Fakultet elektrotehnike strojarstva i brodogradnje
Sveuþilište u Splitu
Katedra za konstrukcije
Podloge za predavanja iz Metalnih konstrukcija i
Konstruiranja
NERECENZIRANI TEKST NAMIJENJEN ISKLJUýIVO
ZA INTERNU UPOTREBU!
Ž. Domazet, L. Krstuloviü-Opara
Split, veljaþa, 2006.
1. Uvod...........................................................................................................................5
1.1 Podruþje primjene ................................................................................................5
1.2 Tipovi konstrukcija ..............................................................................................6
1.4 Konstruiranje i projektiranje ................................................................................6
1.5 Tehniþka dokumentacija ......................................................................................6
1.6 Dokazi pri dimenzioniranju metalnih konstrukcija..............................................7
1.7 Osnovni konstrukcijski elementi..........................................................................8
1.7 Prednosti i nedostaci metalnih konstrukcija ........................................................9
1.8 Povijesni razvoj..................................................................................................10
1.9 Standardi ............................................................................................................14
1.10 Ugovaranje metalnih konstrukcija ...................................................................15
1.10.1 Ugovor o djelu ..........................................................................................17
1.10.2 Ugovor o graÿenju ....................................................................................18
1.11 Gradilište..........................................................................................................19
1.12 Automatizacija procesa rezanja i zavarivanja..................................................20
2. Materijali za metalne konstrukcije...........................................................................23
2.1 ýelici ..................................................................................................................23
2.1.1 Obiþni konstrukcijski þelici ........................................................................23
2.1.2 Legirani þelici .............................................................................................26
2.1.3 Izbor þelika za metalne konstrukcije...........................................................27
2.2 Aluminij i aluminijeve slitine ............................................................................28
3. Optereüenje konstrukcija .........................................................................................33
3.1 Optereüenja prema našim propisima (HRN)......................................................33
3.1.1 Stalni teret ...................................................................................................34
3.1.2 Korisno optereüenje ....................................................................................34
3.1.3 Optereüenje snijegom..................................................................................34
3.1.4 Sile stalnog karaktera..................................................................................35
3.1.5 Vjetar...........................................................................................................35
3.1.6 Sile koþenja.................................................................................................36
3.1.7 Boþni udari..................................................................................................36
3.1.8 Sile temperaturnih razlika ...........................................................................36
3.1.9 Djelovanje potresa ......................................................................................36
3.2 Dinamiþka optereüenja.......................................................................................37
3.3 Optereüenja prema EUROCODE 3 ...................................................................39
3.3.1 Graniþna stanja............................................................................................39
3.3.2 Vanjski utjecaji (akcije) na konstrukciju ....................................................39
3.3.3 Unutrašnji utjecaji na konstrukciju (koeficijenti sigurnosti) ......................40
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija ..........................................................................41
5. Spajanje elemenata...................................................................................................51
5.1 Zakovice.............................................................................................................51
5.2 Vijþani spojevi ...................................................................................................51
5.2.1 Proraþun vijþanih spojeva ...........................................................................52
5.2.2 Klasifikacija mehaniþkih svojstava i oznaþavanje vijaka...........................54
5.2.3 Prednapregnuti vijþani spojevi....................................................................54
5.2.4 Raspored vijaka u konstrukciji....................................................................56
5.2.5 Proraþun nastavaka optereüenih na savijanje..............................................57
5.3 Zavareni spojevi.................................................................................................62
5.3.1 Statiþki optereüeni zavari ............................................................................65
5.3.2 Dinamiþki optereüeni zavari .......................................................................70
5.3.3 Utjecaj zavarenih spojeva na dinamiþku izdržljivost..................................77
5.4. Oblikovanje vijþanih i zavarenih spojeva obzirom na zamor...........................88
5.4.1 Oblikovanje vijþanih spojeva obzirom na zamor........................................88
5.4.2. Oblikovanje zavarenih spojeva obzirom na zamor....................................90
6. Zaštita od korozije....................................................................................................97
6.1 Utjecaj okoline i optereüenje .............................................................................97
6.2 Konstruktivne mjere...........................................................................................99
6.3 Izvoÿenje zaštite...............................................................................................100
6.4 Kompatibilnost.................................................................................................100
6.5 Kemijsko-fizikalna svojstva premaza i prevlaka .............................................101
6.6 Uloga i izgled zaštite........................................................................................102
6.7 Troškovi održavanja površinske zaštite ...........................................................103
6.8 Izvoÿenje i ispitivanje ......................................................................................103
6.8.1 Priprema metalne površine .......................................................................103
6.8.2 Nanošenje premaza i prevlaka ..................................................................105
6.8.3 Debljina sloja, prionjivost i neporoznost ..................................................105
6.8.4 Popravci ....................................................................................................107
6.9 Ugovaranje.......................................................................................................107
6.10 Obnavljanje ....................................................................................................108
1. Uvod
5
1. Uvod
1.1 Podruþje primjene
Pod pojmom metalne konstrukcije podrazumijevaju se konstrukcije koje su pretežno ili potpuno
izraÿene od metala. Sama konstrukcija sastoji se od dijelova, koji ugraÿeni u konstrukciju
saþinjavaju funkcionalnu cjelinu. Konstrukcije se dijele prema konstruiranju, izradi i primjeni na:
- mostove
- zgrade
- transportna sredstva (brodovi, zrakoplovi, šinska vozila, cestovna vozila)
- konstrukcije industrijskih postrojenja (dizalice, pretovarni mostovi, transporteri, kopaþi,
rezervoari, postolja i sl.)
Kao materijal izrade se u metalnim konstrukcijama u najveüoj mjeri primjenjuje þelik, pa onda
aluminij.
Što se specifiþnosti izrade tiþe, metalne konstrukcije karakteriziraju vrlo mala strojna dorada
(priprema bridova i bušenje rupa) te spajanje gotovih oblika dobivenih valjanjem (limovi kod
limenih konstrukcija te štapni profili kod štapnih rešetkastih konstrukcija)
Slika 1.1.1 Dalekovodi, spremnici, dizalice
6
1. Uvod
Slika 1.2.1 Platforme i zrakoplovi
1.2 Tipovi konstrukcija
Oblik presjeka upotrijebljenih dijelova (elemenata) konstrukcije i rješenje opüeg oblika
konstrukcije uvjetuju podjelu metalnih konstrukcija na:
a) rešetkaste konstrukcije
b) limene konstrukcije
U svakoj konstrukciji cilj je postiüi najekonomiþnije iskorištenje materijala uz istovremenim
zadovoljenjem namjene i prenošenja optereüenja.
Izbor konstrukcije ipak ovisi o nizu þinioca kao što je vrsta naprezanja koja se u konstrukciji
javlja.
1.4 Konstruiranje i projektiranje
Osim namjene, projekt mora zadovoljiti i arhitektonske uvjete te estetske uvjete. Svako rješenje
služi ujedno kao i izvor podataka i ideja za nova rješenja.
Projekt konstrukcije mora sadržati dovoljne podatke za konstrukcijsku razradu te detaljan
proraþun, usvojene tehnološke postupke i samo izvoÿenje konstrukcije. Treba osigurati lak
pristup svim dijelovima (radi podmazivanja, zaštite od korozije), omoguüiti otjecanje vode sa
konstrukcije te zadovoljiti sve uvjete zaštite na radu (ograde, skele i sl.)
1.5 Tehniþka dokumentacija
Tehniþku dokumentaciju metalne konstrukcije þine:
- proraþun
- crteži
7
1. Uvod
-
tehniþki opis
posebni tehniþki uvjeti
Crtež treba pregledno sadržati sve o konstrukciji þime se omoguüava izrada konstrukcije.
Tehniþki opis sadržava:
- opis namjene konstrukcije
- podatke o korištenju i transportu
- upute za montažu
Posebni tehniþki uvjeti sadrže:
- posebne zahtjeve u vezi materijala
- plan zavarivanja
- kontrolu za vrijeme i nakon izrade
1.6 Dokazi pri dimenzioniranju metalnih konstrukcija
Osnovni zadaci þvrstoüe, pa tako i proraþuna metalnih konstrukcija, su odreÿivanje jedne, na
temelju preostale dvije veliþine prikazane slikom 1.4.1.
MATERIJALI
Mehaniþka
svojstva
OPTEREûENJE
Tip, karakter
i iznos
OBLIK
I
DIMENZIJE
same konstr. te
popr. presjeka
Slika 1.4.1 Odreÿivanje jedne nepoznate veliþine
Svaki proraþun mora sadržavati slijedeüe podatke:
- podatke o optereüenju
- podatke o primijenjenom materijalu
- podatke o geometrijskim karakteristikama popreþnog presjeka elementa
- dokaze naprezanja (prema dopuštenom naprezanju σ )
- dokaze stabilnosti (izvijanje štapova, izvijanje limova)
- dokaze deformacija (funkcionalnost)
- dokaze sigurnosti veza
- dokaz sigurnosti protiv prevrtanja
- dokaz izdržljivosti na zamor
8
1. Uvod
1.7 Osnovni konstrukcijski elementi
Ekonomiþnost primjene þelika u metalnim konstrukcijama proizlazi upravo iz moguünosti
korištenja, oblikovanja i prerade gotovih osnovni konstrukcijskih elemenata koji se dijele na tri
osnovne grupe:
a) trake (lamele) i puni profili (sl. 1.6.1)
b) limovi (sl. 1.6.2)
c) profilni nosaþi (sl. 1.6.3):
profil (prema EN oznaþeni kao IPN, IPEA, IPEO, IPER, IPN)
profil (Pajner-ov ili prema EN oznaþeni HEA, HEAA, HEB, HEM)
profil (prema EN oznaþeni kao UPN)
profil - jednakokraþni kutni profil (prema EN naziva "Equal angles",
npr. L20×3)
profil - raznokraþni kutni profil (prema EN naziva "Unequal angles",
npr L30×20×3),
profil - "T" profil (prema EN naziva "Tees" i oznake DEMI)
cijevi ( EN oznaka TUBE, npr. TUBE21.3×3.2)
kvadratna cijev (prema EN oznaþeni kao TUBEC, npr. TUBEC22×2.3)
pravokutna cijev (prema EN oznaþeni kao TUBEC, npr.
TUBER50×252.7)
d) složeni profili (sl. 1.6.4)
e) hladno oblikovani profili (sl. 1.6.5)
Slika 6.1.1 Trake i puni profili
ravni lim
valoviti lim
koritasti lim
trapezni lim
1. Uvod
Slika 6.1.2 Limovi
Slika 6.1.3 Profilni nosaþi*
Slika 6.1.4 Složeni profili
Slika 6.1.5 Hladno oblikovani profili
1.7 Prednosti i nedostaci metalnih konstrukcija
Kao i sve, metalne konstrukcije imaju svoje prednosti i nedostatke.
Glavne prednosti metalnih konstrukcija su:
- moguüa potpuna tvorniþka izrada konstrukcije te samim time montaža gotovih dijelova
*
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Džeba "Metalne konstrukcije I", IGH Zagreb, 1994.
9
10
1. Uvod
-
zahtijevaju vrlo malo strojne obrade (rupe, brušenje rubova, popreþni zavari na
spojevima)
laka adaptacija (prilagoÿavanje novoj funkciji)
moguünost demontaže i premještanja
moguünost kombiniranja razliþitih materijala
Nedostaci metalnih konstrukcija:
- potrebno održavanje radi zaštite od korozije
- neotpornost na požare (dobri vodiþi topline te im porastom temperature bitno padaju
mehaniþka svojstva)
1.8 Povijesni razvoj
Povijesni pregled važnijih datuma vezanih uz razvoj metalnih konstrukcija može se sagledati
kroz slijedeüe bitne povijesne prekretnice:
- 1676., Robert Hook formulirao zakon o ovisnosti naprezanja i deformacija ı = Eİ
- 1735., poþinje industrijska proizvodnja þelika u redukcionim peüima
π 2 EI π 2 E 2
- 1744., Leonard Euler rješio izvijanje štapova, Fkr =
=
2
λ2
( KL )
- 1779., izveden prvi željezni most preko rijeke Severin u Coalbrookdale-u dužine 31 m
Slika 1.8.1 Most u Coalbrookedale-u.
-
1823., Navier formulirao diferencijalnu jednadžbu izvijanja ploþa
1826.-28., sagraÿen viseþi most Convay Bridge, projektant Thomas Telford (V. Britanija)
1828., prvi most iz kovanog željeza u Beþu
1846.-50.,sagraÿen Brittania Bridge, raspon 17,9m+2×241,7m+91,9m projektant Robert
Stepheson
1853.-58., sagraÿena prva zgrada s okvirom iz kovanog þelika, Cooper Union (6 katova),
SAD
1857., prvo putniþko dizalu u robnoj kuüi New York što je otvorilo vrata izgradnji
visokih zgrada
1. Uvod
-
-
1870.-83., sagraÿen Brooklyn Bridge, viseüi most raspona 520 m, projektant J.A.
Roebling (New York)
1873. sagraÿen Albert bridge preko Temze, lanþani most od kovanog željeza
Slika 1.8.2. Albert bridge preko Temze
1876., sagraÿen Eiffelov toranj visine 300 m (drži rekord u visini punu 41 godinu)
1881., poþetak luþnog zavarivanja
1882.-90., izgraÿen Forth Bridge (Škotska) raspona 210,4m+2×521,5m+210,4m,
projektanti J. Folwer i B. Baker
1884., prva okvirna zgrada iz þelika (Chicago)
1886., Hall-Heroult proces elektrolize, poþetak masovne proizvodnje aluminija
1914., prvi eksperimentalni dokaz plastiþnog zgloba (Gabor Kazinczy)
1930., Empire State Building, 102 kata, visina 384,3 m
Slika 1.8.3 Izgradnja zgrada iz þelika
-
11
1937., Golden Gate, San Francisco, viseüi most raspona 1281 m
12
1. Uvod
Slika 1.8.4 Golden Gate u izgradnji
-
1970., World Trade Center, dva tornja s 110 katova i 411,8 m visine, srušeni u
teroristiþkom napadu 11.9.2001.
1974., Sears Tower, Chicago, 109 katova, visine 442,3 m
1996., Akasi Kaikyo Bridge, Japan, viseüi most raspona 1989,7 m
Slika 1.8.5 Akasi Kaikyo Bridge
Slika 1.8.6 Akasi Kaikyo Bridge
Dodajmo ovom da je kovano željezo poþetkom 18 stoljeüa u potpunosti kao konstrukcijski
materijal zamijenio þelik. U tablici 1.8.1 je prema [Androniü, Dujmoviü, Džeba, 1994] prikazano
13
1. Uvod
razdoblje primjene pojedinih vrsta konstrukcijskih materijala s pripadajuüim rasponima vlaþne
þvrstoüe Rm.
Razdoblje
pretežne
primjene
Lijevano
željezo
Kovano
željezo
ýelik
(zavarljiv)
2
Podruþje þvrstoüe Rm [N/mm ]
Tlak
Vlak
1750.÷1850.
400 ÷ 1000
100 ÷ 150
1850. ÷1900.
250 ÷ 400
250 ÷ 400
1880. ÷ dalje
350 ÷ 700
350 ÷ 700
Tablica 1.8.1. Razdoblje primjene i þvrstoüe lijevanog i kovanog željeza te þelika
14
1. Uvod
1.9 Standardi
Standardi (norme) su propisi s kojima se odreÿuje izvedba i kvaliteta proizvoda i materijala,
propisuje postupak ispitivanja, kontrole, nazivlja, oznaka, mjera i preuzimanja. Propisuje se
tehniþko pismo, izgled tehniþkog crteža i dr. Sve države þlanice Meÿunarodne organizacije za
standardizaciju (ISO – International Standard Organisation) obavezale su se pridržavanju
odredbi Meÿunarodnog standarda (ISO-a). U Republici Hrvatskoj na snazi je HRN (Hrvatska
norma) koja je velikim dijelom nastala preuzimanjem iz JUS-a (Jugoslavenski standard) i DIN-a
(Njemaþki standard), te kasnije nadograÿivanja usvajanje vlastitih standarda poput EN-a (Euro
norme). Primjenom standarda omoguüava se jednoznaþna izvedba proizvoda i zamjenjivost
dijelova (kompatibilnost) te se omoguüava smanjenje asortimana materijala, poluproizvoda,
gotovih proizvoda, alata, alatnih strojeva. Standardima se omoguüava masovnija, a samim time
jeftinija i kvalitetnija proizvodnja i konstruiranje. Slikom 1.9.1 opisan je naþin oznaþavanja
standarda prema hrvatskoj normi. Prva dvoznamenkasta skupina brojeva oznaþava široko
podruþje djelatnosti poput tehnike cestovnih vozila, elektrotehnike, kemijske tehnologije i sl.
(tablica 1.9.1). Druga troznamenkasta oznaka oznaþava podskupinu u podruþju, npr. za sluþaj
"71 kemijske tenologije", tablica 1.9.2 prikazuje podskupine u podruþju. Treüa dvoznamenkasta
oznaka oznaþava podskupinu u samoj skupini (sl. 1.9.1). Svi ovi podaci dostupni su na Internet
stranicama Državnog zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo (http://www.dznm.hr/).
Široko podruþje
djelatnosti npr.:
25-proizvodna tehnika
29-elektrotehnika
31-elektronika
65-poljoprivreda
71-kemijska tehnlogija
Oznaka podskupine
skupini npr.:
50-Osiguraþi i drugi
ureÿaji za nadstrujnu
zaštitu
HRN 29.120.50
Oznaka podskupine u
podruþju npr.:
120-Elektriþni pribor
Slika 1.9.1 Primjer oznaþavanja propisanog standarda prema hrvatskoj normi
1. Uvod
01 OPûI POJMOVI. NAZIVLJE. NORMIZACIJA. DOKUMENTACIJA
03 SOCIOLOGIJA. USLUGE. USTROJSTVO PODUZEûA I UPRAVLJANJE PODUZEûEM. UPRAVA. PRIJEVOZ
07 MATEMATIKA. PRIRODNE ZNANOSTI
11 ZDRAVSTVENA SKRB
13 ZAŠTITA ZDRAVLJA I OKOLIŠA. SIGURNOST
17 METROLOGIJA I MJERENJE. FIZIKALNE POJAVE
19 ISPITIVANJA
21 MEHANIýKI SUSTAVI I SASTAVNICE ZA OPûU UPORABU
23 FLUIDIýKI SUSTAVI I SASTAVNICE ZA OPûU UPORABU
25 PROIZVODNA TEHNIKA
27 TEHNIKA PRIJENOSA ENERGIJE I TOPLINE
29 ELEKTROTEHNIKA
31 ELEKTRONIKA
33 TELEKOMUNIKACIJE, AUDIOTEHNIKA I VIDEOTEHNIKA
35 INFORMACIJSKA TEHNIKA. UREDSKI STROJEVI
37 SLIKOVNA TEHNIKA
39 PRECIZNA MEHANIKA. NAKIT
43 TEHNIKA CESTOVNIH VOZILA
45 ŽELJEZNIýKA TEHNIKA
47 BRODOGRADNJA I POMORSKE KONSTRUKCIJE
49 ZRAKOPLOVNA I SVEMIROPLOVNA TEHNIKA
53 OPREMA ZA RUKOVANJE GRADIVIMA
55 PAKIRANJE I RASPAýAVANJE ROBA
59 TEKSTILNA I KOŽNA TEHNOLOGIJA
61 ODJEVNA INDUSTRIJA
65 POLJOPRIVREDA
67 PREHRAMBENA TEHNOLOGIJA
71 KEMIJSKA TEHNOLOGIJA
73 RUDARSTVO I RUDE
75 NAFTNA TEHNOLOGIJA I SRODNE TEHNOLOGIJE
77 METALURGIJA
79 DRVNA TEHNOLOGIJA
81 INDUSTRIJA STAKLA I KERAMIKE
83 INDUSTRIJA GUME I PLASTIKE
85 PAPIRNA TEHNOLOGIJA
87 INDUSTRIJA BOJA
91 GRAĈEVNA GRADIVA I GRADNJA
93 NISKOGRADNJA
95 VOJNA TEHNIKA
97 OPREMA ZA KUûANSTVO I TRGOVINE. ZABAVA. ŠPORT
Tablica 1.9.1 Široko podruþje djelatnosti
71 KEMIJSKA TEHNOLOGIJA
71.020 Proizvodnja u kemijskoj industriji
71.040 Analitiþka kemija
71.080 Organske kemikalije
71.100 Proizvodi kemijske industrije
71.120 Oprema za kemijsku industriju
Tablica 1.9.2 Podskupina u podruþju kemijske tehnologije
1.10 Ugovaranje metalnih konstrukcija
Ugovaranje je prvi problem s kojim se susreüe inženjer. Pri tome on se može naüi u slijedeüim
ulogama:
a) kao ponuÿaþ (ponuditelj)
b) kao naruþilac (ponuÿenik)
Ponuÿaþ se javlja kod nadmetanja (licitiranja), koje se objavljuje u službenim listovima.
Prilikom nadmetanja ponuÿaþ dostavlja naruþiocu ponudu objekta i cijene, zajedno s uvjetima
15
16
1. Uvod
plaüanja. Razlikuju se dvije vrste poziva na nadmetanje, "poziv na nadmetanje o cijeni radova"
i "poziv na nadmetanje za umjetniþko ili tehniþko rješenje".
Poziv na nadmetanje o cijeni radova upuüen odreÿenom ili neodreÿenom broju osoba na
nadmetanje za izvršenje odreÿenih radova, pod odreÿenim uvjetima i uz odreÿena jamstva,
obvezuje pozivatelja da sklopi ugovor o tim radovima s onim koji ponudi najnižu cijenu, osim
ako je tu obvezu iskljuþio u pozivu na nadmetanje. U sluþaju iskljuþenja obveze da se sklopi
ugovor, poziv na nadmetanje smatra se pozivom zainteresiranima da dostave ponude ugovora
pod objavljenim uvjetima.
Poziv na nadmetanje za umjetniþko ili tehniþko rješenje je upuüen odreÿenom ili
neodreÿenom broju osoba na nadmetanje za umjetniþko ili tehniþko rješenje namjeravanih
radova, a obvezuje pozivatelja da pod uvjetima sadržanim u pozivu na nadmetanje sklopi ugovor
sa sudionikom u nadmetanju þije rješenje prihvati povjerenstvo sastav kojega je unaprijed objavljen, osim ako je tu obvezu iskljuþio u pozivu na nadmetanje.
Najþešüe ponuÿaþ traži tzv. "avans", tj. da mu se unaprijed isplati dio novca þime ovaj
pokriva poþetne troškove proizvodnje. Ponuÿaþ može tražiti i tzv. "isplatu po situacijama",
naroþito ako se objekti dulje grade (vremenski). Tada se nakon odreÿenog vremena utvrÿuje
koliki je dio posla obavljen pa se prema tome vrši i isplata. Ponuÿaþ mora imati potpuno
definiran tehniþki opis (na osnovu traženog).
Naruþilac mora dati prilikom oglašavanja posla neki suvisli tehniþki opis, tj. mora znati
što hoüe. Ovo posebno komplicira posao naruþiocu jer je potrebno uzeti u obzir mnoge faktore,
npr. oslanjanje na pouzdanog proizvoÿaþa, toþna procjena kvantiteta (ne naruþiti previše),
problem razvijanja tehnologije (isplati li se kupovati skupe strojeve za malo posla), itd.
Ugovaranje je regulirano "Zakonom o obveznim odnosima". Pregovori koji prethode
sklapanju ugovora ne obvezuju. Predugovor je ugovor kojim se preuzima obveza da se kasnije
sklopi drugi, glavni ugovor.
Ugovor je osnovni oblik forme zakljuþivanja posla. Potpisivanjem ugovora preuzima se
odgovornost za potpisano.
Svaki ugovor sadrži:
1. Ugovorne stranke.
Ovlašteni predstavnici (najþešüe direktor).
2. Objekt ugovora (samo osnovne dimenzije).
3. Tehniþki opis (obiþno dodatak ugovoru, zove se i "aneks" ili "tender"), sadrži detalje i
podrobne opise.
4. Rokove izrade (u pravilu od dana potpisivanja ugovora).
Ukoliko je program obiman, predlažu se situacije ili faze.
5. Uvjeti plaüanja u što spada:
o Avans (plaüanje unaprijed) se omoguüava nabava materijalu iznosu od 10% do
60% ugovorene cijene.
o Plaüanje po situacijama (fazama)
o Plaüanje 5% do 10% ugovorene cijene nakon primopredaje objekata, obiþno u
roku od 15 dana. Primopredaja se vrši zapisnikom (kontrola).
o Kredit kojeg banka može dati ili naruþiocu ili ponuÿaþu. Za sluþaj da naruþilac
ostane bez novaca, naruþilac dalje plaþa mjenicama kojima se obvezuje da üe
novac vratiti banci, a koji je ponuÿaþ podizao na osnovu iste.
o Potrebno je utvrditi udio kooperanata.
o Osiguravanje kvalitete (prilikom primopredaje, ako utvrdi grešku, naruþilac ne
preuzima objekt te se greška mora otkloniti)
1. Uvod
17
o Cijena koja se formulira na osnovu troškova radne snage, energije i zarade a
razliku se fiksna cijena i cijena sa kliznom skalom.
o Penali kojima se za svaki dan kršenja roka ponuÿaþ kažnjava novcem u postocima
i to nikada više od 2% do 5%.
o Utvrÿuje se nadležni organ u sluþaju spora, npr. Privredni sud.
Ponuÿaþ mora imati uvjerenje o sposobnosti izvoÿenja zavarivaþkih radova, što je normirano
prema HRN-u, iako tu HRN nema snagu zakona. Ovakva ovlaštenja u Republici Hrvatskoj
izdaje samo Zavod za zavarivanje Fakulteta strojarstva i brodogradnje Sveuþilišta u Zagrebu.
