Leszek CHODOR, dr inż. bud, inż.arch.



Podobne dokumenty
PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Spis treści. Przedmowa... Podstawowe oznaczenia Charakterystyka ogólna dźwignic i torów jezdnych... 1

Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych. Tom 2

KONSTRUKCJE METALOWE

KONSTRUKCJE METALOWE

Stalowe konstrukcje prętowe. Cz. 1, Hale przemysłowe oraz obiekty użyteczności publicznej / Zdzisław Kurzawa. wyd. 2. Poznań, 2012.

Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodów / Jan Bródka, Mirosław Broniewicz. [Rzeszów], cop Spis treści

Rys.1 a) Suwnica podwieszana, b) Wciągnik jednoszynowy 2)

Konstrukcje spawane : połączenia / Kazimierz Ferenc, Jarosław Ferenc. Wydanie 3, 1 dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

PLAN WYKŁADU WYBRANE ZAGADNIENIA NOŚNOŚCI KONSTRUKCJI STALOWYCH. BB-ZU s.3

262 Połączenia na łączniki mechaniczne Projektowanie połączeń sztywnych uproszczoną metodą składnikową

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

Konstrukcje spawane Połączenia

Słowa kluczowe: Eurokod, szeregowa struktura niezawodnościowa, wskaźnik niezawodności, kolokacja,

STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Streszczenie. 3. Mechanizmy Zniszczenia Plastycznego

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

1. Połączenia spawane

Spis treści. 1. Wstęp (Aleksander Kozłowski) Wprowadzenie Dokumentacja rysunkowa projektu konstrukcji stalowej 7

Modelowanie Wspomagające Projektowanie Maszyn

Freedom Tower NY (na miejscu WTC)

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

KONSTRUKCJE BETONOWE PROJEKT ŻELBETOWEJ HALI SŁUPOWO-RYGLOWEJ

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Przykład obliczeniowy wyznaczenia imperfekcji globalnych, lokalnych i efektów II rzędu P3 1

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

Jan Kowalski Sprawozdanie z przedmiotu Wspomaganie Komputerowe w Projektowaniu

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

MODYFIKACJA RÓWNANIA DO OPISU KRZYWYCH WÖHLERA

SAS 670/800. Zbrojenie wysokiej wytrzymałości

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

Projekt belki zespolonej

Spis treści: Oznaczenia Wstęp Metale w budownictwie Procesy wytwarzania stali Podstawowe pojęcia Proces wielkopiecowy Proces konwertorowy i

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

I. Wstępne obliczenia

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

Mechanika i Budowa Maszyn

Wewnętrzny stan bryły

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: GBG s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

MATERIAŁY DYDAKTYCZNE

STÓŁ NR Przyjęte obciążenia działające na konstrukcję stołu

DRGANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCJI

3. OBLICZENIA STATYCZNE ELEMENTÓW WIĘŹBY DACHOWEJ

Osiadanie fundamentu bezpośredniego

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

WYTRZYMAŁOŚĆ RÓWNOWAŻNA FIBROBETONU NA ZGINANIE

NK315 EKSPOATACJA STATKÓW LATAJĄCYCH. Procesy degradacyjne i destrukcyjne (c.d.)

Spis treści. Wprowadzenie... Podstawowe oznaczenia Ustalenia ogólne... 1 XIII XV

WARUNKI WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH M Próbne obciążenie obiektu mostowego


Tok postępowania przy projektowaniu fundamentu bezpośredniego obciążonego mimośrodowo wg wytycznych PN-EN Eurokod 7

