ELINE KONSTRUKCIJE1. ELIK KAO KONSTRUKTIVNI MATERIJAL U GRAEVINARSTVU elik je moderan konstrukcioni materijal sa istorijom upotrebe od jedva preko 100 godina, ali sa jako dobrom perspektivom za bududu izgradnju. Metali na bazi ruda gvoa su poznati jo iz antikih vremena. Gvoe u svom izvornom obliku - Sumer. Prva proizvodnja gvoa - XVII vek pre nove ere na junoj obali Crnog mora. U srednjem veku Evropa i Azija (za izradu oruja). Vek pre otkrida elika, u visokim pedima, uz pomod koksa, omogudava se masovna proizvodnja sirovog gvoa koje, pretopljeno i preideno u liveno gvoe ubrzo postaje konstruktivni materijal za objekte u graevinarstvu. Henry Cort 1793. godine patentira puddel proces za proizvodnju kovanog gvoa, ili tzv. varenog gvoa sa osobinama bliskim eliku. Godine 1855. Bessemer prvi poinje proizvodnju topljenog elika uduvavaljem vazduha pod pritiskom u krukaste konvertore. 1880. Emile Martin, Thomas i Gilchrist, uvode neka poboljanja u proces proizvodnje, ime je nainjen put ka pronalasku modernog elika. U Britaniji se sredinom XIX veka godinje proizvodi i do 60.000 tona elika.2 U skladu sa propisima na poetku dvadesetog veka, tadanja industrija graevinskih materijala je toliko bila oduevljena novim materijalom, da se samo elik mogao upotrebljavati u konstruktivne svrhe, bilo je zabranjeno izvoenje konstrukcija od gvoa. elik preuzima potpuni primat, kako je i danas. Istorijski gledano, poslednjih 250 godina, u razvoju konstrukcija od gvoa i elika, moe se razlikovati tri perioda: Period livenog gvoa 1780- 1850 Period kovanog gvoa 1850-1900 Period elika 1880- do danas3 I gvoe i elik u svom sastavu sadre gvoe (Fe) i ugljenik (C), kao i druge hemijske elemente u manjem procentu, koji mogu da se odstranjuju, ako su tetni, ili da se dodaju radi oplemenjivanja. Na mikrostrukturu i karakteristike materijala najvie utie ugljenik. Liveno gvoe obino sadri oko 4 % ugljenika. elik obino sadri manje od 1 % ugljenika po masi. Konstrukcioni elik sadri 0,25 % ugljenika, i do 1,5 % mangnana (Mn) . Moe se legirati i sa hromom (Cr), niklom (Ni), molibdenom (Mo) i sl. Elementi kao to su sumpor (S), fosfor (P) i vododnik (H) mogu imati tetno dejstvo. 4 Do poslednjih nekoliko decenija elik se proizvodio u visokim pedima po Simens-Martinovom postupku, dok se danas uz pomod novih tehnologija proizvodi u Linz Donawitz konverterima uz uduvavanje istog kiseonika, u Ultra High Power (UHP) elektrinim pedima, visokim pedima sa elektrinim lukom (The Electrical Arc Furnace (EAF)), topionikim pedima sa istim kiseonikom i sl.5 Iz pedi ili konvertora se elik izdvaja u lonce iz kojih dalje ide u kalupe ili kokile. Tu se formiraju poluproizvodi koji se nazivaju ingoti, slabovi, gredice, ipke ili blumovi, a u zavisnosti od dimenzija i oblika kalupa. Daljom preradom deformacijom (valjanje-vrude i hladno, kovanje, presovanje, izvlaenje) se dobijaju gotovi proizvodi.6 Od hemijskog sastava elinog proizvoda