1.10.1 Ugovor o djelu
Ugovorom o djelu izvoÿaþ se obvezuje obaviti odreÿeni posao, kao što je izrada ili
popravak neke stvari, izvršenje kakva fiziþkog ili umnog rada i sl., a naruþitelj se obvezuje platiti
mu za to naknadu. Kod ugovora o djelu ugovaratelji moraju imati na umu osobitu vrijednost
izvoÿaþeva rada. Ugovor kojim se jedna strana obvezuje izraditi odreÿenu pokretnu stvar od
svog materijala smatra se kupoprodajom (u Zakonu sadržano pod "Ugovor o kupoprodaji"). Ali
ugovor ostaje ugovor o djelu ako se naruþitelj obvezao dati bitan dio materijala potreban za
izradu stvari.
Obveze izvoÿaþa su:
- kad je ugovoreno da izvoÿaþ izradi stvar od svog materijala, a nije odreÿena kakvoüa,
izvoÿaþ je dužan dati materijal najmanje srednje kakvoüe te za kakvoüu ugraÿenog
materijala odgovara
- nad obavljanjem posla naruþilac ima pravo nadzora koji mu je izvoÿaþ dužan omoguüiti
- izvoÿaþ je dužan naruþitelju predati izraÿenu ili popravljenu stvar
- izvoÿaþ je dužan upozoriti naruþitelja na nedostatke materijala koji mu je naruþitelj
predao
- na inzistiranje naruþitelja, dužan je ugraditi materijal s nedostatkom, osim ako bi time
izvoÿaþ narušio svoj ugled, u kom sluþaju ima pravo raskinuti ugovor
- izvoÿaþ je dužan upozoriti naruþitelja na nedostatke u njegovu nalogu, u protivnom üe
snositi štetu za nedostatke
- izvoÿaþ je dužan izvršiti djelo kako je ugovoreno i po pravilima struke te u dogovorenom
vremenu ili vremenu koje je razumno potrebno za takve poslove
- ukoliko se ne izvoÿaþ ne drži uvjeta ugovora i uopüe da ne radi kako bi trebalo, izvoÿaþ
je dužan u dogovorenom roku otkloniti nedostatke, u protivnom naruþilac može raskinuti
ugovor i tražiti odštetu za naknadu štete
- rok je bitan sastojak ugovora te ga se izvoÿaþ treba pridržavati, u protivnom naruþilac
ima pravo raskinuti ugovor i tražiti naknadu štete pa þak ako rok nema bitnog utjecaja na
naruþioca
- ako po naravi posla ili po ugovoru nije definirano, izvoÿaþ nije dužan posao obaviti
osobno, no za propuste suradnika (kooperanta), izvoÿaþ odgovara kao da ih je napravio
osobno
- za naplatu svojih tražbina prema izvoÿaþu kooperanti se mogu obratiti neposredno
naruþitelju i zahtijevati od njega da im isplati te tražbine na teret iznosa koji u tom þasu
duguje izvoÿaþu
- nakon pregleda i primanja izvršenog djela izvoÿaþ više ne odgovara za nedostatke koji su
se mogli opaziti uobiþajenim pregledom, osim ako je znao za njih, a nije ih pokazao
naruþitelju
18
1. Uvod
-
naruþitelj koji je uredno obavijestio izvoÿaþa o nedostatcima može zahtijevati otklanjanje
nedostatka u odreÿenom roku te ima pravo na naknadu štete
kad je izvoÿaþ dao materijal, a stvar bude ošteüena ili propadne prije predaje naruþitelju,
rizik snosi izvoÿaþ, te nema pravo na naknadu za dani materijal i svoj rad
ako je naruþitelj pregledao obavljeno djelo i odobrio ga, smatra se da mu je stvar predana,
a da je kod izvoÿaþa ostala na þuvanju
Ako se postoje skriveni nedostatci koji se nije mogao otkriti uobiþajenim pregledom, naruþitelj
se ipak može pozvati na njega pod uvjetom da u roku od mjesec dana o nedostatku obavijesti
izvoÿaþa.
Radi osiguranja naplate naknade za rad i naknade za utrošeni materijal te ostalih tražbina
po osnovi ugovora o djelu, izvoÿaþ ima pravo zadržavanja na stvarima što ih je napravio ili
popravio te na ostalim predmetima koje mu je predao naruþitelj u vezi s njegovim radom.
Sve dok naruþeno djelo nije dovršeno naruþitelj može raskinuti ugovor kad god hoüe, ali
je u tom sluþaju dužan isplatiti izvoÿaþu ugovorenu naknadu, umanjenu za iznos troškova koje
ovaj nije imao, a koje bi inaþe imao da ugovor nije raskinut, a i za iznos zarade što ju je ostvario
na drugoj strani ili što ju je namjerno propustio ostvariti.
Obveze naruþitelja su:
- naruþitelj je dužan pregledati izvršeno djelo þim je to po redovitom tijeku stvari moguüe i
o naÿenim nedostacima bez odgaÿanja obavijestiti izvoÿaþa, u suprotnom se djelo smatra
primljenim
- naruþitelj je dužan primiti djelo obavljeno prema odredbama ugovora i pravilima struke
- ako postoji skriven nedostatak koji se nije mogao otkriti uobiþajenim pregledom,
naruþitelj se može pozvati na njega pod uvjetom da u roku od mjesec dana o nedostatku
obavijesti izvoÿaþa
- naknada se odreÿuje ugovorom, ako nije odreÿena obvezatnom tarifom ili kojim drugim
obvezatnim aktom, u protivnom je utvrÿuje sud prema vrijednosti djela
- ako je naruþitelj pao u zakašnjenje zbog neprimanja ponuÿene stvari, rizik sluþajne
propasti ili ošteüenja stvari prelazi na naruþitelja
- rizik sluþajne propasti ili ošteüenja stvari snosi naruþitelj ako je on dao materijal za
njezinu izradu
Istekom dviju godina od primitka obavljenog posla, naruþitelj se više ne može pozvati na
nedostatke.
1.10.2 Ugovor o graÿenju
Prema "Zakonu o gradnji" graÿevina jest sve što je nastalo graÿenjem i povezano je s tlom, a
sastoji se od graÿevnog sklopa ili graÿevnog sklopa i ugraÿenog postrojenja odnosno opreme
koji zajedno þine tehniþko-tehnološku cjelinu, kao i samostalna postrojenja povezana s tlom, te
objekti povezani s tlom koji nisu nastali graÿenjem, ako se njime mijenja naþin korištenja
prostora".
Iz ovog proizlazi da je veüina metalnih konstrukcija graÿevna, te kako takva spada pod "Zakon o
gradnji" i "Zakon o prostornom ureÿenju".
1. Uvod
19
Ugovorom o graÿenju izvoÿaþ se obvezuje prema odreÿenom projektu izgraditi u ugovorenom
roku odreÿenu graÿevinu, odnosno na postojeüoj graÿevini izvesti druge graÿevinske radove, a
naruþitelj se obvezuje isplatiti mu za to odreÿenu cijenu.
Izvoÿaþ je dužan omoguüiti naruþitelju stalan nadzor. Za svako odstupanje od projekta,
odnosno ugovorenih radova izvoÿaþ mora imati pismenu suglasnost naruþitelja, odnosno
naruþiteljevog nadzora. Svako potraživanje poveüanja ugovorene cijene, bez ovakve suglasnosti,
ništavno je. Bez suglasnosti izvoÿaþ može izvesti nužne radove poput osiguranja stabilnosti
graÿevine, sprjeþavanja opasnosti za život i okolinu te veüe materijalne štete, a za ovakve
radove može tražiti naknadu. O svim nužnim radovima izvoÿaþ je dužan obavijestiti naruþitelja.
Cijena radova može se ugovoriti kao jediniþna cijena (po jedinici mjere ugovorenih
radova) ili kao ukupna ugovorena cijena. Ukoliko se tijekom izvoÿenja radova ugovorena cijena
radova poveüala više od 2%, a da pritom nije narušen ugovor i rokovi, izvoÿaþ može tražiti
poveüanje ugovorene cijene. Isto vrijedi i obrnuto ukoliko se cijena radova smanjila za više od
2%, naruþilac može tražiti smanjenje ugovorene cijene. Ukoliko rokovi nisu ispoštovani, izvoÿaþ
može tražiti poveüanje ugovorene cijene, ukoliko se cijena radova poveüala više od 5%, ali samo
za dio radova koji su izvedeni u dogovorenom roku. Za sluþaj da u ugovoru postoji odredba o
nepromjenljivosti cijene, izvoÿaþ takoÿer može tražiti poveüanje cijene ukoliko se cijena radova
poveüala više od 10%.
Ako ugovor o graÿenju sadrži odredbu "kljuþ u ruke", izvoÿaþ se samostalno obvezuje
izvesti sve radove potrebne za izgradnju i uporabu graÿevine, pri þemu ugovorena cijena
obuhvaüa i vrijednost svih nepredviÿenih radova i viškova radova. Ukoliko više izvoÿaþa izvode
radove, njihova odgovornost prema naruþitelju je solidarna. Ako nije drukþije odreÿeno, na
odgovornost za nedostatke graÿevine primjenjuju se odgovarajuüe odredbe ugovora o djelu.
Izvoÿaþ odgovara za nedostatke graÿevine i zemljišta koji se tiþu ispunjavanja zakonom
odreÿenih bitnih zahtjeva u roku od deset godina od predaje radova. Isto vrijedi i za projektanta
ako nedostaci potjeþu od nedostataka u projektu, odnosno nadzora za nedostatke u provoÿenju
nadzora.
Izvoÿaþ se ne oslobaÿa odgovornosti ako je pri izvoÿenju odreÿenih radova postupao po
zahtjevima naruþitelja.
1.11 Gradilište
Kako veüina metalnih konstrukcija spada pod "graÿevine", tako i mjesto izvoÿenja radova,
gradilište, spada pod Zakon o gradnji.
Investitor je dužan graÿevinskoj inspekciji i inspekciji rada u roku od osam dana prije
poþetka graÿenja prijaviti gradilište. Isto vrijedi i za prekid radova duži od tri mjeseca, te za
ponovno nastavljanje radova.
Izvoÿaþ na gradilištu treba imati slijedeüe dokumente:
- rješenje o upisu u sudski registar, odnosno obrtnicu
- akt o imenovanju glavnog inženjera gradilišta, inženjera gradilišta odnosno voditelja
radova
- akt o imenovanju nadzornog inženjera, odnosno glavnoga nadzornog inženjera
- graÿevinsku dozvolu s glavnim projektom, odnosno glavni projekt s potvrdom tijela
graditeljstva
- izvedbene projekte ovjerene od revidenta
20
1. Uvod
-
graÿevni dnevnik
dokaze o sukladnosti (ateste) za ugraÿene graÿevne proizvode i opremu
Uz navedene, mogu biti traženi još neki dokazi i dokumenti.
Graÿevni dnevnik, þiji je izgled i sadržaj reguliran "Pravilnikom o uvjetima i naþinu voÿenja
graÿevnog dnevnika", je dokument o tijeku gradnje kojim se dokazuje usklaÿenost uvjeta i
naþina gradnje odnosno izvoÿenja pojedinih radova s pretpostavkama i zahtjevima iz glavnog
projekta, izvedbenog projekta, propisa i normi.
Graÿevni dnevnik se vodi od prvog dana poþetka pripremnih radova pa do primopredaje
radova (popraüena pisanim dokumentom o primopredaji). Kod veüih radova gdje sudjeluje više
izvoÿaþa, izvoÿaþ može voditi zasebni dnevnik kao dio glavnog dnevnika. Graÿevni dnevnik
svakodnevno vodi odgovorna osoba koja vodi gradnju (glavni inženjer gradilišta, inženjer
gradilišta, voditelj gradilišta), a svakodnevno ga takoÿer supotpisuje i nadzorni inženjer uz
uvoÿenje svojih zabilješki. Kako odgovorna osoba ne može uvijek osigurati da je prisutna na
gradilištu, graÿevni dnevnik može voditi i osoba koju upisom u dnevnik odredi odgovorna osoba.
Sam izgled graÿevnog dnevnika propisan je zakonom, a dnevnik se može kupiti u
Narodnim novinama. Graÿevni dnevnik se vodi u "paricama" (ima dvostruko numerirane
stranice) te jedan primjerak zadržava za sebe nadzor, a drugi izvoÿaþ. Podaci koje osoba koja
vodi dnevnik upisuje su: podaci o dospijeüu i koliþini materijala i opreme skupa s dokazima o
uporabljivosti (atestima), vremenski uvjeti, poduzete i predložene mjere za usklaÿivanje radova,
obavljeni pregledi i ispitivanja. Nadzorni inženjer upisuje: usklaÿenost izvedenih radova s
projektom i tehniþkim propisima, odreÿuje naþin otklanjanja neusklaÿenosti i nedostataka,
zabranjuje odnosno odobrava daljnje radove. Uz svakodnevne upise odgovorne osobe od strane
izvoÿaþa i investitora, u dnevnik revident i projektant upisuju podatke o obavljenim pregledima
radova. Odgovorna osoba i nadzor svakodnevno potpisuju stranice dnevnika, a nadzor
svakodnevno uzima i pohranjuje svoj primjerak lista dnevnika. Dnevnik se uvezuje na naþin da
nije moguüa kasnija zamjena stranica.
Gradilište je prostor na kojem se provode radovi duže od 5 dana. Gradilište je potrebno ograditi,
kao bi se onemoguüio ulaz nezaposlenima ili ugrožavanje prolaznika te na propisan naþin
oznaþiti (tabla s podacima o investitoru, projektantu, izvoÿaþu, nadzoru, vrstu graÿevine,
graÿevinskoj dozvoli, itd.).
Na gradilištu je potrebno provoditi mjere zaštite na radu (Zakon o zaštiti na radu) i zaštite
od požara (Zakon o zaštiti od požara) te je potrebno provesti ureÿenje gradilišta te temelju plana
o ureÿenju gradilišta (regulirano Pravilnikom o sadržaju plana ureÿenja privremenih i
zajedniþkih privremenih radilišta).
Plan ureÿenja gradilišta je sadržava shemu i opis gradilišta, naþin obilježavanja opasnih
zona, mjesta rada s poveüanom opasnošüu, energetske instalacije, projekte skela, naþin pružanja
prve pomoüi i sl.
1.12 Automatizacija procesa rezanja i zavarivanja
Naša se tehnologija bazira na uvelike zastarjelim procesima. To npr. pokazuje þinjenica da 80%
proizvodnje otpada na REL (ruþno elektroluþno zavarivanje), a 20% na EPP, MIG/MAG, TIG.
REL zavarivanje je korisno pri pokretnim i vanjskim radovima, ali je primitivnije od drugih
1. Uvod
21
automatskih i poluautomatskih postupaka (EPP, MIG/MAG, TIG). Na automatske postupke
otpada jedva 5% proizvodnje.
Bez obzira na ove þinjenice, javlja se problem radne snage, odnosno nestašica iste, a zbog
štetnog djelovanja procesa (toplinsko odnosno infra-crveno i ultra-ljubiþasto zraþenje).
Rezanje komada kod nas se još uvijek u 90% sluþajeva obavlja plinski, ostatak otpada veüinom
na plazma postupke. Kako se za metalne konstrukcije kod nas uglavnom koriste niskolegirani i
ugljiþni þelici, a vrlo rijetko je rijeþ o obojenim metalima, ovih 10% u potpunosti zadovoljavaju
potrebe. Automatizacija rezanja je danas na vrlo visokom numeriþki upravljanom nivou (CNC).
Tu se radi o numeriþki upravljanim strojevima þiji su kapaciteti veüi od potrebe proizvodnje te
se zamjeüuje nedovoljna iskorištenost ovih postupaka rezanja. CAD/CAM automatizacijom,
odnosno numeriþki optimiranim naþinom izrezivanja, koliþina otpada svodi se na minimum.
Kao bi se posao obavio valjano, prvenstveno je potrebno prostudirati tehniþki opis predmeta koji
ukljuþuje:
- oblik
- materijal
- tehniþke propise ili zakone
Tehniþki propisi ili zakoni služe za zaštitu korisnika od eventualne nesavijesti proizvoÿaþa. U
Republici Hrvatskoj vrijede HRN-propisi, koji uglavnom definiraju poluproizvode (vijke, profile
i sl.). Zakoni i propisi izlaze i mijenjaju se, a oglašavaju se službenim listovima. Uz ove, postoje
i neki propisi kojima je domena razna ograniþenja poput Hrvatskog registra brodova, propisi za
željezniþke transporte, itd. Opüenito se u propisima (domaüim i stranim) velika pažnja posveüuje
materijalima i procesima zavarivanja.
Neki važniji propisi u brodogradnji su: LR, DNV, BV, ABS, registar SSSR-a, GL,..
Ostali važniji propisi: API, ASME, ASTM,...
Od struþnjaka (inženjera) se zahtijeva dobro poznavanje engleskog jezika kako bi on bio u stanju
pratiti novosti u zakonima i propisima.
Literatura
B. Androiü, D. Dumoviü, I. Džeba, Metalne konstrukcije I, Institut graÿevinarstva Hrvatske,
Zagreb 1994.
A. Vukov, Uvod u metalne konstrukcije, Fakultet graÿevinskih znanosti Sveuþilišta u Splitu,
Split 1998.
Zakon o obveznim odnosima, http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2005/0707.htm, Narodne novine, 35,
2005.
Zakon o gradnji, http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2003/2552.htm, Narodne novine, 175, 2003.
Zakon o prostornom ureÿenju, http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/1994/0520.htm, Narodne novine, 30,
1994.
Pravilnik o uvjetima i naþinu voÿenja graÿevnog dnevnika,
http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2000/0068.htm, Narodne novine, 6, 2000.
Pravilnik o sadržaju plana ureÿenja privremenih i zajedniþkih privremenih radilišta, Narodne
novine, 45, 1984.
Zakon o zaštiti od požara, http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/1993/1161.htm, Narodne novine, 58,
1993.
Zakon o zaštiti na radu, http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/1996/1183.htm, Narodne novine, 59, 1996.
2. Materijali za metalne konstrukcije
23
2. Materijali za metalne konstrukcije
Osnovni cilj pri odabiru materijala za metalne konstrukcije je da materijal bude þim jeftiniji, a da
pri tom zadovolji tražena mehaniþka svojstva. Tako se kao materijali za metalne konstrukcije
uglavnom koriste þelici (obiþni konstrukcijski, ugljiþni, legirani), aluminij (þisti aluminij i
aluminijeve slitine) i dr.
2.1 ýelici
Ukoliko je ugljik jedina primjesa, þelici su ugljiþni þelici. Ugljiþni þelici s manje od 0,9% ugljika
se koriste kao konstrukcijski þelici, a poveüanjem udjela ugljika poveüava se þvrstoüa i tvrdoüa te
smanjuje žilavost. Za kaljenje se koriste þelici s 0,3% ugljika, a poveüavanjem udjela ugljika
raste zakaljivost.
2.1.1 Obiþni konstrukcijski þelici
Obiþni konstrukcijski þelici, koji se najþešüe koriste za metalne konstrukcije, sadrže do 0,25% C
(iznimno 0.3%), a preko ovog postotka ugljika raste samozakaljivost te se takvi þelici
izbjegavaju. Obiþni konstrukcijski þelici nisu dodatno termiþki obraÿeni osim normalizacije i
žarenja radi popuštanja zaostalih naprezanja. Ovi þelici redovito sadrže neþistoüe poput sumpora,
fosfora i dušika. Sumpor i fosfor ne mogu se u potpunosti odstraniti. Udio fosfora od preko
0,045% þini þelik krtim pri niskim temperaturama (tzv. krti lom). Udio sumpora preko 0,055%
þini þelik krtim na povišenim temperaturama (tzv. vruüi lom) te smanjuje sposobnost
zavarivanja. Dušik, ukoliko se u þeliku javlja kao nevezan, poveüava moguünost krtog loma i
sklonost starenju (snižava se žilavost). Ukoliko je pak dušik u þeliku kemijski vezan u obliku
nitrata, onda dušik djeluje povoljno, no problem je taj što se kemijskom analizom ne može
utvrditi u kojem je dušik stanju, vezanom ili nevezanom. ýelik s niskim postotkom ugljika
sadržava nakon proþišüavanja previše kisika koji poveüava opasnost od tzv. crvenog loma te se
þelik mora dezoksidirati te se pri kraju proces proþišüavanja dodaje feromangan, po þemu se
þelik lijeva u blokove kokilno lijeva ili pak dobiva kako kontinuirani bezdani lijev.
Pri lijevanju u kokile, kako bi se sprijeþilo da þelik "kipi", tzv. neumireni þelik, dodaju se
dezoksidacijska sredstva, silicij i aluminij, koji na sebe vezuju plinove stvarajuüi šljaku te se
omoguüava polagano hlaÿenje. Takav þelik naziva se umireni þelik kod kojeg, šljaka kao
specifiþno lakša, ispliva (sl. 2.1.1) te se dio bloka sa poveüanom koncentracijom šljake odstrani
(tzv. jalova glava). Time se sprijeþilo formiranje plinovitih mjehuriüa u þeliku, oko kojih se
mogu koncentrirati neþistoüe (npr. sumpor) što za posljedicu ima štetni utjecaj pri valjanju
þelika. Umireni þelik namijenjen je za zavarene konstrukcije i konstrukcije kod kojih se traži
veüa žilavost þelika, npr. elementi izloženi dinamiþkim vibracijama ili niskim temperaturama.
Poluumireni þelik je þelik koji nije u potpunosti dezoksidirao (sl. 2.1.1) te se takav þelik koristi
24
2. Materijali za metalne konstrukcije
za nosive elemente konstrukcija. U ostalim sluþajevima ako se elementi ne zavaruju, može se
upotrijebiti i neumireni þelik. Sadržaj i raspored ovih primjesa ovisi o naþinu dobivanja i
postupku koji se primjenjuje. Tako npr. Thomesov postupak (taljenje þelika s velikim postotkom
fosfora u peüima s dolomitnom oblogom) daje nizak postotak primjesa, no loš raspored te se u
sredini presjeka javlja neumirena zona (sl. 2.1.2).
koncentracija
neþistoüa
jalova
glava
neumiren
poluumiren
umiren
Slika 2.1.1 Stanje þelika pri lijevanju u kokile
Slika 2.1.2 Neumirena zona u presjeku
Mehaniþka svojstva þelika koja se garantiraju, moraju se i provjeravati. U tablici 2.1.1 dana su
svojstva þelika. ýelici koji su najþešüe primjenjuju za metalne konstrukcije, a spadaju u skupinu
standardnih konstrukcijskih (graÿevinskih) þelika su prema EUROCODE 3 dani tablicom 2.1.2,
dok su konstante za konstrukcijski þelik dane tablicom 2.1.3. Opüenito se za þelike standardne
kvalitete zahtijeva dovoljno velika "rezerva" plastiþnosti, odnosno ım • 1,2· ıV.
25
2. Materijali za metalne konstrukcije
OZNAKA VRSTE ýELIKA
EUROHRN
tehn.
CODE3 C.BO500 oznaka
ISO
ý.000
/
ý.0270
/
ý.0261
/
ý.0271
/
Fe360B
ý.0370
ýN.24A2
Fe360B
ý.0361
ýN.24B1
Fe360B
ý.0371
ýN.24B2
Fe360C
ý.0362
ýN.24C
Fe300D
ý.0363
ýN.24D
ý.0460
ýN.26A1
ý.0461
ýN.26B1
dezoksidacija
(umirenost)
vlaþna
granica
þvrstoüa razvlaþenja
ım [MPa]
ıV [MPa]
/
neumiren
umiren
neumiren
neumiren
340-420
200
umiren
370-450
230
izduženje
%
žilavost - ISO
pri
Nm/mm2
0°C
28
35
35
35
35
35
+20
+20
+20
+20
+20
25
35
+20
neumiren
35
+20
spec. umiren
35
0
spec. umiren
35
-20
neumiren
35
+20
35
+20
umiren
420-540
22
270
Tablica 2.1.1 Mehaniþka svojstva þelika
EUROCODE 3
ISO
Fe 360
Fe 430
Fe 510
HRN
C.BO500
ım [N/mm2]
ý.0361
ý.0451
ý.0551
235
275
355
t ” 40 mm
Debljina stjenke elementa t [mm]
40 mm < t ” 100 mm
ıV [N/mm2]
ım [N/mm2]
ıV [N/mm2]
360
430
510
215
255
335
340
410
490
Tablica 2.1.2 Mehaniþka svojstva konstrukcijski þelika prema EUROCODE 3
Modul elastiþnosti
Modul smicanja
Poissonov koeficijent
Koef. temp. produljenja
Gustoüa
E=210 000 N/mm2
G= 81 000 N/mm2
Ȟ = 0,3
Į = 12·10-6 1/K
ȡ = 7850 kg/m3
Tablica 2.1.3 Materijalne konstante konstrukcijskih þelika
Prema preporuci MIZ-a (Meÿunarodni institut za zavarivanje), ovi se þelici dijele u skupine
osjetljivosti prema krtom lomu. Skupine se oznaþavaju slovima A, B, C, D i E uz postojanje
podgrupa ovih skupina.
Preporuke za izbor pojedinog þelika za ove skupine su:
• skupina 0 (bez oznake) - za dijelove izložene slabom statiþkom optereüenju.
• skupina A - za tanje, statiþki optereüene metalne konstrukcije koje nisu izložene velikim
temperaturnim razlikama i temperaturama nižim od -10°C.
• skupina B - za odgovorne konstrukcije gdje ne postoji opasnost od krtog loma, a u
sluþaju manje odgovornih konstrukcija za sva optereüenja.