Dwa problemy związane z jakością dróg

Rys. 1. Elementy zginane. KONSTRUKCJE BUDOWLANE PROJEKTOWANIE BELEK DREWNIANYCH BA-DI s.1 WIADOMOŚCI OGÓLNE

Spis treści. 2. Zasady i algorytmy umieszczone w książce a normy PN-EN i PN-B 5

1. Obliczenia sił wewnętrznych w słupach (obliczenia wykonane zostały uproszczoną metodą ognisk)

PRZEDMOWA WIADOMOŚCI WSTĘPNE ROZWÓJ MOSTÓW DREWNIANYCH W DZIEJACH LUDZKOŚCI 13

Przykład obliczeń głównego układu nośnego hali - Rozwiązania alternatywne. Opracował dr inż. Rafał Tews

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2018/2019

Obciążenia poziome Obciążenia statyczne i dynamiczne Obciążenia od maszyn, urządzeń składowych

Konstrukcjre metalowe Wykład X Połączenia spawane (część II)

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

prowadnice Prowadnice Wymagania i zasady obliczeń

KOMINY MUROWANE. Przekroje trzonu wymiaruje się na stan graniczny użytkowania. Sprawdzenie należy wykonać:

Informacje ogólne. Rys. 1. Rozkłady odkształceń, które mogą powstać w stanie granicznym nośności

Próby zmęczeniowe Wstęp

Blacha trapezowa T-8. karta produktu. zeskanuj kod QR i zobacz model 3D Rabka-Zdrój.

Budownictwo I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólnoakademicki / praktyczny) Stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Materiały do wykładu na temat Obliczanie sił przekrojowych, naprężeń i zmian geometrycznych prętów rozciąganych iściskanych bez wyboczenia.

OBLICZENIE ZARYSOWANIA

Stropy TERIVA - Projektowanie i wykonywanie

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

OPIS TECHNICZNY DO PROJEKTU WYKONAWCZEGO PIMOT

Dr inż. Janusz Dębiński

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

Wyboczenie ściskanego pręta

Obliczenia szczegółowe dźwigara głównego

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2019/2020

Hale o konstrukcji słupowo-ryglowej

OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE MOSTU NAD RZEKĄ ORLA 1. ZałoŜenia obliczeniowe

Wytrzymałość Materiałów II studia zaoczne inżynierskie I stopnia kierunek studiów Budownictwo, sem. IV materiały pomocnicze do ćwiczeń

Konstrukcje metalowe - podstawy Kod przedmiotu

PROJEKT NOWEGO MOSTU LECHA W POZNANIU O TZW. PODWÓJNIE ZESPOLONEJ, STALOWO-BETONOWEJ KONSTRUKCJI PRZĘSEŁ

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Konstrukcje metalowe II Wykład III Estakady podsuwnicowe Obciążenia

Numeryczna i eksperymentalna analiza statyczna wpływu sztywności węzłów spawanych konstrukcji kratowych na stan ich wytężenia

Blacha trapezowa T-18. karta produktu. zeskanuj kod QR i zobacz model 3D Rabka-Zdrój.

Uwagi dotyczące mechanizmu zniszczenia Grunty zagęszczone zapadają się gwałtownie po dobrze zdefiniowanych powierzchniach poślizgu według ogólnego

Obciążenia zmienne. Zdeterminowane. Sinusoidalne. Okresowe. Rys Rodzaje obciążeń elementów konstrukcyjnych

Nośność belek z uwzględnieniem niestateczności ich środników

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Wartości graniczne ε w EC3 takie same jak PN gdyŝ. wg PN-90/B ε PN = (215/f d ) 0.5. wg PN-EN 1993 ε EN = (235/f y ) 0.5

Temat: Mimośrodowe ściskanie i rozciąganie

Liczba godzin Liczba tygodni w tygodniu w semestrze

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

5. Indeksy materiałowe

Transkrypt:

Opracowano z wykorzystaniem materiałów: [1] PN-EN 1993-9:2007, Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 9: Zmęczenie [2] Kozłowski A. (red.) Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeń według PN-EN 1993-1. Wybrane elementy i połączenia. Rzeszów 2010 [3] Kurzawa Z., Stalowe konstrukcje prętowe obciążone statycznie i dynamicznie. Część I,. Elementy konstrukcji hal przemysłowych i budynków użyteczności publicznej, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań [4] Strony www dostępne w dniu 14-12-2013 Leszek CHODOR, dr inż. bud, inż.arch. leszek@chodor.co ; lch@polskie-inwestycje.pl 1

