Proiectarea Unei Hale Mecanice

CUPRINS

=== Proiectarea unei hale mecanice ===

CUPRINS

1. MEMORIU DE PREZENTARE

1.1. DESCRIEREA GENERALĂ A HALEI INDUSTRIALE DIN PUNCT DE VEDERE CONSTRUCTIV ȘI FUNCȚIONAL

Prin hale se înțeleg construcții cu un singur nivel, care închid spații mari, întinse. De obicei spațiul interior al unei hale este limitat de acoperiș și de pereții laterali fiind complet liber sau împărțit în mai multe deschideri prin șiruri de stâlpi; pe unele porțiuni pot exista pereți interiori care compartimentează interiorul. De asemenea, după necesități, pot exista la diferite niveluri platforme și galerii.

1.2. ALCĂTUIREA GENERALĂ A HALELOR INDUSTRIALE

Halele au utilizări foarte diferite. Pot servi ca hale de fabricație, magazii, hangare, garaje, etc.. Dimensiunile generale sunt determinate de destinația lor, de modul în care se impune să fie rezolvate sistemele interioare de transport și de modul de rezolvare al luminării, aerisirii, încălzirii și izolării. Mai pot avea unele influențe necesitatea de extindere, de adaptare la condițiile tehnologice viitoare, natura terenului de fundații, etc..

Construcția de hale metalice constituie un sistem spațial complex format din diferite elemente. Structura metalică a halei poate servi numai pentru susținerea acoperișului, sau poate să mai susțină și utilajele de ridicare și de transport și alte instalații industriale. Diversitatea mare a domeniilor în care se folosesc halele metalice și a condițiilor pe care trebuie să le îndeplinească, conduce la tipuri de hale cu forme și alcătuiri foarte variate. Halele industriale cu forme și alcătuiri specifice diferitelor ramuri industriale sunt cele mai răspândite.

În alcătuirea structurii metalice a halelor industriale intră în general următoarele părți:

a) elementele acoperișului, formate din pane, luminatoare, ferme sau grinzi cu secțiune plină, care susțin învelitoarea și eventual diverse instalații și sisteme de transport;

b) structura de rezistență, alcătuită din stâlpi și ferme, din cadre cu secțiune plină sau din alte combinații de elemente astfel legate între ele încât să alcătuiască sisteme portante, în general plane. Unele elemente ale structurii de rezistență și ale acoperișului pot fi comune. Structura de rezistență primește încărcările ansamblului construcției și le transmite la fundații; împreună cu alte elemente asigură rigiditatea necesară halei;

c) contravântuirile elementelor acoperișului și pereților; acestea preiau forțele orizontale pe care le transmit structurii de rezistență sau direct la fundație; asigură stabilitatea elementelor de rezistență și contribuie la rigidizarea halei;

d) scheletul metalic al pereților, alcătuit din stâlpi și din grinzi orizontale pe care se fixează elementele de închidere ale pereților;

e) construcțiile auxiliare, formate din grinzile căilor de rulare ale utilajelor de ridicare și de transport, din platforme, susțineri, scări, etc., necesare procesului tehnologic.

Fiecare din aceste părți, de la caz la caz, ajunge la forme, dezvoltări, alcătuiri diferite; pe grupe de construcții ele se pot însă uniformiza, ceea ce duce la avantaje tehnice și economice.

1.3. FORMA HALELOR ÎN PLAN ȘI ÎN ELEVAȚIE

În plan halele industriale au în general formă dreptunghiulară sau compusă, prin alăturarea a o serie de dreptunghiuri, după cerințele tehnologice. Halele cu alte destinații (sport, întruniri, expoziții) capătă de cele mai multe ori alte forme: circulare, ovale, poligonale. Alegerea formei și dezvoltarea în plan și în secțiune a halelor industriale sunt influențate în primul rând de procesul tehnologic.

Din studiul tehnologic rezultă date referitoare la:

amplasamentul și gabaritul utilajelor de producție, de ridicare și transport ale instalațiilor din hală și de sub nivelul pardoselii;

regimul și condițiile de exploatare;

necesitățile de dezvoltare viitoare prin extinderea halelor și prin modificarea gabaritelor și a capacității utilajelor;

Intervin apoi elementele de ordin constructiv și economic:

rapoarte între dimensiunile generale și schemele constructive care să ducă la o folosire rațională a spațiului și la un consum minim de oțel;

folosirea unor elemente de construcție tipizate care ușurează construcția și montajul.

Concomitent cu stabilirea formei în plan și în elevație se alege rețeaua de stâlpi respectându-se principiul modelării. La halele cu o singură deschidere stâlpii sunt așezați pe liniile pereților laterali; la halele cu mai multe deschideri apar șiruri de stâlpi interiori. Este preferabilă adoptarea unei rețele de stâlpi așezați la intersecția liniilor care determină traveea și deschiderile adoptate, ceea ce duce la o rezolvare constructivă uniformă. Mărimea traveei se stabilește după necesitățile tehnologice și de tipizare. Între stâlpii halei se așează deseori utilaje, cuptoare și alte instalații care pot impune distanța dintre stâlpi; tipizarea cere distanțe uniforme. Dimensiunile caracteristice în plan ale halelor industriale sunt date de deschideri și travee.

1.4. ÎNCĂRCĂRILE HALELOR INDUSTRIALE

Structura de rezistență a halelor metalice și învelitorile sunt ușoare. În construcțiile industriale intervin sarcini permanente, utile și accidentale în combinații foarte variate. Sarcini permanente, uneori însemnate, dau canalele de ventilație, conductele pentru energie, pasarelele de acces. De construcțiile metalice pot fi suspendate rezervoare, buncăre sau alte instalații tehnologice cu greutate constantă sau variabilă. În anumite sectoare industriale peste acoperișuri sau pe pereți se așează conducte de gaze cu diametru mare, grele.

Platformele din hale care se găsesc în jurul utilajelor, cuptoarelor, etc., ajung să suporte uneori încărcări destul de mari din cărucioare, vagoane, din materialele care se depun pe pardoseli sau din piesele care se depozitează cu ocazia demontării pentru reparații.

Unele instalații sunt așezate pe platforme sau sunt susținute direct de construcție, dând și unele forțe orizontale, vibrații sau șocuri. Un caracter deosebit al celor mai multe dintre sarcinile utile care se întâlnesc în halele industriale este că acestea variază mult și la intervale de timp scurte și au efecte dinamice importante. Aceste efecte se manifestă foarte dezavantajos pe măsură ce instalațiile și construcția se uzează, acțiuni care provoacă fenomenele de oboseală ce se întâlnesc des în cadrul halelor industriale.

Influența încărcării cu zăpadă asupra șarpantelor construcțiilor metalice, în special când învelitorile sunt ușoare, este destul de importantă. Încărcarea cu zăpadă poate deveni dezavantajoasă și prin aglomerări care sunt posibile pe suprafețe mari.

Cunoașterea sarcinilor, a valorii lor și a modului de acțiune, în cazul halelor metalice, este necesară pentru că acestea au influență asupra dezvoltării calculelor, asupra formelor constructive care se adoptă și asupra modului de rezolvare a detaliilor construcției.

1.5. INFLUENȚA CONDIȚIILOR DE EXPLOATARE

Împărțirea construcțiilor halelor industriale în grupe după regimul de exploatare, constituie un principiu rațional care permite ca măsurile care se iau la proiectarea acestora să fie diferențiate după importanța și solicitările la care sunt supuse construcțiile. Prin aceasta se mărește durata și se reduc cheltuielile de exploatare la construcțiile supuse unui regim de exploatare mai greu și se evită supradimensionarea construcțiilor cu un regim mai ușor.

Criteriile de diferențiere admise astăzi de prescripțiile noastre se referă la construcții întregi; ar fi însă util să se stabilească unele diferențe chiar și pentru elementele aceleiași construcții, deoarece unele dintre ele sunt supuse la condiții diferite. De exemplu, elementele structurii de rezistență, grinzile căilor de rulare lucrează în condiții mai grele decât elementele șarpantei acoperișului și a pereților. Pe de altă parte și importanța ieșirii din funcțiune a diverselor elemente ale aceleiași construcții este diferită.

Clasificarea construcțiilor halelor în grupe ține seama de condițiile de solicitare datorate podurilor rulante și de acțiunile dinamice date de utilajele tehnologice și de mijloacele de transport.