• skupina C - za odgovorne komplicirane konstrukcije izložene statiþkim ili dinamiþkim
optereüenjima, ali ne i niskim temperaturama. Zbog oblika može biti i zaostalih
naprezanja, koncentracije naprezanja i s tim u vezi opasnosti od krtog loma.
• skupina D - za odgovorne zavarene konstrukcije koje moraju biti sigurne od krtog loma,
npr. konstrukcije s debelim i ukliještenim dijelovima, dijelova s diskontinuitetima,
26
2. Materijali za metalne konstrukcije
•
konstrukcije s jako izraženim prethodnim hladnim deformacijama (iznad 5%), sve
konstrukcije izložene niskim temperaturama (do -30°C), dinamiþki optereüene
konstrukcije s velikim stupnjem iskorištenja dopuštenog naprezanja, za dijelove þiji bi
lom doveo u pitanje sigurnost i funkciju cijelog objekta.
skupina E - za razne odgovorne oblike i druge elemente u strojarstvo kao osovine, vratila,
klipove, zupþanike i sl.
Dodavanjem mangana þeliku, od 1,2 do 1,8%, poveüava se þvrstoüa (ım>450 N/mm2), pri þemu
žilavost i zavarljivost ostaje ista. Ovi þelici nazivaju se manganski þelici.
2.1.2 Legirani þelici
Tendencija je, kako u svijetu, tako i kod nas, daljnje poveüanje granice razvlaþenja, no to ne ide
samo sa ugljikom niskog postotka i manganom, veü se koriste niskolegirani þelici s dodatkom
legirnih elemenata koji utjeüu na poboljšanje mehaniþkih svojstava.
Tu se razlikuj tri osnovne grupe þelika:
1. Feritno-perlitni þelici s dodacima Mn, Ni, Cu, Si.
2. Niskolegirani þelici s dodacima Mn, Cr, Mo, V. Ovi elementi s ugljikom stvaraju sitno
raspršene karbide.
3. U treüu skupinu visokolegiranih þelika spadaju þelici kod kojih se kao legirni elementi
koriste Nb, V, ili Ti (0,06%) pri þemu se udio ugljika smanjuje na ispod 0,1%. Razlog
ovakvog legiranja je u tome što udio ugljika bitno utjeþe na poveüanje mehaniþkih
svojstava i usitnjenost zrna, dok smanjuje granicu razvlaþenja i temperaturu prelaska u
podruþje izražene krtost (krti lom) te se ovim legirnim elementima bitno poboljšava
otpornost prema krtom lomu.
Kod legiranih þelika, DIN razlikuje dvije skupine sitnozrnatih zavarljivih þelika:
- St E 47 (ýN 47) – normaliziran, gdje su legirni elementi:
o Ni-V
o Cu-Ni-V
o Ni-Ti
- St E 70 (ýN 70) – poboljšan, gdje su legirni elementi:
o Ni-Cr-Mo-B
o Cr-Mo-Zr
Za ove dvije skupine izdane su smjernice za upotrebu, uvjeti proizvodnje, osnove za proraþun te
upute za proizvodnju i zavarivanje. Ovi visokoþrvsti þelici se dijele u tri skupine, što ovisi o
postupku koji je proveden (normalizacija, poboljšanje), tablica 2.1.4. Visokoþvrsti se þelici
najþešüe upotrebljavaju kod spremnika i posuda pod tlakom, cjevovoda, platformi, prenosila i
dizala te u mostogradnji.
Prednosti visokoþvrstih þelika su:
- manje debljine stijenki nego li to bio sluþaj kod izvedbe s obiþnim konstrukcijski
þelikom, što ima za posljedicu manju težinu konstrukcije, manju cijenu koštanja, niži
troškovi prijevoza
- veüa optereüenja koje konstrukcija može podnijeti
- veüa otpornost habanju
2. Materijali za metalne konstrukcije
-
27
dobra zavarljivost i sigurnost od krtog loma
2.1.3 Izbor þelika za metalne konstrukcije
Opüenito se može reüi da pri izboru materijala za zavarivanje na izbor utjeþe:
- postojanje zaostalih naprezanja od zavarivanja te zbog krutosti konstrukcije
- postojanje grešaka koje izazivaju koncentraciju naprezanja
Ove þinjenice zahtijevaju ozbiljan pristup odabiru materijala, pri þemu najveüu opasnost
predstavlja krti lom koji se javlja kada materijal izgubi moü lokalne plastifikacije pa se ne može
suprotstaviti širenju pukotine. Stoga je najvažniji kriterij klasifikacije þelika otpornost na krti
lom.
Kako je proizvodnja þelika napredovala, konstruktor danas ima na raspolaganju više vrsta te
moguünosti izbora ekonomski najpovoljnijeg, a kvalitetom dovoljno dobrog þelika.
Takoÿer postoje klasifikacije konstrukcija i dijelova konstrukcija s obzirom na opasnost koju bi
predstavljao lom i rušenje konstrukcije. Ovo govori u prilog tome da ne mora cijela konstrukcija
biti napravljena od kvalitetnog i skupog materijala, veü se manje odgovorni dijelovi mogu
napraviti iz jeftinijeg materijala.
Prema DIN-u izbor materijala vrši se tako da se u obzir uzimaju slijedeüi faktori:
- stanje naprezanja
- vrsta naprezanja
- vrsta zavara
- naþin izrade
- opasnost od loma
- debljina dijelova
- radna temperatura
Pri tom svaki od prethodno navedenih parametara ima odreÿeni broj bodova, koji se zbrajaju i sa
sumom se ulazi u standard te odabire prikladni þelik pri þemu treba imati na umu i cijenu
koštanja odabranog þelika. Sliþne preporuke usvojio je i JUS 1988 (JUS U.E7.010/1988), koji je
dalje preuzet u HRN-u te se prema tim preporukama odabir vrši na naþin da:
- Za nezavarene konstrukcije mjerodavna je vlaþna þvrstoüa ım i granica razvlaþenja ıv te
produljenje.
- Za zavarene konstrukcije kao kriterij uzima se opasnost od loma izražena faktorom
opasnosti o krtog loma L = K ⋅ Z ⋅ N , gdje faktor K uzima u obzir konstrukcijsko
oblikovanje, faktor Z znaþenje dijela konstrukcije, a N faktor naprezanja. Uz to, u obzir
se uzima i radna temperatura T za podruþja −25°C ≤ T ≤ −10°C i T > −10°C .
Prema EUROCODE 3, kod raþunanja opasnosti na krti lom, pri zadanoj ili traženoj minimalnoj
temperaturi eksploatacije, uzima se u obzir:
- þvrstoüa materijala
- debljina dijela (stjenke) t
- uvjeti eksploatacije (kategorije naprezanja S1, S2, S3, ovise o granici teþenja)
- karakter optereüenja (prirast optereüenja R1-statiþko, R2-dinamiþko)
- posljedice otkazivanja (kategorije C1-bez veüih posljedica, C2-velike posljedice)
28
2. Materijali za metalne konstrukcije
Princip proraþuna se svodi, ili na odreÿivanje minimalne temperature eksploatacije Tmin, ili
obzirom na zadanu minimalnu temperaturu eksploatacije, odreÿivanje najveüe dopuštene
debljine stjenke. Raþunanje minimalne dozvoljene temperature za eksploatacije provodi se
prema izrazu
Tmin = 1, 4 ⋅ TCV + 25 + 100 ( ln K IC − 8, 06 ) + ( 83 − 0, 08 ⋅ Rel ) ⋅ ε 0,17 ,
(2.1)
gdje je İ prirast optereüenja (za R1 iznosi İ =0,001, a za R2 İ =1,0), TCV temperatura ispitivanja
žilavosti (ispituje se kod +20°C, 0°C, -20°C, -30°C), a KIC žilavost loma.
Napomenimo da se žilavost ispituje Charpyevim batom i nužno je postiüi energiju od 17
J kod temperatura +20°C (kvalitetna grupa þelika B, npr. Fe E 235 B), 0°C (grupa C, npr. Fe E
235 C), -20°C (grupa D, npr. Fe E 235 D) i kod -30°C (grupa DD, npr. Fe E 355 DD).
Žilavost loma raþuna se iz izraza
(γ ⋅ a )
=
0,55
⋅ Rel ⋅ t 0,5
.
(2.2)
K IC
1, 226
U prethodnom izrazu Rel predstavlja faktor redukcije granice teþenja, ovisi o debljini elementa t
[mm] i kreüe se od Rel =0 N/mm2 do Rel =60 N/mm2 za debljine od t=0 mm do t=200 mm. Za
faktor posljedice otkazivanja Ȗ uvrštava se Ȗ=1 kod kategorije C1 i Ȗ=1,5 kod kategorije C2.
Faktor a raþuna se kao a=2/ln t za kategoriju napona S1, a=3,8/ln t za kategoriju napona S2 te za
a=6/ln t kategoriju napona S3.
2.2 Aluminij i aluminijeve slitine
Aluminij je najrašireniji metal u Zemljinoj kori (8,13%). Do izdvajanja þistog aluminija došlo je
tek poþetkom devetnaestog stoljeüa elektrolizom glinice iz boksita. Industrijska proizvodnja
aluminija datira od 1886. godine, Cherks Marint Hall (USA).
ýisti aluminij uglavnom se koristi u kemijskoj i prehrambenoj industriji, u elektronici te za opüu
namjenu (aluminijske folije i sl.). ýisti aluminij ima nisku þvrstoüu (50-60 N/mm2), nisko talište
(658°C) te izduženje od 50%. Legiranjem bitno mu se poboljšavaju mehaniþka svojstva te se
iskljuþivo kao legiran koristi za metalne konstrukcije.
Legiranjem aluminija postižu se slijedeüa svojstva:
- Mangan (Mn) poveüava þvrstoüu i otpornost na koroziju.
- Magnezij (Mg) poveüava þvrstoüu, otpornost na koroziju, zavarljivost i tvrdoüu.
- Silicij (Si) poveüava otpornost na koroziju te snižava talište.
- Bakar (Cu) poveüava þvrstoüu, tvrdoüu i obradivost.
- Cink (Zn) poveüava þvrstoüu i tvrdoüu.
Legure aluminija sa silicijem, "Al Si" povoljne su za lijevanje, otporne na koroziju, mogu se
zavarivati i postižu srednju þvrstoüu.
Legure "Al Si Mg", zbog 0,5% magnezija koji djeluje otvrdnjavajuüe, imaju znatno veüu
tvrdoüu.
Legure "Al Si Cu" su povoljne za tlaþni lijev.
Legure "Al Zn 4 Mg 2" su nehrÿajuüe legure osobina sliþnih þeliku te se koriste za noseüe
konstrukcije.
Kod noseüih metalnih konstrukcija najþešüe se koriste slijedeüe slitine:
- legure s magnezijem (3-5%):
2. Materijali za metalne konstrukcije
-
-
-
29
o Al Mg 3
o Al Mg 4
o Al Mg 5
legure s magnezijem i manganom:
o Al Mg 2,5 Mn
o Al Mg 4,5 Mn
legure sa silicijem i magnezijem:
o Al Mg Si 0,5
o Al Mg Si 1
legure s magnezijem i cinkom:
o Al Zn 4 Mg 1
o Al Zn 4 Mg 3
Osnovne prednosti metalnih konstrukcija iz aluminija su:
- znatna ušteda u težini bez smanjenja nosivosti (tzv. "lake metalne konstrukcije).
- neznatni troškovi održavanja.
- potpuna reciklaža aluminija nakon upotrebe što uvjetuje 30-40% niže cijene sekundarnog
(recikliranog) aluminija od primarnog aluminija dobivenog iz boksita.
Nedostaci metalnih konstrukcija iz aluminija su:
- visoka cijena konstrukcije
- velike deformacije u odnosu na þeliþne konstrukcije (približno tri puta)
- velike temperaturne dilatacije u odnosu na þeliþne konstrukcije (približno dva puta)
Ovdje je potrebno naglasiti posebnu važnost primjene aluminija u pomorskim konstrukcijama.
Za korozijski otporne limove (slika 2.2.1) preporuþuje se legura AlMgMn (AlMg4.5Mn,
AlMg4Mn, AlMg2.7Mn), odnosno AlMg3 koji ima veüu deformabilnost pa je povoljniji pri
procesu valjanja od znatno þvršüeg AlMg4.5Mn. Za korozijski otporne profile (slika 2.2.2),
dobivene uglavnom ekstrudiranjem, preporuþuje se AlMgSi legura (AlMgSi0,7, AlMgSi0,5,
AlMg1SiCu, AlMgSi1). Korozijski otporne proizvode dobivene lijevanjem (slika 2.2.3)
preporuþuj se AlMg legure (3% Mg i zanemarivo Ti, te 6% Mg uz dodatak Be).
Slika 2.2.1 Koþarica od Al legure, veü xx godina u upotrebi bez ikakve površinske zaštite.
30
2. Materijali za metalne konstrukcije
Slika 2.2.2 Prilaz plutajuüem mulu
Slika 2.2.3 Vitlo izvedeno od lijevane Al legure
Sve se gore navedene legure mogu dobro meÿusobno zavarivati. Osim zavarivanja aluminij se
povezuje zakovicama, lijepljenjem i uskoþnim spojevima koji se lako daju projektirati u
ekstrudiranim profilima. Aluminijeve legure, osim što su dobro zavarljive, moguüe ih je
zavarivati s þelikom uz posredstvo traka koje su izraÿene eksplozivnim spajanjem ("Nitro
Metall") aluminija i þelika. Ova vrsta spojeva ima dobru korozijsku otpornost te otpornost na
zamor materijala. Koristi se najþešüe za spajanje aluminijskih nadgraÿa na þeliþnom trupu broda,
þime se doprinosi stabilnosti broda.
Slika 2.2.4 Spajanje aluminija i þelika pomoüu trake te aluminijsko nadgraÿe na þeliþnoj
konstrukciji broda izvedeno ovakvim trakama
Iako navedene korozijski otporne legure nije potrebno posebno zaštiüivati, þesto se koriste
premazi iz estetskih razloga i antivegetativni premazi na uronjenim dijelovima. Tu se koriste
razni premazi (boje) ili se površine podvrgavaju procesu eloksiranja, þime se doba tvrdi,
korozijski otporan površinski sloj kojemu se mogu pridati razliþiti tonovi boja.
No þesto su kod pomorskih konstrukcija aluminijeve legure u kontaktu s drugim metalima poput
nehrÿajuüeg þelika, bronce i sl. gdje se javlja bimetalna korozija (elektrolitiþka korozija ili tvz.
2. Materijali za metalne konstrukcije
31
"galvanska struja"). Tu aluminij, kao elekronegativniji, u prisustvu elektrolita (morska voda),
predstavlja anodu te dolazi do nagrizanja aluminija do njegovog potpunog nestanka. U cilju
sprjeþavana ove korozije provodi se katodna zaštita (slika 2.2.5) gdje se koriste žrtvene anode iz
cinka. Cink, kao elektronegativnije od þelika, bronce i samog aluminija, biva nagrizen i potrošen
te ga je potrebno povremeno zamjenjivati.
Slika 2.2.5 Katodna zaštita
Kako se je na plovilima uvijek prisutan elektriþni izvor, bilo kako istosmjerna, bilo kao
izmjeniþna struja, potrebno je posebnu pažnju posvetiti na naþin spajanja elektroinstalacija kako
aluminijska konstrukcija trupa ne bi postala anodom. Tu postoje tri pravila kojih se treba
pridržavati. Aluminijski trup treba biti spojen kao uzemljenje, odnosno minus pol baterije, pri
þemu treba obratiti pažnju da se za spoj koristi aluminijski vodiþ (ne bakrena pletenica).
Aluminijski dijelovi i trup moraju biti elektriþki spojeni sa svim ostalim metalnim dijelovima
(npr motor, osovina, peraja propelera i sl.). Aluminijski trup se ne smije koristi kao povratna
veza negativnog pola na bateriju (kao što je sluþaj kod automobila).
Što se tiþe otpornosti na požar, za aluminij se ponaša sliþno kao i þelik te vrijede ista pravila kao
i za þelik.
Kod pomorskih konstrukcija ova pravila ukljuþuju:
- da onemoguüe prolaz dimu i prenošenje požara za maksimum 1 sat (ovisi o požarnoj
klasifikaciji)
- da su izolirani s nezapaljivim izolacijskim materijalima
Literatura
B. Androiü, D. Dumoviü, I. Džeba, Metalne konstrukcije I, Institut graÿevinarstva Hrvatske,
Zagreb 1994.
A. Vukov, Uvod u metalne konstrukcije, Fakultet graÿevinskih znanosti Sveuþilišta u Splitu,
Split 1998.
Aluminium and the sea, Pechiney Rhenalu, Francuska.
3. Optereüenje konstrukcija
33
3. Optereüenje konstrukcija
Optereüenja su specifiþna za svaku vrstu objekta i potrebno je razlikovati:
- klasifikaciju po vremenu trajanja:
o stalno
o promjenjivo:
ƒ optereüenje koje se rijetko pojavljuje
ƒ optereüenje koje se uþestalo pojavljuje
- klasifikaciju po naþinu nastupa:
o mirno ili statiþko optereüenje
o optereüenje s dinamiþkim djelovanjem
U propisima se za svaku vrstu metalnih konstrukcija navode optereüenja obzirom na uzrok te se
razlikuju:
- optereüenja od vlastite težine (ukljuþujuüi težinu konstrukcije)
- optereüenja od korisnog optereüenja
- snijeg
- vjetar
- temperaturne promjene
- horizontalne sile (boþne sile ili sile koþenja kod vozila, centrifugalne sile9
- sile deformacija kao posljedice rada konstrukcije (trenje na osloncima, zakretanje
oslonaca i sl.)
- sile od neplaniranog djelovanja (udara vozila u konstrukciju)
- sile od potresa
- sile nuklearnih eksplozija
3.1 Optereüenja prema našim propisima (HRN)
Prema HRN-u postoje tri grupe optereüenja:
- osnovna optereüenja
- dopunska optereüenja
- izvanredna optereüenja
U svaku od ovih grupa spadaju slijedeüa optereüenja;
A) Osnovno optereüenje:
1. stalni teret (vlastita težina konstrukcije)
2. korisno optereüenje ukljuþujuüi centrifugalne sile
3. snijeg
4. sve sile stalnog karaktera
3. Optereüenje konstrukcija
34
B) Dopunsko optereüenje:
1. vjetar
2. sile koþenja
3. boþni udarci
4. sile od temperaturnih razlika
5. ostale sile s privremenim djelovanjem u veüim vremenskim razmacima
C) Izvanredno optereüenje:
1. djelovanje potresa
2. sluþajni udari
3. planski nepredviÿena optereüenja
4. ekstremno rijetke sile (npr. nuklearne eksplozije)
3.1.1 Stalni teret
Stalni teret sastoji se od težine konstrukcije ukljuþujuüi težinu svih ovisnih i neovisnih elemenata
konstrukcije. Pretpostavka vlastite težine treba biti unutar odreÿenih tolerancija pa se tako za
mostove i brodove tolerira greška od 3%. Stalni se teret odreÿuje tako da se volumen
konstrukcije pomnoži s gustoüom materijala [kg/m3].
3.1.2 Korisno optereüenje
Korisno optereüenje je statiþki podatak koji se obiþno odreÿuje propisima te se tako npr. uzima
za stambene prostorije p = 2 kN m 2 , za biblioteke p = 5 kN m 2 , za urede p = 4 kN m 2 , za
parkirališta p = 2, 5 ÷ 3, 5 kN m 2 , itd.
3.1.3 Optereüenje snijegom
Za važne objekte preporuþa se koristiti statistiþke meteorološke podatke o koliþini snijega
godišnje. Opüenito kod nas vrijede slijedeüe preporuke:
- za podruþja gdje nema snijega uzima se zamjensko optereüenje psn = 0,35 kN m 2 .
-
za podruþja gdje ima snijega uzima se psn = 0, 75 kN m 2 .
-
za podruþja iznad 500 m nadmorske visine psn = 0, 75 + ( A − 500) 400 ª¬ kN m 2 º¼ , gdje je
A nadmorska visina u metrima.
3. Optereüenje konstrukcija
35
3.1.4 Sile stalnog karaktera
Radi se o silama koje kontinuirano djeluju na konstrukciju, a tipiþan primjer takve sile je aktivan
pritisak tla na podrumske zidove zgrade (sl. 3.1.1).
raspodjela
pritiska tla
podrum
Slika 3.1.1 Aktivni pritisak tla na podrumske zidove
3.1.5 Vjetar
Odreÿivanje toþno utjecaja vjetra na odreÿenu konstrukciju vrlo je složeno i zahtijeva skupa
modelska ispitivanje u zraþnim tunelima ili pak modeliranje putem konaþnih elemenata za
analizu strujanja fluida. U propisima postoje pojednostavljene smjernice, koje su dobivene na
temelju modelskih ispitivanja. Prvo je potrebno odrediti osnovno brzinu vjetra, koja se odreÿuje
na visini od 10 m iznad tla, obiþno za 25, 50 ili 100-godišnjim ponavljanjem. Brzina vjetra raste
s visinom iznad tla te se približno uzima da je
x
§ h·
Vh = V0 ¨ ¸ ,
(3.1)
© 10 ¹
gdje je V0 osnovna brzina vjetra u [km/h], h visina iznad tla u [m], a x ovisi o terenu i iznosi
x = 1 3 za centre gradova, x = 2 9 za prigradska i šumovita podruþja, x = 1 7 za ravninska
nizinska podruþja, x = 1 10 za ravno priobalje.
Na osnovu dobivene osnovne brzine vjetra odreÿuje se optereüenje vjetra na konstrukciju.
Pritisak vjetra, izražen u [N/m2] na jediniþnu površinu u smjeru vjetra je
p = 0, 047289 C V 2 ,
(3.2)
gdje je V brzina vjetra u [km/h], dok je C koeficijent oblika koji se za zgrade obiþno uzima
C ≈ 1, 40 . Ovaj pritisak predstavlja konstanti dio optereüenja vjetrom, dok je varirajuüi dio
optereüenja vjetrom, koji nastaje od nalete vjetra ("refula"), teško odredit te se on raþuna samo za
vitke konstrukcije.
36
3. Optereüenje konstrukcija
3.1.6 Sile koþenja
Uslijed koþenja dolazi do akceleracije, koja zbog inercije djeluje u smjeru gibanja te je sila
koþenja
Pk = − m a ,
(3.1.3)
gdje je m masa vozila, a a akceleracija pri koþenju.
3.1.7 Boþni udari
Kod željeznica izraženo je optereüenje od boþnih udara, za što postoje propisi koji reguliraju
naþin raþunanja ovih optereüenja.
3.1.8 Sile temperaturnih razlika
Ova sile ovise o temperaturi, temperaturnoj vodljivosti i upetosti konstrukcije ili nekog njenog
dijela. Naþin raþunanja definiran je odgovarajuüim propisima.
3.1.9 Djelovanje potresa
Potresu se mogu pojaviti u gotovo svakom dijelu svijeta, no najþešüi su u pojasu gdje se
tektonske ploþe nalaze u meÿusobnom kontaktu i stalnom pomicanju (sl. 3.1.2). Seizmolozi
razlikuju tri vrste potresa, a za objekte su najopasniji oni koji putuju površini zemljine kore.
Utjecaj potresa na konstrukcije ovisi o mjestu objekta u odnosu na epicentar potresa, o
orijentaciji potresnih valova, o masi konstrukcije, o vlastitim frekvencijama konstrukcije te o
vrsti temeljnog tla.
Intenzitet potresa se najþešüe izražava Richterovom ljestvicom, koja se zasniva na pomaku u
mikronima standardnog seizmografa udaljenog 100 km od epicentra potresa. Richterova ljestvica
ispisane je u logaritamskom mjerilu pa tako npr. Richter 6 izaziva 10 puta veüu veliþinu od
Richtera 5, odnosno 100 puta veüu veliþinu od Richtera 4. Razni propisi na razliþite naþine
tretiraju potresne sile. Najjednostavniji se temelji na proporcionalnosti potresne sile V i težine
objekta W, a dan je izrazom
V = CW ,
(3.1)
gdje C predstavlja koeficijent ovisan o periodu vibriranja objekta. Obiþno se uzima da je
0, 22 ≤ C ≤ 0, 06 , odnosno
0, 015
C=
,
(3.2)
3 T
gdje je T osnovni period titranja objekta izražen u [s]. Za odreÿivanje ovog perioda koristi se
empirijski izraz
B
T = 0, 09
,
(3.3)
H
3. Optereüenje konstrukcija
37
gdje je H visina objekta, a B dimenzija objekta u tlocrtu u smjeru djelovanja potresnih sila. Za
okvirne konstrukcije preporuþa se izraz
T = 0,1 N ,
(3.4)
gdje je N broj katova objekta.
Slika 3.1.2 Podruþja najuþestalijih potresa
3.2 Dinamiþka optereüenja
Dinamiþki se udari najþešüe uzimaju u obzir tako da se odreÿeno pokretno optereüenje pomnoži
s dinamiþkim faktorom, te se dalje raþuna kao statiþko optereüenje. Tako npr. za kranske staze,
dinamiþki faktor dan je tablicom 3.1.
Vrsta krana
Kranske staze
Konstrukcijski elementi koji nose staze
(stupovi, okviri nosaþi)
I
1,20
1,20
1,10
1,00
II
1,40
1,40
1,20
1,10
III
1,60
1,60
1,40
1,30
Tablica 3.1 Dinamiþki faktor za kranske staze
Vrste promjenljivog optereüenja dane su tablicom 3.2.
