min 891 C 60 min 938 C omenttikuviot, kun momentin merkki ei muutu: max omenttikuviot, kun momentin merkki muuttuu: max min ateriaalin mekaaninen kestävs, kun profiilin paksuus t=8, llä määritellissä lämpötiloissa: Aika [min] ƒ,θ [/ ] 1.4301 1.4404 1.4571 1.4003 1.446 E [/ ] ƒ,θ [/ ] E [/ ] ƒ,θ [/ ] E [/ ] ƒ,θ [/ ] E [/ ] ƒ,θ [/ ] E [/ ] 10 187 170800 4 170800 35 170800 309 187880 406 170800 15 16 156080 198 156080 1 156080 19 171688 33 156080 30 86 1040 119 1040 143 1040 44 13444 14 1040 45 51 91080 66 91080 89 91080 38 100188 65 91080 60 6 45000 37 45000 50 45000 30 49500 4 45000 18 19
8. Esimerkki : Vedetn sauvan mitoitus Palonkestovaatimuksena rakenteella on 30 minuuttia. Vetosauvaksi valitaan sekä pöreäettä suorakaideprofiili ja lisäksi tarkastellaan materiaalit 1.4301 ja 1.4571. Huoneenlämpötilassa sauvan aksiaalinen vetovoima Palotilanteessa sauvan aksiaalinen vetovoima Huoneenlämpötilamitoitus: pl Af 0 t, Ed t, Ed = 14 k t, fi, Ed = 47 k Profiilien kestävdet 30 minuutin palon kohdalla ovat 1.4301 1.4571 50x50x4 5,75 k 88,40 k 76,1x3,0 50,71 k 85,98 k ateriaalista 1.4301 valmistetut profiilit riittävät kantamaan vedettn sauvaan kohdistuvan kuorman. Kättöaste palotilanteen mitoituksessa on 1.4301 materiaalille n. 90% ja materiaalille 1.4571 n. 53%. Kättöaste huoneenlämpötilamitoituksessa on li 95% kuallekin materiaalille. Tarvittava poikkileikkauksen pinta-ala: A / f = 14000*1,1 / 30 / = 680 t, Ed 0 50x50x4, A = 695, metripaino 5,95 kg/m, pl = 145,31k 1.4301 pl = 151,63k 1.4571 76,1*3, A = 689, metripaino 5,49kg/m, pl = 144,06k 1.4301 pl = 150,3k 1.4571 Palotilanteen mitoitus: ääritetään 30 minuutin paloa vastaavat teräksen lämpötilat kaavalla (7.3.3.1) 50x50x4 teräksen lämpötila 834 C 76,1x3 teräksen lämpötila 840 C Tehollinen mötölujuus tarkasteltavissa lämpötiloissa, kaava (7.3.1.1) ja taulukko (7.3.1.5) Lämpötila ateriaali 834 C 840 C 1.4301 77 / 74 / 1.4571 18 / 15 / Vetosauvan kestävs, kaava (7.3.3.): k fi, θ, Rd, θ Rd 0, fi Tehollisen mötölujuuden pienennskerroin k,θ määritetään taulukosta 7.3.1.6 tai lasketaan seuraavasti Lämpötila ateriaali 834 C 840 C 1.4301 77/30=0,33 74/30=0,3 1.4571 18/40=0,53 15/40=0,5 8.3 Esimerkki 3: Puristetun sauvan mitoitus Tarkastellaan teräsristikon puristetun diagonaalisauvan valinta, kun palonkestovaatimuksena on 15 minuuttia. Diagonaalin materiaalina voidaan kättää 1.4301, 1.4571 sekä 1.4003 materiaaleja. Puristussauvan pituus on 153, jota kätetään mös nurjahduspituutena. Huoneenlämpötilassa sauvan puristusvoima Palotilanteessa sauvan puristusvoima Valitaan profiilit huoneenlämpötilamitoituksen perusteella: Profiili c, Ed = -66 k c, fi, Ed = - k eliöprofiili: 1.4301, kokeillaan 50x50x3, A=541, i=19,0 