zavise i njegove osobine. Za elik kao graevinski materijal najbitnije su njegove mehanike osobine koje su vane za dimenzionisanje i nosivost, zatimtehnoloke osobine, kao to su zavarljivost, otpornost prema prslinama i krtom lomu i sposobnost oblikovanja.78ematski prikaz proizvodnje elika2. VRSTE ELINIH PROIZVODAA. VRUDE VALJANI PROIZVODI tapovi pljosnati elik debljine od 3 do 100 mm, irine 8-150 mm i duine 3-15m SRPS C.B3.025. univerzalni, iroki pljosnati elik debljine od 5 do 40 mm, irine 151-1110 mm i duine 3-12m, SRPS C.B3.030. ugaonici, ravnokraki i raznokraki, SRPS EN 10056-1 i SRPS EN 10056-2. Tprofili DIN 1024 i Z profili DIN 1037. mali I i U profili do 80 mm visine, po SRPS EN 10034 i SRPS EN 10024. kruni elik, prenika 6-300 mm, duine 3-15 m SRPS C.B3.021. kvadratni elik, sa zaobljenim ivicama, dimenzija 8-125 mm, l= 3-15 m SRPS C.B3.024. estougaoni elik dimenzija 10-80 mm, l= 3-4 (8 po zahtevu) SRPS C.B3.026.9 limovi fini limovi, debljine od 0,4 do do 2,75 mm, dimenzija 1x2, 1x3,4x6m,...- SRPS EN 10029 i SRPS EN 10051. srednji limovi, debljine od 3mm do 4,75 mm, dimenzija 1x2, 1x3,4x6m,... - SRPS EN 10029 i SRPS EN 10051. grubi limovi, debljine od 5mm do 60 mm, dimenzija 1x2, 1x3,4x6m,... - SRPS EN 10029 i SRPS EN 10051. rebrasti limovi u vidu romba ili suze, debljina 2,5 do 10 mm, dimenzija od 800mm do 1400 mm - DIN 59220.10 profilisani nosai U i I preko 80 mm visine - SRPS EN 10034 i SRPS EN 10024, SRPS C.B3.141, DIN 1025 i DIN 1026 IP DIN 1025 IPE DIN 1025 IPEO IFB SFB HEA (IPB1) DIN 1025 HEM (IPB) DIN 1025 HEM (IPBv) DIN 1025 HD HE/HL HD 11 uplji profili krune bezavne cevi SRPR EN 10220 kvadratne bezavne cevi SRPS EN 10305-5 i SRPS EN 10219-2 pravougaone bezavne cevi SRPS EN 10305-5 i SRPS EN 10219-2B. HLADNO OBLIKOVANI PROIZVODI otvoreni profili - SRPS C.B5.213 uplji profili - SRPS C.B5.213 profilisani limovi SRPS EN 10130 ravni limovi SRPS EN 10130 i SRPS EN 1014012C.PROIZVODI ZA SPECIFINU NAMENU sadasti profili automatski zavareni profili uad kablovi istegnuti metal reetkasta gazita13D. MATERIJAL ZA SPAJANJE zakivci zavrtnjevi navrtke podloke elektrode za zavarivanje ice za zavarivanje14153. ELIK KROZ KONSTRUKCIONU ANALIZU ekonominost brzina gradnje mogu da prime i prenesu velika opteredenja, podnosedi velike raspone bez potrebe za meustubovima lake, pratedi odnos teine prema rasponu, podnose i tee uslove fundiranja prostor u tavanicama je esto ispunjen instalacijama, uspeno reavanje enterijera.16 vreme izgradnje je krade u odnosu na betonske konstrukcije (oplata, armatura, pravljenje i nalivanje betona, nega, demontaa oplate...) rad u svim vremenskim uslovima koje omogudavaju zatideni uslovi u radionicama za izradu konstrukcije mogudnost demontae celokupne konstrukcije kada za njom prestane potreba174. SPOJNA SREDSTVA4.1. Zakivci: vrste, konstrukcija i nain izrade Danas - samo za rekonstrukciju i ojaanje postojedih konstrukcija izraenih zakivcima