În cazul de față, hala industrială se încadrează în grupa a II-a cu regim de exploatare mediu cuprinzând construcții care au poduri rulante cu regim de lucru mediu folosite mai puțin de jumătate de timp și cu încărcări variate, de la cele mai mici până la capacitatea normală. Viteza de deplasare a podurilor este sub 100 [m/min]; șocurile sunt medii; se lucrează în două schimburi. Hala este situată într-o regiune la care temperatura de exploatare minimă este de -30 [oC]. Încărcările datorate zăpezii pot ajunge la valori cuprinse între 50-70 [daN/m2], iar presiunea datorată vântului poate ajunge la valoarea maximă de qv = 50 [daN/m2].

1.6. DESCRIEREA GENERALĂ A STÂLPILOR PENTRU HALE INDUSTRIALE DIN PUNCT DE VEDERE CONSTRUCTIV ȘI FUNCȚIONAL

Structurile cu stâlpi și cu ferme au formă de cadre așezate transversal halei; au o deschidere sau mai multe deschideri. În general se urmărește să se dea structurilor o formă și o dezvoltare care să corespundă cât mai bine solicitărilor la care sunt supuse. Cele mai des utilizate sunt structurile încastrate în fundații și cu legături rigide între stâlpi și ferme. Încastrarea stâlpilor în fundații se face în toate cazurile deoarece legătura încastrată permite soluții mai rigide și mai avantajoase din punct de vedere constructiv și economic. Încastrarea nu este indicată doar în cazul în care terenul este de o așa natură încât nu ar putea suporta efectele momentelor.

Un exemplu de asemenea structură este redată în figura 1.1.

Fig. 1.1. Model structuri încastrate.

La alcătuirea acestor structuri este necesar să se țină seama de posibilitățile de tipizare și uniformizare a elementelor acestora. Stâlpii halelor pot căpăta forme comune sau asemănătoare la diferite categorii de structuri.

1.7. FORMELE CONSTRUCTIVE ȘI ALCĂTUIREA STÂLPILOR HALELOR INDUSTRIALE

Stâlpii halelor industriale pot fi clasificați după mai multe criterii: după alcătuirea secțiunii transversale, aceștia pot fi cu înălțimea secțiunii transversale constantă sau variabilă, cu secțiune plină sau din elemente depărtate solidarizate cu plăcuțe sau zăbrele.

Stâlpii cu înălțime constantă se folosesc când solicitările (momente și forte axiale) variază relativ puțin și pe lungimea acestora. Sunt indicați la hale cu poduri rulante cu capacitate mică de ridicare, la construcții ușoare, la platforme industriale, la diferite susțineri, etc. (figura 1.2).

Fig. 1.2. Stâlpi pentru construcții ușoare.

Acești stâlpi se pot realiza cu secțiune plină prin sudare automată sau, când condițiile constructive sau de rigiditate necesită îndepărtarea ramurilor, din elemente depărtate zăbrelite.

Stâlpii cu înălțimea variabilă se folosesc de regulă la hale unde variația eforturilor este mai pronunțată (figura 1.3).

Fig. 1.3. Stâlpi cu înălțime variabilă.

Halele industriale cu poduri rulante au stâlpii cu înălțimi constante pe anumite zone (stâlpi cu secțiunea în trepte). De regulă, se dezvoltă secțiunea de sub nivelul grinzii podului rulant. Stâlpii cu variație în trepte se pot realiza cu secțiune plină sau dacă ramurile verticale rezultă prea depărtate poate rezulta mai economică alcătuirea părții inferioare cu zăbrele, iar a părții superioare cu secțiune plină.

Stâlpii cu secțiune plină se realizează prin sudarea automată a tablelor și a platbandelor care alcătuiesc inima și tălpile. În cazul elementelor puternic solicitate precum și pentru mărirea rigidității în plan transversal tălpile la rândul lor se alcătuiesc din profile dublu T laminate, sau din profile compuse prin sudură.

Elementele cu zăbrele se alcătuiesc din profile laminate sau compuse prin sudură. Solidarizarea cu plăcuțe nu se aplică decât la stâlpii comprimați centric; în cazul stâlpilor solicitați de forțe axiale, momente și forțe tăietoare se adoptă soluția cu zăbrele evitând astfel apariția momentelor suplimentare în ramurile stâlpului. Ramurile stâlpilor cu solicitări mari se realizează prin elemente sudate, iar zăbrelele din corniere sau dacă este necesar din profile U.

Pentru a asigura indeformabilitatea stâlpilor și pentru a mări rigiditatea lor la răsucire se prevăd din loc în loc nervuri (la stâlpii cu secțiune plină) și diafragme de rigidizare (la stâlpii din elemente depărtate – figura 1.4).

Fig. 1.4. Nervuri și diafragme de rigidizare.

La stâlpii cu secțiune plină cu inima având suplețe mare, pentru a evita fenomenele de voalare, pe lângă nervurile de rigidizare transversale, se poate prevedea și o nervură longitudinală continuă. În acest caz nervurile transversale se întrerup sudându-se de nervurile longitudinale, iar la verificare în aria secțiunii transversale a stâlpului se consideră și suprafața nervurilor longitudinale. Nervurile transversale se prevăd de regulă la extremități și în cel puțin două secțiuni de pe lungimea unui tronson de montaj a stâlpului (figura 1.4). Dispunerea lor este obligatorie și în dreptul prinderilor unor console sau grinzi, zone unde se transmit forțe locale importante. La elementele cu zăbrele dispunerea diafragmelor transversale se efectuează după aceleași reguli ca și nervurile transversale la stâlpii cu susținere plină.

Capetele stâlpilor sunt amenajate astfel încât să permită rezemarea grinzilor. De regulă sub placa de centrare a grinzii, platforma de rezemare din capul stâlpului se întărește cu nervuri de rigidizare verticale care la rândul lor sunt prevăzute la partea inferioară cu diafragmă. Reacțiunea se transmite prin intermediul nervurilor de rigidizare verticală la inima stâlpului cu secțiune plină. Stâlpii realizați din elemente depărtate au capul amenajat asemănător, dar lipsind inima plină se prevede cu câte o traversă sau placă laterală de o parte și de alta a ramurii. Reacțiunea se transmite prin intermediul nervurii verticale și a traverselor la ramurile sau montanții stâlpului. Uneori, în locul celor două traverse se poate prevedea numai o singură inimă.

Consolele și zonele de rezemare ale grinzilor de rulare se realizează diferit de la stâlp la stâlp în funcție de mărimea solicitărilor și de modul de realizare al stâlpului (secțiune plină sau din elemente depărtate). La stâlpii cu secțiune constantă și cu inimă plină rezemarea se face pe console dublu T sudate de stâlp (figura 1.5).

Fig. 1.5. Console dublu T sudate de stâlp.

În dreptul tălpilor consolei stâlpul este întărit cu nervuri de rigidizare care transmit forțele orizontale provenite din momentul încovoietor la inima stâlpului. Nervurile de rigidizare, respectiv tălpile consolelor trebuie sudate de stâlp cu suduri care să poată transmite forțele ce le revin.

La stâlpii din elemente depărtate consolele se pot realiza din profile U sau tablă care se sudează în exterior. Dacă stâlpul este în trepte, grinda de rulare se așează de regulă pe una din ramuri (figura 1.6).

Fig. 1.6. Atașarea grinzii de rulare pe ramura stâlpului.

Prinderea grinzii de rulare de stâlp trebuie să asigure transmiterea forțelor care apar în exploatare. Această prindere se realizează cu șuruburi de ancoraj.

Bazele stâlpilor se reazemă prin încastrare în fundația de beton cu ajutorul buloanelor de ancoraj. Bazele stâlpilor se recomandă să fie simple, să se poată așeza ușor și repede și să nu fie influențate mult de eventualele abateri în așezarea buloanelor de ancoraj.

1.8. CARACTERISTICI TEHNICE PRINCIPALE

Hala industrială a cărei stâlpi trebuie proiectați are o înălțime H = 17 [m] și o deschidere L = 21 [m].

Stâlpii halei se proiectează în două variante:

cu inimă plină (secțiune constantă);

cu zăbrele (secțiune variabilă).

Fig. 1.7. Schemele constructive ale celor doi stâlpi.

Dimensiunile caracteristice sunt:

H = 17 [m];

h1 = 4,5 [m];

h2 = 12,5 [m];

L = 21 [m].