1.4571, kokeillaan 50x50x3, A=541, i=19,0 1.4003, kokeillaan 50x50x3, A=541, i=19,0 Pöreä profiili: 1.4301, kokeillaan 48,3x3,, A=453, i=16,0 1.4571, kokeillaan 48,3x3,, A=453, i=16,0 urjahduskestävs (7..5.4): χ A f b, Rd /1,1 _, λ φ χ b Rd 50x50x3 1.4301 0,711 0,89 0,796 90,0 50x50x3 1.4571 0,77 0,844 0,784 9,6 50x50x3 1.4003 0,748 0,866 0,769 105,9 48,3x3, 1.4301 0,845 0,966 0,696 66,1 48,3x3, 1.4571 0,863 0,986 0,683 67,5 130 131
Palotilanne: Teräksen lämpötila 15 minuutin palon jälkeen on 713 C (Taulukko 7.3.3.1 ja kaava (7.3.3.1). Lämpötilassa 713 C mitoituksessa kätettävien parametrien arvot on annettu ao taulukossa. ateriaali k θ k E, θ, / α θ k, k E, θ 1.4301 0,87 0,657 0,53 0,699 1.4571 1,03 0,643 0,74 0,699 1.4003 0,59 0,595 0,5 0,699 Sauvan nurjahduskestävs b fi, t, Rd, lasketaan kaavalla (7.3.4.3), χ fi -kerroin kaavalla (7.3.3.5) ja muut tarvittavat parametrien arvot kohdan 7.3.4.3 mukaisesti. Profiili λ _ θ φθ χ fi b, fi, t, 50x50x3 1.4301 0,619 0,895 0,648 4,7 50x50x3 1.4571 0,748 1,01 0,58 55,9 50x50x3 1.4003 0,44 0,79 0,764 8,9 48,3x3, 1.4301 0,735 1,01 0,585 3,3 48,3x3, 1.4571 0,889 1,181 0,510 41,0 Rd 8.4 Esimerkki 4: Taivutetun sauvan mitoitus itoitetaan palkki 30 minuutin palolle, kun palkin päissä vaikuttaa momentti Ed = 55 km huoneenlämpötilakuormana sekä palotilanteessa momentti Efi,d = 7,5 km Valitaan profiilit huoneenlämpötila mitoituksen perusteella. Kokeillaan profiileja: 1.4301 00x100x8, Wpl = 67,6x1000 3, f = 30 / 1.4301 193,7x8, Wpl = 76,05x1000 3, f = 40 / 1.4571 00x100x8, Wpl = 67,6x1000 3, f = 30 / 1.4571 193,7x8, Wpl = 76,05x1000 3, f = 40 / Profiilit kuuluvat poikkileikkausluokkaan 1. W f c, Rd pl / 0 1.4301 00x100x8, c, Rd = 67,6x1000 3 x 30 / /1,1= 55,9 km 1.4301 193,7x8, c, Rd = 76,05x1000 3 x 30 / /1,1= 57,7 km 1.4571 00x100x8, c, Rd = 67,6x1000 3 x 40 / /1,1= 58,3 km 1.4571 193,7x8, c, Rd = 76,05x1000 3 x 40 / /1,1= 60, km Profiilit OK. Kaikki tarkastellut profiilit kestävät kuormitustilanteen. Austeniittisilla teräslajeilla 1.4301 sekä 1.4571 huoneenlämpötilamitoituksessa kätett alhainen mötölujuus edellttää isoan profiilin valinnan. 15 minuutin palolle profiilit ovat limitoitettuja. Austeniittisten teräslajien htedessä voidaan kättää 0,%-lujuutta 350/, joka vaikuttaa huomattavasti huoneenlämpötila-mitoituksen profiilin valintaan. Hödntämällä korkeaan mötölujuuden, profiilin koko voidaan pienentää ja arvioidaan saavutettavan lähes 30% materiaalin säästö. Ferriittisen profiilin kriittinen mitoitustilanne on palotilanne. Huoneenlämpötilassa pienempikin profiili riittäisi, mutta palon aikana materiaalin mekaaninen lujuus pienenee nopeain ja tämän seurauksena palotilanteen perusteella profiilikokoa joudutaaan