darupalyak tervezesenek alapjai

1

Darupályák tervezésének alapjai

készítette: Dr. Kovács Nauzika

2009.10.14.

Magasépítési AcélszerkezetekB/6 előadás

2

2

Tartalom

• Szerkezeti kialakítás– Híddaruk,– Szelvények, kapcsolatok, megtámasztások,– Darusín– Merevítő rendszer

• Méretezés– Terhek EC– Ható erők– Fáradás

3

Szerkezeti kialakítás

4

4

Darupályatartók fajtái

Helyzetük szerint• Terepszinten elhelyezett – bakdaruk,

rakodóhidak• Magasban elhelyezett – futódaru (híddaru)

5

5

Híddaruk fajtái

• 1 főtartós • 2 főtartós

darupályatartó

daruhíd

futómacska

darupályatartó

daruhídfutómacska

Híddaruk fajtái:-1 főtartós – a futómacska a hídon fut vagy arra függeszkedik-2 főtartós – a futómacska a két híd tetején fut

6

6

Híddaruk fajtái

• alul futó • felül futó

darupálya tartó

daruhíd

darupálya tartó

híddaru

7

7

Főtartó gerendára függesztett

8

8

Darupálya tartó konzol

9

9

Különálló darupályatartó oszlop

10

10

Portáldaru kialakítás

• Csarnok szerkezettől független daru megtámasztás

darupálya tartó

daruhíd

darupályaoszlopa

11

11

Portáldaru fajtái

12

12

Megtámasztóoszlopok

• Könnyű daruhoz


•Egyszerű portálkeretes épületeknél anyagok mozgatását ált. könnyű futódaruk (híddaru) végzik. •Kis daruteher: 3-15t hasznos teherbírású futódarunál gazdaságos.•Alátámasztásul az oszlopokra elhelyezett darupályatartó-konzolon futódarupályatartók szolgálnak. •Állandó keresztmetszetű oszlop előnye szerkezetük és gyártásuk egyszerűsége.•Nagyobb darutehernél vagy nagyobb magasság esetén (8-10m) nem gazdaságosak.

13

13


• Nehéz daruhoz


tömör osztott szelvény

•Keret teherbírásához képest nagy a darupályáról átadódó erő, akkor darupálya alatti oszloprész lehet erősebb.•Közepes és nagy daruterhekhez.•Lépcsőzetesen változó keresztmetszet.•Felső rész a tetőszerkezet terheit horda, ált. tömör.•Alsó rész lehet tömör (I-szelvény) vagy osztott szelvényű, rácsozással összefogott. •Előnye:

•A külpontos daruteherből kedvezőbben alakulnak az igénybevételek.•A felső rész lényegesen kisebb terhelésű, amit a kisebb szelvénnyel követni lehet.•Darupályatartó mellett üzemi járda kialakítása lehetséges.•Jó kihasználtságú szerkezet készíthető.

•Hátránya:•Munkaigényesebb gyártás.

14

14


• Vegyes típus


•Vegyes típusú oszlop•Két egymás mellett álló oszlop.•1. oszlop a tetőszerkezet terheit hordja a 2. oszlop a daruterheket (központos nyomás).•Mindkét oszlop tömör, hevederekkel vagy rácsozással kapcsolják össze.•Nehéz daruk megtámasztása külön oszlopon előnyös, így a daruteher kb. a főtartótól függetlenül vezethető az alaptestre.•Ált. alacsonyan elhelyezett, nagy teherbírású daruknál gazdaságos•Előnye:

•Darupálya alatti oszlop a tetőszerkezet megbontása nélkül kicserélhető.•Nagyobb teherbírású daru beszerelhető, mert oszlopa erősíthető.

15

15


• Speciális


16

16


Tartószerkezet típusa szerint• Kéttámaszú tartók• Folytatólagos többtámaszú• Feszítőműves

Tartószerkezet típusa szerint

Kéttámaszú tartókCélszerű alkalmazni, ha•Rossz az altalaj, kedvezőtlen alapozási viszonyok mellett, fennáll a támaszsüllyedés veszélye•Darupálya erős közvetlen hőhatásnak van kitéve (pl. kohók)•A csarnokoszlopok távolsága technológiai okokból jelentősen eltér egymástól.