1.9. CONDIȚII DE FUNCȚIONARE ȘI EXPLOATARE

Hala industrială în cazul de față este o construcție care lucrează în regim de lucru mediu. Încărcările stâlpilor sunt variate de la cele mai mici până la valoarea nominală. Stâlpii halei industriale sunt încercați la temperatura de exploatare minimă de -30 [oC], încărcările datorate zăpezii ajung până la valori cuprinse între 50-70 [daN/m2], iar presiunea datorată vântului poate ajunge până la 50 [daN/m2].

1.10. ALEGEREA MĂRCII DE OȚEL NECESAR PENTRU A REALIZA STÂLPII HALEI INDUSTRIALE ÎN CONSTRUCȚIE SUDATĂ

Alegerea materialelor metalice pentru realizarea elementelor unei construcții de oțel este o problemă importantă, cu un grad mare de complexitate. Prin alegerea judicioasă a materialelor metalice trebuie să se asigure construcției o eficiență cât mai mare din punct de vedere al execuției (uzinare, montaj), al exploatării (siguranță în exploatare, întreținere), al consumului de oțel și al costului.

Alegerea materialelor metalice pentru o construcție se face în funcție de natura, importanța și mărimea solicitărilor, de nivelul temperaturii și condițiilor de exploatare, condițiile de execuție, costul oțelului, etc., și constă în stabilirea mărcii, a clasei de calitate și a gradului de dezoxidare a oțelului pentru structura de rezistență.

Structura de rezistență a unei hale este importantă deoarece adăpostește oameni, procese tehnologice, și trebuie să i se asigure o bună siguranță în exploatare.

O altă problemă care apare la alegerea oțelului este aceea că se lucrează la temperaturi relativ scăzute care tind spre -30 [oC] și pentru realizarea stâlpilor se folosesc profile laminate.

Realizarea unor construcții metalice sudate durabile cu o bună comportare în exploatare este determinată de conservarea tenacității îmbinărilor și a cusăturilor sudate, deci a sudabilității. Sudabilitatea oțelurilor depinde de foarte mulți factori și determină, în condițiile de sudare date, atitudinea tehnică a oțelurilor pentru realizarea anumitor îmbinări.

Principalii factori care influențează sudabilitatea oțelurilor sunt: proprietățile fizico-mecanice ale oțelului, condițiile tehnologice și procedeul de sudare folosit, concepția constructivă adoptată, tendința de fisurare la cald sau la rece a oțelului, condițiile de lucru ale elementelor sudate, natura și nivelul solicitărilor, temperatura de serviciu, etc.

La alegerea clasei de calitate a oțelului există tendința de a alege indiferent de natura construcției și condițiilor de lucru oțelul cel mai bun și cu o clasă de calitate cât mai ridicată. Cu cât clasa de calitate a oțelului este mai ridicată, cu atât el se obține mai greu și din această cauză este mai scump.

Din punct de vedere economic și tehnic rațional este să se respecte principiul de a folosi oțelul cel mai potrivit unui anumit scop dat în funcție de solicitare, exploatare și montaj.

Oțelul folosit trebuie să fie astfel ales și pus în operă încât sub influența condițiilor de execuție și exploatare, precum și de influențele produse din exterior, ca și cea datorită temperaturilor scăzute, să nu prezinte o scădere periculoasă a capacității de rezistență față de o eventuală rupere fragilă.

Un alt criteriu pentru realizarea construcției este felul și mărimea încărcărilor la care este supusă construcția. Stâlpii halei sunt solicitați variabil dinamic și pe lângă condiția de rezistență mai trebuie să îndeplinească în mod riguros și condiția de stabilitate locală și generală, plus săgeata stâlpului să fie mai mică decât cea admisă. Având în vedere aceste considerente pentru stâlpi se alege o marcă de oțel nu mult superioară, dar cu o clasă de calitate ridicată. Din STAS 500/2-80 se alege oțelul de uz general OL 37. Stabilitatea clasei de calitate a oțelurilor pentru construcții metalice sudate se face cu ajutorul metodei coeficientului de periculozitate (STAS R8542-70). Această metodă permite stabilirea clasei de calitate a unui oțel în funcție de natura și severitatea solicitărilor, grosime a produsului și temperatura de exploatare a construcției (diagrama 1.1).

Diagrama 1.1. Determinarea clasei de calitate a oțelului.

În acest scop se calculează coeficientul de periculozitate în cazul solicitărilor de tracțiune sau de compresiune, cu relația:

G = KSB, unde:

K – factor constructiv;

S – factor de importanță;

B – factor de solicitare.

Oțelul de uz general OL 37 este un oțel care are răspândirea cea mai largă în tehnica construcțiilor, satisface în cea mai mare măsură condițiile cerute, fapt pentru care mai este denumit și oțel normal de construcții.

Deoarece stâlpii au cusături continue pe întreaga lungime a lor, sunt alcătuiți cu secțiune cu inimă plină și cu zăbrele. Totodată sunt rigidizați cu elemente transversale și au elemente cu cusături transversale și longitudinale la toate celelalte elemente, dar și în zonele în care apar variații mari de secțiune. Se obține astfel un coeficient K = 1,4.

Stâlpii halei sunt construcții sudate de o importanță deosebită, fiecare element component având un rol de funcționare bine definit, astfel încât se alege coeficientul S = 1.

Solicitarea stâlpilor este mare; apar solicitări dinamice importante și solicitări prin șoc cu viteză de solicitare peste 5000 [daN/cm2·sec]. Funcție de aceste considerente se alege coeficientul B = 1,4.

Coeficientul de periculozitate va fi :

G = KSB = 1,4 1 1,4 = 1,96 2

Ținând cont de temperatura minimă de exploatare care este de -30 [oC] și de grosimea maximă a laminatelor de 25 [mm], se obține clasa de calitate 3k.

Tabelul 1.1.Caracteristicile mecanice și compoziția chimică a oțelului stabilit

1.11. DEFINITIVAREA SOLUȚIEI CONSTRUCTIVE A

TEMEI DE PROIECTARE

Din cele specificate anterior, stâlpii halei se vor construi în două variante:

cu inimă plină;

cu zăbrele.

Pentru grinzile căii de rulare se va alege soluția de grindă continuă cu inimă plină, cu grindă de frânare din zăbrele sau cu inimă plină cu pasarelă de circulație la nivelul șinei.

Contravântuirile stâlpilor se dispun în plan paralel cu axa de simetrie a halei și pe linia stâlpilor marginali (în pereții halei) și totodată la cele două capete ale halei.

2. MEMORIU DE CALCUL ȘI PROIECTARE

Calculul construcțiilor în România, după normele în vigoare, se face în stadiul elastic.

Dimensionarea elementelor de construcții din oțel, în cazul construcțiilor civile și industriale se face cu metoda stărilor limită (STAS 10108/0-78).

Stabilirea formei secțiunii elementelor de construcții din oțel se recomandă să se facă cu luarea în considerare a următoarelor criterii generale menite să asigure:

siguranță maximă în exploatare a elementelor de construcții;

consum minim de oțel;

realizare cât mai simplă;

secțiunile pe cât posibil simetrice față de planul de acțiune al solicitărilor.

2.1. ALCĂTUIREA CĂII DE RULARE

Grinzile căilor podurilor rulante pot fi așezate pe consolele stâlpilor , pe stâlpi, care se lățesc la nivelul tălpii inferioare sau pot fi așezate pe console susținute de grinzile longitudinale ale halelor. Pe console se așează numai grinzile podurilor rulante de capacitate mică (5 – 10 [tf]).

Fig. 2.1. Console poduri rulante de capacitate mică.

În mod obișnuit, calea de rulare se compune din:

grinda de rulare sau grinda principală pe care circulă podul rulant și care preia forțele orizontale și verticale transmise de podul rulant;

grinda de frânare care preia forțele transversale a căii rezultate din frânarea căruciorului podului rulant;

șina de rulare susținută de grinda de rulare.

Grinzile de rulare se alcătuiesc în general cu secțiune plină dublu T (simetrică sau asimetrică). Grinzile de rulare cu secțiune plină pot fi simplu rezemate sau continue pe întregul tronson al halei.

În acest caz, se alege grinda de rulare cu secțiunea plină continuă pe întregul tronson al halei.

Grinda de frânare poate fi cu zăbrele sau cu inimă plină. Acest lucru depinde de grupele de funcționare ale podurilor rulante. Podina de circulație se realizează din grătare cu tablă expandată.

La calea marginală grinda de frânare are una din tălpi formată de talpa superioară a grinzii de rulare și talpa dinspre exterior realizată din profil U,I sau corniere. Cele două tălpi sunt legate între ele cu zăbrele sau cu inimă plină.

