Profil MSH válcované za tepla
Jsme jedním z předních podniků na evropském trhu s distribucí oceli
Profil MSH válcované za tepla podle EN 10210 – pokrok díky kvalitě.
Uzavřené profily válcované za tepla s kruhovým, čtvercovým a obdélníkovým průřezem se úspěšně používají již několik desítek let ve ocelových konstrukcích. Vzdání se profilů by mohlo způsobit potíže při realizaci moderních ocelových konstrukcí spolu s jejich filigránovými a transparentními formami. Oblast použití uzavřených profilů se neomezuje pouze na vysoké ocelové konstrukce. Profily se také používají při výstavbě průmyslových závodů, sportovních hal a při stavbě mostů. Výhody profilů válcovaných za tepla se také využívají ve strojírenství, např. v takových sektorech průmyslu jako: zemědělské stroje, zařízení pro blízkou dopravu, stavba lodí, doprava atd. Profily vyráběné za tepla používané v uvedených oblastech mají odpovídající typ konstrukce a splňují platné normy. Vzhledem k tomu se doporučuje důkladně prostudovat informace o mechanických a technologických vlastnostech uzavřených profilů, neboť mezi profily existují určité rozdíly. Tento příspěvek vám poskytuje informace o rozdílech mezi profily válcovanými za tepla a profily válcovanými za studena.
Část 1. Statické hodnoty
Profily válcované za tepla – vyšší statické hodnoty umožňují větší napětí pro všechna zatížení.
V důsledku různých výrobních procesů uzavřených profilů válcovaných za tepla a za studena vznikají různá zaoblení a v důsledku toho různé plochy průřezu a statické hodnoty. Tento fakt je důležitým důvodem pro zařazení uzavřených profilů do různých norem, a to profily vyráběné za tepla podle normy EN 10210, a profily za studena podle normy EN 10219.
Vzhledem k menším poloměrům ohybu mají profily vyráběné za tepla zásadně větší průřez než profily vyráběné za studena; výhody horkých profilů ve srovnání se studenými se zvyšují se zvyšující se tloušťkou stěny. V praxi to znamená, že při stejném rozměru profilu je možné přijmout větší zatížení, tedy – jinými slovy – při stejném napětí se dosahuje vyšší úrovně bezpečnosti.
Obr. 1. Větší plochy průřezu vyplývající z menších poloměrů ohybu.
Obr. 2. Srovnání maximálně přípustného tahového a ohybového napětí (profily válcované za studena = 100%) 100 x 100 x 10,0 mm pro S 355.
Část 2. Ohybová zatížení
Profily MSH – zařazení do optimálních linií ohybových napětí
Díky vynikajícím statickým hodnotám lze uzavřené profily používat jako konstrukční prvky pro velká ohybová zatížení (podpěry, tlakové tyče pro příhradové konstrukce a rámy). Různé vlastnosti profilů válcovaných za tepla a za studena se odrážejí v pravidlech pro výběr stlačených prvků, přičemž podle norem týkajících se ocelových konstrukcí jsou profily válcované za tepla na rozdíl od profilů válcovaných za studena klasifikovány do vyšší linie ohybových napětí.
Výrobci uzavřených profilů válcovaných za studena zahájili výzkumné práce s cílem dosáhnout lepší klasifikace profilů do linií ohybových napětí. Výzkumný projekt podporovaný CIDECT (Comite Internationale pour le Developpement et lEtude de la Construction Tubulaire – Mezinárodní výbor pro výzkum a rozvoj konstrukcí z uzavřených profilů) a realizovaný vysokými školami v Aachenu a Lutychu zahrnoval profily válcované za studena patřící do „nové generace“ (1). Mluvíme zde o profilech vyrobených na základě nových a vylepšených analýz oceli s využitím modernizovaných výrobních linek. Výsledek zklamává výrobce profilů válcovaných za studena. I přes zařazení do lepší linie ohybových napětí „a“ musí být uzavřené profily vyráběné za studena degradovány do kategorie „c“. Následující diagram z závěrečné zprávy porovnává linii ohybových napětí „c“ s výsledky testu.