U XIX i poetkom XX veka bili gotovo nezamenljivi. Izraivali su se prvo od ilavog toljenog gvoa, a zatim i od elika sa zateznom vrstodom fu=300-400 MPa, fu=380-470 MPa ili fu=440-540 MPa. 18 Kod svakog zakivka se razlikuje gotova glava, vrat i zavrna glava. Prema nainu izrade se razlikuju: zakivci sa punom ili polukrunom glavom SRPS M.B3.021 zakivci sa poluuputenom glavom zakivci sa uputemom glavom - SRPS M.B3.0221920Polukruni zakivci (mere u mm)Prenik rupe zakivka 11 14 17 20 23 26 29Oznaka uplanovimau horizontalnoj projekcijiu vertikalnojprojekcijiPrenik glave zakivka D16 21 26 30 35 40 45Visina glave zakivka K6.5 8.5 10 12 14 16 18Poluprenik krivine glave zakivka8 11 13.5 15.5 18 20.5 23Krajnja duina zakivka55 75 90 115 135 150 -Obeleavanje zakivaka21Poluuputeni zakivci (mere u mm)Prenik rupe zakivka 11 14 17 20 23 26 29Oznake u planovimagornja glava poluuputenadonja glava poluuputenaPrenik glave zakivka D15.4 21 27 30 35 39.5 39.5Visina konusa K3.5 5 7 9.5 11 12.5 14Ugao 75 75 75 60 60 60 45Poluprenik krivine glave zakivka8 11 13.5 15.5 18 20.5 23Krajnja duina zakivka55 75 90 115 135 150 -Obeleavanje zakivaka22Uputeni zakivci (mere u mm)Prenik rupe zakivka 11 14 17 20 23 26 29Oznake u planovimagornja glava poluuputenadonja glavauputenaPrenik glave zakivka D15.4 21 27 30 35 39.5 39.5Visina konusa K3.5 5 7 9.5 11 12.5 14Ugao 75 75 75 60 60 60 45Poluprenik krivine glave zakivka8 11 13.5 15.5 18 20.5 23Krajnja duina zakivka55 75 90 115 135 150 -Obeleavanje zakivaka Zakivci se zakivaju u usijanomstanju. Ugraujuse u prethodno izbuene rupe uz pomodekida ili prese za zakivanje. Presa vri pritisakna glavu i vrat zakivka, dok se ne ispuni rupa u spoju, a zatimse oblikuje druga glava. Ne vrise zakivanje u tzv. plavomusijanju, jer tadazakivak moe da prsne. U vezi sa zakivcima treba poznavati: uticaj veliine prenika zakivka uticaj naina rasporeda zakivka uticaj trenja na mod noenja zakivka23 Pri raunanju zakivaka u vezi potrebno je: rasporediti zakivke tako da budu podjednako opteredeni pretpostaviti da su pritisak po omotau rupe i napon smicanja u vratu zakivka konstantne veliine rasporediti zakivke tako da se tap koji se vezuje u svom preseku najmanje slabi. Podela sile meu zakivcima nikad nije jednaka, ali se radi lake raunice, takva pretpostavka uvodi u proraun. 24 Nosivost zakivaka u smiudemspoju:F, dop.= min. {F, Fb}gde su:F- nosivost na smicanjeFb- nosivost po omotau rupe Nosivost na smicanjeF= m A,1dop.=gde sum-senost, m=1 za dva elementa u vezi, m=2 za tri elementa u vezi,...A,1- prenik vrata zakivkado- prenik rupe za zakivak25204dopd t t Nosivost po omotau rupeFb= minAbb,dop.