Zmęczenie stali. Wprowadzenie [2] Elementy i połączenia podlegające znacznej liczbie zmian naprężeń należy sprawdzić oprócz zwykłych warunków nośności i użytkowalności również wstanie granicznym zniszczenia zmęczeniowego ULS FAT. Możliwe są dwa podejścia [1]: 1. Metoda naprężeń nominalnych (MNN) (zwana inaczej klasyfikacyjną). Przy jej użyciu zakres zmienności Ds (lub Dt)od zmieniających się obciążeń wyznacza się dla naprężeń nominalnych, tzn przy obliczeniowym pominięciu występującego spiętrzenia naprężeń. Wartość tak wyznaczonego zakresu zmienności naprężeń porównuje się z wytrzymałością zmęczeniowa, określoną dla danego typu karbu, występującego w miejscu wyznaczenia naprężeń. Taka wytrzymałość zmęczeniowa ujmuje w sobie wielkość spiętrzenia, rozrzut wyników badań zmęczeniowych, wpływ naprężeń własnych itp. 2. Metoda naprężeń geometrycznych (MNG). Wymaga wyznaczenia zakresu zmienności naprężeń geometrycznych, czyli największych naprężeń w materiale rodzimym, w sąsiedztwie początku spoiny, uwzględniających lokalny wpływ karbu konstrukcyjnego (całkowitej geometrii konstrukcji), lecz pomijających lokalny wpływ spiętrzenia spowodowany geometrią spoiny i jej nieciągłościami. Tak wyznaczony zakres zmienności naprężeń geometrycznych porównuje się z odpowiednią dla tej metody wytrzymałością zmęczeniową, inną niż w przypadku metody naprężeń nominalnych. Metoda naprężeń nominalnych (MNN) jest konserwatywna, tradycyjna i może prowadzić do znacznych niedokładności, choć jest prosta i stosowana w EC3. W niniejszym wykładzie omówimy tylko MNN. Metoda geometryczna jest dokładniejsza i nowoczesna, ale wymaga prowadzenia obliczeń MES. Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 2

Zmęczenie stali. Analiza naprężeń w karbie [2] {1} W metodzie MNN olbrzymią różnorodność karbów występujących w konstrukcjach i różniących się od siebie wielkością spiętrzenia naprężeń mimo ich geometrycznego podobieństwa sprowadzono do tylko 14 typów dla zakresów zmienności naprężeń normalnych i do 2 typów dla zakresów zmienności naprężeń stycznych. Uproszczenie spowodowało, że w wielu przypadkach obliczeniowa wytrzymałość na zmęczenie określana jest raczej dla ostrzejszego karbu niż dla tego, który realnie występuje w konstrukcji. Analiza naprężeń w karbie Zmęczenie wywoływane jest zmieniającymi się naprężeniami. Przebieg zmienności naprężeń w czasie nazywany jest widmem naprężeń. Najprostszym przykładem zmienności naprężeń jest widmo o stałej amplitudzie (tzw. widmo jednorodne) : charakteryzowane wartościami naprężeń maksymalnych s max i minimalnych s mini. w poszczególnych cyklach oraz Naprężeniami średnimi s m =0,5(s max +s min ) Zakres zmienności naprężeń (normalnych lub stycznych) przyjmuje się jako algebraiczną różnicę maksymalnego i minimalnego naprężenia w rozpatrywanym punkcie konstrukcji Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 3