Folytatólagos többtámaszú•Tipikus, leggyakrabban alkalmazott megoldás.

Feszítőműves•Meglévő darupályatartók utólagos erősítésekor.

17

17


Keresztmetszet kialakítása szerint• Hengerel szelvényű tartó

• Gerinclemezes

Keresztmetszet kialakítása szerint

Hengerel szelvényű tartó•Kis daruteher és kis támaszköz esetén.•Melegen hengerelt I-szelvény önmagában ritkán elegendő – kicsi a hajlítómerevsége vízszintes síkban•Felső övet erősíteni kell az oldalerő miatt, pl. így:

•plusz övlemez – nehéz lehet illeszteni•mellé két szögacél vagy rátett szögacél – tipikus és legegyszerűbb, eltolódik a súlypont, kisebb feszültség a felső övben függőleges síkú hajlításból•mellé egyik oldalra szögacél – aszimmetrikus keresztmetszet, ferde hajlítás, de utólagos erősítésnél szóba jöhet

Gerinclemezes•Kis és közepes daruteherig, 8-10m támaszközig.•Leggyakoribb típus.•Felső öv mindig erősebb – oldalerő hatása miatt.•Szögacéllal erősíthető, lsd. hengerelt szelvény.

18

18


Keresztmetszet kialakítása szerint• Felső szélráccsal merevített

• Járdalemezzel merevített

Keresztmetszet kialakítása szerint•Az erősített övű, hengerelt vagy hegesztett szelvények alkalmazhatóságát az oldalerő korlátozza.•Oldalerő nagysága a keréknyomással arányos, ezért nagy daruterheknél a felsőöv további erősítése, merevítése szükséges vízszintes hajlításra.

Felső szélráccsal merevített

•Kis és közepes daruteher esetén, 12m-es támaszközig.•Vízszintes erőket (oldalerő) a felső öv mentén elhelyezette vízszintes síkúrácsos tartó veszi fel•Egyik öve a darupályatartó felső öve, másik öve ált U acél, rácsozás ált. szögacélból.•Gyakran a merevítő rácsozás kéttámaszú tartó (ha a darupálya többtámaszú is). Szerelési, illesztési nehézségek miatt.•Merevítő rácsos tartó öve szolgálhat falvázgerendának is.

Járdalemezzel merevített

•Ha a merevítőtartó gerinclemezes, akkor a rácsok helyett bordázott lemez alkalmaznak, amely kezelőjárdaként is szolgál.•Bonyolultabb a számítás: ferde hajlítás és ezzel egyidejű gátolt csavarás

19

19

Kezelőjárda

20

20


Keresztmetszet kialakítása szerint• Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval

1. gerinclemezes darupályatartó2. rácsos melléktartó3. rácsos merevítőtartó4. keresztkötés


Gerinclemezes tartó melléktartóval és merevítőtartóval

•Közepes és nehéz daruteher, 12 – 36m támaszköz.•Kéttámaszú darupályatartónál elegendő csak a felső öv síkjában merevítőtartót kialakítani.•Folytatólagos többtámaszú darupályatartónál az alsó és felső övek síkjába is rácsos merevítőtartó (szélrács) szükséges.•A rácsos melléktartó felső öve egyben a merevítőtartó öve is.•A melléktartó rácsrúdjait önsúlyra és járdateherre kell méretezni.•Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a melléktartó a darupályatartóval együttdolgozik és bizonyos mértékben tehermentesíti azt.•Utólagos erősítéshez is jó kialakítás.

21

21


Keresztmetszet kialakítása szerint• Kapcsolt darupályatartók

1. merevítőtartó rácsozás2. keresztkötés


Kapcsolt darupályatartók

•Többhajós csarnokok közbenső oszlopainál mindkét oldalon lehet darupálya.•Azonos magasan vannak a felső öveik, köztük vízszintes síkú merevítőrácsozás alkalmazható.•Kellő számú és merevségű közbenső keresztkötés esetén a két darupályatartó együttdolgozik.

22

22

Kapcsolt darupályatartó

• kéthajós csarnok

-Kéthajós csarnok, a középső oszlopok mindkét oldalán darupályatartóval.-Ezeket össze lehet kapcsolni.