= min t d0b,dop.gde sumin Ab min {Ab1, Ab,2}min t - min za jednoseni zakivakmin t - min za dvoseni zakivak2612tt1 32t tt+ Broj raznih zakivaka po veliini prenika, u jednoj konstrukciji, iz praktinih razloga, treba da bude to manji. Preko tri razne debljine zakivaka u jednoj konstrukciji treba izbegavati. Minimalno odstojanje zakivaka od kraja konstruktivnog dela u pravcu sile treba da iznosi e1=2d, normalno na pravac sile e2=1,5d, dok je minimalno meusobno rastojanje e= 3d.274.2. Zavrtnjevi: vrste, konstrukcija i nain izrade Prema arheolokim nalazima, prvi zavrtnjevi su bili korideni za spajanje delova pumpe za navodnjavanje Visedih vrtova Vavilona u VII veku pre nove ere. Gvozdeni zavrtnjevi se u Evropi koriste od XV veka, kada liveno gvoe poinje da se upotrebljava za izradu topova. U XIX veku u upotrebi su bili zavrtnjevi sa prorezom, zavrtnjevi sa kvadratnom glavom i zavrtnjevi sa estougaonom glavom. Potiskuju ih zakivci koji su imali jednostavniju mainsku izradu, meutim kada se poetkom XX veka znatno pojednostavljuje proces izrade zavrtnjeva (zavrtanj sa estougaonom glavom koji se i danas koristi u graevinarstvu-imbus pojavio se 1911. godine), oni ponovo preuzimaju primat i postaju nezamenljivo sredstvo za izradu montanih nastavaka i veza.28 Za razliku od zakivaka, za iju upotrebu je neophodnoprisustvo presa i visoke temperature, kao ikvalifikovana radna snaga, zavrtnjevi se ugrauju vrlojednostavno zavrtanjemodgovarajudeg kljua-zavijaa. Od svih spojnih sredstava, jedino zavrtnjevi ne zaviseod temperaure na ugradnji. Za nesmetan rad u vezi, uz zavrtanj je obavezno dodatiestougaonu navrtku sa navojemna unutranoj straniotvora i podloku. SRPS ISO 898-1 definie zavrtnjeve (vijke) sa utvrenimosobinama za nosede eline konstrukcije. Geometrijske mere su definisane u SRPS ISO 4014-4016. Navrtke se definiu standardima SRPS ISO 4034 i SRPS ISO 4032, a podloke SRPS M.B2.015.2930d M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 M33 M36b30 34 38 42 46 50 54 60 6640 44 48 52 56 60 66 72 78 8469 73 79 85 91 97emin.19,85 22,78 26,17 29,56 32,95 37,29 39,55 45,20 50,85 55,37 60,79k 4,94 5,85 6,48 7,42 8,12 9,17 9,87 11,27 12,36 13,97 15,02l556065708090100110120130140150160180200220240260280300320340360Dimenzije zavrtnjeva Oznaka zavrtnja je Mxd, gde je d-prenik zavrtnja, odnosno prenik njegovog tela na mestu spoja. Navoj treba da ostane izvan paketa koji se spaja, to mu omogudava podloka - matica. Vedina zavrtnjeva ima desni navoj, ako je iz nekog razloga neophodno da zavrtanj ima levi navoj, na njemu se to posebno naznai.31 U proraun se ulazi sa pretpostavljenim prenikom zavrtnja, a onda se proverava njegova nosivost. Ovaj prenik se moe dobiti iz empirijskog obrasca:gde je ts,mindebljina spoljnih elemenata u spoju. Za prenos sile smicanja, istovetno kao i kod zakivaka, neophodno je da zavrtnjevi budu napregnuti na smicanje i po omotau rupe.32| |,min5 0, 2sd t cm = Razlikuju se dva tipa zavrtnja: zavrtnji sa tanim naleganjem, upasovani ili obraeni zavrtnjevi zavrtnji bez tanog naleganja, neupasovani ili neobraeni zavrtnjevi Npr., za zavrtanj Mx16: obraeni zavrtanj ima: nominalni prenik tela 16 mm, prenik za proraun 17 mm, a prenik rupe 17 mm; neobraeni