2.2. ACȚIUNI CARE SOLICITĂ CALEA DE RULARE

2.2.1. Încărcări transmise de roțile podului rulant

a) încărcări verticale

Încărcările verticale transmise de roțile podului rulant variază ca intensitate în funcție de poziția căruciorului de pe pod. Pentru podurile rulante de uz general avem următoarele valori ale încărcărilor normale:

pmaxn = 185 [kN]

pminn = 81 [kN]

b) încărcări orizontale

În lungul căii de rulare frânarea unui pod provoacă o forță orizontală la fața superioară a șinei având rezultanta:

p1n = fpmax.fn = 0,1·185 = 18,5 [kN], unde :

p1n – forța normală orizontală din frânarea podului;

pmax.frn – suma apăsărilor verticale maxime normale a roților de frânare pe aceleași șine;

f – coeficient de frecare a roților de șină.

Frânarea căruciorului provoacă transversal căii în plan orizontal un convoi de forțe concentrate mobile, transmise la fața superioară a șinei de rulare prin roțile podului rulant. Roțile având bandaj în ambele părți, acțiunea frânării căruciorului se poate transmite integral unei singure căi de rulare.

Valoarea forței normale din frânarea căruciorului este:

unde:

n = 2 – numărul roților podului rulant pe aceeași șină;

ncf = 2 – numărul roților de frânare a căruciorului;

k = 1 – coeficient ce depinde de tipul suspensiei; în acest caz avem suspensie flexibilă;

nc = 4 – numărul roților căruciorului.

Transversal căii de rulare iau naștere și forțe orizontale din deplasarea oblică a podului rulant sau datorită neparalelismelor șinelor denumite forțe de șerpuire. Forța de șerpuire are valoarea:

2.2.2. Încărcări datorate acțiunilor din calea de rulare

a) greutatea proprie a grinzii de rulare

ggrn = (0,15..0,3)LT = (0,15..0,3)12 = 1,8..3,6 [kN/m]

Se consideră:

ggrn = 2,4 [kN/m]

b) greutatea proprie a șinei de rulare, inclusiv prinderile

gSn = 1,15 x b2 x γ0 = 1,15×0,12×78,5 = 0,9 [kN/m]

b – lățimea șinei (se aproximează)

γ = 7850 [kg/m3] – greutatea specifică a oțelului

c) greutatea contravântuirii orizontale se estimează la valoarea:

gnf = 0,9 [kN/m2]

e) încărcarea utilă pe platforma de circulație este:

gnn = 1,3 [kN/m2]

f ) încărcarea permanentă normală asupra grinzii este:

bf = 1 [m] – lățimea estimată a grinzii de frânare

Valorile estimative au fost stabilite conform [2].

2.3. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA STÂLPILOR

HALEI INDUSTRIALE

Proiectarea și dimensionarea stâlpilor unei hale în construcție metalică se referă la:

stâlpii halei (în două variante constructive);

baza stâlpilor;

consola stâlpilor.

Materialul ales pentru realizarea stâlpilor și a celorlalte elemente ale lui este OL 37.

2.4. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA STÂLPILOR ÎN VARIANTA CONSTRUCTIVĂ GRINDĂ CU ZĂBRELE

Acești stâlpi se realizează cu secțiune constantă, nesimetrică deoarece ei sunt solicitați de încărcări normale N, tangențiale T și momente încovoietoare M.

Stâlpul se compune din două părți: partea superioară, realizată din elemente cu inimă plină de formă dublu T simetric și din partea inferioară a stâlpului realizată din elemente cu zăbrele. Aceste părți se îmbină printr-o consolă.

Grinzile cu zăbrele sunt elemente de construcții care lucrează la încovoiere și sunt formate dintr-o rețea de triunghiuri, realizate din bare, geometric nedeformabile.

Pentru stâlpul din cazul de față s-a ales o grindă cu zăbrele cu tălpi paralele care prezintă avantajul unei execuții simple deoarece toate zăbrelele au aceeași lungime.

Alegerea sistemului cu zăbrele se face ținând seama de următoarele recomandări:

forma sistemului se alege astfel încât să satisfacă destinația respectivă;

numărul nodurilor să fie cât mai mic;

lungimea barelor (mai ales a celor comprimate) să fie cât mai mică;

înclinarea diagonalelor să fie astfel stabilită încât dimensiunile guseelor să rezulte cât mai mici; se recomandă ca înclinarea diagonalelor față de orizontală să fie de aproximativ 45o (minim 35o, maxim 55o).

Fig. 2.2. Schema de calcul a stâlpului.

2.5. DIMENSIONAREA ȘI VERIFICAREA SECȚIUNII RAMURII SUPERIOARE A STÂLPULUI

a) Încărcări și eforturi;

Ramura superioară este solicitată de eforturi normale N, tangențiale T și moment încovoietor M, care au următoarele valori:

N = 9975 [daN];

T = 1350 [daN];

M = 22950 [daN x m]

b) Dimensionarea secțiunii ramurii superioare;

Ramura superioară a stâlpului are secțiunea I (fig. 2.3), dimensiunile ei se stabilesc constructiv și apoi se verifică.

Fig. 2.3. Ramura superioară a stâlpului de secțiune I.

Înălțimea inimii se stabilește astfel:

stabilim:

Lățimea tălpii este:

stabilim:

Grosimea tălpii și a inimii este:

stabilim:

stabilim:

Valorile normalizate ale secțiunii sunt:

O altă variantă pentru stabilirea valorilor normalizate ale secțiunii este următoarea:

stabilim:

stabilim:

stabilim:

deci, se obține:

c) Stabilirea caracteristicilor geometrice și statice ale secțiunii.

Fig. 2.4. Stabilirea caracteristicilor geometrice și statice.

aria secțiunii:

momentul de inerție al secțiunii după axa x-x

modulul de rezistență al secțiunii după axa x-x

raza de girație după axa x-x

momentul de inerție după axa y-y

modulul de rezistență al secțiunii după axa y-y

raza de girație după axa y-y

d) Verificarea alegerii secțiunii

Verificarea alegerii dimensiunilor secțiunii se face calculând modulul de rezistență necesar.

se alege din [3], tabelul 4.30.

din [3] tabelul 4.5.

se observă că

2.6. VERIFICAREA SECȚIUNII PĂRȚII SUPERIOARE A STÂLPULUI

a) verificarea de rezistență

b) verificarea la alunecare a tălpii față de inimă:

; momentul static al tălpii față de inimă

c) verificarea la solicitări compuse:

d) verificarea stabilității generale

Din [3], tabelul 4.5 rezultă:

e) verificarea stabilității locale a secțiunii:

Stabilirea distanței dintre rigidizări se face cu relația:

Alegem astfel li = 1600 [mm] distanța dintre rigidizările transversale ale stâlpului.

f) verificarea rigidității stâlpului:

2.7. CALCULUL ȘI VERIFICAREA ÎMBINĂRILOR SUDATE ALE SECȚIUNII

Fig. 2.5. Îmbinările sudate ale tălpilor de inimă și ale rigidizărilor.

Înălțimea îmbinării sudate de colț nepătrunse va trebui să respecte relația:

Stabilim a = 5 [mm]

Tensiunea de alunecare în sudură va fi:

TC – este forța tăietoare convențională și se calculează cu relația:

Tensiunea echivalentă în sudură va fi:

Rigidizările transversale se vor suda cu înălțimea a = 4 [mm]

2.8. DIMENSIONAREA ȘI VERIFICAREA SECȚIUNII RAMURII INFERIOARE A STÂLPULUI

Ramura inferioară a stâlpului este solicitată de eforturi normale N, tangențiale T și moment încovoietor M, care au următoarele valori:

Excentricitatea este e = 0,8 [m]

a) alegerea secțiunii.

Ramura inferioară a stâlpului este o grindă cu zăbrele alcătuită din profile laminate U și I, fiind solicitate la compresiune excentrică. Profilele sunt depărtate și solidarizate cu plăcuțe sau zăbreluțe.

Este rațional ca secțiunea să fie nesimetrică, în partea în care se adună efectele profilului să aibă secțiune cât mai mare.

Fig. 2.6. Secțiunea profilului nesimetric.

b) stabilirea elementelor de calcul;

Elementele de calcul sunt:

lungimea de flambaj;

înălțimea secțiunii

;coeficientul razei de girație

pentru stâlpii puternic solicitați – zveltețea față de axa x-x

Stabilim h = 1100 [mm];

aria necesară a secțiunii:

Din [3], tabelul 1.13. alegem un profil I22.