Broj
kranova u
pogonu
1
2 i više
1
2 i više
3. Optereüenje konstrukcija
38
Naziv
ýisto
naizmjeniþno
optereüenje
(naprezanje)
Znaþajke
Fsr = 0
(σ sr = 0 )
Fmax = Fg
Fmin = Fd = − Fg
Fsr < Fa
Naizmjeniþno s
prednatezanjem
F
r = −1
Fa = Fg
F
F
r = min = d
Fmax Fg
−1 > r > 0
( vlak )
Fa
( vlak )
Fg = Fmax
Fsr
t [s]
Fd
0 > Fd > − Fg
Naizmjeniþno s
predtlakom
Fsr < Fa
Fmax = Fd
t [s ]
Fa = Fd
F
Fmin = Fd
Fmax = Fg
Grafiþki prikaz
r
F
( tlak )
Fmin = Fg
−1 > r > 0
Fg
( tlak )
t [s ]
Fsr
Fd = Fmax
Fa
0 < Fg < − Fd
Istosmjerno u
podruþju vlaka
Istosmjerno u
podruþju tlaka
Istosmjerno s
prednatezanjem
Fsr = Fa
Fmin = Fd = 0
r=0
Fmax = Fg = 2 Fa
F
r = min
Fmax
Fsr = Fa
Fmin = Fg = 0
r=
Fsr > Fa
0 < r <1
F
r = min = 0 ÷ 1
Fmax
Fg > Fd > 0
Fsr > Fa
Fmax = Fd
Fmin = Fg
0 > Fg > Fd
Mirno
(statiþko)
Fg = Fmax
t [s ]
Fd = 0
Fg = 0
r=0
Fmax = Fg
Fa
Fsr
F
Fmax = Fd
Fmin = Fd
Istosmjerno
promjenljivo s
predtlakom
F
Fmin
=0
Fmax
Fa
Fa
Fg = Fmax
Fsr
Fd
t [s ]
0 < r <1
Fg
Fd
Fd = Fmax
F
( vlak )
r=
t [s ]
Fsr
F
t [s]
Fg = Fmin
Fsr
= 0 ÷1
Fd = Fmax
Fa
( tlak )
F
Fsr = Fmax = Fmin
r = ±1
Fa = 0
Fsr = Fmax = Fmin
t [s ]
Tablica 3.2 Vrste promjenljivog optereüenja
3. Optereüenje konstrukcija
39
3.3 Optereüenja prema EUROCODE 3
Osnovna razlika izmeÿu dimenzioniranja po starim propisima (JUS U.E7 Nosivost i stabilnost
þeliþnih konstrukcija) je tu tome što se u JUSu dimenzioniranje provodilo prema dopuštenim
naprezanjima, koja su bila naprezanja ispod granice teþenja (umanjena za koeficijent sigurnosti
1,5 za osnovno i 1,33 za dodatno optereüenje) raþunata prema teoriji elastiþnosti. Prema
EUROCODE 3 (EN 1993-1-1 "Design of steel structures"), odnosno pred normi ENV 1993-1-1,
dimenzioniranje se vrši prema teoriji plastiþnosti, dakle dozvoljava se plastifikacija popreþnog
presjeka, uz korištenje probabilistiþkog pristupa utvrÿivanja optereüenja.
3.3.1 Graniþna stanja
Graniþno stanje konstrukcije je stanje þijim prekoraþenjem konstrukcija na zadovoljava zahtjeve
predviÿenu projektom (npr. optereüenje veüe od nosivosti ili progibi veüi od dozvoljenih koji
omoguüavaju nesmetanu funkciju konstrukcije). Ovdje se razlikuju graniþna stanja nosivosti
(djelomiþno ili potpuno rušenje konstrukcije) i graniþna stanja uporabljivosti (pomaci, vibracije,
normalno funkcioniranje). Postoje dva pristupa pri projektiranju konstrukcija, klasiþni
(deterministiþki) koji se temelji usporedbom poznatih veliþina iz proraþuna i propisa sa striktno
odreÿenim granicama dopušteni vrijednosti, te pristup temeljen na vjerojatnosti (probabilistiþki).
Pristup temeljen na vjerojatnosti ukljuþuje statistiþku obradu podataka te prosudbu parametara
koji utiþu na nosivost konstrukcije. Kako ovakav pristup zahtjeva opsežna ispitivanja, za
uobiþajene inženjerske pristupe koristi se semi-probabilistiþka metoda, koja se bitno ne razlikuje
od deterministiþke, s razlikom što optereüenje (akcija) s kojim se raþuna sadrži i parcijalne
koeficijente sigurnosti za akciju koji uzimaju u obzir vjerojatnost da sva optereüenja konstrukcije
nastupe istovremeno.
3.3.2 Vanjski utjecaji (akcije) na konstrukciju
Prema EUROCODE 3 djelovanja na konstrukciju, nazvana akcije na konstrukciju (vanjski
utjecaji), obuhvaüaju sva ona djelovanja koja izazivaju naprezanja nosivih dijelova konstrukcije.
Akcije na konstrukciju djeluju kao:
- neposredne (optereüenje koje neposredno djeluje na konstrukciju koja se nazivaju i
mehaniþke akcije)
- posredne (proizlaze iz prisilnih ili sprijeþenih deformacija, npr. toplinski utjecaji,
slijeganje potpora te se nazivaju i geometrijske akcije)
Detalji proraþuna akcija na konstrukciju sadržani su u EUROCODE 1, odnosno EN 1991
"Actions on structures", a saþinjavaju ga norme:
- EN 1991-1-1 "Gustoüa, vlastita težina i optereüenja za zgrade"
- EN 1991-1-2 "Optereüenja na struktura pri požaru"
- EN 1991-1-3 "Optereüenje snijegom"
40
3. Optereüenje konstrukcija
- EN 1991-1-4 "Optereüenje vjetrom"
- EN 1991-1-5 "Toplinska optereüenja"
- EN 1991-1-6 "Optereüenja pri izvoÿenju"
- EN 1991-1-7 "Izvanredna optereüenja zbog udara i eksplozija"
- EN 1991-2 "Optereüenja mostova uslijed prometa"
- EN 1991-3 "Optereüenja izazvana djelovanjem kranova i strojeva"
- EN 1991-4 "Optereüenja silosa i spremnika"
U trenutku pisanja skripte EUROCODE 1 je u procesu prihvaüanja te još nije objavljen u sklopu
HRN.
Podjela akcija se vrši prema:
- promjeni intenziteta tijekom vremena:
o stalne akcije G (vlastita težina konstrukcije, obloga, instalacija, opreme,
prednaprezanje, potpore)
o promjenljive akcije Q (korisno optereüenje, vjetar, snijeg, temperaturna
optereüenja)
o izvanredne akcije A (eksplozije, udari vozila, požari)
o potres AE
- promjeni u prostoru
o nepomiþne akcije (vlastita težina)
o pomiþne akcije (pomiþno korisno optereüenje, snijeg, vjetar)
- odzivu konstrukcije:
o statiþke akcije (prostorno odreÿene, djeluju uvijek na istom mjestu)
o dinamiþke akcije (prostorno neodreÿene ili slobodne akcije)
3.3.3 Unutrašnji utjecaji na konstrukciju (koeficijenti sigurnosti)
Unutrašnji utjecaji ukljuþuju þvrstoüu materijala (otpornost materijala) te faktor sigurnosti koji
uzima u obzir pojavu neželjenih odstupanja od karakteristiþnih vrijednosti za odreÿeni materijal.
Uz ovo unutrašnji utjecaji ukljuþuju odstupanje realne geometrije popreþnog presjeka nosaþa od
proraþunske, gdje se ukljuþuje moguüe nepoželjno odstupanje od geometrije profila. Proraþunska
nosivost konstrukcije zasniva se na þvrstoüi materijala i geometriji, uz faktor sigurnosti koji
ukljuþuje nepouzdanost raþunskog modela i pretpostavljene geometrije.
Literatura
B. Androiü, D. Dumoviü, I. Džeba, Metalne konstrukcije I, Institut graÿevinarstva Hrvatske,
Zagreb 1994.
D. Beg, Projektiranje jeklenih konstrukcij po evropskem predstandardu ENV 1993-1-1
A. Vukov, Uvod u metalne konstrukcije, Fakultet graÿevinskih znanosti Sveuþilišta u Splitu,
Split 1998.
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
41
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
Pri konstruiranju se redovito vodi raþuna o cijeni i uštedi u koliþini materijala, posebno u sluþaju
veüeg broja komada za proizvodnju. Do uštede u koliþini materijala može se doüi na više naþina:
1. Izbjegavanjem materijala koji se teško nabavlja ili je preskup te se vrši zamjena tzv.
"adekvatnim materijalom".
2. Izradom elemenata od dvaju ili više dijelova razliþitog materijala. Npr. zupþanici od
sivog ljeva (SL) i bronce, kombiniranje raznih ležanjih materijala i sl.
3. Iskorištenjem istaknutih osobina materijala. Npr., SL znatno boje podnosi tlak nego vlak
te se obzirom na tlaþno ili vlaþno naprezanje dimenzionira popreþni presjek. Tako je
rješenje na slici 4.1.1.b povoljnije je od rješenja na slici 4.1.1.a.
4. Smanjenjem otpada materijala, poput optimiranja rezanja (rješenje na sl. 4.1.2.b
povoljnije je od onog na sl. 4.1.2.a)
5. Primjenom standarda (standardizacija) gdje god je to moguüe.
6. Primjenom zavarenih konstrukcija pri tom vodeüi raþuna o svim specifiþnostima
zavarivanja, kao što su:
a. ušteda materijala i troškovi zavara (sl. 4.1.3)
b. pravilna debljina i oblik šava te isprekidani zavari
c. izbjegavanje nagomilavanja zavara (slike 4.1.4 i 4.1.5, gdje su rješenja b i c
povoljnija od a)
d. izbjegavati zavare u zoni maksimalnih naprezanja (slike 4.1.6 i 4.1.7, gdje su
rješenja b povoljnija od a)
e. izbjegavati vlaþna naprezanja u zoni korijena zavara (sl. 4.1.8, rješenje b
povoljnije od a)
f. izbjegavati zavare na mjestima koncentracije naprezanja, tj. naglih prijelaza (slike
4.1.9 i 4.1.10, gdje su rješenja b povoljnija od a)
g. obratiti pozornost na pristupaþnost zavaru (sl. 4.1.11)
7. Težiti idealno dimenzioniranim elementima, tj. težiti jednakom iznosu naprezanja (vlak,
tlak, savijanje, torzija) u svim presjecima (sl. 4.1.12). Kloth-ov pregled težina konzolne
grede za razliþite izvedbe prikazan je tablicom 4.1.1. Isijecanjem profila te spajanje na
naþine prikazane slikom 4.1.13, postiže se veüi moment otpora pri savijanju te samim
time i znatno veüa nosivost za istu težinu nosaþa. Kod rešetkastih nosaþa izloženih
savijanju i torziji potrebno je koristiti dijagonalna ukruüenja (sl. 4.1.14). Kod þiste torzije
koristiti okrugle presjeke nosaþa te šuplje presjeka kojima se bitno smanjuje težina (sl.
4.1.15). Kut uvijanja za razliþite presjeke prikazan je tablicom 4.1.2. Za sluþaj savijanja
sa torzijom težiti zatvorenim profilima i zaobljenim rubovima (sl. 4.1.16). Limene plohe
potrebno je ukrutiti s ciljem sprjeþavanja deformacija i izvijanja (sl. 4.1.17). Koristiti
kutne ukrute (sl. 4.1.18). Kod hladno deformiranog profila zavar je potrebno postaviti
þim dalje od mjesta deformiranja na udaljenosti veüoj od dvostruke debljine lima. Pri
oblikovanju postoje tri pravila kojima uvijek treba težiti:
1. Pravilo: koristiti zatvorene presjeke gdje god je to moguüe
42
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
2. Pravilo: koristiti dijagonalna ukruüenja (na slici 4.1.19 dani su
kutovi zakreta te je rješenje c 36 puta kruüe uz 6% manje
materijala od rješenja b)
3. Pravilo: ukrutiti završetke nosaþa optereüene na torziju (sl. 4.1.20)
a)
b)
+σ
+σ
−σ
−σ
Slika 4.1.1 Preuzimanje tlaþnog i vlaþnog naprezanja kod SL-a
b)
a)
Slika 4.1.2 Smanjenje otpada pri rezanju
a)
c)
b)
100% troškovi materijala
100% troškovi zavarivanja
80% troškovi materijala
58% troškovi zavarivanja
70% troškovi materijala
50% troškovi zavarivanja
Slika 4.1.3 Troškovi materijala i troškovi zavara
a)
b)
c)
43
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
Slika 4.1.4 Izbjegavanje nagomilavanja zavara
a)
b)
Slika 4.1.5 Izbjegavanje nagomilavanja zavara
a)
b)
Slika 4.1.6 Izbjegavanje zavara u zonama maksimalnih naprezanja
a)
b)
Slika 4.1.7 Izbjegavanje zavara u zonama maksimalnih naprezanja
c)
44
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
b)
a)
Slika 4.1.8 Izbjegavanje vlaþnih naprezanja u korijenu zavara
a)
b)
Slika 4.1.9 Izbjegavanje zavara u podruþju koncentracije naprezanja
a)
b)
Slika 4.1.10 Izbjegavanje zavara u podruþju koncentracije naprezanja
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
!
!
Slika 4.1.11 Pristupaþnost zavara
Ms
Ms
Slika 4.1.12 Idealno dimenzioniranje elemenata
45
46
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
F
Težina G
f [mm]
l
1
[N]
[%]
136
100
6,6
120
88
8,25
59
43
4,16
56
41
6,0
44
32
6,95
40
29
7,1
25
18
9,5
17
17,5
9,6
47
2
39
3
9
80
4
38
50
5
5
40
9
80
6
40
9
80
7
12
120
8
3
12
120
3
Tablica 4.1.1 Kloth-ov pregled dežine ukliještenih greda po veliþini
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
Slika 4.1.13 Isijecanje i preoblikovanje
profila
Slika 4.1.14 Dijagonalne ukrute kod rešetkastih konstrukcija
težina 100%
težina 57%
težina 48%
Slika 4.1.15 Smanjene težine korištenjem šupljih nosaþa
47
48
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
19
Optereüenje
torzijom za
sve profile
isto
1,5
1,5
30
52
30
30
90
Kut
uvijanja
1,5
1,5
1,5
9°
9,5°
11°
premalo za
mjerenje
Tablica 4.1.2 Kut uvijanja kod torzije
Slika 4.1.16 Zatvoreni profili s zaobljenim rubovima
Slika 4.1.17 Ukruüivanje limenih ploþa
premalo za
mjerenje
49
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
Slika 4.1.18 Kutne ukrute
δ
x > 2δ
y > 2δ
δ
Slika 4.1.19 Minimalna udaljenost zavara od mjesta hladnog deformiranja
a) M
t
b)
c)
Mt
α = 10°
α = 9°
α = 0, 25°
Slika 4.1.20 Uvijanje za lim bez ukruüenja i za limove s ukruüenjima
50
a) M
t
4. Oblikovanje metalnih konstrukcija
b)
c)
Mt
Slika 4.1.21 Ukrute završetaka nosaþa
d)
5. Spajanje elemenata
51
5. Spajanje elemenata
Spajanje elemenata metalnih konstrukcija vrši se pomoüu zakovica, vijaka ili zavarivanjem. Pri
tom razlikuju se rastavljivi i nerastavljivi spojevi.
5.1 Zakovice
S upotrebom zakovica zapoþeto je tridesetih godina devetnaestog stoljeüa, gdje su se þeliþne
zakovice koristile za spajanje limova, nosaþa, kotlova i sl. Spajanje zakovicama danas su u
potpunosti istisnuto spajanjem zavarivanjem te se jedino zadržalo kod nekih specifiþnih podruþja
poput zrakoplovstva i sliþnih dinamiþki optereüenih konstrukcija. Pri proizvodnji zakovica se
radi iz cilindriþnog profila na stroju koji formira glavu zakovice. Glava može biti poluokrugla,
poluupuštena i upuštena (sl. 5.1.1). Spajanje zakovica se vrši na naþin da se na limovima izbuši
provrt u koji se, za sluþaj þeliþne zakovice, umeüe zakovica zagrijana na 1000°C. Zakovica se sa
strane glave pridržava, te se pneumatskim þekiüima formira glava na drugoj strani lima. Pri
hlaÿenju zakovica se steže, pri þemu u njoj nastaju velika vlaþna naprezanja koja ostvaruju
nepropustan spoj limova (sl. 5.1.2).
Slika 5.1.1 Nekoliko vrsti zakovica
Slika 5.1.2 Spajanje limova zakovicom
5.2 Vijþani spojevi
Vijþani spojevi su povijesno bili prva sredstava za spajanje elemenata, no njih su kasnije
potisnuli spojevi zakovicama. Danas, kada su zavareni spojevi velikim dijelom istisnuli spojeve
zakovicama, vijci su ponovno našli svoju široku primjenu za potrebe rastavljivih spojeva te u
potpunosti prevladali nad zakovicama. Cijena samog vijka veüa je od cijene zakovice, meÿutim
ostvarivanje vijþanog spoja jeftinije je od spoja zakovicama. Uz to, rad s vijcima je brzi i
52
5. Spajanje elemenata
jednostavan te ne zahtijeva posebnu struþnost radnika, što onda samo po sebi dodatno smanjuje
cijenu vijþanog spoja. Ako je optereüenje takvo da je vijak, osim na smicanje, optereüen i na
vlak, tada se obavezno koristi vijþani spoj, a ne spoj zakovicama. Za metalne konstrukcije danas
se iskljuþivo koriste vijci s metriþkim navojem kojem je oznaka "M" uz numeriþki dio oznake
koji oznaþava nazivni (vanjski) promjer vijka, npr. vijci koji se najþešüe koriste u vijþanim
spojevima su: M12, M14, M16, M18, M20, M22, M24, M27, M30, M36, M42, M48.U
vijþanom spoju postoji jedna ili dvije ravnine smicanja. Na slici 5.2.1 prikazan je vijþani spoj s
dvije ravnine smicanja. Pri tom kod vijþanih spojeva treba paziti da ravnina smicanja ne prelazi
preko navoja.
d0
d
Slika 5.2.1 Vijþani spoj (dvosjeþni)
Prema toþnosti vijci se dijele na:
a) obraÿeni vijci kod kojih je rupa 0,2 mm veüa od tijela vijka, tj. d 0 = d + max 0, 2mm
b) neobraÿeni vijci kod kojih je rupa 2 mm veüa od tijela vijka, d 0 = d + 2 mm
Neobraÿeni vijci, obzirom da ukljuþuju i veüe rupe, omoguüuju lakšu ugradbu, dok obraÿeni
vijci najþešüe iziskuju utiskivanje vijaka þekiüem.
Prema HRN, vijþani spojevi su obuhvaüeni slijedeüim standardima:
- HRN M.B1.050, HRN M.B1.051, HRN M.B1.052 – za vijke
- HRN M.B1.600, HRN M.B1.601 – za matice
- HRN M.B2.011, HRN M.B2.012 – za podloške
5.2.1 Proraþun vijþanih spojeva
Proraþun vijþanih spojeva vrši se na smicanje (odrez) i na površinski pritisak na plaštu valjka.
Proraþun zakovica skoro je istovjetan (razlika u dop. naprezanjima) proraþunu vijþanih spojeva
te se taj proraþun neüe posebno obraÿivati. Smiþno tangencijalno naprezanje definirano je kao
F
τs =
(5.2.1)
nA
gdje n predstavlja broj vijaka u spoju, dok je A površina popreþnog presjeka tijela vijka koja je
za jednosjeþni spoj (sl. 5.2.2) definirana kao
53
5. Spajanje elemenata
A=
dok je za dvosjeþni spoj (sl. 5.2.1)
d 2π
4
(5.2.2)
d 2π
.
(5.2.3)
4
Tangencijalno naprezanje mora biti manje od dopuštenog naprezanja, dakle izraz (5.2.1) treba
zadovoljavati uvjet
τ s ≤ σ dop .
(5.2.4)
Površinski pritisak na plaštu vijka iznosi
F
p=
,
(5.2.5)
n A′
gdje je površina plašta
A′ = d δ min ,
(5.2.6)
dok je δ min debljina najtanjeg lima u spoju. Površinski pritisak treba biti manji od dopuštenog
koji za vijke kod jednosjeþnog spoja iznosi
p′ ≤ 1,3σ dop ,
(5.2.7)
dok za vijke kod dvosjeþnog spoja iznosi
p′′ ≤ 1, 6 σ dop .
(5.2.8)
Vrijednosti dopuštenih naprezanja razlikuju se za obraÿene i neobraÿene vijke, te se te
vrijednosti mogu oþitati iz tablica standarda. Za koeficijente sigurnosti, u ovisnosti o vrsti
optereüenja, uzimaju se slijedeüe vrijednosti:
- S=1,50 za I sluþaj optereüenja (osnovno optereüenje)
- S=1,33 za II sluþaj optereüenja (osnovno + dopunsko optereüenje)
- S=1,2 za II sluþaj optereüenja (izuzetno optereüenje)
A=2
d0
d
A
F
δ min
F
Slika 5.2.2 Jednosjeþni vijþani spoj
54
5. Spajanje elemenata
5.2.2 Klasifikacija mehaniþkih svojstava i oznaþavanje vijaka
Pri izradi vijþanog spoja od prvenstvenog znaþenja su mehaniþka svojstva gotovih vijaka. U tom
cilju standardima su propisana mehaniþka svojstva þeliþnih vijaka. To su najþešüe kombinacije
brojeva koji oznaþavaju vlaþnu þvrstoüu, granicu teþenja ili pak produljenje kod loma. Tako se
prema DIN 267 klasa mehaniþkih svojstava odreÿuje dvjema skupinama brojeva meÿusobno
odvojenih toþkom. Prvi broj (tablica 5.2.1) oznaþava najmanju vlaþnu þvrstoüu, dok drugi broj
(tablica 5.2.2) oznaþava deseterostruki odnos izmeÿu donje granice teþenja i vlaþne þvrstoüe.
Dakle, umnožak obaju brojeva daje najmanju granicu teþenja, što je od praktiþnog znaþenja pri
korištenju tablica. Tako npr. oznaka "4.6" oznaþava vlaþnu þvrstoüu vijka σ M = 400 N mm 2 ,
dok se iz drugog broja može oþitati da je donja granica teþenja σ T = ( 400 ⋅ 6 ) 10 = 240 N mm 2 .
Prvi broj
Vlaþna
þvrstoüa
[N/mm2]
3
4
5
6
8
10
12
14
340 400 500 600 800 1000 1200 1400
Tablica 5.2.1 Prvi broj pri oznaþavanje mehaniþkih svojstava vijaka
Drugi broj
donja granica teþenja
⋅10
vlaþna þvrtoüa
[N/mm2]
.6
.7
.8
.9
6
7
8
9
Tablica 5.2.2 Drugi broj pri oznaþavanje mehaniþkih svojstava vijaka
5.2.3 Prednapregnuti vijþani spojevi
Osnovni nedostatak spoja s obiþnim vijcima su relativno velike deformacije koje se u vijcima pri
pritezanju javljaju. Kako vijþani spoj prenosi silu trenjem izmeÿu limova, a ne oslanjanje limova
na bokove tijela vijka, kao bi se ostvarilo potrebno trenje potrebno je ostvariti veliku silu u tijelu
vijka. Uz to, postoji i opasnost od odvijanja vijaka, što je naroþito naglašeno kod dinamiþki
optereüenih konstrukcija. U tom cilju koriste se visoko vrijedni vici od specijalnog þelika
þvrstoüe 800 do 1100 MPa (oznaka 10.9 i 12.9) kojima se ostvaruj prednapregnuti vijþani
spojevi. Proraþun ovakvih prenapretnutih vijþanih spojeva sastoji se od:
a) proraþuna na smicanje i površinski pritisak (isto kao kod obiþnih vijaka)
b) proraþuna na trenjem meÿu površinama
Uz vlaþno naprezanje koje se uvijek javlja u vijþanom spoju, kod ovih visokooptereüenih vijaka
za prednaprezanje javlja se i torzija uslijed pritezanja vijka i matice. Oblik i dimenzije vijaka i
matica za prednaprezanje dani su standardom HRN M.B1.051 (vijci) i HRN M.B2.912 (matice).
Provrt se izraÿuje na naþin da je rupa 2 mm veüa od tijela vijka, d 0 = d + 2 mm . Ovime se
5. Spajanje elemenata
55
osigurava da ne doÿe do kontakta izmeÿu plašta vijka i limova, odnosno da se prenošenje sile
ostvaruje trenjem, a ne oblikom.
Za pritezanje vijaka za prednaprezanje obavezno je korištenje alata (bilo ruþni ili pneumatski) s
oþitavanjem momenta pritezanja (tzv. moment kljuþ).
Ostvarena sila trenja ovisi o sili pritezanja Fp te koeficijentu trenja izmeÿu površina koji obiþno
iznosi od 0,15 do 0,55. Naprezanja ovakvih vijaka moraju biti manja od donje granice teþenja
σ T . Kod vijaka za prednaprezanje potrebno je uvesti pojam dopuštene sile prednaprezanja koja
je definirana kao
σ T Aj
Fp dop =
(5.2.9)
K ν1
gdje je σ T donja granica teþenja materijala vijka, Aj idealni presjek jezgre vijka, K koeficijent
koji uzima u obzir istovremeno naprezanje na vlak i torziju te iznosi K=1,2, Ȟ1 koeficijent
sigurnosti u odnosu na granicu teþenja koji iznosi Ȟ1=1,25.
Moment pritezanja matice, kojim se ostvaruje sila pritezanja Fp, iznosi
M p dop = d K1 Fp dop ,
(5.2.10)
gdje je K1 koeficijent trenja u navoju i podlozi izmeÿu matice i limove te iznosi K1=0,2.