zavrtanj ima: nominalni prenik tela 16 mm, prenik za proraun 16 mm, a prenik rupe 17 mm;3334OSNOVNAOZNAKAM12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 M33PRECNIK STABLANEOBRADJENOGZAVRTNJAPRECNIK STABLAOBRADJENOG ZAVRTNJA12131617202122232425272830313334KLASE CVRSTOCE4.64.85.65.86.88.810.910.927 30 33NEOBRADJENIZAVRTANJOBRADJENIZAVRTANJBEZ SILE PRITEZANJASA PUNOM SILOM PRITEZANJANEOBRADJENIZAVRTANJOBRADJENIZAVRTANJNEOBRADJENIZAVRTANJOBRADJENIZAVRTANJ27 30 3327 30 3327 30 3330 3330 33Oznaavanje zavrtnjeva u tehnikoj dokumentaciji Klase vrstode u svojimbrojanimoznakama krijuvrednosti vrstode na zatezanje i granice razvlaenja. To su mehanike karakteristike elika koje su jako bitneza njegovo ponaanje pod dejstvomopteredenja. Oznaavanje klase vrstode vri se sa dve brojaneoznake odvojene takom. Prva brojana oznakapredstavlja 1/100 vrednosti vrstode na zatezanje u MPa, dok je druga desetostruki odnos nazivne granicerazvlaenja i vrstode na zatezanje. Granica razvlaenja je granina vrednost naponaprema kojoj se vri dimenzionisanje i oznaava se sa fy. vrstoa na zatezanje je otpor koji materijal prua priopteredenju zatezanjemi obeleava se sa fu. 35 Zavrtnjevima se ostvaruje takasto diskontinualno spajanje elemenata u vezi. Mogu se koristiti u spojevima opteredenim na smicanje, na zatezanje, i za kombinovana naprezanja. Ponekad je njihova uloga u vezi isto konstruktivna, jer ne prenose nikakva opteredenja.3637Zavrtnjevi opteredeni na smicanjeZavrtnjevi opteredeni na zatezanje38Zavrtnjevi opteredeni na smicanje (A) i kombinovano naprezanje (B) Nosivost zavrtnjeva na smicanje Spojevi ostvareni zavrtnjevima mogu da budu razliiti, prema nainu prenosa naprezanja u vezi: smiudi spojevi (SS) smiudi spojevi sa tanim naleganjem (SST) Sila se prenosi, kao i kod zakivaka, smicanjem i pritiskom po omotau rupe.39 Za proraun se moraju uvesti neke pretpostavke: svi zavrtnjevi u vezi podjednako uestvuju u prenoenju opteredenja, stim da je u pravcu delovanja sile maksimalno 6 zavrtnja pritisak po omotau rupe je konstantan zanemaruje se savijanje i zatezanje u smiudim spojevima40 Nosivost zavrtnjeva u smiudemspoju:F, dop.= min. {F, Fb}gde su:F- nosivost na smicanjeFb- nosivost po omotau rupe Nosivost na smicanjeF= m A,1dop.=gde sum-senost, m=1 za dva elementa u vezi, m=2 za tri elementa u vezi,...A,1- prenik vrata zavrtnjado- prenik rupe za zavrtanj, kod obraenih zavrtnjevad=do41204dopd t t Nosivost po omotau rupeFb= minAbb,dop.= min t d0b,dop.gde sumin Ab min {Ab1, Ab,2}d- prenik rupe za zavrtanj, kod obraenih zavrtnjeva d=domin t - min za jednoseni zavrtanjmin t - min za dvoseni zavrtanj4212tt1 32t tt+ Nosivost zavrtnjeva na zatezanje Zavrtnjevi koji prenose zatezanje u vezi nalaze se u zateudem spoju (ZS). Njihova nosivost je istovetna bez obzira da li se radi o zavrtnjevima sa tanim naleganjem ili ne. 4322 34 2t +| |= |\ .sd dA Nosivost zavrtnjeva u zateudem spoju:Ft, dop.