Din condiția ca diagonalele să se găsească în plane paralele, pentru ramura exterioară se alege un profil I22. Pentru elementele secțiunii alese din [3] tab. 1.13., respectiv 1.15., avem:

Fig. 2.7. Secțiune profil I22.

Profilul din oțel laminat I22 are următoarele caracteristici:

Profilul din oțel laminat U22 are următoarele caracteristici:

Fig. 2.8. Secțiune profil U22.

Având în vedere aceste considerente secțiunea ramurii inferioare arată în felul următor:

Fig. 2.9. Secțiunea ramurii inferioare.

2.9. VERIFICAREA SECȚIUNII PĂRȚII INFERIOARE A STÂLPULUI

a) calculul caracteristicilor geometrice:

Caracteristicile geometrice ale secțiunii sunt următoarele:

aria secțiunii transversale

oțel I22 …… ..39,6 [cm2]

oțel U22 …… 37,4 [cm2]

A= 77 [cm2]

poziția centrului de greutate (figura 2.9)

momentele de inerție în raport cu axele x-x și y-y

Tabelul 2.1. Calcularea momentelor de inerție în raport cu axele x-x și y-y

razele de girație în raport cu axele x-x și y-y

modulele de rezistență

Fig. 2.10. Stabilirea distanțelor ld și c.

; înălțimea traversei bazei

; înălțimea traversei consolei

; număr întreg și pozitiv

– lungimea unui panou

diagonalele se apreciază a fi realizate din oțel cornier L50 x 50 x 6

b) verificarea condiției de rigiditate

verificarea ansamblului se face cu relația:

din tabelul 2.8. din [3]

coeficient de zveltețe transformat

coeficient de zveltețe al unui element al secțiunii

– aria secțiunii întregii bare

– aria secțiunii zăbreluțelor

verificarea ramurii celei mai comprimate se face cu relația:

un panou de lungime l1 se verifică cu relația:

c) verificarea capacității portante de exploatare

verificarea stabilității generale a ansamblului se face cu relația:

din [3], tabelul 4.5.

verificarea stabilității ansamblului se face cu relația:

verificarea stabilității generale a ramurii celei mai comprimate se face cu relația:

din [3], tabelul 4.5.

2.10. DIMENSIONAREA ZĂBRELELOR

Forța tăietoare totală care acționează în bară este:

, unde:

T – forța tăietoare din forțele aplicate pe bară

Tc – forța tăietoare convențională datorată flambajului

A – secțiunea brută a barei

Efortul dintr-o diagonală înclinată față de axa stâlpului cu unghiul α = 45o, este:

Fig. 2.11. Zăbrele din oțel cornier L 50x50x60.

Fig. 2.12. Zăbrele din oțel laminat profil U8.

Caracteristicile geometrice ale profilului U8 sunt:

Caracteristicile geometrice ale cornierului L 50 x 50 x 6 sunt:

Verificarea zăbreluțelor se face cu relația:

din [3], tabelul 2.9.

2.11. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA STÂLPILOR HALEI ÎN VARIANTĂ CONSTRUCTIVĂ CU INIMĂ PLINĂ

Acești stâlpi cu secțiune constantă se folosesc când solicitările (momente și forțe axiale) variază relativ puțin pe lungimea acestora.

Stâlpii cu secțiune plină se proiectează atât pentru solicitări mici cât și pentru solicitări mari. Când stâlpul este puțin solicitat secțiunea sa se poate realiza dintr-un profil dublu T laminat, din două corniere sau din profile U. Pentru solicitări mai mari se alcătuiesc secțiuni în formă de I sudate, mai dezvoltate. Când momentele în stâlpi sunt mari se utilizează secțiuni compuse, simetrice sau nesimetrice cu tălpile din profile laminate sau platbande sudate în formă de U sau de dublu T.

Stâlpii cu secțiune plină sunt rigizi, se comportă bine la solicitări cu încovoieri mari, dar necesită un consum de oțel mai ridicat. Asamblarea stâlpilor cu secțiune plină se face prin suduri continue.

Fig. 2.13. Schema de calcul a stâlpului în variantă constructivă cu inimă plină.

2.12. DIMENSIONAREA ȘI VERIFICAREA STÂLPULUI

a) încărcări și eforturi

Stâlpul este solicitat de forțe axiale de compresiune N, forțe tăietoare T și moment încovoietor M, care au următoarele valori:

N = 9975 [daN]

T = 1350 [daN]

M = 22950 [daN·m]

b) dimensionarea secțiunii stâlpului

Fig. 2.14. Dimensionarea secțiunii stâlpului.

Elementele de calcul ale secțiunii sunt:

înălțimea tălpii:

Stabilim:

lățimea secțiunii

Stabilim: b1 = 800 [mm]

grosimea tălpilor

Stabilim: st = 30 [mm]

lățimea tălpilor

Stabilim: b2 = 400 [mm]

înălțimea inimii:

grosimea inimii:

Stabilim: si = 10 [mm]

Deci, dimensiunile secțiunii stâlpului sunt:

c) stabilirea caracteristicilor geometrice și statice ale secțiunii

Fig. 2.15. Caracteristici geometrice și statice ale secțiunii stâlpului.

aria secțiunii

momentul de inerție al secțiunii după axa x-x

modulul de rezistență al secțiunii după axa x-x

raza de girație a secțiunii după axa x-x

momentul de inerție al secțiunii după axa y-y

modulul de rezistență al secțiunii după axa y-y

raza de girație a secțiunii după axa y-y

Verificarea alegerii dimensiunilor secțiunii se face cu relația:

Pentru din [3], tabelul 4.5.

Se observă că , deci secțiunea a fost bine dimensionată.

2.13. VERIFICAREA SECȚIUNII STÂLPULUI ÎN VARIANTA CONSTRUCTIVĂ CU INIMĂ PLINĂ

a) verificarea capacității de rezistență se face cu relația:

b) verificarea la alunecare a tălpii față de inimă se face cu relația:

c) verificarea la solicitarea compusă se face cu relația:

d) verificarea stabilității generale se face cu relația:

din [3], tabelul 4.5.

e) verificarea stabilității locale se face cu relația:

Stabilirea distanței dintre rigidizările transversale se face din condiția:

distanța dintre rigidizări

Stabilim

f) verificarea rigidității stâlpului se face cu relația:

2.14. CALCULUL ȘI VERIFICAREA ÎMBINĂRILOR SUDATE

Cele mai solicitate noduri sunt cele dintre talpă și inimă și de aceea trebuie verificate la alunecare.

Înălțimea cusăturii se alege din condiția:

Stabilim a = 5 [mm]

Rigidizările transversale se vor suda atât de talpă cât și de inimă cu a = 5 [mm].

2.15. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA CONSOLELOR STÂLPILOR HALEI INDUSTRIALE

2.15.1. Proiectarea și dimensionarea consolei stâlpului cu secțiune în trepte

Consolele și zonele de rezemare ale grinzilor de rulare se realizează diferit de la stâlp la stâlp în funcție de mărimea solicitărilor și de modul de realizare al stâlpului (secțiune plină sau din elemente depărtate).

Trecerea de la secțiunea tronsonului superior al stâlpului la secțiunea tronsonului inferior și rezemarea grinzii de rulare se realizează prin alcătuirea consolei stâlpului.

Fig. 2.16. Consola stâlpului.

Grinda căii de rulare se așează centric pe una din ramurile stâlpului. Dacă stâlpul este în trepte grinda de rulare se așează de regulă pe una din ramuri. În acest scop se amenajează o platformă de rezemare dintr-o placă orizontală prevăzută cu nervuri de rigidizare (vezi fig. 1.5). Tot în această zonă se realizează și prinderea părții superioare de cea inferioară. Prinderea tronsonului superior de tronsonul inferior al stâlpului se realizează cu suduri de colț (în relief).

Sudurile dintre cele două inimi care preiau efortul din inimă se execută cu grosimea maximă de 0,7 x si și de aceea ele au capacitatea suficientă pentru transferul solicitărilor.

Talpa tronsonului inferior este prevăzută cu o tăietură care se sudează de inima tronsonului superior.

Sudurile dintre tălpi trebuie proiectate astfel încât să poată transmite efortul capabil al tălpii N1 = A1 x R.

Din condiția:

și impunându-se grosimea a, se poate determina lungimea cordoanelor de sudură 1.