Zpráva uvádí: „Diagram ukazuje, že linie ohybových napětí „c“ podle normy Eurocode 3 popisuje uspokojivě skutečný průběh ohýbání, i když linie „c“ přeceňuje skutečný průběh ohýbání zkoumaných prvků. Statistická analýza testů vykazuje bezpečnostní faktor částečný y*M = 1,15, který je v dokonalé shodě s požadovanou normou Eurocode 3 hodnotou y*M = 1,1.”
Část 3. Svařitelnost
Profily MSH – bezproblémové svařování – také v oblasti rohů.
Vlivy různých mechanicko-technických vlastností horkých a studených profilů jsou jasně viditelné během svařování. Vzhledem k tomu, že tvarování za studena představuje jeden z nejdůležitějších faktorů vyvolávajících nebezpečí křehkých prasklin, v platných předpisech týkajících se svařování jsou uvedeny regulace, které nejen doporučují používání určitých skupin jakostí oceli v závislosti na stupni deformace, ale také specifikují čas svařování v oblastech tvarovaných za studena.
Evropská norma týkající se ocelových konstrukcí – EN 1993 (EC3) – uvádí podmínky, které musí být splněny během svařování v oblastech tvarovaných za studena a v sousedních zónách. Tyto hodnoty byly převzaty z německé normy týkající se ocelových konstrukcí DIN 18 800. Níže je uvedeno srovnání měřitelného parametru vnitřního poloměru zaoblení k tloušťce stěny (ri/t) podle norem EC3 a 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= tloušťka stěny
ri = vnitřní poloměr ohybu
U rozsahů tlouštěk stěn vyznačených červeně je poměr vnitřního poloměru k tloušťce stěny podle výrobní normy EN 10 219-2 tak malý, že svařování uzavřeného profilu válcovaného za studena podle EC 3 je v podstatě nepřípustné.
Níže uvedená tabulka porovnává požadovaný poloměr ohybu podle normy EC 3 s vnitřním poloměrem ohybu vyplývajícím z výrobní normy.
| 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 základě příkladů je vidět, že pro uzavřené profily válcované za studena podle normy EN 10219-2 může být dodržení podmínek svařování podle normy Eurocode 3 nemožné pro mnoho rozsahů tlouštěk stěn. Navíc žádná prohlášení výrobců nebo obchodníků nemohou uvádět uživatele v omyl, protože v této oblasti musí platit všechny normy. Vzhledem k tomu, že ani v sousedních oblastech 5xt není svařování povoleno, u uzavřeného profilu válcovaného za studena 100x100x5,0mm (200x200x10,0mm) je svařování podle normy Eurocode 3 povoleno pouze ve středu profilu 30mm (60mm). V důsledku toho studené profily znemožňují vznik správné svařované konstrukce.
Uvedená omezení se netýkají profilů MSH, protože ty jsou obvykle válcované za tepla. Svařování lze provádět bez problémů na celém průřezu včetně okrajové oblasti.
Poznámky a odkazy:
- Cidect Research Programs 2 R: Bucking Behavior of a New Generation of Cold-Formed Hollow Sections, Final Report 1996.
Část 4. Profily MSH – bez jakéhokoli rizika
Dokonalost – preciznost – bezpečnost. Dnešní konstrukce odpovídají uvedeným aspektům, jak v pozemním, mostním, tak i výtahovém stavitelství. Otázky bezpečnosti hrají stále větší roli.
Uzavřené profily válcované za tepla podle EN 10210 prokazují své přednosti v této mimořádně citlivé oblasti. Například předpisy (např. BN 918 002) platné u výrobců výtahů nebo lanovek, či vnitropodniková nařízení jasně doporučují používání uzavřených profilů vyráběných za tepla. I když jsou podniky povinny dodržovat předpisy normy Eurocode, ve většině případů existuje povinnost používat profily válcované za tepla (viz svářitelnost).
Základem předpisů o bezpečnosti jsou různé vlastnosti uzavřených profilů válcovaných za tepla a za studena, které budou dále představeny na příkladu parametrů rozložení tvrdosti a vlastní napětí.