Vrijednosti dopuštenih sila i momenata usporeÿuju se s vrijednostima iz tablica danih
standardom. Ukupna sila trenja koju ostvaruju svi vijci u spoju, a kojom se ujedno i prenosi sila
vijþanim spojem, iznosi
μ m n Fp dop
(5.2.11)
FK =
ν2
gdje je ȝ koeficijent trenja površina u spoju, m broj spojenih površina, n broj vijaka u vezi, a Ȟ2
sigurnost u odnosu na proklizavanje. Koeficijent Ȟ2 za pojedine sluþajeve optereüenja iznosi:
- Ȟ2=1,4 za I sluþaj optereüenja
- Ȟ2=1,2 za II i III sluþaj optereüenja
Sila trenja koju ostvaruje samo jedan vijak u spoju je
μ m Fp dop
F
(5.2.12)
FK 1 = k =
ν2
n
Ako je su prednapregnuti vijci optereüeni još i aksijalnom silom Fa, aksijalna sila smanjuje silu
FK te je onda uzima modificirana sila trenja
Fp dop − Fa
FK*1 = FK 1
.
(5.2.13).
Fp dop
Iz ovog razloga aksijalno optereüenje vijka može maksimalno iznositi Fa = 0,8 Fp dop .
Pri proraþunu vijþanog prednapregnutog spoja potrebno je naglasiti da:
a) u sluþaju da je veza optereüena na tlak, popreþnom presjeku elemenata u spoju se ne
odbijaju otvori za vijke
b) u sluþaju vlaka, svi otvori se oduzimaju jer oni u vlaþnom smislu predstavljaju
oslabljenje presjeka
Za sluþaj promjenljivog optereüenja spoj se redovito kontrolira na površinski pritisak omotaþa
(popuštanje veze) te se za takav sluþaj uzima da je pdop = 3σ dop .
Uvijek treba nastojati da na jednoj konstrukciji bude þim manje razliþitih vijaka. Kombinacije
zakovica i vijaka izbjegavati, a za sluþaj dinamiþkih optereüenja te kombinacije nisu ni
dopuštene.
56
5. Spajanje elemenata
5.2.4 Raspored vijaka u konstrukciji
Nije preporuþljivo da broj vijaka u spoju prijeÿe šest iz razloga što time dolazi do izrazito
neravnomjernog prenošenja optereüenja od vijka do vijka. Minimalni meÿusobni razmak vijaka
u smjeru prenošenja sile iznosi emin = 3 d 0 , dok maksimalni meÿusobni razmak iznosi emax = 6 d 0 .
Minimalne i maksimalne udaljenosti središta vijaka od rubova prikazane su slikom 5.2.3.
e2
e2
e1
e
e
e
e
e
Slika 5.2.3 Minimalni razmak za jedan red vijaka
Vijci se mogu postavljati u jednom redu, kao što je to prikazano slikom 5.2.3, odnosno u dva (sl.
5.2.5) ili više redova te naizmjeniþno (sl. 5.2.4), što sve ovisi o širini elemenata koji se spajaju i
to na naþin:
- ako je b < 4,5 < d0 ĺ jedan red (sl. 5.2.3)
- ako je 4,5 d0 < b < 6 d0 ĺ naizmjeniþno (sl. 5.2.4)
- ako je b • 6 d0 ĺ dva ili više redova (sl. 5.2.5)
1,5d0
b
1,5d0
1,5d0
2d0
e
e
e
e
e
Slika 5.2.4 Naizmjeniþno postavljanje vijaka
57
5. Spajanje elemenata
1,5d0
b=6d0
3d0
1,5d0
2d0
e
e
e
Slika 5.2.5 Postavljanje vijaka u dva reda
5.2.5 Proraþun nastavaka optereüenih na savijanje
Naþini na koje štap može biti napregnut na savijanje su:
a) ako sila djeluje normalno na uzdužnu os štapa
b) ako je štap optereüen þistim momentom
c) ako se uzdužna os štapa ne podudara s pravcem sile
Ako je štap napregnut na savijanje, onda i veza u njegovom nastavku prima savijanje. Opüenito
spoj kod savijanog štapa može biti optereüen:
- samo momentom
- momentom i aksijalnom (uzdužnom) silom
- momentom i popreþnom silom
- momentom, uzdužnom i popreþnom silom
Ako je spoj optereüen samo momentom, tada on teži da se pod djelovanjem momenta okreüe oko
težišta spoja (težišta veze).
U svakom vijku, isto vrijedi i za zakovice, javlja se sila okomita na spojnicu vijka i težišta veze
(sl. 5.2.6). Pri tom ukupni moment koji se spojem prenosi, MS mora biti jednak sumi svih
momenata sila na vijke Fi obzirom na težište veze c,
m⋅n
M S = ¦ Fi ⋅ ri
(5.2.14)
i =1
gdje ri predstavlja udaljenost pojedinog vijka od težišta veze, n je broj vijaka u jednom redu, dok
je m broj redova vijaka. Pri dimenzioniranju vijaka mjerodavna je maksimalna sila u jednom
vijku i to onom najoptereüenijem. Najoptereüeniji vijak je onda najudaljeniji od težišta veze c.
Pri tome postoji proporcionalnost izmeÿu sila i udaljenost,
Fmax : Fi = rmax : ri ,
(5.2.15)
r
Fi = Fmax i .
(5.2.16)
rmax
58
5. Spajanje elemenata
Uvrštavanjem izraza (5.2.16) u (5.2.14) slijedi
m ⋅n
MS = ¦
ri
Fmax ⋅ ri ,
rmax
F m ⋅n 2
M S = max ¦ ri ,
rmax i =1
te najveüa sila u vijku na osnovi prethodnog izraza iznosi
r
Fmax = M S m⋅max
.
n
2
¦ ri
(5.2.17)
i =1
(5.2.18)
(5.2.19)
i =1
Maksimalna sila usporeÿuje se sa nosivošüu vijka na odrez i površinski pritisak prema
Fmax > Fτ , Fp′ , Fp′′ .
(5.2.20)
Svi prethodno navedeni izrazi vrijede uz uvjet da je
hmax
≤ b.
(5.2.21)
2
Ms
F
i
hmax
ri
i
rm
ax
c
F
ma
x
b
Slika 5.2.6 Sile u vijþanom spoju pri savijanju momentom
U sluþaju da je ( hmax b ) > 2 , što je þest sluþaj kod limenih nosaþa, vertikalna komponenta sile u
vijku je mala te se može zanemariti. Za ovaj sluþaj smatra se da postoji samo horizontalna
komponenta sile (sl. 5.2.7) te je kao i prije vanjski moment MS jednak sumi horizontalnih
komponenti sila u vijcima,
M S = ( F1 ⋅ l1 + F2 ⋅ l2 + ... + Fn ⋅ ln ) ⋅ m ,
(5.2.22)
1
M S = F1 ⋅ l1 + F2 ⋅ l2 + ... + Fn ⋅ ln .
m
(5.2.23)
59
5. Spajanje elemenata
Iz trokuta na slici 5.2.7 slijedi odnos
l1 ln
: ,
2 2
F ⋅l
F1 = n 1 .
ln
F1 : Fn =
(5.2.24)
(5.2.25)
Nakon uvrštavanja u izraz (5.2.23) slijedi
2
2
1
F ⋅l
F ⋅l
M S = n 1 + n 2 + ... + Fn ⋅ ln ,
m
ln
ln
1
F 2
2
2
M S = n l1 + l2 + ... + ln ,
m
ln
M ⋅l
Fn = S n2 .
m¦ li
(
(5.2.26)
)
(5.2.27)
(5.2.28)
Ms
Fn
F2
l1
l2
ln
hmax
F1
b
Slika 5.2.7 Sile u vijþanom spoju za sluþaj kada je ( hmax b ) > 2
Izraz (5.2.28) vrijedi za sluþaj kada je spoj simetriþan s obzirom na težište štapa (uzdužnu os),
što je i najþešüi sluþaj. Za sluþaj nesimetriþne raspodjele vijaka, odnosno nesimetriþnog položaja
neutralne osi (slika 5.2.8), suma kvadrata udaljenosti od neutralne osi je kao i prije
(5.2.29)
¦ li 2 = l12 + l22 + l32 + ... + ln 2 .
Sila Fn usporeÿuje se i ovdje usporeÿuje s nosivošüu vijka na odrez i površinski pritisak.
60
5. Spajanje elemenata
Ms
Fn
ln
F2
l1
l2
F1
neutralna
linija
F3
F4
Slika 5.2.8 Sile u nesimetriþnom vijþanom spoju optereüenim momentom savijanja
Za sluþaj veze optereüene istovremenom momentom savijanja MS, uzdužnom silom Fa i
popreþnom silom Ft, kao što je prikazano slikom 5.2.9, maksimalna sila u jednom
(najudaljenijem) vijku dobije se kao rezultanta komponenti vanjskog optereüenja, odnosno
rezultanta sile koja nastaje kao posljedica djelovanja momenta:
M ⋅l
Fn = S n2 ,
(5.2.30)
m¦ li
sile koja nastaje u vijku kao posljedica aksijalne sile:
F
Fa1 = a
(5.2.31)
m⋅n
te sile koja nastaje u vijku kao posljedica djelovanja popreþne sile:
F
Ft1 = t .
(5.2.32)
m⋅n
Rezultirajuüa sile na jednom vijku je dakle
Fr = Ft1 + ( Fa1 + Fn ) .
2
2
(5.2.33)
Kao i u prethodnim sluþajevima, ova rezultirajuüa sila na jednom vijku mora biti manja od
nosivosti vijka na odrez i površinski pritisak.
Nastavci složenog presjeka
Štap može biti sastavljen iz više elemenata (profila , , ) te u sluþaju nastavka štapa
potrebno je svaki od ovih pojedinih dijelova prekinuti i nastaviti. Obzirom da takav štap mora
5. Spajanje elemenata
61
biti u stanju prenositi momente te popreþne i uzdužne sile, potrebno je odrediti koliki dio
optereüenja prenosi pojedini dio štapa. Moment savijanja MS se tako dijeli na pojedine dijelove
štapa proporcionalno momentu tromosti tih dijelova prema
I
Md = MS d ,
(5.2.34)
Ix
gdje Md predstavlja moment koji preuzima odreÿeni dio þija je tromost Id, dok je ukupni moment
tromosti složenog presjeka Ix.
Popreþna sila Ft koja se prenosi, dijeli se na pojedine elemente presjeka štapa u slijedeüem
odnosu
I I
Ft : Ft d = x : d ,
(5.2.35)
S x Sd
gdje je Ft d popreþna sila koju prenosi pojedini dio, dok je Sd statiþki moment polovine
promatranog dijela štapa, odnosno Sx statiþki moment polovine presjeka ukupnog štapa.
Aksijalna sila Fa se takoÿer dijeli po pojedinim elementima, proporcionalno prema površini tih
elemenata prema
A
Fad = Fa d ,
(5.2.36)
Ax
gdje je Ad površina presjeka promatranog dijela, dok je Ax ukupna površina presjeka štapa.
62
5. Spajanje elemenata
Ft
Fa
Fa1
Fn
Ft1
Slika 5.2.9 Veza optereüena momentom, uzdužnom i popreþnom silom
5.3 Zavareni spojevi
Zavarivanje predstavlja postupak spajanja metala njihovim lokalnim zagrijavanjem iznad
temperature taljenja, sa ili bez nanošenja dodatnog materijala. Zavareni spojevi spadaju u
nerastavljive spojeve.
Zavareni sklopovi su u odnosu na lijevane ili kovane spojeve i do 50% lakši (uz jednaku
þvrstoüu i krutost), dok je njihovo oblikovanje jednostavnije. Iz ovih razloga je zavarivanje
postalo jedan od najvažnijih naþina spajanja metalnih konstrukcija. Zavarivanje se široko
primjenjuje u gradnji þeliþnih konstrukcija poput mostova, dizalica, krovnih konstrukcija,
zgrada, spremnika, elemenata strojeva (zupþanici, remenice,..) te u brodograÿevnoj industriji.
Tehnologija zavarivanja se naglo razvila u posljednjih pedesetak godina. Ima mnogo razliþitih
zavarivaþkih postupaka. U praksi najþešüe susreüu slijedeüi postupci:
- postupci u kojima se taljenje metala vrši u elektriþnom luku (sl. 5.3.1): REL (ruþno
elektroluþno), MIG (metal inert gas), MAG (metal active gas), TIG (thangstem inert gas).
Kod MIG, MAG i TIG zavarivanja stvaranje nepoželjnih oksida izbjegava se
63
5. Spajanje elemenata
-
-
zavarivanjem u atmosferi zaštitnih plinova). Kod REL zavarivanja zaštitna atmosfera se
stvara izgaranjem obloge elektrode.
elektrootporni postupci (sl. 5.3.2): dijelovi koji se zavaruju prikljuþe se na izvor
istosmjerne struje te zbog otpora prolasku struje dolazi do lokalnog zagrijavanja u
toþkama dodira i taljenja materijala. Primjer ovakvog spajanja je toþkasto zavarivanje u
autoindustriji.
plinsko zavarivanje (sl. 5.3.3): dijelovi spoja i dodatni materijal se lokalno tale plinskim
plamenom (acetilen koji izgara u struji kisika).
regulacijski
trafo
220 V
Slika 5.3.1 Elektroluþno zavarivanje
F
regulacijski
trafo
220 V
F
Slika 5.3.2 Elektrootporno (toþkasto) zavarivanje
64
5. Spajanje elemenata
acetilen
kisik
Slika 5.3.3 Plinsko zavarivanje
Zavar predstavlja diskontinuitet u osnovnom materijalu konstrukcije. Iako tok silnica nema
skokovitih promjena, kao što je to sluþaj kod vijþanih i zakoviþnih spojeva, prisutne su
koncentracije naprezanje u zoni zavara, kao što pokazuje slika 5.3.4 kod suþeonog spoja,
odnosno slika 5.3.5 kod križnog spoja.
1, 71σ 0
1, 0 σ 0
3
12
2
1, 6 σ 0
Slika 5.3.4 Raspored naprezanja u zavaru suþeonog spoja
0,7
0,41
a = 0, 7δ
2,15
0,42
3,38
δ
σ0 =1
Slika 5.3.5 Raspored naprezana u križnom zavarenom spoju
65
5. Spajanje elemenata
Koncentracija naprezanja izražava se koeficijentom naprezanja
αK =
σ i max
,
σ0
(5.3.1)
gdje σ i max predstavlja najveüe naprezanje pri idealno elastiþnom ponašanju, dok σ 0 predstavlja
srednje raþunsko naprezanje.
Koncentracija naprezanje nije toliko nepovoljna kod statiþnog optereüenja jer se lokalni vrhovi
naprezanja uslijed lokalne plastifikacije istupljuju te na kraju, pri poveüavanju optereüenja i
prelasku cijelog presjeka u stanje plastiþnog teþenja, izjednaþavaju sa srednjim naprezanjem u
presjeku.
Kod dinamiþkog optereüenja konstrukcija materijal nema moguünost da izvrši adaptaciju te na
mjestu koncentracije naprezanja dolazi do poþetka loma. Iz ovog se razloga znaþajno razlikuju
naþini proraþuna statiþki i dinamiþki optereüenih zavarenih konstrukcija. U oba se sluþaja koriste
saznanja iz nauke o þvrstoüi.
5.3.1 Statiþki optereüeni zavari
Proraþun þeonih zavara
Za sluþaj statiþkog optereüenja kod þeonih zavara ne traži se posebno provoÿenje dokaza
þvrstoüe. U sluþaju kada se i vrši kontrola moüi nošenja, važno je jedino pravilno definirati
dopušteno naprezanje u zavaru iz razloga što u ovom sluþaju spoj puca u osnovnom materijalu.
Za ovakav sluþaj optereüenja uvodi se koeficijent
k=
σ loma šava
σ loma osnovnog materijala
,
(5.3.2)
pa je zahtjev za raþunsko naprezanje
σ raþ ≤ σ z , dop = k ⋅ σ dop .
(5.3.3)
Dopuštena naprezanja þelika koji se þesto koriste kod metalnih konstrukcija dana su tablicom
5.3.1, dok su vrijednosti koeficijenta k za te iste materijale u ovisnosti o kvaliteti zavara dani
tablicom 5.3.2.
Materijal i
strojni
dijelovi
Dopušteno
ekvivalentno
naprezanje
σ ekv dop
ý.0362
ý.0563
Dopušteno
vlaþno
naprezanje
[ MPa ] σ v dop [ MPa ]
180
270
Dopušteno
tlaþno
naprezanje
[ MPa ]
160
240
σ T dop
Dopušteno
smiþno
naprezanje
τ dop
[ MPa ]
104
156
Tablica 5.3.1 Dopušteno naprezanje osnovnog materijal
66
5. Spajanje elemenata
Kvaliteta
zavara
Specijalni
kvalitet
S
Vrsta
naprezanja
Vrijednos koeficijenta k
ýN 24 (ý.0362)
ýN 36 (ý.0563)
1,0
1,0
0,6
0,8
1,0
0,6
0,72
1,0
0,55
1,0
1,0
0,6
0,8
1,0
0,6
0,65
0,8
0,5
vlak ili savijanje
tlak
smik
vlak ili savijanje
kvalitet
I
tlak
smik
vlak ili savijanje
kvalitet
II
tlak
smik
Tablica 5.3.2 Koeficijent k
Proraþun se dalje provodi prema izrazima iz nauke o þvrstoüi, pri tom poštujuüi slijedeüe
napomene:
1. Lokalni vrhovi naprezanja koji proistiþu iz uobiþajenih konstrukcijskih oblika ne
uzimaju se u obzir.
2. Zaostala naprezanja ne uzimaju se u obzir.
3. Ekvivalentno (reducirajuüe, usporedno) naprezanje σ ekv odreÿuje se po hipotezi
maksimalnog deformacijskog rada (HMH – Huber, Mises, Henkijeva teorija).
σ ekv = σ ⊥2 + σ &2 − σ ⊥ σ & + 3 (τ ⊥2 + τ &2 ) ≤ k σ dop
σ&
τ
σ⊥
σ⊥
τ
σ&
Slika 5.3.6 Naprezanja u spoju
(5.3.4)
67
5. Spajanje elemenata
Proraþun kutnih zavara
Pokusi su pokazali veliku složenost stanja naprezanja kod kutnih spojeva:
- u kutnim spojevima vladaju višeosna stanja naprezanja
- naprezanja su neravnomjerno raspodjela po presjeku i po dužini zavara
- u zavarima postoje, i pored svih naprezanja, vrlo visoka i razliþita zaostala naprezanja
- u raznim stupnjevima optereüenja vrši se pregrupiranje stanja naprezanja
Novija istraživanja (Univerzitet u Delftu – Nizozemska) su pokazala da teorija HMH ne
odgovara kod kutnih spojeva iz razloga što postoje još druga maksimalna normalna naprezanja i
maksimalna tangencijalna naprezanja. Slikom 5.3.7 prikazani su ekvivalentna naprezanja prema
pojedinim hipotezama te usporedba sa pokusima statiþkog optereüenja zavarenih spojeva.
σ
σM
2
§ τ ·
σ ekv
σ
1 § σ ·
=
+
¨
¸ + 4¨
¸
σ M 2σ M 2 © σ M ¹
©σM ¹
1
2
§ σ ·
§ τ ·
σ ekv
= ¨
¸ + 3¨
¸
σM
©σM ¹
©σM ¹
0,5
2
2
τ
σM
0,5
1
0,5
1
τ = 0, 58 σ M
eksperimentalno
elipsa
ISO hipoteza
σ2
τ2
+
=1
σ lom 2 1,8σ lom 2
2
§ σ ·
§ τ ·
σ ekv
= ¨
¸ + 1,8 ¨
¸
σM
©σM ¹
© σM ¹
2
Slika 5.3.7 Ekvivalentna naprezanja i eksperimentalni rezultati
Najbolje rezultate daje ISO-ova empirijska preporuka bazirana i na spomenutim Nizozemskim
pokusima:
σ ekv = σ 2 + k τ 2 ,
(5.3.5)
σ ekv = σ ⊥2 + σ &2 − σ ⊥ σ & + k (τ ⊥2 + τ &2 ) ,
(5.3.6)
odnosno
gdje se uzima da je k=1,8, za razliku od HMH teorije gdje je k=3. Ovu preporuku usvojili su i
naši propisi za zavarene þeliþne konstrukcije.
Toþniji proraþun kutnih zavara ne bi imao ni smisla pa su:
68
5. Spajanje elemenata
-
pri mnogim pojednostavljenim pretpostavkama male šanse za toþan rezultat
ekonomski znaþaji mali, pošto su dimenzije ovih zavara þesto diktirane tehnološkim
razlozima
Neki su pokusi (ýehoslovaþka, Istoþna Njemaþka ) pokazali da naprezanje σ & ne utjeþe na moü
nošenja te ostaje dilema dali uopüe ekvivalentno naprezanje raþunati s σ & ili ne.
Dok je kod suþeonog zavara jaþina zavara jednaka jaþini osnovnog materijala, kod kutnih zavara
postoji odnos:
F
α = mat .
(5.3.7)
Fzav
Slika 5.3.8 prikazuje iznos odnosa α za sluþaj kada nastaje lom u zavaru, odnosno lom u
osnovnom materijalu. Kad je ovaj odnos otprilike α ≈ 0, 75 tada postoji ekvivalentno naprezanje
zavara i presjeka štapa.
F
α = 1 − 0, 79
α ≤ 0, 7
Slika 5.3.8 Odnos α za sluþaj loma u zavaru i materijalu
Oznake prilikom proraþuna kutnih zavara prikazane su slikom 5.3.9. Radi pojednostavljenja
naprezanja u ravnini AB projiciraju se na ravninu AC, odnosno AB'. Oznake za naprezanja su:
- n – vlaþno ili tlaþno naprezanje u ravnini gdje je mjerodavni presjek zakrenut
- t⊥ - smiþna naprezana okomito na dužinu zavara u ravnini AB'
- t& - smiþna naprezanja u pravcu dužine zavara u ravnini AB'
-
σ ⊥ - vlaþno ili tlaþno naprezanje na zavar okomito na presjek u svom pravom položaju
τ ⊥ - smiþno naprezanje okomito na dužinu zavara u ravnini pravog položaja AB
τ & - smiþno naprezanje paralelno s dužinom zavara u ravnini pravog položaja AB
σ & - normalno naprezanje koje djeluje uzduž zavara
σ ekv - ekvivalentno naprezanje
σ z , dop - dopušteno naprezanje zavara
Izmeÿu veliþina u ravnini pravog položaja AB i zakrenutoj ravnini AC (odnosno AB') vrijede
slijedeüe jednakosti:
1
σ⊥ = n =τ⊥ ,
(5.3.8)
2
69
5. Spajanje elemenata
τ⊥ =
1
t⊥ = σ ⊥ .
2
τ & = t& .
(5.3.9)
(5.3.10)
n
C
B'
t&
τ&
B
t⊥
σ&
τ⊥
σ⊥
A
a
a
Slika 5.3.9 Naprezanja u zavaru
Nosivost kutnog zavara ovisi i o debljini kutnog zavara a (sl. 5.3.9). Nosivost zavara razliþite
debljine obuhvaüeno je u propisima za zavarene þeliþne konstrukcije koeficijentom
§ 1·
(5.3.11)
β = 0,8 ¨1 + ¸ ,
© a¹
gdje se za a<4 mm uzima da je koeficijent ȕ=1. Iz ovog slijedi da je dopušteno naprezanje u
kutnom zavaru
σ z ,dop = β σ dop
(5.3.12)
pri þemu treba biti zadovoljeno
σ ekv < σ z ,dop .
(5.3.13)
Propisima je takoÿer regulirana debljina noseüeg kutnog zavara i ona iznosi od a = 3 mm do
najviše amax = 0, 7 δ min (samo iznimno se odobrava i amax = δ min ).
Kako je u praksi moguü velik broj kombinacija naprezanja kutnih zavara, u tablicama su dani
izrazi za najþešüe sluþajeve, i to (vidi prilog):
- aksijalno napregnuti štapovi (Tabela IV,4)
- spojevi izloženi normalnim i smiþnim naprezanjima (Tabela IV,5)
- spojevi izloženi smiþnim naprezanjima uslijed torzije (Tabela IV,6)
Kada se vrši dimenzioniranje, ovi tabelarni izrazi iz nauke o þvrstoüi dovoljno su složeni da bi se
iz njih dokuþila jedinstvena veza svih naprezanja te debljine i dužine zavara. Iz tog su razloga u
Tabelama IV,4 i IV,5 uokvireni izrazi koji na jedinstven naþin brzo vode do rješenja, tj.
dimenzioniranja zavara.
Za ekstremno aksijalno napregnute zavare to se svodi na izraz
F
≤ σ z , dop ,
(5.3.14)
α¦ a ⋅l
70
5. Spajanje elemenata
gdje l predstavlja dužinu zavara, dok je sila F u Tabelama oznaþena oznakom S. Kod
kombinacija boþnih i þeonih zavara razlikuju se tri sluþaja:
1. lB > 1,5 lý - raþuna se kao da nema þeonog zavara
2. 1,5 lý > lB > 0,5 lý - ovisno o položaju þeonog zavara uzima se da boþni zavare prenose
1/3 optereüenja ili pak þeoni na suprotnoj strani 1/3 optereüenja
3. lB < 0,5 lý boþni zavari prenose samo 1/3 sile, dok ostatak prenose þeoni
Za veze izložene normalnim i smiþnim naprezanjima ti izrazi se svode na
M
≤ σ z , dop ,
(5.3.15)
αW
gdje je W = I y aksijalni moment tromosti presjeka, dok koeficijent Į iznosi α = 1,8 . Ovi izraz
ne vrijedi za kratke konzole gdje je utjecaj popreþne sile velik u odnosu na moment ili je
opüenito veza osjetljiva prema smiþnim naprezanjima.