23

23


Keresztmetszet kialakítása szerint• Szekrényes keresztmetszetű


Szekrényes keresztmetszetű

• Nagy daruteher és nagy támaszköz estén. • Előnyei:

• Egyszerű gyártás, kis munkaigény.• Kisebbek az alakváltozások.• Zárt szelvény nagy csavarási merevséggel rendelkezik.

• Probléma a darusín elhelyezése. Két eset lehetséges:1. Darusín közvetlenül az egyik gerinc felett.

- hátrány: daruteher csavarást okoz.- előny: a felső övlemez hajlítását elkerüljük

2. Darusín a felső övlemez középvonalában.-hátrány: a felső öv hajlítása-ez ellen megfelelő szerkezeti kialakítás: pl. sínt folyamatosan

hossztartó támasztja meg, amely alatt kereszttartók vannak vezetik az erőt a szekrény keresztmetszetbe.

• Nagy méretnél a szekrénytartó belülről járható.• Alaktartás miatt diafragmákat kell elhelyezni.• Acélművek darui ilyenek.

24

24

Keresztmetszet kialakítása szerint• Rácsos tartók



Rácsos tartók

• Nagy támaszköz estén alkalmazták régen. • Munkaigényes a gyártás.• Helyette inkább szekrényes keresztmetszet.• Kéttámaszú vagy folytatólagos.• Mindig van mellette melléktartó.• Van vízszintes síkú rácsozás is.• Darusín közvetlen a felső övre fekszik. • Felső öv igénybevétele:

• normálerő +• keréknyomásból vízszintes hajlítás +• oldalerőből vízszintes hajlítás +• Oldalerőből csavarás.

• Ezért a felső öv, a többi rúdhoz képest, nagyobb hajlítómerevségűszelvényből áll, lehet zárt szelvény is (ua. a probléma, mit a szekrény km.-nél)

• Nem számítható csuklós csomópontú modellel.

25

25

Darusínek

ASTM Orosz KP DIN

MSZ

•A darusín fejszélessége a keréknyomás és a kerék méretének függvénye.•Szükséges darupályasínt általában a daruk gyártói megadják. •Tömbsín: négyszög keresztmetszetű 40-100m fejszélességű.•Profilsínek.•Darusín védi a darupályatartó felső övét a kopástól – kopásálló.•Darusínnek biztosítania kell a keréknyomás minél nagyobb hosszon valóegyenletes eloszlását – nagy hajlítási merevség.

26

26

• Hegesztés – két oldali sarokvarrat

Darusínek leerősítése

•Négyszög szelvényű sín:• Közvetlen a darupályatartó felső övére hegesztik.•Korrózió veszély miatt jobb a folytonos varrat, mint a szakaszos.•Ha a sín nem fekszik fel rendesen a felső övre a daruteher a varratokon adódik át és gyors varrat-tönkremenetelt okoz.•Hegesztett kötés minden irányú elmozdulással szemben támaszt biztosít.

•Hegesztés előnye, hogy a darusín helyezte hozzáigazítható a darupályatartóközépvonalához.•Hátránya, hogy a sín nem cserélhető.•Folytatólagos többtámaszú tartónál helyszínen hegesztve illeszteni kell a sínt.•Hegesztési varrat fáradt repedés kiindulópontja lehet.

•Ha időnként cserélni kell a sínt, akkor mechanikus kapcsolóelemeket kell alkalmazni.

27

27

• Csavarozott

Darusínek leerősítése

csavarkengyeles szorítólemezes átmenő csavaros

•Profilsín kötése oldható és oldalirányban szabályozható.•Korszerű gyakorlat szerint részleges megfogást biztosít, függőlegesen és oldalirányban megtámasztja a sínt, de a bilincsek a hosszirányú eltolódást nem akadályozzák.

Csavaros leerősítés típusai:•Csavarkengyeles: kengyelek egymástól 500-600 mm-re.•Szorítólemezes.•Síntalpon átmenő csavarokkal: csavarfej alá ék alakú alátét a talp lejtése miatt.

28

28

Sínleerősítés – Gantrail

29

29

• Ferde és lépcsős illesztés

Darusínek illesztése, dilatáció

•Darusínek dilatációs szakaszokon belül illeszthetők.•Csavarozott illesztés, rés van a két sínszál között – sínvég leverődéséhez vezet, zökkenővel gördül át a darukerék.•Inkább hegesztett illesztés előnyösebb, nincs hézag, sima futófelület.

