Profile MSH walcowane na gorąco
Jesteśmy jednym z wiodących przedsiębiorstw na europejskim rynku dystrybucji stali
Profile MSH walcowane na gorąco wg EN 10210 – postęp dzięki jakości.
Profile zamknięte walcowane na gorąco o przekroju okrągłym, kwadratowym i prostokątnym są z sukcesem stosowane od kilkudziesięciu lat w konstrukcjach stalowych. Rezygnacja z profili mogłaby spowodować trudności w realizacji nowoczesnych konstrukcji stalowych wraz z ich filigranowymi i transparentnymi formami. Zakres zastosowania profili zamkniętych nie ogranicza się jedynie do wysokich konstrukcji stalowych. Profile znajdują także zastosowanie przy wznoszeniu zakładów przemysłowych, hal sportowych oraz budowie mostów. Zalety profili walcowanych na gorąco są także wykorzystywane w budownictwie maszyn, m. in. w takich sektorach przemysłu jak: maszyny rolnicze, urządzenia do transportu bliskiego, budowa okrętów, transport itp. Profile wytwarzane na gorąco stosowane w wymienionych dziedzinach mają odpowiedni typ konstrukcji i spełniają obowiązujące normy. W związku z tym zaleca się dokładne przestudiowanie informacji na temat mechanicznych i technologicznych właściwości profili zamkniętych, bowiem między profilami istnieją określone różnice. Niniejszy wpis podaje Państwu informacje odnośnie różnic między profilami walcowanymi na gorąco i profilami walcowanymi na zimno.
Część 1. Wartości statyczne
Profile walcowane na gorąco – wyższe wartości statyczne dopuszczają większe naprężenia dla wszystkich obciążeń.
W wyniku różnorodnych procesów produkcji profili zamkniętych walcowanych na gorąco i na zimno powstają różne zaokrąglenia i w efekcie różne powierzchnie przekroju oraz wartości statyczne. Fakt ten stanowi ważny powód do przyporządkowania profili zamkniętych do różnych norm, a mianowicie profili wytwarzanych na gorąco do normy EN 10210, a profili zimnych do normy EN 10219.
Z uwagi na mniejsze promienie gięcia profile wytwarzane na gorąco mają zasadniczo większy przekrój od profili wytwarzanych na zimno; zalety profili gorących w stosunku do zimnych postępują wraz ze wzrostem grubości ścianki. W praktyce oznacza to, że przy identycznym wymiarze profilu możliwe jest przyjęcie większych obciążeń, czyli – inaczej mówiąc – przy identycznym naprężeniu uzyskuje się wyższy poziom bezpieczeństwa.
Rys. 1. Większe powierzchnie przekroju wynikające z mniejszych promieni gięcia.
Rys. 2. Porównanie maksymalnie dopuszczalnego naprężenia rozciągającego i zginającego (profile walcowane na zimno = 100%) 100 x 100 x 10,0 mm dla S 355.
Część 2. Obciążenia zginające
Profile MSH – zaszeregowanie do optymalnych linii naprężeń zginających
Dzięki doskonałym wartościom statycznym profile zamknięte można stosować jako elementy konstrukcyjne dla dużych obciążeń zginających (podpory, drążki dociskowe do kratownic i ram). Różnorodne właściwości profili walcowanych na gorąco i na zimno znajdują odzwierciedlenie w zasadach doboru elementów ściskanych, przy czym zgodnie z normami dotyczącymi konstrukcji stalowych profile walcowane na gorąco są w przeciwieństwie do profili walcowanych na zimno klasyfikowane do wyższej linii naprężeń zginających.