Lungimea de calcul a sudurilor se determină cu relația:

Stabilim: a1 = 5 [mm]

Lungimile coordonatelor de sudură se calculează pe baza eforturilor secționale N1 și M1 la partea superioară a tronsonului inferior al stâlpului, cu relația:

Stabilim: a2 = 5 [mm]

Înălțimea traversei trebuie aleasă în așa fel încât să respecte următoarele condiții:

Traversele trebuie să preia prin forfecare efortul axial ce revine ramurii celei mai încărcate.

Stabilim grosimea unei traverse:

str = 8 [mm]

Lățimea traversei este dată de relația:

Înălțimea traversei trebuie să fie mai mare și să respecte următoarele condiții:

Stabilim:

Grosimea diafragmelor se stabilesc la valoarea de sd = 5 [mm].

Momentul încovoietor Mi de la nivelul treptei conduce la apariția unor eforturi unitare normale.

În acest caz trebuie verificată alegerea înălțimii treptei.

Se observă că înălțimea trebuie să fie htr > 232 [mm].

Lungimea consolei se alege constructiv:

lc = 1700 [mm]

Verificarea sudurilor de rezistență a treptei la solicitarea compusă se face cu relația:

Modulul de rezistență determinat de suduri este :

Tensiunea normală în sudură este:

Tensiunea tangențială din sudură este:

Deci pentru verificarea sudurilor de rezistență ale treptei trebuie respectată condiția:

2.15.2. Proiectarea și dimensionarea consolei stâlpului cu secțiune constantă

La stâlpii cu secțiune constantă și cu inimă plină rezemarea se face pe console dublu T sudate de stâlpi. În dreptul tălpilor consolei, stâlpul este întărit cu nervuri de rigidizare care transmit forțele orizontale provenite din momentul încovoietor la inima stâlpului. Nervurile de rigidizare, respectiv tălpile consolelor, trebuie sudate de stâlp cu suduri care să poată să transmită forțele care le revin.

Trecerea de la tronsonul superior al stâlpului la cel inferior și rezemarea grinzii căii de rulare se realizează prin intermediul consolei.

Dimensionarea treptei stâlpului se face constructiv, după care se face o verificare a eforturilor ce acționează în îmbinarea sudată.

Stabilim:

înălțimea treptei

lungimea treptei:

lățimea treptei se calculează cu relația:

grosimea sudurilor trebuie să îndeplinească condiția:

Stabilim:

a = 4 [mm]

Verificarea sudurilor consolei la solicitarea compusă se face cu relația:

Fig. 2.17. Consola stâlpului de la tronsonul superior la cel inferior.

Deci, pentru verificarea sudurilor de rezistență ale consolei trebuie respectată condiția:

2.16. CALCULUL BAZEI STÂLPILOR HALEI INDUSTRIALE

La hale grele și mari bazele stâlpilor consumă o cantitate mare de metal și cer manoperă multă. Pe de altă parte, pentru ca montajul halelor să se facă ușor și repede, bazele stâlpilor trebuie să fie simple, să se poată așeza ușor, repede și să nu fie influențate mult de eventualele abateri în așezarea buloanelor de ancoraj. Pentru alcătuirea bazelor stâlpilor structurilor se pot folosi soluții variate. Uneori bazele stâlpilor foarte mari se alcătuiesc din două părți separate, solidarizate între ele; în cazul tălpilor lungi acest sistem asigură o rezemare mai bună pe fundație. Buloanele de ancoraj se fac din bare rotunde. Buloanele se ancorează pe adâncimea necesară; la buloanele mari se prevăd la capete plăci de repartiție a presiunilor în masa de beton, pentru a se evita o lungime de ancorare prea mare.

2.16.1. Calculul bazei unui stâlp cu secțiunea în trepte

Soluția constructivă pe care o alegem este o bază sub formă de papuc.

Aceasta asigură o legătură rigidă a stâlpului cu fundația și un montaj ușor și comod.

Efortul axial maxim din bază este:

Momentul încovoietor care acționează asupra bazei este:

Efortul maxim de compresiune este dat de relația:

Efortul maxim de întindere este:

Dimensiunile plăcii se aleg constructiv ținând seama că presiunea dintre placa stâlpului și beton să nu fie mai mare decât cea de strivire a betonului și în raport cu dimensiunile stâlpului și a rigidizărilor.

Fig. 2.18. Bază sub formă de papuc.

Condiția din care se dimensionează baza stâlpului este următoarea:

Aria suprafeței efective de rezemare este:

Conform STAS 10111/1-75 alegem beton de marcă B50 care are rezistența de calcul la compresiune:

Dimensiunile plăcii se aleg constructiv, și prin urmare avem următoarele:

Aria plăcii se obține ca fiind:

Se observă că:

Deci placa a fost bine dimensionată.

Tensiunea care apare asupra betonului este:

Presiunea specifică de compresiune este:

Grosimea plăcii trebuie să respecte condiția:

Stabilim:

sp = 35 [mm]

Grosimea c se determină din figura 2.18.

Sudurile dintre papuc și stâlp se verifică la alunecare astfel:

Lungimea sudurilor dintre papuc și stâlp se alege constructiv:

hps = 260 [mm], iar grosimea unei suduri trebuie să îndeplinească condiția:

Stabilim: a = 7 [mm]

Deci, pentru verificarea la alunecare trebuie respectată condiția:

Înălțimea traversei se calculează din condiția:

Stabilim:

htr = 500 [mm]

Efortul de tracțiune din șuruburile de ancorare este:

Dimensiunea șuruburilor de ancorare se face din condiția:

; rezistența de calcul la solicitarea de întindere a tijei

Stabilim ca șuruburi de ancoraj șuruburi M30.

Aria tijei unui șurub este:

Șuruburile întinse sunt două deodată:

2.16.2. Calculul bazei unui stâlp cu secțiune constantă

Soluția constructivă este identică cu cea prezentată în cazul precedent.

Efortul axial maxim din bază este:

Momentul încovoietor maxim din bază este:

Efortul maxim de compresiune este calculat în relația de mai jos:

Efortul maxim de întindere este:

Alegerea dimensiunilor plăcii se face din condiții constructive și din condiția:

Conform STAS 10111/1-75, alegem betonul de marcă B50 care are rezistența de calcul la compresiune:

Stabilim:

Tensiunea de compresiune asupra betonului este:

Presiunea specifică de compresiune este:

Grosimea plăcii trebuie să respecte condiția:

Fig. 2.19. Baza unui stâlp cu secțiune în trepte.

Stabilim:

Grosimea c se determină din figura 2.19 și din următoarea condiție:

Verificarea sudurilor dintre papuc și stâlp la lunecare se face cu relația:

Stabilim:

Sudurile dintre papuc și stâlp trebuie să îndeplinească condiția ca grosimea sudurilor de colț să fie următoarea:

Stabilim:

Verificarea sudurilor la alunecare trebuie să respecte condiția:

Înălțimea traversei se calculează din următoarea condiție:

Stabilim:

Dimensionarea șuruburilor de ancorare se face cu relația:

Efortul de tracțiune este:

; rezistența de calcul la întinderea șurubului.

Alegem șuruburi de ancorare, șuruburi M24.

Aria tijei unui șurub este:

Șuruburile întinse sunt două deodată.

3. TEHNOLOGIA DE SUDARE

Prin tehnologicitatea construcției sudate se înțelege, de obicei, forma prin care se asigură realizarea sa rațională cu aplicarea procedeelor tehnologice de înaltă productivitate și cu mecanizarea maximă a operațiilor de fabricație. Condiția tehnologicității constituie una din cerințele fundamentale care trebuie luată în considerare la proiectarea construcției. Volumul de muncă, termenele de execuție și eficiența economică sunt determinate în mare parte de măsura în care sunt îndeplinite condițiile de tehnologicitate, la alegerea materialului și a formelor constructive ale produsului sau ale construcției sudate.

Luarea în considerare a tehnologicității la proiectarea construcției sudate conduce la avantajele că materialul ales poate fi sudat prin procedee obișnuite, iar formele constructive adoptate permit aplicarea proceselor de sudare automată și a altor procese tehnologice de înaltă productivitate. De asemenea mai rezultă că soluția constructivă adoptată necesită un număr minim de elemente, că în fiecare element se folosește un număr minim de laminate cu grosimi diferite, că numărul de operații pentru fabricație este redus la minim.