•Darupályát dilatációs hézagainál a sínt is dilatálni kell.•Lépcsős vagy ferde síndilatáció esetén a kerékteher fokozatosan adódik át. •Sín leverődés miatt a 60 fokos szög a javasolt.•A dilatáción túlnyúló sínvéget oldalirányban rögzíteni kell.

30

30

• Függőleges megtámasztások

Darupályatartók kapcsolatai

kéttámaszú folytatólagos többtámaszú

Alátámasztásnál törekedni kell, hogy•A darupályatartó támaszerői központosan terheljék a tartószerkezetet.•A támaszkeresztmetszetben a számításban feltételezett elfordulások létrejöhessenek.•Szabad elfordulás esetén nem kerül csavarónyomaték az oszlopra.•Kéttámaszú darupályatartónál a tartóvég felső öve elmozdul, itt rugalmas lemezdarab vagy hasítéklyukat alkalmaznak.•Folytatólagos többtámaszú tartóknál negatív reakcióerőkre (emelő hatás) le legyenek kötve.

31

31

• vízszintes megtámasztások

Darupályatartók kapcsolatai

•Oldalerőt és fékezőerőt is át kell adni (vízszintes erő átvezetése az oszlopra a felső övből).•Építés után a darupályatartót oldalirányban a helyére lehessen tenni –hasítéklyukak (az épület főtartóját nem lehet olyan pontossággal megépíteni, mint amit a daru igényel).•Darupálya tartó konzol nyomatékbíró kapcsolata – hegesztett vagy csavarozott.

32

32

• Hosszkötés – épület hosszirányú merevítő rácsozása– tetősíkban lévő szélrács reakcióereje terheli

• Féktartó– Darupálya hosszirányú erőit (fékezés, ütközés) vezeti az alapozásra

• Hosszkötés és féktartó egybe (kisebb daruk) vagy külön (nehéz daruk).

Merevítő rendszer

33

33

Merevítések

34

34

Merevítések

35

35

• Féktartó helye

Merevítő rendszer

• Merevítő rácsozás ideális helye a darupályatartó dilatációi között félúton.• Vagy az épület hosszának a felében.• Ilyen elrendezés mellett vannak a hőmérsékletváltozásból a legkisebb

feszültségek.• Az elmozdulások két irányban következnek be.• A dilatációk közötti max. távolságot a darupályatartót alátámasztó oszlopok

vízszintes elmozdulása határozza meg.

36

36

• Féktartó

Merevítő rendszer

a) c) és d) rácsos kialakítás. Húzásra és nyomásra is méretezni kell.b) Keretes kialakítás. f) Rácsos keret merevítés.e) Egy befogott oszloppal felvenni a vízszintes erőt.

37

37

• Féktartó elhelyezése

1. darupálya2. oszlop3. szélrács síkja4. féktartó síkja

Merevítő rendszer

•Féktartó általában összefügg a csarnok merevítési rendszerével.•A tetősíkban lévő szélrács reakcióját (W) hosszkötés viszi le a darupályatartómagasságáig.•Ettől lefelé közös a csarnok és a darupályatartó merevítése.•A féktartó síkja nem esik egybe a darupályatartó síkjával, ezért R=F*e/Lvízszintes többletteher jut az oszlopra.•A darupályatartó vízszintes merevítésének méretezésekor ezt az R erőt figyelembe kell venni.

38

38

• Hosszmerevítés elhelyezése

1. darupálya mervítőtartó2. szélrács síkja3. hosszkötés síkja4. féktartó síkja

Merevítő rendszer

•Többhajós csarnok közbenső oszlopainak merevítése.•A hosszkötés és a féktartó eshet egy síkba. Ekkor a fékező erők a kapcsolt darupályatartók vízszintes merevítőtartóján jutnak a féktartóba.•Nagy terhelésű darupályánáknál külön féktartója van mindkét darupályának, nem a hosszkötéssel egy síkban. A hosszkötés reakcióerejét a féktartóba át kell vinni.