Zmęczenie stali. Analiza naprężeń w karbie {2} W przypadku elementów niespawanych lub spawanych odprężonych oraz cykli naprężeń całkowicie lub częściowo ściskających norma [1] zezwala na wyznaczenie zredukowanego zakresu zmienności naprężeń normalnych, uwzgledniających tylko 60% zakresu zmienności naprężeń ściskających s c i 100% naprężeń rozciągających s r W przypadku widma o nieregularnej zmienności naprężeń (tzw widma niejednorodnego) norma [1] zaleca zastosowanie jednej z technik zliczania cykli w celu zamiany takiego widma na równoważny mu zbiór widm jednorodnych Najbardziej rozpowszechnioną metodą zliczania cyklu jest metoda zbiornikowa. W metodzie tej do zliczania cykli obciążeń bierze się reprezentatywny, powtarzalny przedział zmienności oszacowanej (lub pomierzonej) historii naprężenia. Przyjęty do analizy przedział musi powtarzać się w dłuższym okresie, a wyznacza się go między największymi wartościami naprężeń. Wykres zmienności naprężeń w takim przedziale traktuje się jak ściany zbiornika wypełnionego wodą. Procedura zliczania cykli polega na znajdowaniu najniżej położonego punktu wykresu i wyobrażeniu sobie, że otwiera się tam korek i spuszcza wodę kolejny slajd Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 4

Zmęczenie stali. Analiza naprężeń w karbie {3} Spuszczenie wody z najniższego punktu (pkt 4 na rys wyżej) odpowiada zliczeniu jednego pełnego cyklu obciążenia o zakresie Ds i. W podobny sposób w kolejnych krokach opróżnia się wodę z pozostałych fragmentów zbiornika, w których jeszcze pozostała, znajdując za każdym razem najniżej położony punkt wykresu. Pozwala to na zliczenie kolejnych zakresów zmienności obciążenia Ds i, liczonych jako różnica pomiędzy obecnym poziomem spuszczanej wody, a poziomem otwieranego korka. Liczba cykli obciążeń n, odpowiadająca danemu zakresowi zmienności Ds i jest liczbą wyciągnięć korka. Procedurę tą powtarza się, aż do całkowitego opróżnienia zbiornika. Najważniejszą zasadą opisanej procedury jest opróżnianie i zliczanie w pierwszej kolejności zbiorników, w których występuje największa wysokość słupa wody, czyli największy zakres naprężeń. Wyznaczając całkowitą liczbę cykli obciążeń odpowiadającą rozpatrywanemu rozpatrywanemu zakresowi naprężeń Ds i, trzeba również uwzględnić ile razy analizowany schemat obciążenia powtarza się podczas eksploatacji konstrukcji. Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 5

Zmęczenie stali. Analiza naprężeń w karbie {4} W metodzie MNN zakres zmienności naprężeń wyznacza się według klasycznej wytrzymałoścu materiałów, jak dla pręta pryzmatycznego gdzie siły przekrojowe wyznacza się dla obciążeń częstych oddziaływania zmiennego o wartości charakterystycznej Naprężeniami miarodajnym do wyznaczenia zmienności naprężeń w spoinach są naprężenia normalne s wf lub naprężenia ścinające t wf wzdłuż osi spoiny Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 6

Wytrzymałość zmęczeniowa Zmęczenie stali. Wytrzymałość zmęczeniowa Znaczną różnorodność karbów, występujących w konstrukcjach zredukowano do kilkunastu kategorii. Kategorię zmęczeniową określa wytrzymałość zmęczeniowa przy liczbie cykli N=2*10 6 i jest wartości liczbową przypisaną danemu karbowi (i określonemu kierunkowi naprężeń). Aby określić wytrzymałość zmęczeniowa przy innej liczbie cykli naprężeń, norma [1] podaje zależność między zmiennością naprężeń, a liczbą cykli do zniszczenia w postaci zbioru krzywych, osobnych dla naprężeń normalnych i dla naprężeń stycznych Takie krzywe często są określane mianem krzywych S-N. Przykładowy kształt jednej z krzywych dla naprężeń normalnych i stycznych pokazano niżej: Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 7