suurentamaan. Tarkasteltujen profiilien kättöasteet huoneenlämpötilasekä palotilamitoituksessa. Profiili Huoneenlämpötila Palotilanne 15 min 50x50x3 1.4301 66 k / 90 k = 0,73 k / 4,7 k = 0,5 50x50x3 1.4571 66 k / 9,6 k = 0,71 k / 55,9 k = 0,39 50x50x3 1.4003 66 k / 105,9 k = 0,6 k / 8,9 k = 0,76 48,3x3, 1.4301 66 k / 66,1 k = 0,99 k / 3, k = 0,68 48,3x3, 1.4571 66 k / 67,5 k = 0,97 k / 41,1 k = 0,54 Palotilanteessa 8 :n materiaali saavuttaa 30 minuutin palon jälkeen lämpötilan 811 C. Tehollisen mötörajan pienennskerroin k, määritetään (taulukko 7.3.1.6) 1.4301 k, θ = 0,37 1.4571 k, θ = 0,59 Profiilien taivutuskestävs lasketaan palotilantessa: fi, θ, Rd k, θ 0 /, fi Rd, θ 1.4301 00x100x8, fi, θ Rd =,7 km 1.4301 193,7x8, fi, θ, Rd = 3,5 km 1.4571 00x100x8, fi, θ, Rd = 37,8 km 1.4571 193,7x8, fi, θ, Rd = 39,0 km (7.3.4.) Crio- haponkestävästä materiaalista 1.4571 valmistetut palkit toteuttavat vaaditun kestävden. Cri- ruostumattomasta materiaalista 1.4301 valmistettujen palkkien dimensioita tät kasvattaa taivutuskestävden kohottamiseksi. Kasvatetaan materiaalin 1.4301 profiilien dimensioita 13 133
10 :n materiaali saavuttaa 30 minuutin palon jälkeen lämpötilan 789 C, jolloin tehollisen mötölujuuden pienennskerroin k, = 0,41: θ 1.4301 00x100x10, c, Rd = 318,08x10003x30/1,1= 66,5km fi, θ, Rd = 0,41x66,5x1,1 = 9,9 km urjahduskestävs: Profiili _, λ φ χ b Rd 80x80x5 1.4301 0,545 0,684 0,910 73 k 80x80x5 1.4571 0,557 0,694 0,903 83 k c, Rd E1.4301 193,7x10, = 337,79x10003x30/1,1= 70,6 km fi, θ, Rd = 0,41x70,6x1,1= 31,8 km oleat profiilit OK. Taivutuskestävs : 80x80x5 1.4301 80x80x5 1.4571 pl, Rd = 8,30 km pl, Rd = 8,67 km 8.5 Esimerkki 5: Puristetun ja taivutetun sauvan mitoitus Ristikon puristettuun paarresauvaan vaikuttaa seuraavat voimat: Huoneenlämpötilassa c, Ed = -149,1 k max, =,15 km Ed Palotilanteessa c, fi, = -49, k Ed max, fi, = 0,73 km Ed omenttikuorma pitää sisällään ristikon nurkkaliitoksen epäkeskeisdestä aiheutuvan momentin. Palonkesto vaatimuksena on rakenteen kestävs 30 minuutin palolle. Huoneenlämpötilamitoitus: Yhteisvaikutus: omentin suurennuskerroin: _ k 1,0 λ 0,5 Ed b, Rd,, mutta 1, k 1, Ed b, Rd, k = 1,0 + (0,545-0,5) 149,1 k / 73 k = 1,049 1.4301 k = 1,0 + (0,557-0,5) 149,1 k / 83 k = 1,060 1.4571 Koska k < 1, valitaan moleille materiaaleilla k = 1,. 149,1,15 1, = 0,86 < 1,0 80x80x5 1.4301 OK. 73 8,30 149,1,15 1, = 0,8 < 1,0 80x80x5 1.4571 OK. 83 8,67 Palotilanteen mitoitus: 30 minuutin kohdalla 5:n materiaalin lämpötila on 830 C. Aksiaalisen puristusvoiman ja taivutusmomentin hteisvaikutus sauvan kestävteen tarkastellaan ao kaavalla (SFS E 1993-1-4):, Ed Ede Ed k 1,0 (, ) min,, / b Rd βw Wpl f 1 χ min, fi fi, Ed A k g, θ urjahduskestävs: f, fi k, fi, Ed, fi, θ, Rd 1,0 Kokeillaan profiilia 80x80x5 materiaaleina 1.4301 sekä 1.4571. Poikkileikkaussuureet: A = 1436 i = 30,3 Wpl = 39,74x1000 3 Lcr = 1536 ateriaali k θ k E, θ, / α θ k, k E, θ 1.4301 0,768 0,657 0,34 0,576 1.4571 0,977 0,643 0,55 0,576 Profiili λ _ χ θ φθ fi b, fi, t, Rd 80x80x5 1.4301 0,418 0,74 0,760 85,3 80x80x5 1.4571 0,544 0,8 0,69 131,1 134 135
