Att beakta vid konstruktion i aluminium. Kap 19 1
Låg vikt (densitet = 2 700 kg/m3 ) - Låg vikt har betydelse främst när egentyngden är dominerande samt vid transport och montering. Låg elasticitetsmodul (E = 70 000 MPA) - Vid tryckta konstruktioner eftersträvas så liten slankhet som möjligt. Deformationskrav är ofta dimensionerande vid aluminiumkonstruktioner. Välj lämplig massfördelning (t.ex. fackverk) eller statiskt obestämda konstruktioner. Relativt låg utmattningshållfasthet - Utmattningsbelastad aluminiumkonstruktion utformas så att de snitt, där stor spänningsvaration förväntas, i möjligaste mån utgörs av oförsvagat grundmaterial. Relativt låg hårdhet - Hårdheten är realtivt låg. För värden, se kapitel "Hur väljer man rätt legering?" Undvik transport och montageenheter, som på grund av storlekeller detaljutformning kan deformeras eller ytskadas. 2
Egenskap Aluminium Stål Al/Stål Densitet: ρ [kg/m³] 2700 7900 1/3 E-modul: E [GPa] 70 210 1/3 Skjuv-modul: G [GPa] 26 80 1/3 Längdutvidgningkoeff.: α [1/ C ] 24 x 10-6 12 x 10-6 2/1 Smältpunkt: [ C ] 650 660 1530 1/2 Sträckgräns: R p0,2, R el [MPa] 70 (max 700) 220 (max 1500) 1/3 Utmattningsgräns Nej Ja 3
En aluminiumbalk och en stålbalk väger ungefär lika mycket om balkhöjden är densamma. Om balkhöjden tillåts öka kan betydande viktsbesparing uppnås. 4
5
Låg dämpningsfaktor - Vid svängningspåverkan vid varierande störfrekvenser (t.ex. vindstötar), bör konstruktionen ges sådan styvhet att dess egenfrekvens med god marginal är större än den största störfrekvensen. Mycket korrosionshärdigt - Korrosionshärdigheten är ofta ett avgörande skäl till att välja aluminium. Formbarhet - Aluminium är - speciellt i dess lägre hårdhetstillstånd - lätt formbart i kallt tillstånd. - Alumniumplåt kan bockas i kantpress, rullformas, djupdragas och djuppressas Kan strängpressas - Strängpressningstekniken ger stor möjlighet till funktionsanpassade profiler. - Små tvärsnittsvariationer Strängpressade aluminiumprofiler med öppna tvärsnitt tillverkas med små toleranser och initialkrokigheten är liten jämfört med valsade profiler. - Små egenspänningar Strängpressade aluminiumprofiler har små egenspänningar 6
Inte känsligt för sprödbrott vid låga temperaturer - Aluminium blir inte sprött vid låga temperaturer. Materialet blir som regel segare och styvare Relativt stor värmeutvidgning (Värmeutvidgningskoefficienten: 23 10-6 / C) - Inverkan av temperaturvariationer (varierande driftstemperatur, temperaturväxlingar) beaktas om resulterande rörelser kan ge upphov till tvångskrafter. - På grund av den låga elasticitetsmodulen blir spänningar vid förhindrad längdutvidgning måttligt stora. - Vid statiskt obestämt system ska hänsyn tas till spänningar av temperaturväxlingar. Stor värmeledningsförmåga - Temperaturskillnader på olika sidor av en profil utjämnas snabbt. För värden se kapitel "Hur väljer man rätt legering?" 7
Hållfasthetsreduktion genom värmepåverkan - Material som används i bärande aluminiumkonstruktioner har givits förhöjd hållfasthet genom kallbearbetning eller värmebehandling. Värmepåverkan genom varmriktning, varmformning, och framförallt svetsning, medför lokal hållfasthetsnedsättning hos materialet. - Om uppvärmning måste ske av konstruktions- eller tillverkningstekniska skäl, bör denna förläggas inom områden med låga spänningar - t < 80ºC Aluminium opåverkat av temp - 80º < t <120ºC Överväg dimensionering mht temp - t > 120ºC Hänsyn måste tas till temp 8
Hållfastheten reduceras vid svetsning Material som används i bärande konstruktioner har fått sin hållfasthet förhöjd genom värmebehandling eller kallbearbetning. Svetsning, men även varmriktning och varmformning, medför lokal nedsättning av hållfastheten. - 6xxx-material i tillstånd T6 förlorar ungefär hälften av sin hållfasthet i den värmepåverkade zonen vid svetsning. - Material i T 4-tillstånd behåller i huvudsak sin hållfasthet. 9
Eurocode 9: Aluminiumkonstruktioner I princip samma beräkningar som för stål - Ed Rd Skillnader: - Al saknar sträckgräns. Därför gäller: f k = f 0 (f 0 = R p 0,2 ) - För al finns två γ M γ M1 = 1,1 : används i samband med f 0 γ M2 = 1,25 : används i samband med f u (R m ) Säkerhetsklass: γ d läggs på lastsidan: E d = γ d E k (γ d = 1 γ n ) HAZ = Heat Affected Zone (värmepåverkad zon) f 0,HAZ och f u,haz är karakteristiska hållfastheter för svetspåverkat material - Vid svetsning påverkas materialet närmast svetsen av värme vilket medför en reduktion av hållfastheten även vid statisk belastning Andra värden gäller för gränser mellan tvärsnittsklasser vid risk för buckling 10
Vi har ett runt strängpressat rör - Material: AW 6082-T6 EP/H - L = 2500 mm - Medeldiameter = 150 mm - Tjocklek = 2,7 mm Röret belastas i axiell led med kraften F = 200 kn Röret kan anses ledat infäst på båda ändar Stor risk för personskador Kontrollera rörets bärförmåga..\..\00-handböcker\sapa-handbok f konstr.pdf 11
12
13
Tvärsnittsdelar: Inre = Inspänd efter två kanter Utstickande = Inspänd efter en kant 14