Zmęczenie stali. Wytrzymałość zmęczeniowa Charakterystyczne punkty krzywej zmęczeniowej: wytrzymałość zmęczeniowa normatywna Ds c, Dt c zakres zmienności naprężeń o stałej amplitudzie, odpowiadający zniszczeniu przy liczbie cykli N=2*10 6 Ten zakres naprężeń wyrażony w N/mm 2 jest nazywany również kategorią zmęczeniową i jest podstawowym parametrem, opisującym karb w metodzie MNN. wytrzymałość zmęczeniowa trwała przy stałej amplitudzie obciążenia Ds D graniczna wartość zakresu naprężeń normalnych przy stałej amplitudzie, poniżej której nie występuje w badaniach uszkodzenie zmęczeniowe wytrzymałość zmęczeniowa trwała Ds L graniczna wartość zakresu naprężeń normalnych przy stałej amplitudzie, poniżej której nie występuje w badaniach nachylenie krzywej zmęczeniowej dla krzywej log Ds-logN Dla liczby cykli do N<=5*10 6 wynosi 1:3 ; dla liczby cykli 5*10 6 <N<10 8 wynosi 1:5. dla krzywej log Dt-logN jest stałe w zakresie 1*10 4 <N<10 8 i wynosi 1:5 Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 8

Zmęczenie stali. Wytrzymałość zmęczeniowa Wytrzymałość zmęczeniowa odnosząca się do naprężeń normalnych o stałej amplitudzie jest funkcją liczby cykli naprężeń, wyrażoną jako: przy czym m=3, oraz W wypadku widm naprężeń niejednorodnych (o zmiennej amplitudzie) krzywa trwałości zmęczeniowej, odnosząca się do naprężeń normalnych, opisywana jest następującymi zależnościami m=3 m=5 N>10 8 Krzywe wytrzymałości zmęczeniowej, odnoszące się do naprężeń stycznych opisywane są podobnymi zależnościami z drobnymi zmianami wg [1] Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 9

Zmęczenie stali Typy kategorii zmęczeniowych Kategorie zmęczeniowe Ds c i Dt c, charakteryzujące poszczególne krzywe zmęczeniowe podzielone są na następujące typy: elementy bez spoin i złącza na łączniki mechaniczne kształtowniki spawane spoiny czołowe poprzeczne dospawane blachy węzłowe i żebra złącza spawane i nośne kształtowniki zamknięte złącza w węzłach kratownic z kształtowników zamkniętych podłużnice o przekroju zamkniętym w pomostach ortotropowych styki górne pasów ze środnikiem w belkach podsuwnicowych Przykładowy wykaz dla elementów bez spoin Kategoria Szczegół konstrukcyjny* zmęczeniowa Opis karbu 160 Wyroby walcowane i ciągnione 1) blachy i płaskowniki 2) kształtowniki walcowane 3) kształtowniki rurowe bez szwu prostok. lub okr. 140 Blachy cięte mechanicznie lub gazowo 125 Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 10

Zmęczenie stali Kategorie zmeczeniowe belki pods. Kategorie zmęczeniowe styków górnych pasów ze środnikiem w belkach podsuwnicowych Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 11

Zmęczenie stali. Warunki nośności {1} 1. Sprawdzenie, czy zakres zmienności naprężeń od obciążeń częstych y 1 Q k nie przekracza wartości: Spełnienie warunku zapewnia, że konstrukcja nie ulegnie zmęczeniu w zakresie niskocyklowym (przy liczbie cykli mniejszej niż 10 4 ) W kombinacji obciążeń y 1 Q k występują charakterystyczne wartości obciążeń zmiennych Q k, y 1 jest współczynnikiem wartości częstej oddziaływania zmiennego. Dla oddziaływań suwnic przyjmuje się y 1 =0,9 2. Sprawdzenie nośności na zmęczenie: Współczynnik częściowy wytrzymałości zmęczeniowej g Mf przyjmuje się zgodnie z [1] zależnie od przyjętej metody oceny zmęczenia za pomocą metody tolerowanych uszkodzeń lub metody bezwarunkowej żywotności. Dla typowych przypadków przyjmuje się g Mf =1,15 jak dla metody bezwarunkowej żywotności Współczynnik g Ff jest współczynnikiem równoważnego zakresu zmienności naprężeń o stałej amplitudzie. Dla typowych kosntrukcji przyjmuje się g Ff =1,0,. Dla belek podsunicowych Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 12