Taivutuskestävs: Yhteisvaikutus: fi, θ, Rd k, θ 0 /, fi Rd 1.4301 80x80x5: 0,34 x [1,1/1,0] x 39,74 x 1000 3 x 30/ = 3,41 km 1.4571 80x80x5: 0,55 x [1,1/1,0] x 39,74 x 1000 3 x 40/ = 5,77 km Taivutusmomentin reduktiokeroin: k 1 χ, fi A k μ fi, Ed f / g 0,proof, θ, fi 3 μ 1,β 3) λ, θ 0,44β 0,9 0, 8 (,, ψ = -0,66 β, = 1,8-0,7x ψ =,466 μ = 1,35, valitaan 0,8 k = 0,539 1.4301 80x80x5 k = 0,699 1.4571 80x80x5 Sauvan kestävden tarkistus: 49, 0,73 0,539 = 0,69 < 1,0 E1.4301 80x80x5 85,3 3,41 8.6. Esimerkki 6 Lasketaan uudelleen esimerkin 8.4 taivutettu sauva kättäen materiaalina lujuusluokan CP350 rakenneputkea. itoituksessa kätetään 0,%-lujuuden arvona 350/. Kokeillaan profiilia 00x100x5 A =391 Wpl, = 181,37x1000 3 ƒ0, = 350 / Huoneenlämpötilassa: pl, Palotilanteessa: = 181,37x1000 3 x 350/ /1,1 /1000/1000= 57,75 km OK. Teräksen lämpötila 830 C 1.4301 k, θ = 0,34 1.4571 k, θ = 0,55 1.4301: pl, θ = 0,34 x 57,75 x [1,1/1,0] km = 1,6 km, ei riittävä 1.4571: pl, θ = 0,55 x 57,75 x [1,1/1,0] km = 34,3 km, OK 49, 0,73 0,699 = 0,46 < 1,0 E1.4571 80x80x5 131,1 5,77 Palotilanteessa materiaali 1.4301 toteuttaa vaaditun kestävden. ateriaalista 1.4571 valmistettu profiili on palotilanteessa limitoitettu. 136 137
9. Kustannustarkastelua 9.1 Hintakehits Ruostumat toman teräksen hintaan vaikuttaa voimakkaasti kätettjen seosaineiden, eritisesti nikkelin ja molbdeenin hinta. arkkinahinta (transaction price) muodostuu perushinnasta (base price) ja seosainelisästä (allo surcharge), kuva 9.1. Aikavälillä 1994 007 markkinahinta on vaihdellut ja voimakkaiin ajanjakson loppupuolella. onilla kulutustavaroilla suunniteltu kättöikä on alle 5 vuotta. Arvokkaailla tuotteilla, esimerkiksi kodinkoneilla ja henkilöautoilla, suunniteltu kättöikä on usein 5 15 vuotta. Pidempi-ikäisillä tuotteilla, kuten esimerkiksi hötajoneuvoilla, voidaan kättää 15 5 vuoden suunniteltua kättöikää. Rakennuksilla ja hteiskunnallisesti tärkeillä investoinneilla suunniteltu kättöikä on leensä 50 100 vuotta, joskus jopa li 100 vuotta (taulukko 9.1). Rakennuksen vaihdettaville tai edullisesti kunnostettaville osille, esimerkiksi vesikatteille, julkisivuille, oville ja ikkunoille, asetetaan usein lhempi, leensä noin 5 vuoden kättöikä. Siltojen kantavilla rakenteilla suunniteltu kättöikä on tavallisesti 100 vuotta, kannen vesieristksillä 0 