Aplicarea procedeelor mecanizate sau automate de sudare permit atât sporirea productivității muncii cât și îmbunătățirea calității construcției sudate. Efectul maxim prin mecanizare poate fi obținut numai în cazul când mecanizarea va fi complexă, adică dacă vor fi mecanizate și operațiile de schimbare a produsului dintr-o poziție în alta. Deosebit de importantă este mecanizarea operațiilor de așezare a pieselor prefabricate în dispozitivul de sudare, asamblarea și fixarea acestora cu ajutorul dispozitivelor cu funcționare rapidă.

Trebuie dată o mare atenție alegerii formei constructive a îmbinării diferitelor piese deoarece formele constructive adoptate pot simplifica aplicarea sudării automate, pot ușura mecanizarea unor operații și pot exclude unele operații intermediare.

3.1. MATERIALE DE BAZĂ UTILIZATE PENTRU REALIZAREA CONSTRUCȚIEI SUDATE

Elementele și ansamblurile construcției sudate sunt alcătuite din table, profile sau bare laminate, piese turnate sau forjate, acestea constituind metalul de bază. Aliajele fier carbon (oțelurile și fontele) constituie în general metalul de bază pentru construcțiile sudate.

Alegerea materialelor metalice, de bază și de îmbinare, pentru realizarea elementelor unor construcții din oțel este o problemă importantă cu un grad mare de complexitate și care trebuie să fie făcută cu competență. Prin alegerea judicioasă a materialelor metalice trebuie să se asigure construcției o eficiență cât mai mare din punct de vedere al execuției (uzinare, montaj), al exploatării (siguranței în exploatare, întreținere) al consumului de oțel și al costului.

Pentru realizarea stâlpilor halelor industriale se folosește un oțel de uz general cu o clasă de calitate superioară. Clasa de calitate s-a ales rațional în funcție de temperatura minimă de exploatare, grosimea maximă a elementelor componente, solicitările ce acționează și nu în ultimul rând în funcție de importanța construcției. Toate acestea, împreună cu caracteristicile mecanice și compoziția chimică a oțelului de uz general OL37.3k, sunt prezentate în capitolul 1.

Pentru realizarea stâlpilor, a bazei și a consolei acestora se utilizează tablă groasă. În cazul tablelor cu margini netăiate, abaterile minime de la lățime nu vor depăși ± 10 [mm] pentru tablele laminate pe laminoare continue, și de ± 5% din lățimea nominală a tablei pe laminoare discontinue.

Defectele locale izolate vor fi îndepărtate prin polizare, dăltuire, cu condiția ca grosimea tablei în locurile curățate să nu fie sub cea minimă admisă.

Tablele groase se livrează în stare laminată sau în stare normalizată cu marginile tăiate în unghi drept.

Marcarea tablelor se face prin poansonare și vopsire pe fiecare tablă în cazul tablelor livrate libere și pe tabla superioară în cazul tablelor livrate în pachete.

Se fac încercări mecanice pentru determinarea rezistenței la rupere, a limitei de curgere, alungirii la rupere, a rezilienței și energiei de rupere.

3.2. MATERIALE DE ADAOS UTILIZATE PENTRU REALIZAREA CONSTRUCȚIEI SUDATE

Pentru realizarea îmbinărilor sudate, în construcțiile de oțel și alte metale se utilizează îndeosebi procedeul de sudare prin topire și adaos de material topit.

La sudarea cu arc electric manuală se folosesc electrozi metalici înveliți, cu diametrul de 2,0; 2,5; 3,25; 4,0; 5,0 și 6,0 [mm] și cu lungime de 300 și 450 [mm].

Stabilirea tipului electrodului, a dimensiunilor și a condițiilor de execuție ale îmbinării sudate, se face ținând seama de caracteristicile mecanice și de deformabilitate, de tenacitatea și tendința de rupere fragilă pe care trebuie să le satisfacă metalul depus prin sudare, precum și în funcție de caracterul și grosimea învelișului, poziția de sudare etc.

Ca procedee de sudare în cazul stâlpilor marginali ai unei hale industriale, se folosesc, sudarea cu electrozi înveliți pentru sudarea rigidizărilor, nervurilor și zăbrelelor la stâlpi și sudarea sub strat de flux pentru realizarea îmbinărilor dintre elementele stâlpului.

La sudarea manuală cu electrozi înveliți electrozii folosiți sunt următorii:

E 24 B; SUPERTIT (E 6013)

Caracteristicile mecanice ale îmbinării obținute vor fi asemănătoare cu a metalului de bază, îmbinarea fiind tenace și de mare rezistență.

Tabelul 3.1. Compoziția chimică a metalului depus.

Tabelul 3.2. Caracteristicile mecanice ale metalului depus.

Cu acești electrozi se pot suda oțeluri cu conținut maxim în carbon de 0,25% și totodată se poate suda cu ei în toate pozițiile. Electrozii utilizați au diametrul de = 3,25 [mm] și lungimea l = 450 [mm]. Acești electrozi au înveliș bazic (B). De regulă învelișul este gros, zgura rezultată este compactă și se desprinde ușor. Deoarece asigură un arc cu pătrundere medie, electrozii cu înveliș bazic se folosesc pentru sudare în toate pozițiile, de regulă la curent continuu. Pentru a evita porozitatea cusăturii, din cazul că învelișul este higroscopic, înainte de utilizare electrozii se vor păstra timp de 2 ore în etuve la temperatura de 200 – 300oC pentru a-și pierde umiditatea. Cu acest tip de electrozi se obțin suduri cu caracteristici mecanice și cu reziliențe foarte bune chiar la temperaturi negative; metalul depus prezintă o rezistență la fisurare la cald sau la rece.

Pentru sudarea sub flux sau sudarea în mediu de gaz protector MAG, folosim ca materiale de adaos următoarele tipuri de sârme:

S 10; S 12; Mn2 Si

Gazul de protecție în cadrul sudării MAG este CO2 și acesta trebuie să aibă o puritate ridicată de cca. 99,8%.

Fluxul recomandat la sudarea sub flux este FSN 20 și este ales în combinație cu sârma folosită.

Tabelul 3.3. Compoziția chimică a sârmelor pentru sudare.

Tabelul 3.4. Compoziția chimică a fluxului.

Înainte de folosire fluxul trebuie uscat la temperatura de 200 …300oC, timp de o oră în cuptor pentru a-și pierde umiditatea.

Diametrul sârmelor folosite este de 2,5 [mm] pentru stratul de rădăcină și de 4 [mm] pentru celelalte straturi.

Calitatea materialelor cu ajutorul cărora se execută îmbinările elementelor și construcțiile din oțel: electrozi, sârme de sudare și fluxuri, se alegere în funcție de calitatea materialului de bază, de importanța elementului în structură, de natura și mărimea solicitărilor, de costul elementelor de îmbinare etc.

3.3. CONDIȚII DE SUDARE

Sudarea stâlpilor și a căilor de rulare este o sudare mecanizată sub flux sau MAG în CO2 și se realizează la uzina constructoare în hale închise.

Rigidizările transversale ale căii de rulare și ale stâlpilor precum și nervurile și zăbrelele se pot suda cu arc electric manual sau MAG.

Clasele de execuție ale îmbinărilor sudate se aleg conform STAS 9378-75.

Pentru executarea stâlpilor în construcție sudată se admit numai sudori autorizați. Verificarea calificării sudărilor se va face periodic sau înaintea începerii unei lucrări mai importante, în conformitate cu STAS 9532/1-74 și STAS 9532/2-74.

3.4. PREGĂTIREA COMPONENTELOR PENTRU SUDARE

După debitarea la dimensiunile necesare fiecare element al structurii trebuie îndreptat. Acest lucru se face pe suprafețe plane de îndreptat. Înainte de debitare oxizii de pe suprafața metalelor se îndepărtează cu ajutorul periilor de sârmă. Profilele U, I se debitează mecanic, iar tablele se debitează cu flacără oxiacetilenică.

Pregătirea componentelor în vederea sudării cuprinde următoarele etape:

curățirea componentelor în zona sudării (lățimea zonei trebuie să fie egală cu cel puțin de două ori grosimea componentelor dar nu mai mică de 50 [mm]);

crearea rostului între marginile componentelor;

poziționarea componentelor în vederea sudării lor;

prinderea provizorie a componentelor (heftuirea).

Curățirea componentelor se face mecanic cu ajutorul periilor de sârmă sau prin așchiere, chimic cu ajutorul unor solvenți organici, sau prin microsablare.