Zmęczenie stali. Warunki nośności {2} Ds E2 oraz Dt E2 są równoważnymi zakresami naprężeń o stałej amplitudzie odniesionymi do 2*10 6 cykli. Są to obliczeniowe zmienności naprężeń, które wyznacza się następująco: gdzie są zakresami zmienności naprężeń od obciążeń wywołujących zmęczenie l są zastępczymi czynnikami uszkodzeń, zależnymi od widma obciążeń, zależnymi od wielu obciążeń, określanych odpowiednimi normami przedmiotowymi dotyczącymi różnych konstrukcji (mosty, kominy, wieże, belki podsuwnicowe). Dla wielu prostych konstrukcji, na które działa jednorodne widmo obciążenia, iloczyn l 1 *l 2 * można zastąpić współczynnikiem równoważności l 1, który pozwala przenieść zakres naprężenia o określonej liczbie cykli N na równoważny mu zakres naprężeń Ds E,2 o liczbie cykli zmienności N=2*10 6 (kolejny slajd) Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 13

Zmęczenie stali. Warunki nośności {3} gdzie m jest współczynnikiem nachylenia krzywej zmęczeniowej. Jeśli widmo naprężenia nie jest jednorodne i jedna z metod zliczania cykli charakteryzuje go w postaci zbioru kilku widm jednorodnych to ocena zmęczenia polega na wyznaczeniu sumarycznego wskaźnika uszkodzenia D d na podstawie reguły Palmgrena-Minera sumowania uszkodzeń zmęczeniowych: gdzie: n Ei liczba cykli związana z zakresem zmienności w i-tym paśmie widma, N Ri trwałość uzyskana na podstawie krzywej obliczeniowej dla zakresu zmienności widma, co pokazano schematycznie na rys: Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 14

Zmęczenie stali. Warunki nośności {4} Warunkiem sprawdzenia nośności zmęczeniowej w przypadku stosowania formuły Palmgrena- Mirena jest Naprężeniami miarodajnymi do wyznaczenia zmienności naprężeń są naprężenia normalne i styczne. W niektórych przypadkach (karby typu: elementy bez spoin i złącza na łączniki mechaniczne oraz typu kształtowniki spawane) należy wyznaczać również naprężenia zastępcze lub główne. W przypadku naprężeń złożonych, jeśli nie podano inaczej, to należy sprawdzić warunek: Uwaga: w specyfikacji technicznej wykonania i odbioru konstrukcji podatnych na zmęczeni należy określić metodę oceny zapewnienia akceptowalnego poziomu niezawodności oraz klasę konsekwencji, co jest zależne od przeznaczenia obiektu oraz projektowanego okresu eksploatacji. W większości przypadków przyjmuje się metodę bezwarunkowej żywotności. W metodzie tej odpowiednia niezawodność konstrukcji musi być zapewniona bez regularnej kontroli w celu wykrycia pęknięć zmęczeniowych w okresie eksploatacji. Metodę tę stosuje się gdy lokalne pęknięcie w jakiejś części może doprowadzić do zniszczenia elementu lub konstrukcji. Wówczas g Mf =1,15. Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 15