40 vuotta, kaiteilla ja valaisinplväillä 30 50 vuotta. Satamalaitureilla ja rantamuureilla tavallinen suunniteltu kättöikä on 50 vuotta, mutta hteiskunnallisesti merkittävissä eritiskohteissa suunniteltu kättöikä voi olla li 100 vuotta (RIL 006). Elinkaaritarkastelussa kätettävä suunniteltu kättöikä määrät tuotteen omistajan, kättäjän tai valmistajan asettamien tavoitteiden perusteella. Kättöiän määrää joko vanhanaikaistuminen tai vaurioituminen. Vanhanaikaistuminen voi olla teknistä, toiminnallista, taloudellista tai ekologista vanhanaikaistumista. Taloudellinen vanhanaikaistuminen snt silloin, kun tuote on toiminnallisesti ja teknisesti kättökelpoinen, mutta kättö- ja huoltokustannuksiltaan uusia vaihtoehtoja kalliimpi siten, että uusinvestointi tulee kannattavaaksi. Ekologinen vanhanaikaistuminen on kseessä, kun tuotteen mpäristövaikutukset eivät enää vastaa hteiskunnan, kättäjän tai omistajan vaatimuksia. Kuva 9.1. Ruostumattoman teräslajin 1.4301 (AISI 304, klmävalssattu)hinnan kehits Saksan markkinoilla (lähde: Outokumpu/CRU,www.outokumpu.com / Vuosikertomus 007). Ikäluokka Suunniteltu kättöikä Luokkaan kuuluvat rakennustpit Luokkaan tpillisesti kuuluvat rakennusosat Tpillinen kättöiän määräävä peruste Hintojen vaihtelut perustuvat maailmantaloudessa esiintviin raaka-aineiden ja lopputuotteiden ksnnän muutoksiin. Putkituotteiden hintataso riippuu sekä tuote- Luokka 1 1-5 vuotta Väliaikaiset rakennukset (hvin harvinainen) Rakennuksen tietotekniset järjestelmät ja niiden osat. Lhtikäiset pinnoitteet. Vanhanaikaistuminen Vaurioituminen muodosta että dimensiosta. ös rakenneputken hinta suhteessa lähtömateriaalin hintaan vaihtelee eri ajankohtina. Hintataso on keskimäärin ollut noin 1.4 1.8-kertainen verrattuna lähtömateriaalin hintaan. Luokka 5 vuotta Tilapäiset rakennukset, majoitusparakit, tilapäisvarastot LVISTJ-järjestelmät ja niiden osat. Katteet. Ikkunat. Ovet. Tädentävät rakenteet (joskus). Pitkäikäiset pinnoitteet. Rakennukset: Vanhanaikaistuminen Rakennuksen osat: Vaurioituminen tai vanhanaikaistuminen 9. Elinkaarikustannukset Tuotteen elinkaari alkaa rakenteen suunnittelusta ja päätt tuotteen hävittämiseen. Suurin osa elinkaarikustannuksista määrät jo suunnitteluvaiheessa ja siksi elinkaariajattelu on kehittmässä suunnittelun keskeiseksi lähtökohdaksi. Suunnittelussa teht materiaalinvalinta vaikuttaa oleellisesti elinkaarikustannuksiin. Elinkaarikustannusanalsiä varten on kehitett ohjelmisto, joka on saatavilla Euro-Inox:n www-sivuilta (www.euro-inox.org). Elinkaaren aikana kustannuksia aiheutuu eritisesti kätöstä ja kunnossapidosta. Siksi elinkaarikustannukset riippuvat merkittävästi tuotteen suunnitellusta kättöiästä. Luokka 3 50 vuotta