Producenci profili zamkniętych walcowanych na zimno zapoczątkowali prace badawcze mające na celu uzyskanie lepszej klasyfikacji profili do linii naprężeń zginających. Projekt badawczy wspierany przez CIDECT(Comite Internationale pour le Developpement et lEtude de la Construction Tubulaire – Międzynarodowy Komitet dla Badań i Rozwoju Konstrukcji z Profili Zamkniętych) i realizowany przez Szkoły Wyższe w Aachen i Luttich objął swym zasięgiem profile walcowane na zimno nalężące do „nowej generacji” (1). Mowa tu o profilach wyprodukowanych w oparciu o nowe i ulepszone analizy stali z wykorzystaniem zmodernizowanych linii produkcyjnych. Wynik rozczarowuje producentów profili walcowanych na zimno. Mimo zaklasyfikowania do lepszej linii naprężeń zginających „a” profile zamknięte wytwarzane na zimno muszą zostać zdegradowane do kategorii „c”. Poniższy diagram z raportu końcowego porównuje linię naprężeń zginających „c” z wynikami testu.
Raport stwierdza: „Diagram pokazuje, że linia naprężeń zginających „c” wg normy Eurocode 3 opisuje w zadowalający sposób rzeczywisty przebieg zginania, mimo że linia „c” przecenia rzeczywisty przebieg zginania badanych elementów. Statystycznie analiza testów wykazuje współczynnik bezpieczeństwa częściowego y*M = 1,15, będący w doskonałej zgodności z wymaganą przez normę Eurocode 3 wartością y*M = 1,1.”
Część 3. Spawalność
Profile MSH – bezproblemowe spawanie – także w strefie narożników.
Wpływy różnego rodzaju mechaniczno-technicznych właściwości profili gorących i zimnych są wyraźnie widoczne podczas spawania. Z uwagi na to, że formowanie na zimno stanowi jeden z najistotniejszych czynników wywołujących niebezpieczeństwo pęknięć kruchych, w stosowanych przepisach dot. spawania są podane regulacje, które nie tylko zalecają stosowanie określonych grup gatunków stali w zależności od stopnia odkształcenia, lecz także precyzują czas spawania w obszarach formowanych na zimno.
Europejska norma dotycząca konstrukcji stalowych – EN 1993 (EC3) – podaje warunki, które muszą być spełnione podczas spawania w obszarach formowanych na zimno i w strefach sąsiednich. Wartości te zostały przejęte z niemieckiej normy dotyczącej konstrukcji stalowych DIN 18 800. Poniżej jest podane porównanie miarodajnego parametru wewnętrznego promienia zaokrąglenia do grubości ścianki (ri/t) wg norm EC3 i EN 10219.
| Zakres grubości ścianki [mm] | Wymagana wartość ri/t wg EC3 dla umożliwienia spawania | Istniejąca wartość ri/t wg normy produkcyjnej EN 10219 |
|---|---|---|
| ≤ 4 | 1,0 | 1,0 |
| 4 < t ≤ 6 | 1,5 | 1,0 |
| 6 < t ≤ 8 | 1,5 | 1,5 |
| 8 < t ≤ 10 | 2,0 | 1,5 |
| 10 < t ≤ 12 | 2,0 | 2,0 |
| 12 < t ≤ 24 | 3,0 | 2,0 |
t= grubość ścianki
ri = wewnętrzny promień gięcia
Przy zakresach grubości ścianek zaznaczonych na czerwono stosunek promienia wewnętrznego do grubości ścianki wg normy produkcyjnej EN 10 219-2 jest tak mały, że spawanie profilu zamkniętego walcowanego na zimno wg EC 3 jest w zasadzie niedopuszczalne.
Poniższa tabela porównuje wymagany promień gięcia wg normy EC 3 z wewnętrznym promieniem gięcia wynikającym z normy produkcyjnej.