Zliczanie cykli metodą zbiornikową. Zmęczenie stali. Przykład Mamy zarejestrowaną (lub wyznaczoną analitycznie) następującą historię naprężenia w elemencie - otwarcie korka w pkt 4: - otwarcie korka w pkt 6: Pokazana sekwencja jest powtórzona 1,1*10 5 razy w całym okresie użytkowania obiektu. Liczbami nieparzystymi ponumerowano lokalne ekstrema, natomiast parzystymi lokalne minima Kolejne etapy otwierania korków : -otwarcie korka w pkt 10 -otwarcie korka w pkt 2 - otwarcie korka w pkt 8: Zliczenie cykli: Ds 1 =100 n/mm 2 1 cykl ; Ds 2 =60 n/mm 2 1 cykl; Ds 3 =40 n/mm 2 3 cykle Liczba cykli W całej historii obciążenia: Ds 1 =100 N/mm 2 ; n E1 =1,10*10 5, Ds 2 =60 N/mm 2 ; n E2 =1,10*10 5, Ds 3 =40 N/mm 2 ; n E3 =3,30*10 5, Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 16

Uwagi ogólne. Zmęczenie belek podsuwnicowych {1} Zmęczenie belki podsuwnicowej sprawdza się dla obciążeń charakterystycznych oraz tylko od obciążeń pionowych pomnożonych przez współczynnik dynamiczny i współczynnik konsekwencji zniszczenia (gn>1). Wybrane przykłady zmęczeniowych uszkodzeń belek podsuwnicowych: Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 17

Zmęczenie belek podsuwnicowych {2} Podane wcześniej informacje z zakresu zmęczenia konstrukcji dotyczą głównie zmęczenia wysokocyklowego (duża liczba zmian naprężeń w czasie eksploatacji elementu konstrukcji). Z tego typu zmęczeniem mamy do czynienia wtedy, gdy przekrój elementu jest obciążony urządzeniem wywołującym drgania o dużej częstości w krótkim przedziale czasowym. Suwnice należące do wyższych grup natężenia pracy (A5-A9) mogą spowodować obliczeniowe zmęczenie materiału belek podsuwnicowych. Nie ma na to jednak oczywistych dowodów wynikających z wykonanych konstrukcji rzeczywistych. Taki typ zmęczenia jest nazywany niskocyklowym. Opisano go dla belek podsuwnicowych w [ 1 zał. 5]. Zmiany naprężeń w czasie są powolne (w wybranym włóknie przekroju belki podsuwnicowej), ponieważ jazda suwnicy po belce jest stosunkowo wolna (do 80 m/min), a poza tym drgania ciężaru na haku suwnicy są tłumione masą samej suwnicy. W celu ustalenia wpływu zmęczenia na belkę podsuwnicową trzeba określić grupę natężenia pracy suwnicy (obserwacji prawidłowo wg PN-91/M-06503) oraz grupę natężenia pracy belki. W zależności od liczby suwnic poruszających się po belce podsuwnicowej (uwzględnia się jedynie dwie, najbardziej niekorzystnie obciążające belkę) występują zróżnicowane warunki obliczeniowe. Dwa podstawowe są opisane wzorami: Dla belek obciążonych jedną suwnicą lub dwiema sprzężonymi (zespolonymi w celu przeniesienia ciężaru większego niż udźwig jednej z nich) Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 18

Zmęczenie belek podsuwnicowych {4} Dla belek obciążonych dwiema suwnicami (niezależnymi) trzeba dodatkowo sprawdzić warunek gdzie indeksy 1 i 2 dotyczą odpowiednio pierwszej i drugiej suwnicy. W tym przypadku wytrzymałość zmęczeniowa wynosi gdzie m=3, gdy N<=5*10 6 i m=5 gdy N>5*10 6 Ds c, Dt c kategorie zmęczeniowe ; Ds L, Dt L wytrzymałość zmęczeniowa trwała Ds e, Dt e równoważny zakres zmienności naprężeń gf częściowy współczynnik bezpieczeństwa przy zmęczeniu materiału (1 do 1,2) Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 19