5.3.2 Dinamiþki optereüeni zavari
Zavareni spojevi izloženi promjenljivom optereüenju posebno su osjetljivi na djelovanje zareza.
ýeoni zavareni spojevi su pri tome mnogo povoljniji od kutnih zavara. Dimenzioniranje ili samo
kontrola promjenljivo optereüenog zavara se vrši na naþin da se izraþuna vrijednosti naprezanja
usporede s dopuštenim naprezanjem na zamor σ D dop .
Na veliþinu dopuštenog naprezanja na zamor utjeþu:
- materijal
- odnos r = σ min σ max
- vrsta spoja
Naprezanja mogu biti normalna, tangencijalna ili ekvivalentna, pri þemu sva ta naprezanja
moraju biti manja od dopuštenog, dakle potrebno je zadovoljiti:
σ < σ D dop ,
(5.3.16)
σ ekv < σ D dop ,
τ < τ D dop .
(5.3.17)
(5.3.18)
Podaci za σ D dop u ovisnosti o gornja tri parametra nalaze se u tabelama propisa i standarda.
Ponašanje þelika pri promjenljivom optereüenju – zamor
Do loma na konstrukcijskom elementu može doüi ako je naprezanje manje od dopuštene statiþke
granice izdržljivosti u sluþaju da se konstrukcijski elemente optereüuje dovoljno puta pri
naprezanju izmeÿu σ d i σ g = σ max < σ M , pri þemu σ M predstavlja lomnu þvrstoüu materijala
pri zavaru. Karakteristiþne veliþine koje utjeþu na ovaj broj potrebnih optereüenja da doÿe do
loma su:
- razlika naprezanja (σ g − σ d )
-
srednje naprezanje σ sr
71
5. Spajanje elemenata
Naprezanje σ max je ono naprezanje koje materijal može izdržati bezbroj puta, a da se ne slomi te
se naziva dinamiþka þvrstoüa i oznaþava sa σ D .
Lom izazvan višestrukim optereüenjem ispod njegove lomne þvrstoüe (statiþke) naziva se lom od
zamora i bitno se razliku od statiþkog loma (po karakteristiþnoj prijelomnoj površini i odsutnosti
velikih plastiþnih deformacija).
Lom nastaje od mjesta unutrašnje ili vanjske greške, gdje dolazi do velike lokalne koncentracije
naprezanja te zbog nedostatka vremena za plastifikaciju, ista se širi, što izaziva lom u trenutku
kada preostali dio presjeka više ne može izdržati ni statiþku silu (silu prednapona). Iz ovoga
proizlazi da na dinamiþku þvrstoüu presudan utjecaj imaju greške, prvenstveno zarezi odnosno
vanjski oblik konstrukcije elementa i kvaliteta izrade.
Vrste promjenljivog optereüenja u ovisnosti o minimalnom i maksimalnom optereüenju, te
srednjeg optereüenja, pri þemu je odnos naprezanja
r=
σ min
,
σ max
r=
Fmin
(5.3.19)
odnosno
σ max
.
(5.3.20)
Iz velikog broja pokusa i analiza nije pronaÿeno precizno fiziþko objašnjenje uzroka loma
(energetski temelji) niti zakonitosti meÿu ovim naprezanjima i brojeva promjena optereüenja.
Sve što se sa sigurnošüu može konstatirati su grafiþki prikazi odnosa naprezanja i broja
optereüenja do loma.
Pri tom se postavljaju dva kljuþna pitanja:
- koje su to vrijednosti σ max i σ min koje pri odreÿenom broju ciklusa n izazivaju lom ?
-
koliki je broj optereüenja potreban da pri zadanom naprezanju σ max i odnosu
r = σ min σ max doÿe do loma?
Zamisli li se sluþaj naizmjeniþnog naprezanja kada je maksimalno vlaþno naprezanje jednako
maksimalno tlaþnom, amplituda je definirana kao polovina razlike izmeÿu σ max i σ min te se
takvo naprezanje naziva þisto naizmjeniþno naprezanje
σ − σ min
Δσ = max
,
(5.3.21)
2
dok je srednje naprezanje nekog promjenljivog naprezanja
σ + σ min
σ sr = max
.
(5.3.22)
2
Odgovor na prvo gore postavljeno pitanje dao je Stüssi (1958) po kome je osnovna veliþina pri
naprezanju na zamor þisto naizmjeniþno naprezanje Δσ , kao što je prikazano slikom 5.3.10 gdje
su dani odnosni pri promjenljivom naprezanju pri þemu je bitno naglasiti da:
- za σ sr = 0 vrijedi Δσ = σ DN ( −1) = σ n 0
-
za pravac α = 45° vrijedi Δσ = σ DI 2
-
za σ sr = σ M vrijedi Δσ = 0
72
5. Spajanje elemenata
σM
Δσ = σ DI 2
σ sr = σ M
Slika 5.3.10 Odnosi pri promjenljivom naprezanja prema Stüssi-ju (1958)
Takoÿer odgovor na prvo pitanje dobiveni su nizom pokusa, te obzirom što se nanosi u
dijagramima postoje razliþiti grafiþki prikazi (sl. 5.3.11, 5.3.12 i 5.3.13).
σM
istosmjerno
promjenljivo
σ M - prekidna þvrstoüa
(statiþko)
naizmjeniþno
promjenljivo
Slika 5.3.11 Smith-ov dijagram
σM
istosmjerno
promjenljivo
naizmjeniþno
promjenljivo
σ M - prekidna þvrstoüa
(statiþko)
Slika 5.3.12 Gerber-Lourhard-ov dijagram
73
5. Spajanje elemenata
σM
naizmjeniþno
promjenljivo
istosmjerno
promjenljivo
σ M - prekidna þvrstoüa
(statiþko)
Slika 5.3.13 Moore-Jaspers-ov dijagram
Koji üe se od prethodnih dijagrama koristit ovisi o želji da se neka veliþina posebno istakne. Kod
nas je najþešüe u upotrebi Smithov dijagram.
Odgovor na drugo gore postavljeno pitanje daje predstavlja Wöhlerova krivulja (slika 5.3.14)
koja predstavlja prekidnu þvrstoüu neizbrušenog elementa iz ýN24 za þisto naizmjeniþno
naprezanje kao funkciju broja promjena optereüenja N, odnosno i=logN. Za razne vrijednosti
srednjih naprezanja slika 5.3.15 prikazuje grafiþki prikaz þitavog podruþja zamora.
σM
σM
Slika 5.3.14 Wöhlerova krivulja
74
5. Spajanje elemenata
σM
σM
Slika 5.3.16 Grafiþki prikaz cijelog podruþja zamora
naprezanje
U stvarnosti se dinamiþka optereüenja nemaju sinusoidni karakter, kako što je to bio sluþaj kod
prethodnih dijagrama, dakle nisu pravilna ni po frekvenciji ni po amplitudi veü se radi o
stohastiþkom karakteru naprezanja (slika 5.3.17a). Radi toga je potreban pokazatelj uþestalosti
optereüenja (slika 5.4.17b) gdje sumarna linija uþestalosti pokazuje koliko üe puta odreÿeni nivo
(razina) naprezanja biti zastupljen u odreÿenom vremenu ili u cijelom vijeku trajanja
konstrukcije.
naprezanje
vrijeme
Broj (uþestalost) prekoraþenja razliþitih naprezanja
Slika 5.3.17 Stohastiþki karakter optereüenja i uþestalost optereüenja
5. Spajanje elemenata
75
Naprezanje koje materijal može izdržati pod ovakvim stalno promjenljivim optereüenjem naziva
se radna þvrstoüa zamora. Poznavanje ove þvrstoüe važno je radi poveüanja ekonomiþnosti
konstrukcije jer ista može podnijeti manji broj veüih naprezanja u radnom vijeku bez štete.
Uobiþajeno je da se predvidi ukupni broj ciklusa N s minimalnim gornjim optereüenjem Fg, koji
üe u toku vijeka trajanja biti dosegnut ili prekoraþen i to u jednom od þetiri podruþja:
- N1 od 2·104 do 2·105
- N2 od 2·105 do 6·105
- N3 od 6·105 do 2·106
- N4 preko 2·106
ývrstoüa na zamor zavarenih spojeva
Prije je istaknuto da najveüi utjecaj na zamornu þvrstoüu, tj. dinamiþku izdržljivost zavara imaju
zarezi, odnosno koncentracije naprezanja. Stoga je i logiþna ovisnost dinamiþke þvrstoüe zavara
o materijalu i obliku samog zavarenog mjesta. Ove þvrstoüe prikazanje su za ýN24 na slici
5.3.18.
Slika 5.3.18 Dinamiþka þvrstoüa za ýN24
Proraþun zavarenih konstrukcija pri dinamiþkom (dakle promjenljivom) optereüenju vrši se u
odnosu na zamor na naþin da se izraþunata naprezanja (prema nauci o þvrstoüi) usporede s
dopuštenim naprezanjem na zamor σ D dop .
76
5. Spajanje elemenata
Naþin odreÿivanja σ D dop u ovisnosti o vrste spoja, graniþnih vrijednosti naprezanja i odnosa
r = σ min σ max prikazan je za ýN24 na slici 5.3.19.
naizmjeniþno podruþje
istosmjerno podruþje
Slika 5.3.19 σ D dop u ovisnosti o r = σ min σ max i obliku zavarenog mjesta
Kada se odredi σ D dop , onda se najveüe izraþunate vrijednosti normalnih, tangencijalnih i
ekvivalentnih naprezanja usporeÿuju s dopuštenim, tj. mora biti zadovoljeno:
σ max < σ D dop ,
(5.3.23)
τ max < τ D dop ,
σ ekv max < σ D dop .
(5.3.24)
(5.3.25)
Dopuštena naprezanja odnose se kako na sam zavar, tako i na okolni materija koji je uslijed
zavarivanja pretrpio promjene.
Praktiþki se σ D dop sasvim približava dinamiþkoj þvrstoüi σ D iz razloga:
77
5. Spajanje elemenata
1. naþin dobivanja σ D je zasnovan na pokusima gdje se epruveta optereüuje neprekidno s
istom frekvencijom i amplitudom, što u stvarnosti nije sluþaj
2. teško da üe se maksimalna naprezanja javiti 2·106 puta
Može se reüi da za oblik zavarenog mjesta A, B, C, D razlika izmeÿu σ D i σ D dop je oko 10%,
dok je za oblik zavarenog mjesta E i F razlika oko 25%.
Kako najviša dozvoljena vrijednost naprezanja mora biti manja od dopuštenog naprezanja na
zamor, koje je uvijek manje od dopuštenog statiþkog naprezanja, opüenito vrijedi za maksimalne
vrijednosti vlaþnog, tlaþnog i ekvivalentnog naprezanja
(5.3.26)
max σ < σ D dop < σ dop ,
max τ < τ D dop < τ dop ,
(5.3.27)
max σ ekv < σ D dop < σ dop .
(5.3.28)
Suvremene tendencije u oblasti zavarenih spojeva izloženih
zamoru
U nisu zemalja vrše se pokusi zamaranjem zavarenih spoja iz više razloga, od kojih su
najvažniji:
- ponašanje malih epruveta u odnosu na velike konstrukcije nije jednako
- zaostala naprezanja se ne mogu zanemariti
- konstrukcija se može srušiti i sa manje od 105 optereüenja ako je broj velikih optereüenja
velik prema Miner-ovoj hipotezi "kumulativnog ošteüenja", tj. neošteüena ako je
¦ n N ≤ 1 , gdje je n broj promjena optereüenja sa odreÿenom vrijednošüu σ a , dok je N
broj ciklusa kod kojeg pri odreÿenom optereüenju σ a nastupa lom (Wöhlerova krivulja)
-
-
ustanovljeno je da za lom nije toliko mjerodavan odnos r = σ min σ max koliko σ a , tj. Δσ
koji u superpoziciji sa zaostalim naprezanjima izaziva lom
prouþava se širenje pukotina (mehanika loma)
nakon niza eksperimenata provedenih u SAD, mijenjali su se i popisi o odreÿivanju
σ D dop (SAD, Švicarska i dr.), na naþin da se konstrukcije kategoriziraju prema broju
uþestalosti odreÿenog optereüenja, oblika zavarenog mjesta (A, B, C, D, E, F), utjecaja
zareza ili dinamiþke izdržljivosti
uvodi se pojam relativne þvrstoüe zavara σ D( N ) kao i pojam pogonske þvrstoüe ili
pogonske izdržljivosti
5.3.3 Utjecaj zavarenih spojeva na dinamiþku izdržljivost
Dinamiþka izdržljivost zavarenih spojeva od presudne je važnosti za pouzdanost konstrukcije u
eksploataciji. Rezultati pokusa za razliþite materijale i vrste naprezanja, prvenstveno vlaþnetlaþne odnose se na relativno male ispitne uzorke ili epruvete te se prikazuju Smithovim
dijagramima dobivenim iz veüeg broja Wöhlerovih krivulja. Stvarno ponašanje zavara i s tim u
78
5. Spajanje elemenata
vezi cijele konstrukcije, u realnim uvjetima korištenja ovisno je o nizu drugih þinioca osim
materijala i optereüenja.
Najvažniji od utjecaja na pojavu zamora su:
- utjecaj zareza
- utjecaj tehnologije zavarivanja
- utjecaj oblikovanja zavarenog spoja
- utjecaj vrste materijala
- utjecaj grešaka pri zavarivanju
- utjecaj temperature okoline
- utjecaj zaostalih naprezanja
- utjecaj krutosti konstrukcije i dr.
Utjecaj zareza na dinamiþku izdržljivost
Opüenito kod statiþki optereüenih konstrukcija, a za razliku od nosaþa kontinuiranog popreþnog
presjeka s jednolikom raspodjelom naprezanja, kod nosaþa promjenljivog popreþnog presjeka uz
mjesta promjena presjeka javlja se nejednolika raspodjela naprezanje i vršna naprezanja. Kod
koniþnog štapa sa slike 5.3.20, poveüanjem kuta konusa raste i vršno naprezanje koje je veüe od
srednjeg naprezanja. Srednje naprezanje bi bilo naprezanje koje se javlja kod idealnog glatkog
cilindriþnog štapa. U cilju dobivanja jasne slike o koncentraciji naprezanja, crta se silocrt (sl.
5.3.21), kod kojeg gustoüa pokazuje intenzitet polja naprezanja, a tangente na silocrt smjer. Iz
silocrta na slici 5.3.21 vidljivo je da je naprezanje najveüe u podruþju utora, dok se podalje od
utora gubi utjecaj utora te naprezanje postaje konstanto i jednako srednjem naprezanju. Slikom
5.3.22 prikazana je razdioba naprezanja u podruþju utora za vlaþno optereüeni okrugli štap sa
zaobljenim utorom.
σ sr
σ vr
F
σ sr
σ vr
R
d1
d2
F
Slika 5.3.20 Koniþni štap
Slika 5.3.21 Silocrt
Slika 5.3.22 Okrugli štap sa
79
5. Spajanje elemenata
zaobljenim utorom
Za sluþaj vlaþno optereüenog okruglog štapa s oštrim utorom (sl. 5.3.23), vršna naprezanja su
veüa od onih kod štapa s oblim utorom (sl. 5.3.22). U sluþaju nastanka male površinske pukotine
(sl. 5.3.24), vršno naprezanje znatno je veüe od prethodna dva sluþaja kad postoje utori. Ovo je
razlog zbog kojeg dolazi do širenja pukotina i loma štapa, što je naroþito naglašeno kod
dinamiþkih optereüenja.
F
σ sr
σ sr
σ vr
σ vr
F
a
d1
d
d2
F
Slika 5.3.23 Okrugli štap s oštrim utorom
F
Slika 5.3.24 Okrugli štap s površinskom pukotinom
Razni provrti, potrebni zbog konstrukcijske izvedbe štapa, imaju takoÿer negativan utjecaj te
izazivaju veliko vršno naprezanje u podruþju oko provrta (sl. 5.3.25). Aksijalno optereüena
vratila kod kojih postoji smanjenje/poveüanje (redukcija) presjeka takoÿer imaju znatna vršna
naprezanja (sl. 5.3.26).
80
5. Spajanje elemenata
F
σ sr
σ sr
σ vr
σ vr
F
d
d1
D
d2
F
F
Slika 5.3.25 Okrugli štap s popreþnom rupom
Slika 5.3.26 Okrugli štap s
redukcijom presjeka
Prilikom optereüenja na savijanje (sl. 5.3.27) i uvijanje (sl. 5.3.28), takoÿer dolazi do znatnih
vršnih naprezanja. ývrstoüa ravnih profila, npr. limova, ploþa, traka ili valjanih profila, bitno je
smanjenja u podruþjima u kojima postoje provrti (sl. 5.3.29).
Na slici 5.3.29 vidljiv je veliki utjecaj vršnih naprezanja. U praksi se vršna naprezanja definiraju
preko faktora oblika
αk =
σ vr
.
σ sr
(5.3.29)
Faktori oblika za karakteristiþne presjeke mogu se oþitati iz tablica, odrediti eksperimentalno ili
pak numeriþki.
Kod dinamiþki optereüenih konstrukcija, utjecaj koncentracije naprezanja uzima se kroz
koeficijent ureza definiran kao
β K = 1 + η K (α K − 1) ,
(5.3.30)
gdje koeficijent η K , koji se kreüe u granicama η K = [ 0.2,....,1] , ovisi o materijalu. Koeficijent
ureza odreÿuje odnos dinamiþke þvrstoüe izmeÿu glatkog uzorka i uzorka s zarezom,
βK =
σ D , glatki
σ D , sa zarezom
.
(5.3.31)
Dinamiþka izdržljivost zavarene probne palice niža je od izdržljivosti nezavarene probne palice.
Sniženje dinamiþke izdržljivosti je izazvano zareznim djelovanjem samog zavara. Zarezi (sl.
5.3.27) koji se u zavaru javljaju mogu biti unutrašnji (npr. pore, krajevi zavara, mjehuriüi plina i
razni ukljuþci) ili vanjski (krajnji krateri, ugorine, prijelazi i dr.). Obraÿivanjem zavara bitno se
poveüava dinamiþka izdržljivost. Na slici 5.3.28 prikazan je Smitnov dijagram neobraÿenog i
obraÿenog navara. Sam navar uzrokuje znaþajan pad σ DI i σ DN do þega ne dolazi iz razloga
promjene toka sila veü uslijed zareznog djelovanja koje nastaje bržim hlaÿenjem krajeva navara
81
5. Spajanje elemenata
što uzrokuje ugorine te "zamrzavanje" mjehuriüa plinova i šljake. Obradom navara odstranjuje se
ovo loše podruþje navara te se bitno poboljšava dinamiþka izdržljivost.
slaba veza osnovnog i
dodatnog materijala
obraÿeni navar
navar
ukljuþci šljake, pore
ugorina
N9
Slika 5.3.27 Neobraÿeni i obraÿeni navar
σ max ¬ª N mm 2 ¼º
σ DI = 240
σ DT = 240
σ DN = 160
σ DN = 140
±
±
95
σ sr ª¬ N mm 2 º¼
N9
s neobraÿenim
navarom
obraÿeni
navar
±
s obraÿenim
navarom
±
−95
−140
Slika 5.3.28 Smithov dijagram za neobraÿeni i obraÿeni navar
Sliþno navaru, obrada kod V zavara pri spajanju dvaju limova bitno utjeþe na dinamiþku
izdržljivost, kao što pokazuje tablica 5.3.3.
82
5. Spajanje elemenata
Materijal
±
Mehaniþka svojstva [N/mm2]
σT
σ DI
σ DN
ý.0562
360
310
180
ý.0362
340
240
140
ý.0562
360
170
100
ý.0362
240
160
95
ý.0562
-
-
-
ý.0362
240
120
70
ý.0562
360
170
100
ý.0362
240
150
95
ý.0562
360
280
160
ý.0362
240
220
130
±
nezavareni limovi
±
±
V-zavara, žlijebljen uz provaren korijen
±
±
V-zavar bez provarenog korijena
±
±
V-zavar s potkorenom trakom
N9
±
±
N9
obraÿeni V-zavar s provarenim korjenom i
žlijebom za izvoÿenje kraja zavara
Tablica 5.3.3 Mehaniþka svojstva V-zavara
Kod kutnih se zavara, za razliku od suþeonih, lomi tok sila dva puta (sl. 5.3.29). Kao što se vidi
na slici (5.3.29) krajevi kutnih zavara izazivaju koncentraciju naprezanje te obrada krajnjih
kratera kutnog zavara poveüava dinamiþku izdržljivost. Oblikovanje samog zavara od bitnog je
utjecaja, naroþito kod T spoja (sl. 5.3.30) gdje uvijek treba nastojati ostvariti obostrani kutni
zavar (slika 5.3.30) te meÿusobno spajanje korijena kutnih zavara (sl. 5.3.31).
83
5. Spajanje elemenata
σ
max
σ max
σ
σ max
σ
Slika 5.3.29 Lom toka silnica kod kutnih zavara
+
+
σ
σ
σ
σ
Slika 5.3.30 Tok silnica kod jednostrukog i dvostrukog kutnog zavara
84
5. Spajanje elemenata
Slika 5.3.31 Meÿusobno spajanje korijena kutnih zavara
Utjecaj temperature na zavarene spojeve
Svi podaci o mehaniþkih svojstvima, osim iznimno žilavost materijala, daju se pri sobnoj
temperaturi. ýest je sluþaj da zavarena konstrukcija biva korištena pri temperaturama znatno
nižim ili višim od sobne.
Poznavanje utjecaja eksploatacije na materijal i zavare pri višim temperaturama osnova je za
pouzdan rad energetske i procesne opreme. Praüenje pojava u materijalu i zavaru vrši se
analizom i ostalih parametara (radni tlak, naprezanje, radni medij, trajanje eksploatacije) uz
istovremeno praüenje radne temperature. Pod višim temperaturama podrazumijeva se
temperatura do 600°C. Promjene koje nastaju u materijalu, posebno u zavaru, su prvenstveno
negativne i to:
- promjena mehaniþkih svojstava
- promjena strukture
- pouzdanost
- toplinska krutost
- toplinski zamor i termošokovi
- korozija
- erozija
Mehaniþka svojstva se u principu smanjuju, a postotak ovisi o temperaturi i sastavu (strukturi)
þelika.
Pouzdanost je svojstvo metala da se pod utjecajem dugotrajnog naprezanja na višim
temperaturama neprekidno plastiþno deformira (redovita pojava iznad 450°C). Ako materijal
dugo "radi" u uvjetima pouzdanosti doüi üe do njegovog razaranja i pri znatno nižim
temperaturama od vlaþne þvrstoüe za odreÿene temperature.
Toplinska krtost se javlja kod fero-perlitnih þelika kod 400°-500°C gdje nakon dugog
zadržavanja naglo pada udarna žilavost dobivena kod sobne temperature. Upravo su mjesta
zavara najopasnija te se obiþno tu inicira lom.
5. Spajanje elemenata
85
Toplinskim zamorom naziva se razaranje metala pod djelovanjem toplinskih naprezanja
uvjetovanih naizmjeniþnim zagrijavanjem i hlaÿenjem. Teoretska objašnjenja pojave toplinskog
zamora su vrlo štura.
Utjecaj zaostalih naprezanja
Pri formiranju zavara, kao rezultat metalurških procesa, dolazi do unutrašnjih naprezanja. Ova
naprezanja mogu dovesti do deformacije konstrukcije pa þak i hladnih pukotina. Naprezanja
mogu biti tlaþna i vlaþna, a zakonitosti im je teško dokuþiti, osim mjerenjem na površini. Iznos
može doseüi, odmah nakon zavarivanja i granicu razvlaþenja. Postupkom popuštanja,
odžarivanja, mogu se ove napetosti znatno smanjiti, kao i metodom vibriranja.
U procesima eksploatacije, posebno pri višim i visokim temperaturama, ova se naprezanja brzo
relaksiraju.
Sama zaostala naprezanja ne dovode do ošteüenja, ukoliko nisu kombinirana s vanjskim
optereüenjem. Iznimka je sluþaj zaostalih naprezanja u zoni zavara s inicijalnim optereüenjima
(sl. 5.3.32).
250 N/mm2
σV
l
3l
3l
5.3.32 Naprezanja u zoni korijena X zavara
Krti lom
Lomovi sa malom kontrakcijom ili bez nje, lomovi bez izduženja, zbog izgleda prijeloma sliþnog
lomu krtog materijala (dekoheziji) nazivaju se krti lom.
Ove pojave loma zbog naglog širenja pukotine, a bez velikog naprezanja, poznate su odavno.
Krti lomovi su redovito su inicirani malim pukotinama ili ošteüenjima koje su rasle do neke
kritiþne veliþine, nakon koje je nastupio lom.
Ako se greške otkriju na vrijeme moguüe je pratiti cijeli rast pukotine i predvidjeti lom. Pri tom
svakako je potrebno preispitati kriterije o prihvatljivosti ovih grešaka.
Visokim naprezanjima u vrhu pukotine, te raspodjelom naprezanja u njenoj okolini, potrebno je
posvetiti posebnu pažnju.
86
5. Spajanje elemenata
Na lom (prouþava se u mehanici loma) utjeþu:
- osnovno materijal
- radna temperatura
- koncepcija konstrukcije:
ƒ razina radnih optereüenja
ƒ debljina elementa
ƒ krutost konstrukcije
- naþin naprezanja
- naþin hladne obrade pri izvedbi konstrukcije
Pri prouþavaju loma uvodi se faktor intenziteta naprezanja KC koji se razlikuje za tri osnovna
sluþaja otvaranja pukotine (sl. 5.3.33), te za prvi naþin faktor intenziteta je
KI C = cσ a ,
(5.3.32)
gdje je a veliþina polovine pukotine (sl. 5.3.34), ı naprezanje, a c konstanta. Odnos naprezanja i
veliþine pukotine prikazan je slikom 5.3.34.