| Grubość ścianki w mm | Wymagany wewnętrzny promień zaokrąglenia zgodnie z normą EC3 w mm | Istniejący wewnętrzny promień zaokrąglenia zgodnie z normą EN 10219-2 w mm |
|---|---|---|
| 5,0 | 7,5 | 5,0 |
| 10,0 | 20,0 | 15,0 |
| 12,5 | 37,5 | 25,0 |
Na podstawie przykładów widać, że dla profili zamkniętych walcowanych na zimno zgodnie z normą EN 10219-2 dotrzymanie warunków spawania wg normy Eurocode 3 może okazać się niemożliwe dla wielu zakresów grubości ścianek. Ponadto żadne deklaracje producentów lub handlowców nie mogą wprowadzać użytkowników w błąd, bo w tym zakresie muszą obowiązywać wszystkie normy. Z uwagi na to, że również w sąsiednich obszarach 5xt spawanie nie jest dozwolone, w profilu zamkniętym walcowanym na zimno 100x100x5,0mm (200x200x10,0mm) spawanie zgodnie z normą Eurocode 3 jest dopuszczalne tylko w środku profilu 30mm (60mm). W efekcie profile zimne uniemożliwiają powstawanie prawidłowej konstrukcji spawanej.
Wymienione ograniczenia nie dotyczą profili MSH, bo te z reguły są walcowane na gorąco. Spawanie można przeprowadzić w sposób bezproblemowy na całym przekroju łącznie z obszarem brzegowym.
Przypisy i odwołania:
- Cidect Research Programs 2 R: Bucking Behavior of a New Generation of Cold-Formed Hollow Sections, Final Report 1996.
Część 4. Profile MSH – bez żadnego ryzyka
Perfekcja – precyzja – bezpieczeństwo. Dzisiejsze konstrukcje odpowiadają wymienionym aspektom, zarówno w budownictwie lądowym, mostowym jak i dźwigowym. Kwestie bezpieczeństwa odgrywają coraz większą rolę.
Profile zamknięte walcowane na gorąco wg EN 10210 wykazują swoje walory w tym wyjątkowo wrażliwym zakresie. Przykładowo przepisy (np. BN 918 002) obowiązujące u producentów dźwigów lub kolejek linowych bądź wewnątrzzakładowe uregulowania wyraźnie zalecają stosowanie profili zamkniętych wytwarzanych na gorąco. Nawet jeśli przedsiębiorstwa są zobligowane do przestrzegania przepisów normy Eurocode, w większości przypadków istnieje przymus stosowania profili walcowanych na gorąco (patrz spawalność).
Podstawą przepisów bezpieczeństwa są różnorodne właściwości profili zamkniętych walcowanych na gorąco i na zimno, przedstawionych w dalszej części na przykładzie parametrów rozłożenia twardości i naprężeń własnych.
Profile MSH walcowane na gorąco wg EN 10210 wykazują równomierne rozłożenie twardości na całym obwodzie, natomiast profile zimne wg EN 10219 charakteryzują się dużą twardością w krawędziach formowanych na zimno. W związku z tym należy się liczyć z niejednorodnymi parametrami wytrzymałościowymi. Maksymalna twardość występuje także w szwie wzdłużnym. Oznacza to, że w omawianym przypadku szew nie został poddany obróbce cieplnej. Sugerowana przez różne strony możliwość wykorzystania w projektach obliczeniowych wzrostu wytrzymałości w brzegowym obszarze profili zimnych jest problematyczna z powodu trudności w oszacowaniu ryzyka, o ile nie zostało ono wcześniej wykluczone przez odpowiednie normy.
Rozłożenie twardości w profilach zimnych
Rozłożenie twardości w profilach gorących
Wyraźna różnica pomiędzy profilami walcowanymi na gorąco i na zimno jest widoczna przy rozłożeniu twardości na przekroju (patrz diagramy).
Obraz rozłożenia twardości jest zbliżony do przebiegu naprężeń własnych. Profile MSH walcowane na gorąco wykazują na całym przekroju wyjątkowo równomierne naprężenia własne na bardzo niskim poziomie, natomiast profile zimne cechują wysokie naprężenia rozciągające. Grafiki przedstawione poniżej pokazują to bardzo wyraźnie.
Rozkład naprężenia własnego podłużnego dla profila „zimnego” i „gorącego” wytworzonego ze stali S235 w N/mm². Profil „zimny” EN 10219 – 160x160x6
Rozkład naprężenia własnego podłużnego dla profila „zimnego” i „gorącego” wytworzonego ze stali S235 w N/mm². Profil „gorący” EN 10210 – 180x180x6
W trakcie obróbki wspomnianych profili (spawanie, cynkowanie itp.) może dojść do powstania naprężeń własnych oraz do niekontrolowanego odkształcenia profili lub konstrukcji. Nakłady związane z prostowaniem mogą osiągnąć znaczny poziom.