= Ast,dopgde suFt- nosivost na zatezanjeAs- ispitni presek4445Prenik zavrtnjad(mm)Povrina poprenog presekaA(mm2)Ispitni presekAs(mm2)8 50,3 36,610 78,5 58,012 113 84,314 154 11516 201 15718 254 19220 314 24522 380 30324 452 35327 573 45930 707 561Ispitni presek zavrtnja Nosivost zavrtnjeva na kombinovano naprezanjegde su:V1- sila smicanja u posmatranom zavrtnjuNt,1- sila zatezanja u pravcu posmatrane ose.462 2,11, ,1| | | |+ s|| ||\ . \ .tdop tdopNVF F Nosivost zavrtnjeva u dugim vezama Kada je u vezi neophodno postaviti vie od 6 zavrtnjeva u jednom redu, neophodno je izvriti redukciju nosivosti zavrtnjeva, odnosno doputena nosivost zavrtnja, bez obzira na naprezanje mnoi se sa redukcionim koeficijentom , koji iznosi: Koeficijent se nalazi u intervalu *0,75;1+.47151200l dd|= Minimalna rastojanja izmeu zavrtnjeva48 Minimalno rastojanje izmeu dva zavrtnja u vezi e=3d, minimalno rastojanje izvinih zavrtnjeva u pravcu delovanja sile e1= 2,5 d, dok je minimalno rastojanje izmeu zavrtnjeva u pravcu normalnom na pravac delovanja sile e2=1,5d. Ovo rastojanje je definisano u SRPS U.E7.145.49 Kontrola napona u poprenim presecima elemenata oslabljenim rupama Kada se osnovni materijal bui za formiranje rupa za prolaz spojnih sredstava, na mestima oko rupa dolazi do znaajne promene naponskog stanja, odnosno koncentracije napona u delovima preseka uz rupe u zategnutim elementima.50-o o = = sx dopneto oF FA bt ndtgde su Aneto- neto povrina poprenog presekab - irina elementat - debljina elementa n - broj rupa u posmatranom preseku. Anetoje povrina poprenog preseka koja je jednaka razlici bruto povrine poprenog preseka i ukupne povrine poprenog preseka rupa. 51( )-0 0- - = =I InetoA bt ndt b nd t52Preseci u osnovnom materijalu koji su oslabljeni rupama53( )( )-0 0-2 0 2 0--- 2 - 2(2 2 ) - 4 2 2 - 4- 6- 06- 6- 06= == + + = + +| || |= = = | |\ .\ .| || |= = = | |\ .\ .I InetoII IInetoI I uk ukt t t tukII II uk ukt t t tukA bt dt b d tA e s e dt e s e d tn cN N N Nnn cN N N Nngde sunuk- ukupni potreban broj spojnih sredstava za nosivost spojacuk- broj spojnih sredstava ispred posmatranog preseka54I II IIII II III00PPOPASNI NETO PRESECI ZAELEMENT KOJI SE SPAJAOPASNI NETO PRESEK ZAPODVEZICE( )( )( )( )0-0-0 0-00-0--0-0-0-0- 2 - 2- 3 - 3- 9- 09- 9- 2 79 9- 279- 3ooo== == ==| || |= = = | |\ .\ .| || |= = = | |\ .\ .===neto brutoI InetoII IIneto ot tI I uk ukt t t tukII II uk ukt t t tuktbrutoI I ttII IIA AA bt dt b d tA bt dt b dtN Nn cN N N Nnn cN N N NnNANb d tNb d t55Nt9/9 7/9 4/9 9/9 7/9 4/99/92/95/9 5/92/912212TOK SILEZATEZANJA U VEZI Ukoliko naponi na mestu opasnih preseka prekorauju vrednosti doputenih napona potrebno je izvriti ojaanje osnovnog elementa/podvezice na mestu nastavka. To se postie povedanjem debljine lima (t) ili njegove irine (b). Kada se spajaju elementi opteredeni silompritiska, ne raunaju se slabljenja rupama, ved se u proraun ulazisa bruto povrinama poprenih preseka.56