II
I
III
Slika 5.3.33 Tri osnovna naþina otvaranja pukotine
σ
Kc- za žilavi þelik
a
Kc
a
Slika 5.3.34 Faktor intenziteta naprezanja u ovisnosti o pukotini i naprezanju
87
5. Spajanje elemenata
Prilikom praüenja širenja pukotine primijeüeno je da se za lom epruvete mora utrošiti znatno
manje rada pri nižim temperaturama, tj. materijal pri nižim temperaturama postaje krt pa postoji
tzv. temperatura prelaska u krtost.
Krti lom se javlja ako su ispunjena slijedeüa þetiri uvjeta:
- sklonost materijala prema krtom lomu
- velika zaostala naprezanja
- odreÿena temperatura
- postojanje greške koja izaziva koncentraciju naprezanja i poþetak loma
Naprezanje i deformacija oko pukotine prouþavana je od strane mnogih znanstvenika meÿu, a
meÿu prvima su Grifiz, Irwin i Vestergard. Za beskonaþnu traku s otvorom pukotine dužine 2a i
optereüenu vlaþno, raspodjela naprezanja oko vrška pukotine (sl. 5.3.35) dana je izrazima
KI
θ§
θ
3θ ·
(5.3.33)
cos ¨1 − sin sin ¸ ,
σx =
2©
2
2 ¹
2π r
KI
θ§
θ
3θ ·
(5.3.34)
cos ¨ 1 + sin sin ¸ ,
σy =
2©
2
2 ¹
2π r
gdje obzirom da se pri optereüenju trake s pukotinom radi o prvom sluþaju otvaranja, faktor
intenziteta naprezanja raþuna prema izrazu (5.3.32). Za kut θ = 0 (sl. 5.3.35) izraz (5.3.34) se
svodi na
KI
σy =
.
(5.4.35)
2π r
σ y (θ = 0 )
σ
σy
σx
2a
θ
Slika 5.3.35 Naprezanja vrška pukotine ploþe
88
5. Spajanje elemenata
5.4. Oblikovanje vijþanih i zavarenih spojeva obzirom na zamor
Pošto je zamor materijala jedan od þestih razloga lomova koji nastaju u eksploataciji, spojevi,
bilo rastavljivi, bilo nerastavljivi, zahtijevaju posebnu pažnju prilikom pravilnog oblikovanja.
5.4.1 Oblikovanje vijþanih spojeva obzirom na zamor
Obzirom na naþin izrade navoja, valjanjem odnosno narezivanjem, prednost treba dati navoju
napravljenom vajanjem, odnosno navoj izraÿen narezivanjem treba izbjegavati.
Kod vijþanog spoja razlikujemo tri osnovna sluþaja:
- vijþani spoj optereüen na vlak (slika 5.4.1)
- prednapregnuti vijci u spoju optereüenom smiþno (slika 5.4.2)
- vijci koji nisu prednapregnuti u spoju optereüenom smiþno (slika 5.4.3)
Slika 5.4.1. Vlaþni spoj†
Slika 5.4.2. Bez prednaprezanja‡
Slika 5.4.3. Prednapregnuti
Kod vlaþnog spoja, najþešüe je rijeþ o spoju kod kojeg su vijci prednapregnuti. Odnos sile
prednaprezanja u vijcima Fv i podlozi Fp, uslijed djelovanja radne sile FR prikazano je
dijagramom na slici 5.4.4. Optereüivanjem spoja, raste sila u vijku za ¨Fv i pada sila u podlozi za
¨Fp. Ukoliko radna sila postane veüa od sile prednaprezanja, rastereüenja podloge i odvajanja te
vijci u potpunosti preuzimaju optereüenje, što je krajnje nepovoljno. Nadalje iz dijagrama se vidi
da je povoljnije da vijci budu manje krutosti Cv (manji nagib pravca) a podloga þim kruüa
(strmiji pravac). Ovime pri istoj radnoj sili je prirast sila vijku ¨Fv manji od prirasta ¨F'v za
sluþaj podloge manje krutosti. Dakle treba težiti þim kruüim i debljim podlogama kod ovakvih
spojeva kao ne bi došlo do elastiþnog savijanja podloge (smanjenje krutosti). Postavljanje
mekanih brtvi meÿu podlogama djeluje nepovoljno.
†
‡
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
89
5. Spajanje elemenata
F
Fmax
¨F'v
¨Fv
FR
FV
¨Fp
arctg CP
arctg CV
λ′
¨F'p
Fp
δ
λ
FR
deformacije
δ′
Slika 5.4.4. Sile i deformacije u prednapregnutim vijcima i podlozi
Obzirom na oblik samo kontaktne površine, oblik prikazan slikom 5.4.5 predstavlja povoljniji
sluþaj od oblika prikazanog slikom 5.4.6 iz razloga što je kod prvog kontaktna površina bliža
mjestu djelovanja sile te je time savijanje površine manje. Kod sluþaja prikazanog slikom 5.4.6
podloga je fleksibilnija. Dakle vrijedi pravilo da obzirom na otpornost vijþanog spoja na zamor,
treba nastojati da kontaktna površina bude þim bliže dijelovima na koje djeluje optereüenje.
Slika 5.4.5.
Slika 5.4.6.§
Kod spojeva optereüenih smiþno (slika 5.4.2 i 5.4.3) površina na koju se prenosi optereüenje,
raspodjela optereüenja oko rupe i moguüa mjesta pojave pukotina kod zamora prikazana su slika
5.4.7 za sluþaj vijaka sa i bez prednaprezanja. Prednost za sluþaj optereüenja kod kojeg postoji
opasnost od zamora treba dati vijcima s prednaprezanjem iz razloga što je vijak, a samim time i
vijþani spoj, manje podložan pojavi pukotina.
§
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
90
5. Spajanje elemenata
Slika 5.4.7. Usporedba smiþno optereüenih vijþanih spojeva**
Kod sidrenih (anker) vijaka, osim što treba težiti izvedbi navoja valjanjem, priþvršüivanjem
dvjema maticama pokazalo se povoljnije obzirom na zamor. Ispitivanjem je utvrÿeno da
varijante priþvršüivanja stopa b) i d) na slici 5.4.8 pokazuju boju otpornost na zamor.
Slika 5.4.8. Otpornost na zamor kod sidrenih vijaka††
5.4.2. Oblikovanje zavarenih spojeva obzirom na zamor
Opüenito strojne elemente podložne zamoru potrebno je oblikovati na naþin da se izbjegne
koncentracija naprezanja odnosno lom silnica u silocrtu naprezanja. Zavari, kao spojevi dijelova,
**
††
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
5. Spajanje elemenata
91
upravo se nalaze u zonama najveüih koncentracija naprezanja. Dakle, potrebno je preoblikovati
strojni dio da se þim više smanji koncentracija naprezanja (slika 5.4.9.), te ukoliko je moguüe,
sam zavar pomaknuti iz podruþja najveüe koncentracije naprezanja (slika 5.4.10.).
Slika 5.4.9. Smanjenje koncentracije naprezanja pravilnim oblikovanjem‡‡
Slika 5.4.10. Pomicanje zavara iz podruþja velike koncentracije naprezanja
Za sluþaj kada je neki neoptereüeni dio konstrukcije zavaren na optereüeni dio konstrukcije,
sama geometrija neoptereüenog dijela izaziva lom silnica u silocrtu (koncentraciju naprezanja).
Što je taj neoptereüeni dio kraüi u smjeru djelovanja sile na optereüenom dijelu, to je manji lom
silnica (koncentracija naprezanja) (slika 5.4.11).
Slika 5.4.11. Postavljanje neoptereüenog dijela obzirom na smjer optereüenja
‡‡
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
92
5. Spajanje elemenata
Smanjenje dimenzija kutnog zavara moguüe je postiüi i djelomiþnim provarivanjem korijena
zavara (slika 5.4.12.).
Slika 5.4.12. Smanjenje dimenzija popreþnog presjeka kutnog zavara§§
Za sluþaj kad kutni zavar povezuje nosive dijelove u cjelinu, kao što je to sluþaj na slici 5.4.13.,
potrebno je osigurati dovoljnu nosivost kutnog zavara.
Slika 5.4.13. Minimalne dimenzije kutnog zavara i djelomiþno provarenog kutnog zvara.
Zavar u podruþju ruba optereüenih konstrukcija smanjuje otpornost na zamor te je potrebno težiti
preporuci da se zavar nalazi na udaljenosti veüoj od 10 mm od ruba (slika 5.4.14).
Slika 5.4.14. Preporuka o udaljenosti zavara od ruba nosivog dijela
Pri oblikovanju treba težiti izvedbama bez sekundarnih naprezanja koji nastaju uslijed momenata
savijanja u samom spoju. Tako je kod þvorište rešetkaste konstrukcije potrebno postiüi da se
neutralne osi sijeku u jednoj toþki. Sliþno je i kod nesimetriþnih prikljuþaka koje je potrebno
zamijenit simetriþnim kao što je to ilustrirano slikom 5.4.15.
§§
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
5. Spajanje elemenata
93
Slika 5.4.15. Zamjena nesimetriþnog prikljuþka simetriþnim
Oštri prelazi i oštri kutovi izazivaju veliku koncentraciju naprezanja, a samim time i neotpornost
na zamor. Rješenja sa slike 5.4.9. moguüe je postiüi naknadnom obradom zavara, kao što je
prikazano slikom 5.4.15. gdje se brušenjem izbjegavaju oštri prijelazi spojeva. Pri tom treba
izbjegavati radijuse zaobljenja manje od 15 mm odnosno radijusom zaobljenja veüim od 1/3
širine prikljuþka.
Slika 5.4.15. Naknadna obrada zavara***
Oštre rubove potrebno je izvesti zaobljene, a samo zaobljenje potrebno je obraditi brušenjem te
brušenu površinu produžiti 20 mm izvan zaobljenja (slika 5.4.16).
Slika 5.4.16. Brušenje zaobljenja i podruþja oko zaobljenja
***
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb,
2004.
94
5. Spajanje elemenata
Uz navedene konstrukcijske uzroke neotpornosti na zamor, velik utjecaj ima i samo zavarivanje.
Najþešüe greške koje pri zavarivanju nastaju, a bitno smanjuju otpornost na zamor su:
- prskanje pri zavarivanju
- diskontinuitet u varu uzrokovan sluþajnim zastojima luka
- nedopušteno pripajanje dijelova koji nisu predviÿeni za zavarivanje
- korozijska gnijezda
- pukotine u varu
- loše namještanje dijelova koji se zavaruju
- zarezi
- oštri bridovi
- ekscentriþnosti i krivo meÿusobno pozicioniranje dijelova
- iskrivljenje dijelova prikljuþaka
Greške u varovima do odreÿenog nivoa se toleriraju. Pri tome vrijede slijedeüa pravila:
- þeoni varovi s djelomiþnom penetracijom tretiraju se kao da je rijeþ o kutnim varovima
- debljina þeonog zavara ne smije biti manja od debljine dijelova koji se spajaju
- krak (širina) kutnog zavara ne smije varirati više od 10%
- udubljenja þeonog zavara se toleriraju ako:
ƒ duljina udubljenja nije veüa od debljine elementa t
ƒ visina udubljenja nije veüa od 0.1t
ƒ preostala visina zavara ispod udubljenja nije manja od debljine elementa t
Slika 5.4.17. Zahtjevi obzirom na dopustive dimenzije udubljenja zavara†††
-
uleknuüa osnovnog materijala u zoni utjecaja topline, a nastala zbog taljenja osnovnog
materijala se toleriraju ukoliko s ona manja od 0,05t (ili 5 mm) kod popreþnih varova,
odnosno 0,1t (ili 1 mm) kod uzdužnih
Slika 5.4.18. Uleknuüa osnovnog materijala
-
†††
troska na varu se tretira kao ulegnuüe
pukotine detektirane nerazornim metodama ne toleriraju se
ne tolerira se kod þeonog vara s zahtijevanom punom penetracijom da dolazi do
nepotpunog taljenja osnovnog materijala koje je karakterizirano prelijevanjem zavara
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb,
2004.
5. Spajanje elemenata
95
Slika 5.4.19. Nepotpuna penetracija i prelijevanje zavara
-
ne toleriraju se ulegnuüa zavara
Slika 5.4.20. Nedopustiva ulegnuüa zavara
-
Pore uslijed plinova u zavaru, ravnomjerno rasporeÿeni, mogu se tolerirati te ih nije
potrebno popravljati ukoliko je najveüi promjer manji od 0,25t ili 3 mm. Dopušteni
postotak ukupne veliþine pora obzirom na površinu projekcije zavara iznosi se kreüe od
3% do 5%, a ovisi o kategoriji detalja.
Hrapavost rubova nastalih plinskim rezanjem (slika 5.4.21) veüa od 0,3 mm smanjuje otpornost
na zamor te se preporuþa brušenje takvih rubova.
Slika 5.4.21. Hrapavost rubova uslijed plinskog rezanja þeliþnih ploþa
Prekid kontinuiranog zavara tolerira se samo ako je na mjestu prekida postignuta dobra
penetracija te ukoliko se prekid ne nalazi u zoni visoke koncentracije naprezanja.
Varovi koji se izvode samo s jedne strane, dakle kod kojih nije moguüe provarivanje korijena,
moraju biti izvedeni na naþin da se osigura 80% stapanja. Djelomiþna penetracija i nepotpuna
provarenost nisu dopušteni.
96
5. Spajanje elemenata
Slika 5.4.22. Izvoÿenje jednostranih zavara‡‡‡
Pri zavarivanju dolazi do stvaranja zaostalih naprezanja koja bitno utjeþu na pojavu zamora. U
cilju izbjegavanja ili snižavanja zaostalih naprezanja potrebno je voditi raþuna o slijedu i smjeru
zavarivanja, predgrijavanju, odžarivanju, samþarenju ili þekiüanju (ruþno, ultrazvuþnim ili
pneumatskim iglama).
Ošteüenja nastala rukovanjem, zarezi, ulegnuüa, ošteüenje nastalo paljenjem elektrode treba
otkloniti brušenjem. Ovakva ošteüenja se ne dopuštaju.
Literatura
B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb, 2004.
‡‡‡
Skenirano iz B. Androniü, D. Dujmoviü, I. Dežba “Metalne konstrukcije 4”, IA PROJEKTIRANJE, Zagreb,
2004.
97
6. Zaštita od korozije
6. Zaštita od korozije
Pravilno izvoÿenje zaštite od korozije jedno je od presudnih faktora koji utjeþu na vijek trajanja
konstrukcije. Kako se metalne konstrukcije uglavnom izvode iz konstrukcijskih þelika podložnih
koroziji, zaštiti od korozije potrebno je posvetiti posebnu pažnju. Prilikom konstruiranja
konstrukcije potrebno je definirati i naþin zaštite od korozije. Ovaj tekst temelji se na nacionalnoj
normi Švicarske središnjice za þeliþne konstrukcije, a ista se preporuþuje od strane Instituta
graÿevinarstva Hrvatske (IGH), Zavod za metalne konstrukcije Zagreb (vidi literaturu).
Podruþje na koje se odnosi preporuka o zaštiti od korozije obuhvaüa sve þeliþne konstrukcije
saþinjene od elemenata debljine stjenke veüe od 3 mm. Rjeÿe korišteni postupci površinske
zaštite poput kontinuiranog postupka izvoÿenja metalnih prevlaka, elektronskog postupka
nanošenja, elektrostatskog prekivanja prahom, postupak peþenja (emajliranja), postupak vruüeg
štrcanja i sl., ovdje neüe biti obraÿivani.
6.1 Utjecaj okoline i optereüenje
Koroziju þeliþnih konstrukcija uzrokuju voda i oksidacijska sredstva pri þemu presudan utjecaj
ima kisik iz atmosfere te u odsutnosti kisika nema ni korozije. Iznimku þine kiseli agresivni
mediji gdje je korozija moguüa i bez utjecaja atmosferskog kisika. Korozija þelika poþinje kod
relativne vlažnosti zraka od oko 60% (sl. 1.7.2, poglavlje 1). Za razvoj korozije u pravilu je
dovoljan vlažni film na površini metala, npr. kondenzat ili kapljice rose. Aktivni metali poput
þelika i pocinþanog þelika korodiraju po þitavoj izloženoj površini te im se gubitak materijala
razvija uglavnom površinski. Pasivni materijali poput krom-nikal þelika i aluminija zaštiüeni su
od korozije pomoüu pasiviziranog površinskog sloja. Do korozije nastupa tek kad se taj sloj
ošteti, npr. djelovanjem klorida te se korozijsko nagrizanje javlja na manjim dijelovima površine
(sl. 6.1.1). Ovakva korozija opasnija je od površinske jer može doüi do neopaženog otkazivanja
nosivosti elementa uslijed napredovanja korozije u dubini materijala.
Uz naveden oblik korozije moguüa je i korozija uslijed mehaniþkih i toplinskih optereüenja te je
pri odabiru premaza potrebno i na ovo obratiti pažnju.
lokalna dubinska
korozija
naponska
korozija
aktivni metali
pasivni metali
Slika 6.1.1 Korozija kod aktivnih i pasivnih materijala
98
6. Zaštita od korozije
Pri definiranju utjecaja okoline potrebno je razlikovati mjesnu (makroklimu) i strogo lokalnu
klimu (mikroklimu).
Utjecaj makroklime odreÿen je po DIN-u prema kojem se za željezo i cink (tablica 6.1.1) navodi
godišnji iznos gubitka materijala u ovisnosti o razredu korozivnosti (mjeri se na metalnoj
zavojnici slobodno izloženoj atmosferilijama, tablica 6.1.2).
Razred korozivnosti
Gubitak
[ȝm/god.]
željezo
cink
1
” 20
” 1.25
2
” 40
” 2.25
3
” 60
” 3.25
4
” 80
” 4.25
5
> 80
> 4.25
Tablica 6.1.1 Odreÿivanje razreda korozivnosti makroklime
Osnovna vrsta
Normalna
atmosfera
Razred
korozivnosti
1i2
2i3
Agresivna
atmosfera
3 do 5
Opis
Malo korozivno
optereüenje:
Atmosfera bez spomena
vrijedne koliþine
sumpornog dioksida i
drugih štetin materija:
npr. seoska podruþja i
mali gradovi.
Umjereno korozivno
optereüenje:
Atmosfera s umjerenim
sadržajem sumpornog
dioksida i drugih štetnih
materija: npr. gusto
naseljena podruþja bez
jake koncentracije
industrije.
Dosadašnja vrsta
atmosfere
Selo
Grad
Jako korozivno Industrija
optereüenje:
Atmofera s visokim
sadržajem sumpornog
dioksida i drugih štetnih
materija: npr. podruþje s
nagomilanom industrijom
i zone koje leže u smjeru
glavnih vjetrova tih
podruþja.
4 do 5
Vrlo
jako More
korozivno
optereüenje:
Atmosfera oneþišüena
korozivno posebn štetnim
materijama: npr.
kloridima i/ili sa slanom
visokom relativnom
vlagom u zraku (nad
morem i neposrednoj
Tablica 6.1.2 Sprega makroklime i vrste atmosfere
Pod mikroklimom podrazumijevaju se utjecaji u neposrednoj blizini þeliþne konstrukcije ili
utjecaji koji neposredno djeluju na pojedine dijelove konstrukcije.
Mikroklimu odreÿuju slijedeüi faktori:
- relativna vlažnost zraka, temperatura zraka i povišena temperatura
- izloženost atmosferilijama (direktno izloženo ili zaštiüeno od atmosferilija)
6. Zaštita od korozije
-
99
mjestimiþno poveüani agresivni utjecaji, npr.:
o podvoz mosta iznad vode
o podruþje stvaranja kondenzata na toplovodima
o podruþja prskanja vode
o podruþja na betonskim dijelovima koja su oblivena kišom
o graÿevine izložene utjecaju soli
o zone u podruþju otapanja solju (poledice)
o podruþja u blizini radionica za luženje ili dekapiranje
o zone taloženja štetnih materijala (zagaÿenje zraka, kemikalije, fekalije i sl.)
o mjesta pod elektrokemijskim utjecajem (razlike u potencijalu, galvanske struje)
6.2 Konstruktivne mjere
Pretpostavke za djelotvornu zaštitu od korozije moraju se ostvariti veü pri samom konstruiranju.
Dijelovi koji se površinski zaštiüuju moraju biti pristupaþni za izvoÿenje, ispitivanje, kontrolu,
održavanje i obnovu korozivne zaštite. Ako pak neka mjesta nisu pristupaþna, potrebno je na tim
mjestima prije spajana provesti ugovorenu površinsku zaštitu, npr. površine kontakta kod
vijþanih spojeva.
Voda mora nesmetano otjecati sa svih mjesta na konstrukciji (sl. 1.7.2, poglavlje 1). Treba
izbjegavati veüe horizontalne plohe te konkavne profile, uske raspone, uglove i kutove. Izrezima
i rupama potrebno je omoguüiti istjecanje vode (kiša i kondenzat), npr. kod rebara iz zatvorenog
profila. Izradom okapnica smanjiti direktno slijevanje vode preko površine elementa
konstrukcije.
Betonske temelje þeliþnih konstrukcija treba izvesti 20 do 30 centimetara iznad tla. ýeliþni
elementi koji se ubetoniravaju trebaju se oþistiti od hrÿe te se temeljni premaz mora izvesti
najmanje 10 do 15 centimetara duboko u beton. Kod ubetoniranih þeliþnih dijelova trajno
vlaženih vodom treba izbjegavati kontakt s armaturnim metalom kao se ne bi stvorio galvanski
þlanak.
Kod poveüanog korozijskog optereüenja treba izbjegavati isprekidane zavare, toþkaste zavare i
oštre brodove koji predstavljaju mjesta lakog ošteüivanja premaza pri udaru. Pri tom nezaštiüene
šupljine konstrukcije treba temeljito zabrtviti od prodora zraka i vlage.
Zaštita od korozije svih spojnih elemenata treba po kvaliteti odgovarati kvaliteti zaštite od
korozije cijele konstrukcije. Kod vijaka, preporuþuje se korištenje vijaka koje je proizvoÿaþ veü
površinski zaštitio. Elektrolitski pocinþani vijci i spojni elementi moraju se dodatno premazati!
Vruüe pocinþane elemente, u ovisnosti o konkretnog sluþaja, u principu nije potrebno dodatno
zaštiüivati. Moguüe je korištenje i elemenata iz nehrÿajuüeg þelika.
Kod þeliþnih konstrukcija koje üe se vruüe pocinþati (uranjanjem na približno 450°C) treba se
pridržavati slijedeüih preporuka:
- površinu je prije cinþanja potrebno pripremiti jetkanjem (nagrizanje i þišüenje kiselinom)
- pri konstruiranju uzeti u obzir dimenzije raspoloživih kupki za pocinþavanje
- na šupljim elementima obavezno ostaviti dovoljno velike otvore za dotok i otjecanje
cinka jer je bitno da unutrašnje površine budu vruüe pocinþane
- izbjegavati velike razlike u debljini stijenki jednog te istog elementa
- izbjegavati prekidne zavare
- nalježuüe površine i uske raspore treba zatvoriti neprekinutim zavarima
- izraditi otvore u "mrtvim" uglovima
- uzeti u obzir smanjivanje promjera rupa pocinþavanjem
- pravilnim postupkom i redoslijedom zavarivanja održati zaostala naprezanja þim nižima
100
6. Zaštita od korozije
-
pri odabiru materijala provjeriti podobnost materijala za vruüe pocinþavanje (prionjivost
prevlake i izgled ovise o sadržaju silicija u þeliku)
6.3 Izvoÿenje zaštite
Pri izvoÿenju zaštite, osim stvarnog vremena nanošenja prevlake, uzeti u obzir i minimalno te
maksimalno vrijeme za nanošenje zaštitnih prevlaka.
Minimalno potrebni i maksimalno dozvoljeni interval izmeÿu pripreme površine i nanošenja
pokrivnog premaza ovisi o zaštitnom sustavu te utjecaju atmosferilija. Svi premazi i prevlake se
tijekom vremena izlaganja atmosferilima razgraÿuju te se ne smije prekoraþiti orjentaciono
vrijeme navedeno u tablicama. Pri dugotrajnoj izgradnji ili dugotrajnom transportu (posebno
prekomorskom) preporuþa se nanošenje dodatnog zaštitnog premaza.
Temperatura zraka i temperatura objekta mogu znaþajno varirati te tako bitno utjecati na vrijeme
izvoÿenja površinske zaštite. Pri tom treba obratiti pažnju na minimalnu razliku temperature
objekta i okoline kako bi se izbjeglo orošavanje. Vrijeme sušenja ovisi o temperaturi i vlažnosti
zraka, a navedeno je od strane proizvoÿaþa premaza.
Pokrivne premaze unutar graÿevina, ukoliko je to moguüe, nanosit nakon završetka graÿevinskih
radova kako bi se izbjeglo ošteüivanje premaza.
6.4 Kompatibilnost
Temeljni premazi, odnosno prevlake i pokrivni premazi moraju meÿusobno biti kompatibilni
(snošljivi). Za kompatibilnost su u prvom redu mjerodavna vezivna sredstva (veziva premaza).
Preporuþa se cijeli premazni sustav izvesti sredstvima istog proizvoÿaþa. Kod nepoznatog
kemijskog sastava postojeüeg premaza kompatibilnost je potrebno unaprijed ispitati. Na ovo
treba naroþito obratiti pažnju pri obnovi starog premaza.