Tavalliset rakennukset Perustukset. Runkorakenteet. Ulkoseinät. Vesikattorakenteet. Tädentävät rakenteet. Luokka 4 100 vuotta Tavallista vaativaat rakennukset, tai muu tavallista tarkean laskentatarkkuuden tarve Luokka 5 li 100 (150, 00, 300, 500) vuotta Erikoisrakennukset (esim. historialliset rakennukset). Tapauskohtainen määrittel Perustukset. Runkorakenteet. Ulkoseinät. Vesikatorakenteet. Tädentävät rakenteet. Perustukset. Runkorakenteet. Ulkoseinät. Vesikattorakenteet. Tädentävät rakenteet. Rakennukset: Vanhanaikaistuminen tai vaurioituminen Rakennuksen osat: Vaurioituminen Rakennukset: Vanhanaikaistuminen tai vaurioituminen Rakennuksen osat: Vaurioituminen Rakennukset: Vanhanaikaistuminen tai vaurioituminen Rakennuksen osat: Vaurioituminen Taulukko 9.. Rakennustppien ja niiden osien suunniteltu kättöikä eri ikäluokissa (RIL 001). 138 139
Elinkaarikustannuslaskenta on luonteeltaan investoinnin kannattavuuslaskelma, jossa otetaan hankintahinnan lisäksi huomioon kättö- ja huoltokustannukset sekä tuotteen tai järjestelmän omistamiseen, kättöön, purkamiseen ja purkujätteen hävittämiseen liittvät kustannukset. Elintasomaissa henkilökustannukset muodostuvat hä merkittävääksi osaksi kättö- ja huoltokustannuksia. Jäännösarvon ja tuotteen hävittämisen merkits on leensä merkitksetön pitkän eliniän tuotteissa, mutta lhtaikaisissa investoinneissa sillä voi olla merkittävä vaikutus. Elinkaarikustannuslaskennan pääkohdat ovat: arviointikriteerien ja rajausten määrittel kustannuksia aiheuttavien tekijöiden tunnistaminen kustannusten laskeminen kustannusten muuttaminen (diskonttaaminen) nkarvoon eri vaihtoehtojen vertailu. Elinkaarikustannusten arviointikriteerien määrittelssä kustannuksia aiheuttavat tekijät voidaan tarvittaessa rajata valitun näkökulman mukaan. Esimerkiksi välärakenteiden suunnittelussa voidaan elinkaarikustannusten kokonaistarkastelu tehdä joko tienpitäjän, tien kättäjän tai hteiskunnan näkökulmasta. Kun tarkastelu tehdään hteiskunnalliseen näkökulmaan perustuen, on otettava huomioon rakennus- ja lläpitokustannusten lisäksi mös välilliset tienkättäjille aiheutuvat kustannukset (pidentneen ajomatkan polttoainekustannukset, nopeusrajoituksista johtuva matka-ajan piteneminen ja onnettomuuskustannukset) sekä mpäristövaikutusten kustannukset. Investoinnin kannattavuutta arvioidaan leensä muuntamalla kaikki tulevaisuuden kustannukset nkarvoon. Laskennassa kätetään diskonttauskorkoa, joka puhtaassa liiketaloudellisessa tarkastelussa kuvaa arviota siitä reaalikorosta, joka sijoite tulle pääomalle voidaan pitkäaikaisella sijoituksella saada. Valitulla korkotasolla on oleelli nen vaikutus elinkaarilaskelmien tuloksiin. Korkea diskonttauskorko suosii