Zmęczenie belek podsuwnicowych {5} Wytrzymałość zmęczeniową elementów o grubościach t > 25 mm redukuje się według wzoru Dla obu warunków obliczeniowych! (jedna lub wie suwnice) muszą być spełnione założenia: - co najwyżej przeciętne zagrożenie korozją, - temperatura eksploatacji belki nie wyższa niż 150 C, - zmiany amplitudy naprężeń normalnych i tnących spełniające nierówności: Określenie warunków obliczeniowych wymaga znajomości: - amplitudy naprężeń w wybranym włóknie belki: Ds = Ds max - Ds min = Ds e, - rodzaju widma obciążenia belki (lub suwnicy), które jest określane na podstawie grupy natężenia pracy i opisane symbolami B1 do B9 dla belki lub A do A8 dla suwnicy, - rodzaju karbu konstrukcyjnego, który wpływa na ustalenie kategorii zmęczeniowej belki: Ds c i Dt c Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 20

Zmęczenie belek podsuwnicowych {6} Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 21

Zmęczenie belek podsuwnicowych {6} Klasa obciążenia dźwignicy Nominalna wartość współczynnika obciążenia dźwignicy Kp Charakter/styka podnoszonych ładunków Q1 0,125 ładunek nominalny podnoszony bardzo rządku, zwykle ładunki znacznie mniejsze od nominalnego Q2 0,25 ładunek nominalny podnoszony rzadko, zwykle ładunki zbliżone do połowy ładunku nominalnego Q3 0,50 ładunek nominalny podnoszony często, inne ładunki większe od połowy nominalnego Q4 1,00 ładunek nominalny podnoszony regularnie, ładunk Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 bliskie nominalnemu 22

Zmęczenie belek podsuwnicowych {6} Klasa obciążenia dźwignicy Nominalna wartość współczynnika obciążenia dźwignicy Kp Charakter/styka podnoszonych ładunków Q1 0,125 ładunek nominalny podnoszony bardzo rządku, zwykle ładunki znacznie mniejsze od nominalnego Q2 0,25 ładunek nominalny podnoszony rzadko, zwykle ładunki zbliżone do połowy ładunku nominalnego Q3 0,50 ładunek nominalny podnoszony często, inne ładunki większe od połowy nominalnego Q4 1,00 ładunek nominalny podnoszony regularnie, ładunk Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 bliskie nominalnemu 23

Zmęczenie belek podsuwnicowych {6} Obliczoną wartość K b przyporządkowuje się do jednej z klas K 1 do K 4 o wartościach (0,125; 0,25; 0,75; 1,0 ) Na podstawie K b wyznacza się klasę wykorzystania belki wykorzystania belki określa się, jak następuje: gdzie dla N<5*10 6 wykładnik m=1/3 Klasę wykorzystania belki określa się (podobnie jak dla dźwignicy) na podstawie maksymalnej liczby cykli pracy belki i z uwzględnieniem rodzaju pracy dźwignicy (od nieregularnej do intensywnej). W większości przypadków klasę wykorzystania belki (H o -H 9 według [1, tab. Z3-1]) można ustalić na podstawie klasy wykorzystania dźwignicy (U o -U 9 ) [1] (podano w poprzedniej części wykładu). Wartości Nj trzeba jednak zmodyfikować, ponieważ okres eksploatacji suwnicy określa się na 20 lat, a okres pracy belki - na 35 lat. Uwaga: Jeżeli znana jest jedynie grupa natężenia pracy suwnicy (A), to grupę natężenia pracy belki (B) można ustalić o jeden stopień wyższą (np. A 5 B 6 ) oraz przyporządkować jej najwyższą klasę obciążenia Q 4. Dla tej klasy można wyznaczyć maksymalną liczbę cykli obciążeń (czyli klasę wykorzystania belki H 4 N T = 2,5 10 5 Przyporządkowanie typu suwnicy do określonej grupy natężenia pracy można ustalić z wykorzystaniem tablicy na kolejnej planszy. Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 24

Zmęczenie belek podsuwnicowych {6} Przykłady klasyfikacji suwnic w zależności od ich przeznaczenia Politechnika Świętokrzyska, Leszek CHODOR Konstrukcje metalowe 2 25