39

39

A nemkívánt dinamikus hatások és a daruk működésének biztosítására merevségi követelmények:

• Darupályatartó lehajlása (legnagyobb keréknyomásból) :

– Max. lehajlás támaszköz közepén

L/700

– Max. vízszintes eltolódás támaszköz közepén

L/600

– Max. 25 mm – daru működése közbeni rezgések korlátozására

Merevségi követelmények

40

Méretezés

41

41

Szabványok

Darupályatartók terhei:EN 1991- Part 5.

Acél darupályatartók méretezése:

EN 1993-Part 6.

42

42

Teherféleségek

• Daru önsúlya• Emelt súly• Daruhíd/macska gyorsulása • Befeszülési erő• Szélerő• Tesztteher• Végütközési erő• Elakadási erő

•A darupályatartón mozgó híddaru elemei több irányban mozognak, és ezáltal függőleges és kétirányú vízszintes (hossz- és keresztirányú) hatásokat adnak át a darupályatartóra.

•Daru önsúlya: Nem a teljes önsúly tartozik ide, nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni.•Emelt súly: Ide tartozik a daru hasznos terhén kívül a darukötelek önsúlyának egy része, továbbá a „lifting attachment” (pl. horog) önsúlya is. Nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni.•Daruhíd gyorsulásából-lassulásából származó erők (a továbbiakban: fékezőerő); nemcsak hosszirányú erőkből áll. •Darukocsi/macska gyorsulásából-lassulásából származó erők, amelyek a darupályatartóra merőleges mozgásból adódnak (a továbbiakban: oldalerő).•Befeszülési erő (vagy ferdén futási erő). •Szélerő, ha szabadban álló darupályatartóról lenne szó. Zárt épületben nincs szélteher.•Tesztteher: lehetőség van a használhatósági határállapotot kísérlettel igazolni; ekkor ezt az erőt kell a használhatósági határállapot ellenőrzésekor figyelembe venni.•Végütközési erő: ha a darusín végén van végütköző, akkor az erről átadódó erő, ha nekimegy a daru.•Elakadási erő: az az erő, amely akkor lép fel, ha a daru, a kötelek, a horog vagy az emelt teher valamiben elakad.

Ez utóbbi kettő a rendkívüli terhek közé tartozik.

43

43

Keréknyomás, fékező és oldalerő

Qr

Qr

HL

HTOHTO

HTO HTO

HTO

HTO

HL HL

HTO

HTO

• Qr - keréknyomás: nagyságát a gyártó adatai alapján kell felvenni; ebben már benne van mind a daru önsúlya, mind pedig az emelt teher.

•Qrmax: egy kerékről átadódó legnagyobb erő; az emelt teher a legnagyobb névleges értékével szerepel, és a vizsgált darupályatartóhoz a lehető legközelebb helyezkedik el, •Qrmin:egy kerékről átadódó legkisebb erő – üres a daru, és a darukocsi a vizsgált darupályatartótól a lehető legtávolabb helyezkedik el.•Dinamikus hatást dinamikus tényezővel vesszük figyelembe.

•HL: hosszirányú fékezőerő. •A daru gyorsulásából és lassulásából keletkezik.•A fékezőerőt az is befolyásolja, hogy mely kerekek vannak meghajtva (és a feltevések szerint ugyanezek a kerekek a fékezett kerekek is). •A korszerű darukban a kerekek egyedi meghajtást kapnak. •A fékezőerő kiszámításához először meg kell határozni a K meghajtóerőt. •Ezek után a hosszirányú „fékezőerő”: HL = K / nr (mindkét darupályatartóra ugyanakkora) ahol nr a darupályatartók száma.•A keresztirányú fékezőerők is daru gyorsulásából.

•HTo: oldalerő: •Ez az erő a darukocsi fékezéséből, illetve gyorsulásából származik, és elvileg ugyanúgy kell meghatározni, mint a fékezőerőt.

44

44

Befeszülési erő

S

HS2THS1T

HS1L HS2L

•A befeszülési erő számítása során feltételezzük, hogy a daru valahol egy megvezető eszköz segítségével a darusínhez oldalirányban hozzá van fogva. A darura szerelt megvezető eszközről van szó, amely oldalirányban a sínen tartja a hosszirányban mozgó daruszerkezetet. Ez lehet a legelső kerék – ha mindkét oldalán karimával van ellátva – vagy külön e célra felszerelt csapok.

•Tengelyenként négy erőt kell meghatározni, a megvezető eszközre pedig az összes keresztirányú vízszintes erő eredője hat.