Profily MSH válcované za tepla podle EN 10210 vykazují rovnoměrné rozložení tvrdosti po celém obvodu, zatímco studené profily podle EN 10219 se vyznačují vysokou tvrdostí na okrajích tvarovaných za studena. V důsledku toho je třeba počítat s nehomogenními parametry pevnosti. Maximální tvrdost se také vyskytuje ve sváru podélném. To znamená, že v daném případě svár nebyl podroben tepelnému zpracování. Možnost využití v projektových výpočtech zvýšení pevnosti v okrajové oblasti studených profilů, kterou naznačují různé strany, je problematická kvůli obtížím při odhadu rizika, pokud nebylo předem vyloučeno příslušnými normami.
Rozložení tvrdosti v studených profilech
Rozložení tvrdosti v horkých profilech
Výrazný rozdíl mezi profily válcovanými za tepla a za studena je patrný při rozložení tvrdosti na průřezu (viz diagramy).
Obraz rozložení tvrdosti je podobný průběhu vlastních napětí. Profily MSH válcované za tepla vykazují na celém průřezu výjimečně rovnoměrná vlastní napětí na velmi nízké úrovni, zatímco studené profily vykazují vysoká tahová napětí. Grafiky uvedené níže to jasně ukazují.
Rozložení podélného vlastního napětí pro profil „studený“ a „horký“ vyrobený z oceli S235 v N/mm². Profil „studený“ EN 10219 – 160x160x6
Rozložení podélného vlastního napětí pro profil „studený“ a „horký“ vyrobený z oceli S235 v N/mm². Profil „horký“ EN 10210 – 180x180x6
Při zpracování uvedených profilů (svařování, pozinkování atd.) může dojít k vzniku vlastních napětí a k nekontrolovanému deformování profilů nebo konstrukcí. Náklady spojené s narovnáváním mohou dosáhnout značné úrovně.
Část 5. Údernost
Profily MSH nabízejí také optimální možnosti použití i při nízkých teplotách.
Prasknutí představuje jednu z nejnebezpečnějších situací, se kterými se může konstruktér v oblasti ocelových konstrukcí a strojírenství setkat. Prasknutí je nebezpečné, protože nastává náhle bez jakýchkoliv předchozích příznaků, a to i při zatíženích výrazně pod přípustnými napětími.
Nebezpečí prasknutí roste s rostoucím stupněm studeného tváření. Důležitým ukazatelem tendence k praskání může být zkouška údernosti, protože tento parametr se zhoršuje s rostoucím stupněm studeného tváření. Teploty přechodu do křehkého stavu se posouvají o cca 3-5 °C na každý 1% deformace v nepříznivém směru. Vzhledem k tomu, že deformace profilů válcovaných za studena se pohybuje v rozmezí 20-30% (v extrémních případech až 43 %!), je posun teploty přechodu značný.
To vyplývá také ze společných výzkumných projektů realizovaných univerzitami v Torontu, Kanada a v Karlsruhe, Německo. Diagram převzatý z publikace uvedený níže jasně ukazuje na rozdíly mezi profily válcovanými za tepla a za studena. Výběr polohy a směru vzorku byl proveden tak, aby se dosáhlo nejvyšších hodnot. Výsledky výzkumu ukazují, že profily válcované za tepla vykazují při nízkých teplotách výrazně menší tendenci k praskání.
Na základě výsledků výzkumu byla vypracována doporučení pro výhradní použití uzavřených profilů vyráběných za tepla v konstrukcích zatížených dynamicky, kde má zásadní význam rovnoměrná vazkost ve všech polohách a formách vzorků. Také americká norma týkající se uzavřených profilů vyráběných za studena ASTM A 500⁷ upozorňuje v poznámce, že uvedené profily mohou být nevhodné pro nízké teploty v konstrukcích zatížených dynamicky.
Z uvedených rozdílů vyplývá, že v důsledku značných deformací za studena (maximálně až 43 %!) dochází k výraznému vyčerpání rezerv deformovatelnosti oceli. V důsledku toho existuje nebezpečí defektu, který není signalizován pomalým zvětšováním trhliny, ale dochází k náhlému prasknutí, které není předcházeno žádnými předchozími jevy. Profily MSH válcované za tepla zaručují plnou bezpečnost i v tomto ohledu.
Část 6. Použití
Profily MSH EN 10210 – konstrukční výhody vyplývající z mírných zaoblení rohů a velkých a rovnoměrných montážních ploch.