möhein teh täviä korjaustoimenpiteitä ja matala korko rakennuksen pitkäikäisteen tähtääviä, esimerkiksi materiaalin valintaan liittviä investointeja (kuva 9.). Diskonttauskorko voidaan valita vaikutuksen näkökulman perusteella esimerkiksi seuraavasti (Tupamäki 004, Tiehallinto 004): mpäristövaikutusten näkökulma, korko 0 % kansantaloudellinen näkökulma, korko 3 % valtiontaloudellinen näkökulma, korko 6 % liiketaloudellinen näkökulma, korko 9 %. Kätettävä diskonttauskorko määrät leensä viranomaisten ohjeiden tai investointiin sijoitetun pääoman tuottotavoitteiden perusteella. Pääoman tuottoon perustuvan diskonttauskoron asettaa tuotteesta riippuen tuotteen omistaja, kättäjä tai valmistaja. Kuva 9. Tulevaisuudessa sntvän kustannuksen nkarvo eri diskonttauskoroilla (Talja et al. 006). Liiketaloudelliseen näkökantaan perustuvassa tarkastelussa diskonttauskorko riippuu markkinakorosta, johon vaikuttaa mös suhdannevaihtelu. Esimerkiksi linja-auton rungon elinkaaritarkastelussa on Euro Inox (005) kättänt esimerkissään korkoa 7,4 %. Kseisessä esimerkkitapauksessa ruostumattomien terälajien 1.4301 ja 1.4016 kättö (rungon rakenneputket ja levrakenteet) on arvioitu perustelluksi, jos rungon suunniteltu kättöikä on 0 vuotta ja uudella materiaalinvalinnalla säästetään muuten 1 vuoden kuluttua tehtävä rungon peruskorjaus. Kansantalouden ja valtiontalouden näkökulmaan perustuvassa hteiskunnallisesti tärkeissä investoinneissa korkotaso on leensä 3 6 %. Suomessa liikenne- ja viestintäministeriön ohje välähankkeille on 5 % (LV 003). Koska kätetllä korolla on suuri merkits elinkaarikustannuksiin, päätökset tehdään usein eri korkotasoilla tehtn laskentaan perustuen. Esimerkiksi lähteessä (Talja et al. 006) on ruostumattoman teräksen kättöä sillan betonipilarin muottikuorena tarkasteltu koroilla 0, 3 ja 6 %. Tehdn tarkastelun perusteella ruostumattoman teräksen 1.4404 kättö muottikuorena on kaikilla korkotasoilla perusteltu, mikäli kätöllä voidaan välttää betonipila rin korjaus ja siitä aiheutuvat välittömät ja välilliset kustannukset kertaa (30 vuoden välein) kättöiän (100 v) aikana. Pieneillä korkotasoilla ruostumattoman teräksen kätön edullisuus näk huomattavasti korostuneempana. Yleensä ruostumattoman teräksen kätöllä saavutettava etu elinkaarikustannuksissa näk sellaisissa kohteissa, joissa leisten ruostumattomien terästen kätön etujen lisäksi kunnossapidosta aiheutuvat välittömät tai välilliset kustannukset ovat suuret. Edut korostuvat, mikäli elinkaaritarkastelu perustuu esimerkiksi infrarakentamiselle tpilliseen kansantaloudelliseen näkökulmaan. Talonrakennuksessa tällaisia kättökohteita ovat esimerkiksi lasisten julkisivujen ja katteiden tukirakenteet. 140 141