•A befeszülési erő nagysága többek között a következő tényezőktől függ: •A daruhíd kerekeinek egymáshoz képesti mozgási lehetőségeitől:•az emelt tehernek a pillanatnyi tömegközépponthoz viszonyított aktuális helyzetétől,•a megvezető eszköz kialakításától és helyétől,•a daru geometriai kialakításától.

45

45

Tehercsoportok ENV 1991-5 Határállapot/tervezési állapot és tehercsoport* Teher Jelölés Hivat- T H R kozás 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daru önsúlya QC 2.7. φ1 φ1 1 φ4 φ4 φ1 1 φ1 1 1

Emelt teher QH 2.7. φ2 φ3 φ4 φ4 φ4 η 1 1

Daruhíd gyorsulása vagy fékezése HL, HT 2.8. φ5 φ5 φ5 φ5

φ5

Daruhíd ferdén futása HS 2.8. 1

Darukocsi gyorsulása vagy fékezése HT,3 2.8. 1

Szélerő Fw * A mell. 1 1 1 1 1 1

Tesztteher QT 2.11. φ6

Végütközési erő HB 2.12. φ7

Elakadási erő HTA 2.12. 1

teherbírási használhatósági

rendkívüli

A tehercsoportokat ez a táblázat határozza meg.•T: Teherbírási határállapothoz 7,•H: a használhatósági határállapothoz 1, •R: a rendkívüli helyzetekhez 2 csoport tartozik.

•Fi: dinaminkus tényezők.

•egy hatásként kezelendő terhek, azaz a csarnok tartószerkezetének méretezésekor ezek közül egy lesz a daruteher (van függőleges, és két vízszintes komponense).

46

46

Dinamikus tényező A dinamikus tényező által leírt hatás

Mit kell szorozni a dinamukus tényezővel

φ1 A daruszerkezet gerjesztett rezgése a tehernek a földről való felemelésekor Daru önsúlya

φ2 Az emelt tehernek a földről a daruszerkezetre való átadódása következtében fellépő dinamikus hatás Emelt teher

φ3

Az emelt teher hirtelen elengedéséből/elejtéséből származó dinamikus hatás (például mágneses emelésű daruknál)

Emelt teher

φ4 A darupályatartón történő haladás közben fellépő dinamikus hatások

A daru önsúlya és az emelt teher

φ5 A daru (daruhíd és darukocsi) irányváltoztatásaiból származó dinamikus hatások Oldalerő és fékezőerő

φ6 A tesztteher felemelése és mozgatása közben fellépő dinamikus hatások Tesztteher

φ7 Rugalmas hatások végütközéskor Végütközési erő

Megjegyzés: Van még egy φ8 dinamikus tényező is, amely a szél dinamikus hatásai miatt szükséges.

Dinamikus tényezők

47

47

Igénybevételek meghatározása

• Mozgó teher– hatásábrák– mértékadó leterhelés

IgénybevételMy, Mz, Vy, Vz, Nx

Mcs

Következő igénybevételeket kell meghatározni:•Hajlítás y: függőleges terhekből.•Hajlítás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből.•Normálerő: húzás vagy nyomás: a darupályatartó hossztengelyével párhuzamos terhekből.•Csavarás: vízszintes és/vagy függőleges teher külpontosságából adódhat.•Nyírás y: függőleges terhekből.•Nyírás z: a darupályatartó hossztengelyére merőleges terhekből.

48

48

Darupályatartó méretezése

Igénybevétel: My, Mz, Vy, Vz, Nx, Mcs

Ellenőrzés:• Hajlítás mindkét tengely körül,• Nyírás, mindkét síkban,• Hajlítás és nyírás interakció,• Kifordulás,• Gerinclemez horpadása,• …

49

49

Koncentrált teherrel terhelt gerinc

Méretezés közvetlen kerékteherre:• Lokális feszültségek ellenőrzése.• Gerinclemez horpadása (beroppanás).• Gerinclemez gyűrődése.

50

50

hajlításból származó rugalmas normál feszültségkoncentrál teherből származó nyomó feszültség

Lokális feszültségek a gerincben

Ed,xσ

Ed,zσ

Ed,xσ

Ed,zσ

0

22

M

yEd,xEd,zEd,xEd,z

fγ

≤σ⋅σ−σ+σ

A keréknyomásból adódó lokális nyomófeszültségek számításánál feltételezhető, hogy a kerékteher egy Leff hosszon oszlik meg.

