Dimensionering av rörfackverk i stålsorterna S355 och S420
Dimensionering av rörfackverk i stålsorterna S355 och S420 Sammanfattning Rörfackverk används för att bära upp tak eftersom de ser bra ut, har god lastbärande förmåga och ger god ekonomi. I artikeln presenteras en detaljerad hållfasthetsberäkning av rörfackverk enligt Eurocodes. A rtikeln finns i sin helhet på f inländska stålkonstruktionsföreningen Teräsrakenneyhdistys TRY:s webbplats. Särskilt noga undersöks hållfastheten i fogar och svetsar vid användning av kallformade konstruktionsrör i Ruukki double grade-stål, som kombinerar två stålsorter och uppfyller kraven för stålsorterna S355J2H och S420MH. Med praktiska exempel visas slutresultatet av dimensioneringen av fackverket vid användning av stålsort S355 eller S420 i alla rör, S420 i balkarna och S355 i livstängerna (hybridfackverk). Denna typ av fackverk kan konstrueras med double grade-rör, eftersom konstruktören kan välja vilken av s tålsorterna i röret som ska användas. Alla tre metoderna kan användas för att undersöka hållfastheten i fackverk. Stängerna i fackverken har testats för att uppfylla alla Eurocodes-krav både för stänger och fogar. Produktionskostnaderna för fackverken beräknas med tre metoder som finns beskrivna i litteraturen. www.ruukki.se Undersökta fackverk att skapa en modell för beräkning av hållfasthet som motsvarar kon struktionens beteende, om man vill få med alla konstruktionens egenskaper i beräkningen. För fackverk betyder kravet att man tar speciell hänsyn till Utgångspunkten vid dimensionering av fackverk liksom stålstommar i allmänhet måste alltid vara en geometrisk modell. Utan noggranna kunskaper om geometrin är det omöjligt excentriciteten i fogarna. Vi undersöker symmetriska takfackverk av Warren-typ med en öppning och stöd i ändarna, se bild 1. place for image Bild 1. Undersökta fackverk, mått i millimeter. Vi har undersökt sex fall som presenteras i tabell 1. Tabell 1. De sex undersökta fallen. Fall 1 2 3 4 5 6 Spannavstånd (m) 36 36 36 24 24 24 Balkar S355 S420 S420 S355 S420 S420 Livstänger S355 S420 S355 S355 S420 S355 Vid undersökning av fogar i S355fackverk används samma hållfasthetsformler som i Eurocodes. Vid behandling av S420-fackverk ska hållfasthetsvärdena multipliceras med 0,9. På samma sätt görs med hybridfackverk (balkar S420, livstänger S355) utom vid undersökning av livstångens eftergivlighet. I fogarna måste även svetsarnas hållfasthet kontrolleras. 2 För stänger som ska sammanfogas används vid praktisk dimensionering svetsar med full hållfasthet: • Alla stänger av stålsort S355: aw = • • 1.11t; Alla stänger av stålsort S420: aw = 1.48t; Balkar S420 och livstänger S355: aw = 1.11t; där aw är svetsens a-mått och t är livstångens väggtjocklek. Eurocodes ger också en möjlighet att använda en svetsstorlek som fastställs utifrån spänningstillstånd, men för att kunna göra detta krävs ytterligare beräkningar av fogarnas deformations- och vridförmåga. Att utföra dessa beräkningar i praktisk dimensionering är omöjligt med hjälp av stångmodeller. Tillverkningskostnader för fackverk I tabell 2 presenteras tillverknings- och totalkostnader för sex fackverk enligt en och samma källa. Fall 1 2 3 4 5 6 Svetsning [€] 249 246 216 141 155 139 Sandblästring [€] 234 207 208 110 103 104 Lackering [€] 272 240 241 127 120 120 Kapning [€] 207 166 167 103 100 101 Tillverkning [€] 2479 2173 2148 1088 1053 1040 Tabell 2. Kostnadsfördelning. Enligt tabell 2 utgör bearbetning (svetsning, kapning, sandblästring, lackering) 38-44 % av totalkostnaden och 55-62 % är materialkostnader. Resultaten visar att h ybridfackverket (fall 3) med långa spann (36 m) är cirka 13 % billigare än S355-fackverket (fall 1). Kostnaden för hybridfackverket är nästan densamma som för S420fackverket (fall 2), men dock något mindre. S420 med kort spann är cirka 4 % billigare än S355-fackverket. Sammanfattning Artikeln presenterar tre sätt att undersöka hållfastheten i rörfackverk när rören är tillverkade av R uukki double grade-stålsort S355/S420. Kontroll av fogar måste göras logiskt med iakttagande av reglerna för varje stålsort. I samband med kontroll av fogar i fackverk förekommer vid Eurocodes-dimensionering vissa ”straffkoefficienter” för stålsort S420 som måste tas i beaktande. Enligt våra beräkningar ”straffade” inte koefficienterna stålsorten S420 alltför mycket, och S420-fackverket blev billigare än S355-fackverket. Nödvändigheten av dessa koefficienter undersöks just nu i pågående RFCSprojekt. Förhoppningsvis kan exempelberäkningarna tydliggöra detaljer i standarden. Kostnadsberäkning kommer i framtiden att vara ett forskningsområde inom konstruktioner av höghållfast stål på samma sätt som undersökning av olika brottmekanismer i fogar i normaltillstånd och i brandtillstånd. Optimering av konstruktioner, inklusive optimering av fackverk, står också i fokus för kommande forskning. Genom dessa studier tror man sig kunna skapa ny konkurrenskraft för stålkonstruktioner. Tekst: Professor Markku Heinisuo, Research Assistant Teemu Tiainen, Research Assistant Timo Jokinen (alla från Tampere University of Technology) Ruukki förser sina kunder med energieffektiva stållösningar för bättre boende, arbete och mobilitet. Ruukki bedriver verksamhet i runt 30 länder och sysselsätter omkring 8 600 personer. Nettoomsättningen under 2013 uppgick till 2,4 miljarder euro. Bolagets aktie är noterad på NASDAQ OMX Helsingfors (Rautaruukki Oyj: RTRKS). www.ruukki.se. 3
© Copyright 2024