Osim kemijske kompatibilnosti, uzeti u obzir minimalno i maksimalno vrijeme meÿusušenja
premaza pri nanošenju slijedeüeg premaza.
Na dvokomponentne (2-K) premaze moguüe je nanositi jednokomponentne ili dvokomponentne
premaze. Na jednokomponentne (1-K) premaze treba u naþelu nastaviti s nanošenjem jedino
jednokomponentnih premaza (izuzetak þini 1-K poliuretanski premaz koji otvrÿuje na bazi
vlage).
101
6. Zaštita od korozije
Polistirol
2-K Epoksid
2-K Poliuretan
1-K Poliuretan FH
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
2-K Epoksid
Silikon
ų
Ű
Ű
ų
1K
Katran/Poliuretan
Klorkauþuk
2-K Katran/Epoksid
Polivinil
1-K Poliuretan FH
Poliakrilat
Klorkauþuk
ų
ų
ų
Polivinil
ų
ų
ų
Poliakrilat
Ű
Ű
ų
2-K Poliuretan
Uretanalkid
Uretanalkid
Epoksidester
Epoksidester
Alkid
Vezivno sredstvo narednog premaza
Alkid
Vezivno
sredstvo
prethodnog
premaza
Ű
ų
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
ų
ų
ų
Ű
ų
Ű
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
ų
Ű
ų
ų
Ű
2K-Katran/Epoksid
1K Katran/Poliuretan FH
Ű
Silikat
PREVLAKE
Ű ų
ų ų
Ű - uobiþajene kombinacije (standardni sustavi)
ų - kompatibilno (snošljivo)
Ƒ – nekompatibilno
Vruüe pocinþano
Pocinþano prskanjem
Ű
Tablica 6.3.1 Pregled kompatibilnosti (snošljivosti)
6.5 Kemijsko-fizikalna svojstva premaza i prevlaka
Skruüeni premaz se u osnovi sastoji od pigmenta i veziva. Kemijsko-fizikalna svojstva premaza
odreÿena su njihovim meÿudjelovanjem. Kemijsko-fizikalna svojstva navedena su u tablici
6.5.1.
Vruüe pocinþana prevlaka sastoji se od razliþitih legiranih slojeva od kojih je prvi metalurški
povezan s þelikom. Ovi su slojevi prevuþeni kompaktnim slojem þistog cinka. Kod þelika sa
sadržajem silicija (od 0,03 do 0,12%) ovi se legirani slojevi protežu duž þitave debljine prevlake
te se na površini oþituju kao mat-sivi tvrdi cink osjetljiv na udarce.
Štrcano pocinþavanje karakterizira porozan sloj cinka te se veza s þelikom ostvaruje iskljuþivo
mehaniþki, a ne i metalurški (ne nastaje legura!).
Isto vrijedi i za elektrolitiþko pocinþavanje.
102
6. Zaštita od korozije
Poliakrilat
Polivinil
Klorkauþuk
Silikon
Silikat
2-K Epoksid
2-K Poliuretan
1-K Poliuretan FH
Ű
ų
2K-Katran/Epoksid
1K Katran/Poliuretan FH
ų
ų
Ű
Ű
ų
Ű
Ű
ų
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Otpornost na sol za
otapanje leda (poledica)
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
ų
ų
Ű
Ű
ų
na
kiseline
Otpornost na vodu
Toplinska postojanost
ų
ų
ų
ų
ų
ų
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
Ű
na pare
otapala
Uretanalkid
ų
ų
ų
Ű
ų
ų
Ű
ų
Kemijska
postojanost
na lužine
Epoksidester
Mehaniþka postojanost
Alkid
Svojstva
Postojanost nijanse i
sjaja u atmosferilijama
Vezivno
sredstvo
ų
Ű
Ű
Ű
Ű
PREVLAKE
Vruüe pocinþano
Pocinþano prskanjem
ų
Ű
Ű
Ű
ų
ų
Ű
Ű - visoka toplinska postojanost (podnosi temperaturu preko 140°C)
ų - srednja toplinska postojanost (podnosi temperaturu do 140°C)
Ƒ – mala toplinska postojanost (podnosi temperaturu do 70°C)
Tablica 6.5.1 Kemijsko-fizikalna svojstva premaza i prevlaka
6.6 Uloga i izgled zaštite
Ispunjenje funkcije površinske zaštite ovisi o zadaüi koju treba ispuniti pri zaštiti konstrukcije.
Ovdje treba razlikovati trajnost zaštite od trajnosti estetskog izgleda te se obzirom na to vrši
obnavljanje zaštite. Pri zaštiti konstrukcije mjerodavna je þinjenica dali je zbog korozije
narušena nosivost. Kod estetskog izgleda mjerodavne su promjene vidljive golim okom. Trajnost
pri zaštiti konstrukcije þesto je veüa od trajnosti konstrukcije, dok kod estetskog izgleda þesto je
potrebno obnavljanje premaza.
Posebni zahtjevi na estetski izgled proistiþu iz tenderske dokumentacije.
Na izgled premaza i prevlaka utjeþe struktura, veliþina i oblik þeliþne površine. Ovdje spadaju
mjestimiþne neravnine nastale proizvodnom (valjanje), manje deformacije i neravnine nekog
elementa nastale proizvodnjom te neravnine nastale postupkom izrade (posljedica zavarivanja).
Ovakve se greške površine uobiþajenim premazima ne otklanjaju.
Na izgled površine (nijansa i boja) utjeþe se pravilnim izborom premaznog sredstava te naþinom
nanošenja i to:
6. Zaštita od korozije
-
103
pri odabiru nijanse koristiti postojeüe kolekcije i sustave nijansi (NCS, RAL, VSLF, DB)
svjetleüi i zasiþeni (zagasiti) tonovi teško se usklaÿuju
boje na bazi organskih i kromatskih pigmenata te titanovog dioksida (bijela), na
otvorenom prostoru sklone su blijeÿenju i kredanju
svjetlucave boje nisu obuhvaüene NCS, RAL i VSLF sustavom
nedovoljno dispergirani pigmenti boje u vezivu dovode do pojave mrlja ili crta
što je glaÿa i sjajnija površina premaza sitne neravnine bit üe vidljivije te je u tom sluþaju
povoljno koristiti mat premaze (npr. cinkovi premazi). Štrcanjem se postiže glatka, a
nanošenjem valjkom hrapava površina
Izgled površine mijenja se pod vanjskim utjecajima te dolazi do:
- gubitka sjaja (matiranje): urok može biti prljavi zrak te utjecaj okoline poput vlage, UVzraþenja i svjetlosti
- izmjene nijanse boje: uzrok mogu biti agresivne þestice iz zraka te UV-zraþenje i svjetlo
- pojave mrlja: uzrok može biti neravnomjerno otjecanje kišnice, þaÿa, prašina, hrÿa i
dimni plinovi
6.7 Troškovi održavanja površinske zaštite
Troškove za prvo izvoÿenje zaštite na þeliþnoj konstrukciji treba usporediti s kasnijim izdacima
za održavanje i obnovu. ýesto "jeftina" prva zaštita za sobom implicira uþestalu potrebu skupog
održavanja, no pri tom ne treba da površinska zaštita "nadživi" vijek upotrebe konstrukcije.
U osnovi troškovi zaštite se sastoje od:
- troškova pripreme površine
- troškova materijala
- usputnih troškova pripreme radilišta, skele, zaštite okoliša i ispitivanja kvalitete
- posrednih troškova od zaustavljanja pogona
Sustavno održavanje znatno produžuje trajnost zaštite od korozije. Tako je veü u fazi planiranja
potrebno predvidjeti naþin i uþestalost buduüeg održavanja. Uz to, pri konstruiranju potrebno je
voditi raþuna o naþinu buduüeg održavanja, npr. predvidjeti pomiþne ili fiksne radne podeste i
ljestve, sidrene elemente i stope za postavljanje nosaþa skela i sl.
6.8 Izvoÿenje i ispitivanje
6.8.1 Priprema metalne površine
Pažljiva predobrada i priprema þeliþne površine pretpostavka je kvalitetnoj i trajnoj površinskoj
zaštiti.
U okviru radioniþke predobrade potrebno je voditi raþuna o:
- uklanjanju prskotina i šljake pri zavarivanju
- uklanjanju valjaoniþkih grešaka brušenjem
- zavarivanju šupljina, gnijezda s ukljuþcima pijeska i poroznih mjesta na odljevcima
- sveobuhvatnom skidanju rubova
104
6. Zaštita od korozije
Priprema površine obuhvaüa þišüenje uklanjanjem vlastitih ili stranih naslaga te hrapavljenje
površine.
Stupanj pripreme i topografija površine mora biti usklaÿeni s predviÿenim premazom ili
prevlakom. Hrapavost, topografija i struktura površine utjeþu na prionjivost premaza, utrošak
premaznog sredstva te zaštitno djelovanje premaza (potrebno je prekriti vrhove hrapavosti).
Hrapavost i struktura površine þišüene mlazom abraziva ispituje se usporeÿivanje s uzorcima. Pri
pripremi površine treba težiti hrapavosti izmeÿu "2" i "3" (tablica 6.8.1).
Priprema površine mlazom abraziva
Oznaka Naziv-pojam
Temeljito þišüenje
Sa 2
mlazom
Sa 2½
Vrlo temeljito
þišüenje mlazom
Sa 3
ýišüenje mlazom, do
odstranjivanja svih
neþistoüa s þelika
Definicija
Površina mora biti (gledano bez poveüala) þista vidljivih tragova ulja, masti i
prljavštine te skoro potpuno bez okuine, hrÿe, premaza i stranih neþistoüa.
Svi preostali ostaci moraju þvrsto prianjati. Vidi usporedne uzorke: B Sa 2, C
Sa 2 i D Sa 2 u ISO 8501-1.
Površina mora biti (gledano bez poveüala) þista vidljivih tragova ulja, masti i
prljavštine te skoro potpuno bez okuine, hrÿe, premaza i stranih neþistoüa tako da
možda preostali tragovi mogu izgledati kao blage mrlje ili sjene. Vidi usporedne
uzorke: A Sa 2½, B Sa 2½, C Sa 2½ i D Sa 2½ u ISO 8501-1.
Površina mora biti (gledano bez poveüala) þista vidljivih tragova ulja, masti i
prljavštine te potpuno bez okuine, hrÿe, premaza i stranih neþistoüa. Površina mora biti
jednoliþnog metalnog izgleda. Vidi usporedne uzorke: A Sa 3, B Sa 3, C Sa 3 i D Sa 3
u ISO 8501-1.
Priprema površine ruþnim skidanjem hrÿe
St 3
Ruþno uklanjanje
hrÿe ruþnim ili
Površina mora biti (gledano bez poveüala) þista od vidljivih tragova ulja, masti i
prljavštine, te bez okuine, hrÿe, premaza i stranih oneþišüenja, tako da pokazuje slabi
t l i j j Vidi
d
k B St 3 C St 3 i D St 3 ISO 8501 1
Tablica 6.8.1 Priprema površine prema ISO 8501-1
U gradnji þeliþnih konstrukcija preporuþa se þišüenje mlazom abraziva jer se time postiže
opitmalna površina za dobru površinsku zaštitu. Pri tom se primjenjuju slijedeüe tehnike þišüenja
mlazom:
- centrifugalno þišüenje: iskljuþivo u radionici, kod relativno jednostavnih dijelova s
dobrom pristupnošüu abraziva
- þišüenje tlaþnim zrakom (pjeskarenje): u radionici i na gradilištu, za jednostavne i
komplicirane dijelove
Kao abrazivi koriste se metalni ili mineralni proizvodi. Pri korištenju metalnih sredstava poput
þeliþne saþme, žiþanih zrnaca ili þeliþnog pijeska (glatka i oštrobridna zrna) nužno je saþmi
dodati þeliþni pijesak kako bi se ostvarila kvalitetna površina. Mineralna sredstva poput
kvarcnog pijeska, šljake iz visokih peüi te korund pijeska, kod uporabe zahtijevaju posebne
mjere za zaštitu zdravlja!
U posebnim sluþajevima primjenjuju se još slijedeüi postupci za þišüenje i skidanje hrÿe:
- ruþno skidanje hrÿe: potrebno postiüi stupanj površine St 3 (tablica 6.8.1)
- fino pjeskarenje (þišüenje mlazom)
- þišüenje bez prašine
- þišüene tlaþnom tekuüinom (vodeni mlaz) se eventualnim dodatkom pijeska
- þišüenje tlaþnim zrakom uz dodavanje vode za vezivanje prašine
- þišüenje mlazom pare
- þišüenje plamenom
- kemijsko odmašüivanje
- kemijsko skidanje hrÿe jetkanjem (nagrizanjem)
6. Zaštita od korozije
105
Pri þišüenju površine treba izbjegavati primjenu rastvaraþa hrÿe i stabilizator hrÿe zbog
nemoguünosti potpunog odstranjivanja agresivnog sredstva te zbog loše prionjivosti takve
površine.
Preporuþa se da priprema površine uslijedi u radionici nakon završetka radova, neposredno prije
nanošenja premaza ili prevlake.
Da bi se sprijeþila pojava mjehura i ljuštenja premaza, prethodno vruüe pocinþane površine
potrebno je mehaniþki oþistiti primjenom finog pijeska, a samo u iznimnim sluþajevima
primjenjuje se brusni papir ili þeliþne þetke.
6.8.2 Nanošenje premaza i prevlaka
Premazna sredstva treba ispravno skladištiti, u principu na temperaturi ne nižoj od 0°C i ne višoj
od 30°C. Nužno je pridržavati se uputa za izvoÿenje izdanih od strane proizvoÿaþa premaza.
Za vrijeme izvoÿenja premaznih sredstava mora se prikloniti klimatskim uvjetima kao što su
temperatura, relativna vlažnost i toþka rošenja (izbjegavanje kondenziranje vlage na površini).
Toþka rošenje ovisi o vremenskim uvjetima te je potrebno osigurati minimalnu razliku u
temperaturi površine i toþke rošenja od 3°C (za zatvorene prostore), odnosno 4°C (za rad na
otvorenom). Premaze na otvorenom potrebno je nanositi po suhom vremenu! Ukoliko to nije
moguüe, nanošenje premaza nužno je odgoditi, osim ukoliko se ne radi o sredstvima koja
oþvršüavaju uz pomoü vlage (npr. 1-K poliuretanska premazna sredstva).
Minimalne i maksimalne temperature za vrijeme nanošenja te za prvih 48 sati sušenja moraju se
održavati prema preporuci.
Sam premaz posebno je ugrožen na bridovima te se za konstrukcije izložene agresivnim
utjecajima preporuþa dodatna zaštita bridova.
Prvi temeljni premaz potrebno je nanijeti odmah nakon površinske pripreme, odnosno još isti
dan kad je priprema izvršena.
Prije nanošenja svakog pojedinog sloja, površina se mora oþistiti od neþistoüa poput prašine,
korozijskih produkata, ulja masti i sl.
Potrebno se pridržavati minimalnih i maksimalnih vremena meÿusušenja jer u protivnom može
doüi do zadržavanja otapala, odvajanja slojeva, smanjenja postojanosti i sl.
Kod vruüeg pocinþavanja prethodno izjetkani elementi se uranjaju u rastaljeni cink pri
temperaturi od 450°C. Kod pocinþava štrcanjem (metalizacija), cinkova se žica tali u plamenom
pištolju i štrca po þeliþnoj površini prethodno oþišüenoj mlazom mineralnog sredstva.
Pri proizvodnji metalnih limova i profila koristi se konzervacija shopprimer-premazima. Ovakvi
premazi zahtijevaju nanošenje temeljnog premaza, a limove je potrebno ponovo oþistiti prije
nanošenja temeljnog premaza.
6.8.3 Debljina sloja, prionjivost i neporoznost
Debljina sloja mjerodavna je za zaštitno djelovanje, trajnost, uþestalost pora, elastiþnost i tvrdoüu
premaza. Dok pretanki sloj premaza ne pruža dovoljnu zaštitu, predebeli sloj može dovesti do
grešaka u premazu poput curenja, naboranosti, nepotpunog sušenja, nedovoljne prionjivosti i
odvajanja sloja.
Za premaz navode se minimalne debljine sloja koje osiguravaju dobro prekrivanje. Iskustveno je
utvrÿeno da je odnos izmeÿu minimalne, srednje i maksimalne debljine sloja:
minimalna:srednja:maksimalna=1:2:4,
(6.8.1)
106
6. Zaštita od korozije
što bi znaþilo da za neku zahtijevanu minimalnu debljinu sloja od x ȝm, srednja debljina sloja
iznosi 2x ȝm, dok je maksimalna debljina sloja 4x ȝm. Debljina sloja raþuna se kao ukupna
debljina svih slojeva koji se nanose ukljuþujuüi i temeljni sloj.
Kod vruüe pocinþanih dijelova debljina prevlake ovisi o debljini stjenke elementa te se kreüe u
granicama od 5 do 8 mm, dok je minimalna debljina prevlake 60 ȝm.
Veliki presjeci uobiþajeno dobivaju debele prevlake.
Debljina prevlake se mjeri bezrazorno elektronskim mjernim instrumentima, pri þemu kod tanjih
prevlaka treba uzeti u obzir i hrapavost. Takoÿer se debljina prevlake može mjeriti magnetnom
metodom (samo za prevlake magnetiþnih metala).
Slika 6.8.1 Mjerenje debljine prevlaka magnetnom metodom
Prionjivost je jedno od najvažnijih svojstava premaza i prevlaka. Prionjivost ovisi o kvaliteti
pripreme površine i o kompatibilnosti premaznih sredstava, te za sluþaj 2-K premaza, ovisi o
korištenom odnosu komponenti. Prionjivost se utvrÿuje razornim metodama, kao što je
urezivanje mrežnice, odnosno kvadrata prema tablici 6.8.2. Alat koji se pri tom koristi ima vrh iz
mangankarbida i oblik prikazan slikom 6.8.2. Postupak se sastoji u usijecanju dva niza,
meÿusobno okomitih linija, tako da se dobiju kvadratiüi koji prekrivaju površine prema tablici
6.8.2. Dubina linija mora biti takva da prolazi kroz prevlaku do metalne podloge. Pri tome ne
smije se pojaviti nikakvo odljepljivanje prevlake od metalne podloge.
debljina prevlake koja
se ispituje
do 200 μm
200 do 500 μm
iznad 500 μm
dimenzije površine
prekrivene kvadratima
15 mm × 15 mm
25 mm × 25 mm
50 mm × 50 mm
meÿusobni razmak
paralelni linija
3 mm
5 mm
10 mm
Tablica 6.8.2
Slika 6.8.2 Alat za urezivanje mrežnice
Neporoznost bitno utjeþe na zaštitno djelovanje nekog premaza. Neporoznost je nužno potrebna
kod agresivnih medija poput soli, kiselih para ili pri visokoj vlažnosti. Neporoznost se utvrÿuje
6. Zaštita od korozije
107
nerazornim visokonaponskim mjernim ureÿajima. Greške zavarenog spoja poput pora, ostataka
šljake i zavarivaþkih prskotina, uzrokuju mjestimiþne poroznosti na vruüe pocinþanim
površinama.
6.8.4 Popravci
Pri okonþanju svih montažnih radova potrebno je transportna i montažna ošteüenja, te mjesta
montažnih zavara, pažljivo popraviti. Pri tom treba paziti na pravilno þišüenje te hrapavljenje
þeliþne površine i postojeüeg premaza.
Prijelazna zona izmeÿu oþišüene metalne površine i neoþišüenog premaza mora biti þim uža.
Površine se pripremaju þišüenjem mlazom, a ukoliko to nije moguüe, podloga se priprema
rotirajuüim þetkama ili pištoljem s iglom uz nanošenje temeljnog premaza kistom.
Popravci na vruüe pocinþanim površinama vrše se lokalnim zagrijavanjem plamenikom i
taljenjem žice iz cinkovog lema. Kod veüih površina s greškama potrebno je cijeli element
izjetkati i ponovo vruüe pocinþati. Po moguünosti treba izbjegavati popravak vruüe pocinþanih
površina premaznim sredstvima s cinkovim prahom, osim ukoliko se radi o vrlo malim
površinama. Popravke je u tom sluþaju preporuþljivo vršiti temeljnim ruþnim uklanjanjem hrÿe i
primjenom pogodnog 2-K epoksidnog temeljnog premaza pigmentiranog olovnim minijem te
potom zaštititi nekim pogodnim optiþki prilagoÿenim zaštitnim premazom.
6.9 Ugovaranje
Ugovorom treba definirati svojstva koja naruþitelj oþekuje od temeljnog premaza, metalne
prevlake ili ako je potrebno cijelog premaznog sustava. Posebno je važno ugovoriti pripremu
površina, vrst premaznog sredstva, debljinu sloja, te dozvoljeno trajanje izlaganja
atmosferilijama (vrijeme u kojem neki premaz treba ostati u dobrom stanju i biti dobra podloga
za daljnje premaze).
Najvažnije pretpostavke i svojstva koje treba unijeti u uvjete isporuke i ugovor su:
- definicija makroklime i mikroklime
- predobrada
- vrsta pripreme površine
- premaz (vrst, broj slojeva, program nanošenja, debljina, prionjivost, veziva i pigmenti)
- dozvoljeno trajanje izlaganja atmosferilijama
- definiranje ispitivanja kvalitete, ukljuþujuüi i odreÿivanje kontrolnih polja
- jednakovrijedna površinska zaštita za vijke i montažne zavarene spojeve
- tko popravlja transportna i montažna ošteüenja te ošteüenja prouzrokovana od treüe strane
nakon završetka montaže konstrukcije
- tko þisti temeljni premaz prije nanošenja narednih premaza (npr., þišüenje od prašine)
- dozvoljeni stupanj zahÿalosti u trenutku radioniþkog preuzimanja
- dozvoljeni stupanj zahrÿalosti nakon isteka jamstvenog roka
Preuzimanje premaza i prevlaka obavlja se na ugovorom dogovorenim naþinima, specifikacijama
i traženim karakteristikama. Rezultati se unose u zapisnik o preuzimanju.
Jamstveni rok je uglavnom isti za premaze i za samu konstrukcije te iznosi 2 godine, a zapoþinje
trenutkom preuzimanja.
108
6. Zaštita od korozije
6.10 Obnavljanje
Površinsku zaštitu, posebno onih konstrukcija koje su na otvorenom ili izložene agresivnoj
okolini, potrebno je periodiþki kontrolirati i održavati. Ovi periodi su približno svakih 5 do 6
godina. Iskustvo je pokazalo da je obnavljanje potrebno vršiti svakih 24 do 40 godina, odnosno i
dulje ukoliko je konstrukcija u zatvorenom.
Prije obnavljanja treba snimiti stvarno stanje postojeüe korozijske zaštite i usporediti ga sa
željenim stanjem.
Pri tom vizualno može se provjeriti:
- stanje oneþišüenja (moguüe kemijski isprati)
- stupanj razgradnje pokrivnog premaza
- guljenje pokrivnog premaza ili þitavog sustava
- hrÿa (toþkasta ili površinska)
- stvaranje nabora ili usko isprepletenih pukotina uslijed stezanja
Nadalje se ureÿajima mogu ispitati:
- preostala debljina sloja
- prionjivost (provjeriti urezivanjem mrežnice)
- veza meÿu pojedinim slojevima (urezivanjem mrežnice)
- krutost premaza (provjeriti naponskim urezivanjem)
- hrÿanje podloge ispod premaza (provjeriti urezivanjem mrežnice)
Vrsta postojeüeg sustava površinske zaštite utvrÿuje se na temelju arhivirane dokumentacije i
zapisnika. Ukoliko to nije moguüe potrebno je laboratorijski utvrditi kemijski sastav premaza.
Odluka o ponovnom premazivanju uvjetovana je pažljivom procjenom te se tu razlikuje ponovno
premazivanje od obnove površinske zaštite. Kod ponovnog premazivanja na postojeüe premaze
nanose se novi. Kod obnove je potrebno stari premaz u potpunosti ukloniti. Pri tom, a naroþito
pri obnovi, potrebno je voditi raþuna o kompatibilnosti. Pri ponovnom premazivanju stare
premaze potrebno je ohrapaviti.
Bitumenski premazi skloni su probijanju ("cvjetanju") kod naknadnih pokrivnih premaza te je
moguüe naknadno premazivanje samo s istovjetnim premazima.
Treba izbjegavati primjenu rastvaraþa i stabilizatora hrÿe.
Prilikom površinske zaštite, kao i prilikom obnove treba poštovati državne odredbe i propise o
zaštiti na radu te zaštiti okoliša.
Literatura
"B3 Površinska zaštita þeliþnih konstrukcije. Zaštita od korozije premazima i prevlakama", TK-SZS Die Technische
Kommission der Schweizerischen Zentralstelle für Stahlbau, Zürich, 1990., prijevod: Institut graÿevinarstva
Hrvatske, Zavod za metalne konstrukcije Zagreb, Zagreb, 1994.

MK_p03_nosivi dijelovi MK – zavareni spojevi I_WEB

MK_p04_nosivi dijelovi MK – zavareni spojevi II_WEB

samozaštičujuća

TEHNIČKO UPUTSTVO br. 008 ZNAČAJKE UPOTREBA

Prijedlog Strategije društveno odgovornog poslovanja u

MK_p02_nosivi dijelovi MK – metalne konstrukcije, postolja

Priprema krajeva limova i cijevi prije zavarivanja

"Statistical Package for the Social Sciences" 3. dio

PCI Lastogum

Putovanje kroz Hempelov svijet

Zaključci - UNDP Global Compact

Tekamal Hidroizol N CRO

Prirucnik za bojenje