Część 5. Udarność
Profile MSH to także optymalne możliwości zastosowania także w niskich temperaturach.
Pęknięcie stanowi jedną z najbardziej niebezpiecznych sytuacji, z jaką może się zetknąć konstruktor w sektorze konstrukcji stalowych i w przemyśle budowy maszyn. Pęknięcie jest niebezpieczne z tego powodu, że powstaje ono nagle bez jakichkolwiek wcześniejszych oznak i to nawet przy obciążeniach znacznie poniżej dopuszczalnych naprężeń.
Niebezpieczeństwo pęknięcia rośnie wraz ze wzrostem stopnia formowania na zimno. Ważną oznaką tendencji do pękania może być badanie udarności, bo ten parametr ulega pogorszeniu wraz ze wzrostem stopnia formowania na zimno. Temperatury przejścia w stan kruchości ulegają przesunięciu o ok. 3-5 °C na każdy 1% odkształcenia w kierunku niekorzystnym. Biorąc pod uwagę fakt, że odkształcenie profili walcowanych na zimno mieści się w zakresie 20-30% (w ekstremalnych przypadkach dochodzi nawet do 43%!), przesunięcie temperatury przejścia jest znaczne.
Wynika to także ze wspólnych przedsięwzięć badawczych zrealizowanych przez uniwersytety w Toronto, Kanada i w Karlsruhe Niemcy. Zaczerpnięty z publikacji diagram przedstawiony poniżej wyraźnie wskazuje na różnice pomiędzy profilami walcowanymi na gorąco i na zimno. Doboru położenia i kierunku próbki dokonano w sposób zapewniający uzyskanie najwyższych wartości. Wyniki badań pokazują, że profile walcowane na gorąco wskazują w niskich temperaturach znacznie mniejszą tendencję do pęknięć.
W oparciu o wyniki badań sporządzono wskazania do wyłącznego stosowania profili zamkniętych wytwarzanych na gorąco w konstrukcjach obciążonych dynamicznie, w których istotne znaczenie ma równomierna wiązkość we wszystkich położeniach i formach próbek. Również amerykańska norma dotycząca profili zamkniętych wytwarzanych na zimno ASTM A 500⁷ zwraca w przypisie uwagę na to, że wspomniane profile mogą się okazać nieodpowiednie w zakresie niskich temperatur dla konstrukcji obciążonych dynamicznie.
Z zaprezentowanych różnic wynika, że w wyniku znacznych odkształceń na zimno (maksymalnie do 43%!) następuje znaczne zużycie rezerw odkształceniowych stali. W związku z tym istnieje niebezpieczeństwo defektu, który nie jest sygnowany powolnym powiększaniem rysy, tylko następuje nagłe pęknięcie nie poprzedzone żadnymi wcześniej zjawiskami. Profile MSH walcowane na gorąco gwarantują pełne bezpieczeństwo także i w tym aspekcie.
Część 6. Zastosowanie
Profile MSH EN 10210 – walory konstrukcyjne wynikające z nieznacznych zaokrągleń narożnych oraz dużych i równych powierzchni montażowych.
Profile MSH walcowane na gorąco charakteryzują się doskonałymi właściwościami także podczas obróbki.
Podczas procesu walcowania na gorąco w profilach MSH EN 10210 o przekroju kwadratowym i prostokątnym powstaje stosunkowo mały promień gięcia (patrz także wartości statyczne), który ponadto nie wpada stycznie w powierzchnie boczne, lecz tworzy „widzialną krawędź”. W efekcie powstają doskonałe warunki do wykonania szwu i zużycia stopiwa utrzyma się a niskim poziomie.