51

51

Beroppanás a kerék alattgerinclemez horpadási ellenállása

Leff: effektív megoszlási hossztw: gerinclemez vastagságafyw: gerinclemez folyáshatára

kF: horpadási tényező

A gerinclemez horpadási szempontból megfelel, ha horpadási ellenállása nagyobb, mint a fellépő keresztirányú nyomóerő (kerékből) tervezési értéke.

52

52

gerinc gyűrődési ellenállása

gyűrődés és hajlítás interakciója

E: rugalmassági modulustw: gerinclemez vastagságatf: övlemez vastagságafyw: gerinclemez folyáshatárass: tehereloszlás szélességed: gerinclemez magassága

Gerinclemez gyűrődése( ) 1

50502 350 M

s

f

w

,

w

f,ywwRd,a /

ds

tt

tt

fEt,R γ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

Rd,aEd,z RF ≤

51,MM

RF

Rd,pl

Ed

Rd,a

Ed,z ≤+

53

53

Jelenség:sokszor ismétlődő igénybevétel (üzemszerűen)anyagban hibák, bemetsződésekfeszültségcsúcsok: varrathalmozódás, furatok szélei

repedés megindul, maradó alakváltozások halmozódásarepedés növekszik

lecsökken a keresztmetszet tönkremenetel

Fáradás

•A fáradás témakörét lásd. részletesen a Szerkezet-technológia tárgynál.

•Sokszor ismétlődő terhek/igénybevételek (dinamikus terhek) hatására tönkremenetel következheti be, akkor is, ha az üzem közben előfordulóátlagfeszültségek kisebbek, mint az anyag statikus törőszilárdsága.•Terhek ismétlésszáma ált. 106 - 107

•Fáradt törés ott jön létre (repedés kiindulás helye), ahol az anyagban kezdeti hibák, repedések bemetsződések vannak és feszültségcsúcsok alakulnak ki pl. varrathalmozódás, furatok széleinél feszültségcsúcs.•A repedés csúcsánál a feszültségcsúcsok képlékeny deformációkat hoznak létre, mely maradó alakváltozások halmozódnak.•A repedés növekedésével lecsökken a keresztmetszet, ezért a keresztmetszetben nőnek a feszültségek és végül tönkremenetel következik be.

54

54

Fáradás – Periodikus terhelés

•Szinuszos terhelésű kísérlet, egy konstans középfeszültség körül, egy konstans amplitúdóval változik a feszültség.

55

55

Fáradás – Wöhler-görbe

•Wöhler vasúti tengelyekkel kísérletezett, melyekben a feszültségeket periodikusan ingadoztatta egy alsó és felső feszültségszint között (pl. feszültségingadozást lásd előző dia).•Kimutatta, hogy ha az alsó feszültségszint azonos minden próbatestnél, de a felső változik, akkor az ábrán látható összefüggés van a N-σf között.•A görbe egy végérintőhöz tart, ez a fáradási szilárdság σD.•A fáradsái szilárdság alatti feszültségszinten végtelen sok ismétlésszám okoz fáradást.•N=1 ismétlési számhoz tartozik a statikus tönkremenetel.•A görbéről leolvasható, hogy ha σa állandó (görbe előállításához alapul vett) akkor az N ismétlésszámnál mekkora σf feszültség okoz fáradás.•A Wöhler-görbe csak egy adott középfeszültséghez vagy egy adott alsófeszültségszinthez adja meg a fáradási szilárdságokat (állandó az amplitúdó).

56

56

Fáradás – Lineáris károsodási hipotézis

•Ha változó feszültségamplitúdójú terhelésünk van, akkor a károsodási hipotézis segítségével lehet élettartam becslést adni.•Lineáris károsodási hipotézis: a károsodás és a teherciklusok között lineáris összefüggés tételezhető fel a károsodás mértéke egyenes arányban növekszik a teherismétlések számával).•Egy teherciklus által okozott károsodás = 1/Ni (Ni a Δσ feszültségingadozás esetén a tönkremenetelt okozó ismétlődésszám)•Ha az adott feszültségszinten ni a teherismétlődések száma, akkor a részkárosodás ni/Ni

•A törés (teljes károsodás) akkor következik be, ha a különböző feszültségszinteken meghatározott részkárosodások összege eléri az 1-et.