Profily MSH válcované za tepla se vyznačují vynikajícími vlastnostmi také během zpracování.
Během procesu válcování za tepla v profilech MSH EN 10210 s čtvercovým a obdélníkovým průřezem vzniká relativně malý poloměr ohybu (viz také statické hodnoty), který navíc nenarazí tangenciálně na boční plochy, ale vytváří „viditelnou hranu“. V důsledku toho vznikají vynikající podmínky pro provedení sváru a spotřeba přídavného materiálu zůstává na nízké úrovni.
Další výhodou mírných poloměrů ohybu jsou velké a rovnoměrné montážní plochy. Tento fakt má rozhodující význam v mnoha oblastech použití; statické výhody profilů MSH lze plně využít při výstavbě konstrukcí.
Část 7. Efektivita
Profily MSH podle EN 10210 – v důsledku toho vše souhlasí.
Efektivita konstrukce je rozhodujícím kritériem. Úspěšná a bezpečná řešení musí být také efektivní. Ekonomičnost konstrukce závisí nejen na ceně jednotlivých prvků, ale také je výsledkem spolupráce mnoha faktorů. Využití specifických vlastností profilů MSH válcovaných za tepla zvyšuje efektivitu konstrukce MSH ve srovnání s jinými variantami řešení:
– redukce rozměrů, tloušťky stěny a v důsledku toho hmotnosti díky výběru optimálního materiálu,
– identické přípoje v podpěrách a konzolách vzhledem k stálému vnějšímu průměru po celé délce konstrukce,
– možnost naplánování větších vzdáleností mezi uzly v konstrukcích příhradových díky vynikajícím statickým vlastnostem, v důsledku toho menší počet uzlů,
– jednoduché a levné zpracování (např. jednoduché a rovné řezy, eliminace přípravy před provedením sváru, jednoduché svary v úhlech),
– malý objem sváru vyplývající z malých vnějších průměrů a mírných tlouštěk stěn,
– malý objem sváru vyplývající z malých poloměrů ohybu v čtvercových a obdélníkových profilech,
– nižší náklady na malování díky malým plochám a v důsledku toho snížení nákladů na ochranu proti korozi,
– využití průřezu prázdných prvků pro betonové vyplnění za účelem zvýšení mezního zatížení,
– využití průřezu prázdných prvků pro betonové/vodní vyplnění pro protipožární ochranu,
– využití průřezu prázdných prvků pro vedení napájecích kabelů (klimatizace, elektrický proud, voda atd.), v důsledku toho není nutné provádět samostatné kabelové kanály.
Je tedy zřejmé, že důležitá není pouze cena za tunu, ale také celkový výsledek. A ten hovoří ve prospěch profilů válcovaných za tepla!
Část 8. Profily MSH – EN 10 210: klíč k úspěchu
Profily MSH válcované za tepla podle normy EN 10 210.
Mezi profily válcovanými za tepla a za studena existují zásadní rozdíly v otázce vlastností. Cílem zdůraznění existujících rozdílů jsou profily válcované za tepla a za studena, které budou v souladu s evropskými normami umístěny v oddělených podmínkách dodávky a budou také různě posuzovány v předpisech týkajících se výpočtu profilů (např. Eurocode 3). Povinnost seznámit se s uvedenými předpisy se vztahuje také na všechny uživatele. Vzhledem k tomu je nezbytné uvést základní normy (např. EN 10 210) pro praktické použití.
Z tohoto důvodu je při statických výpočtech, v dokumentaci k výběrovému řízení a na provedených výkresech nutné uvést přesný popis produktu: profily válcované za tepla podle normy EN 10 210, spolu s certifikátem výrobce (např. 3.1).
Profily za studena lze vždy nahradit profily vyráběnými za tepla. Pokud výpočty vycházejí z uzavřených profilů válcovaných za tepla, v praxi by se měly používat pouze tento typ profilů. Profily MSH válcované za tepla jsou bezpečnou volbou.
Samozřejmě, že profily MSH mají mechanické, technologické a geometrické vlastnosti doporučené v dodacích normách. V mnoha případech je také povoleno splnit přání zákazníka, které přesahují rámec normy.
Máte dotazy?
Zavolejte nebo napište, určitě vám pomůžeme.
Zavolejte
+48 63 27 438 00