Inną zaletą nieznacznych promieni gięcia są duże i równe powierzchnie montażowe. Fakt ten ma decydujące znaczenie w wielu zakresach zastosowania; statyczne walory profili MSH można w pełni wykorzystać przy wznoszeniu konstrukcji.
Cześć 7. Efektywność
Profile MSH według EN 10210 – w efekcie wszystko się zgadza.
Efektywność konstrukcji stanowi decydujące kryterium. Udane i bezpieczne rozwiązania muszą być także efektywne. Ekonomiczność konstrukcji zależy nie tylko od ceny pojedynczych elementów, ale także jest efektem współdziałania wielu czynników. Wykorzystanie specyficznych właściwości profili MSH walcowanych na gorąco zwiększa efektywność konstrukcji MSH w stosunku do innych wariantów rozwiązań:
– redukcja wymiarów, grubości ścianki i w efekcie ciężaru własnego dzięki dobraniu optymalnego materiału,
– identyczne przyłącza w podporach i wspornikach z uwagi na stałą średnicę zewnętrzną na całej długości konstrukcji,
– możliwość zaplanowania większych odległości między węzłami w konstrukcjach kratowych dzięki doskonałym właściwościom statycznym, w efekcie mniejsza liczba węzłów,
– prosta i tania obróbka (np. proste i równe nacięcia, wyeliminowanie przygotowań przed wykonaniem szwu, proste spoiny pachwinowe),
– nieznaczny wolumen szwu wynikający z niewielkich średnic zewnętrznych i nieznacznych grubości ścianek,
– nieznaczny wolumen szwu wynikający z małych promieni gięcia w profilach kwadratowych i prostokątnych,
– mniejsze koszty malowania dzięki niewielkim powierzchniom i w efekcie redukcja nakładów na zabezpieczenie korozyjne,
– wykorzystanie przekroju elementów pustych do wypełnienia betonowego w celu zwiększenia obciążenia granicznego,
– wykorzystanie przekroju elementów pustych do wypełnienia betonowego/wodnego dla ochrony przeciwpożarowej,
– wykorzystanie przekroju elementów pustych do poprowadzenia przewodów zasilających (klimatyzacja, prąd, woda itp.), w konsekwencji brak konieczności wykonania oddzielnych kanałów kablowych.
Widać więc, że ważna jest nie tylko cena za tonę, lecz także całościowy wynik. A ten przemawia za profilami walcowanymi na gorąco!
Część 8. Profile MSH – EN 10 210: klucz do sukcesu
Profile MSH walcowane na gorąco zgodnie z normą EN 10 210.
Pomiędzy profilami walcowanymi na gorąco i na zimno istnieją zasadnicze różnice w kwestii właściwości. Celem uwypuklenia istniejących różnic profile walcowane na gorąco i na zimno będą zgodne z normami europejskimi umieszczone w oddzielnych warunkach dostawy i będą także różnie traktowane w przepisach dotyczących obliczania profili (np. Eurocode 3). Obowiązek zapoznania się z wymienionymi przepisami dotyczy również wszystkich użytkowników. W związku z tym konieczne jest podanie podstawowych norm (np. EN 10 210) dla zastosowań praktycznych.
Z tego względu przy obliczeniach statycznych, w dokumentacji przetargowej i na rysunkach wykonanych należy koniecznie podawać dokładny opis produktu: profile walcowane na gorąco zgodnie z normą EN 10 210, wraz ze świadectwem zakładowym (np. 3.1).
Profile zimne można zawsze zastępować profilami wytwarzanymi na gorąco. Jeśli obliczenia bazują na profilach zamkniętych walcowanych na gorąco, w praktyce stosować należy wyłącznie ten typ profili. Profile MSH walcowane na gorąco to bezpieczny wybór.
Oczywiście profile MSH posiadają właściwości mechaniczne, technologiczne i geometryczne zalecane w normach dostawy. W wielu przypadkach dopuszcza się także możliwość realizacji życzeń klienta wykraczające poza ramy normy.
Masz pytania?
Zadzwoń lub napisz, na pewno pomożemy.
Zadzwoń
+48 63 27 438 00