57

57

Fáradás – Élettartambecslés

1. A tervezett élettartam alatt előforduló tipikus terhek ismétlődése. Pl. daru használatának gyakorisága (ritka – folyamatok), emelet terhek (könnyű –közepes – nehéz).2. Feszültségtörtének a fenti terhelések alapján.3. Δσ feszültségingadozási ciklusok leszámlálása. Pl. tározó (reservoir) módszerrel, Δσi feszültségingadozásokat határoz meg.

58

58

Fáradás –Élettartambecslés

4. Feszültségspektrumok előállítása csökkenő feszültségingadozás alapján Δσ1>Δσ2>Δσ3 . Δσi ismétlődik ni-szer.

5. Δσi feszültségingadozáshoz tartozó Ni leolvasása a görbéről.6. Σni/Ni<1,0

59

59

στ

22ffwf ⊥⊥ τ+σ=σ

IIfwf τ=τ

Fáradási szilárdsági görbe -normálfeszültség

•Fáradási szilárdságot logaritmusos skálán S-N (Wöhler) görbével határozza meg az EC.•Görbe sereg, a szerkezeti részlet osztályoknak (vagy hibaosztályoknak) megfelelően.•Szerkezeti részlet osztálya: a 2 milliós ismétlési számhoz definiál egy Δσc(fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 –ben.•Külön görbe van a normálfeszültségekre és külön a nyírófeszültségekre.

60

60

Fáradási szilárdsági görbe -nyírófeszültség

•Szerkezeti részlet osztálya : 2 milliós ismétlési számhoz tartozik egy Δτc(fáradási szilárdság referencia értéke) N/mm2 –ben

61

61

Szerkezeti részlet osztálya

Példa szerkezeti részlet osztályokra:1. oszlop: a részletosztályhoz tartozó Δσc –t adja meg.2. oszlop: a részletosztályra jellemző szerkezeti kialakítás.3. oszlop: részletosztály leírás4. oszlop: követelmények (varratra, furatméretre, lemezvastagság etc.)

62

62

Fáradási szilárdság

fáradási szilárdság referencia értéke N= 2millió ismétlésszámhozszerkezetei részlet osztálya szerint

63

63

Acél anyagra ki kell számítani:normálfeszültségetnyírófeszültséget

Varratra ki kell számítani:varrat hossztengelyére merőleges normálfeszültségetvarrat hossztengelyével párhuzamos nyírófeszültséget

Fáradásvizsgálat

στ

22ffwf ⊥⊥ τ+σ=σ

IIfwf τ=τ

•A darupályatartó egyes részein a feszültségciklusok száma kétszerese is lehet, mert a kerekek külön is okozhatnak feszültségváltozást.•Méretezésnél feltételezzük, hogy a feszültségciklusok száma a szabványok által megadott daruosztálynak megfelel.•Fáradás szempontjából kritikus a merevítő-övlemez, a merevítő-gerinclemez és az övlemez-gerinclemez kapcsolata.•Feszültségkoncentráció csökkentése érdekében a merevítőbordát a gerinclemezhez kapcsoló varratot nem viszik fel az övig – kivágják a merevítőt.•A felső nyakvarrat teljes beolvadású tompavarrattal készül.

•A korábban felsorolt terhekből meg kell határozni a feszültségeket a fáradásvizsgálathoz (üzemi terhekből) azokban a pontokban amelyek fáradásra veszélyesek.

64

64

Felhasznált irodalom• Dr. Csellár Ödön: Magasépítési acélszerkezetek, Műszaki Kiadó, Budapest,

1982.• Dr. Iványi Miklós: Magasépítési acélszerkezetek, Előadás.• Dr. Hegedűs László, Horváth László, Varga Géza és dr. Verőci Béla: Híddaruk

darupályatartóinak terhei az Eurocode 1 szerint, Oktatási segédlet.• Szerkezet-technológia előadás.• EN 1991 Part 5. • EN 1993 Part 6.• EN 1993 Part 9.

Documents

darupalyak tervezesenek alapjai