Rosturile se aleg în funcție de procedeul de sudare utilizat, grosimea componentelor de sudat și materialul acestora. Realizarea conturului rostului se face prin prelucrări mecanice sau termice. Abaterile geometrice ale rostului trebuie să fie cât mai mici.

Din punct de vedere al prelucrării sunt de preferat rosturi cu suprafețe plane: I, V X (figura 3.1. a, b, c).

Din punct de vedere al consumului de material de adaos sunt de preferat rosturile în I, dublu U și X față de rosturi în V (figura 3.1. a, d, c față de b).

Din punct de vedere al tensiunilor și deformațiilor îmbinărilor sudate sunt de preferat rosturile simetrice.

Alegerea rostului depinde de materialul de bază, grosimea materialului de bază, dar și de procedeul de sudare.

În vederea sudării cele două piese trebuie poziționate în vederea asigurării formei rostului. Această poziționare relativă trebuie menținută pe parcursul procesului de sudare; menținerea se realizează fie prin fixarea lor în dispozitive de prindere, fie prin prinderea provizorie prin sudare.

Fig. 3.1. Rosturi cu suprafețe plane: I, V, K.

Prinderea provizorie presupune realizarea unei suduri scurte între cele două piese. Lungimea unei suduri provizorii este de cca. 30…40 [mm], iar distanța dintre prinderi este de 300…400 [mm]. Înainte de prinderea prin sudare piesele trebuiesc curățate la luciu metalic. La realizarea sudării de prindere este important ca diametrul electrodului să fie suficient de mic.

Înainte de sudarea propriu-zisă, după verificarea prinderilor provizorii, dacă este cazul, se realizează o nouă curățire a rostului pentru a îndepărta oxizii, rugina etc.

3.5. TEHNOLOGIA SUDĂRII CU ELECTROZI ÎNVELIȚI

Sudarea cu electrozi înveliți este procedeul manual cu cea mai mare accesibilitate. Se sudează în orice poziție și majoritatea sudorilor au capacitatea de a-l aplica.

Cu ajutorul acestui procedeu se sudează rigidizările transversale ale stâlpilor precum și zăbrelele acestora.

Parametrii tehnologici ai acestui procedeu sunt următorii:

Cantitatea de metal depus este modestă de 0,5 … 1,5 [gr/sec].

Se poate suda în curent continuu sau curent alternativ. Sursa de curent are caracteristica externă căzătoare. Am ales pentru cazul de față, un convertizor pentru sudare tip CS-315 (se sudează cu electrozi bazici).

Tabelul 3.5. Caracteristici ale instalației

Electrozii trebuie păstrați în încăperi speciale cu umiditate controlată. Înainte de sudare electrozii trebuie uscați pentru eliminarea umidității din înveliș.

Există firme producătoare care livrează electrozii în ambalaje etanșe în care nu intră umiditatea, astfel încât se elimină faza uscării acestora.

La sudarea în mai multe straturi, stratul de rădăcină se realizează cu electrozi cu diametru mai mic pentru a se obține o rădăcină fără defecte. Straturile de umplere se realizează cu electrozi cu diametru mare și se folosește un curent de sudare mai mare.

Productivitatea acestui procedeu este scăzută, iar calitatea sudurii depinde de operator.

3.6. TEHNOLOGIA SUDĂRII SUB FLUX

Sudarea sub flux este un procedeu mecanizat prin care se obține o cusătură omogenă, iar gradul de folosire al materialului de adaus este aproximativ 100%. Se sudează numai orizontal, rectiliniu și circular. Parametrii tehnologici ai acestui procedeul de sudare sunt următorii:

Se poate suda în curent continuu sau curent alternativ. Ca echipament pentru sudare am ales instalația ISF-1000U cu redresor de sudare și tractorul de sudare TU-1000.

Tabelul 3.6. Caracteristicile instalației

Compoziția chimică a sârmei trebuie corelată cu materialul de bază și cu fluxul folosit. Sârmele sunt cuprate împotriva oxidării și pentru a asigura contactul electric. Se livrează în bobine sau colaci.

Fluxul, de obicei, nu are aceeași granulație. În timpul manipulării fluxul se mărunțește datorită frecării granulelor unele de altele. Un flux nu poate fi refolosit și recirculat de prea multe ori.

Fluxurile se depozitează în bidoane metalice, în încăperi speciale în care umiditatea relativă este de 80%. Înainte de folosire fluxurile trebuiesc uscate. În timp, proprietățile fluxului se pot deprecia. Probele de omologare a fluxului au o valabilitate limitată în timp (12 luni). Fluxurile sunt standardizate.

La sudarea primei treceri este necesară aplicarea unei metode de susținere a rădăcinii. Aceasta se poate face cu un suport de cupru sau oțel, cu perină (pat) de flux. Rădăcina se poate suda și cu un alt procedeu pentru a evita pericolul scurgerii metalului topit. Productivitatea acestui procedeu este ridicată, iar calitatea sudurii este bună.

3.7. DETERMINAREA TENSIUNILOR ȘI DEFORMAȚIILOR REMANENTE CE APAR LA SUDAREA STÂLPILOR

Construcțiile sudate sunt influențate de către tensiunile și deformațiile remanente care se datorează procesului de sudare. Ele apar împreună și se condiționează reciproc în funcție de rigiditatea structurii sau a elementului sudat.

Tensiunile remanente se datorează deformațiilor plastice neomogene, deformațiilor termoplastice și transformărilor structurale și de fază. Acestea reduc capacitatea de rezistență a construcției sudate. De aceea tensiunile și deformațiile remanente nu trebuie să ajungă la valori mai mari decât cele admisibile, deoarece odată cu depășirea acestor valori trebuie ca piesele sudate să fie detensionate printr-un tratament termic, ceea ce conduce la un consum energetic mai ridicat și totodată prin aceasta crește și costul de realizare al construcției.

Relațiile analitice de calcul sunt următoarele:

tensiunea remanentă:

deformația remanentă:

În care:

– modulul de elasticitate al oțelului

pentru oțel

energia liniară de sudare

grosimea sudurii de colț

A – aria secțiunii elementului ce se sudează

z – distanța de la centrul de greutate al secțiunii până la fibra în care vrem să determinăm tensiunea

z’ – distanța de la centrul de greutate al secțiunii până la centrul de greutate al secțiunii sudurii

Iy – momentul de inerție al întregii secțiuni ce se sudează în raport cu axa y-y

L – lungimea stâlpului

3.8. CALCULUL TENSIUNILOR REMANENTE CE APAR

LA SUDAREA STÂLPILOR

Tensiunile proprii, remanente sunt în funcție de cauzele care le provoacă, în funcție de volumul în care se echilibrează și în funcție de orientarea în spațiu.

Tensiunile remanente (rămân după eliminarea cauzelor) se datorează deformațiilor sau transformărilor structurale și de fază.

Fig. 3.2. Ordinea de sudare a secțiunii stâlpului

Caracteristicile geometrice ale secțiunii sunt:

Fig. 3.3. Inima îmbinată cu profilul I

Tensiunea remanentă ce apare la sudare este:

Se observă că:

În concluzie, dacă se sudează în modul prezentat în figura 3.2., tensiunea remanentă nu va depăși valoarea admisă.

3.9. CALCULUL DEFORMAȚIILOR REMANENTE CE APAR

LA SUDAREA STÂLPILOR

Deformațiile remanente apar ca urmare a încălzirii locale a componentelor construcției în timpul sudării. Se clasifică după cauza care le provoacă și după modul de modificare a formei elementelor sudate. După cauza care le provoacă, se deosebesc următoarele deformații:

deformații termice libere;

deformații provocate de forțe interioare;

deformații datorită modificării formei elementelor.

După modificarea formei construcțiilor se deosebesc următoarele deformații:

deformații generale;

deformații locale;

deformații transversale.

Relația de calcul a deformațiilor remanente este:

Unde:

c – curbura;

L – lungimea elementului

Determinarea valorii curburii c depinde de ordinea de sudare. În cazul nostru vom avea:

;

Deformația remanentă este:

Pentru reducerea tensiunilor și deformațiilor remanente la sudare pot fi luate următoarele măsuri:

a) măsuri constructive, care privesc forma, mărimea și locul de plasare al îmbinării sudate în ansamblurile sudate, forma și mărimea cusăturilor sudate.

b) măsuri tehnologice, care privesc regimul și ordinea de sudare, detensionarea parțială sau totală a ansamblelor sudate și realizarea unor deformații inverse.

Măsurile constructive se iau la proiectarea ansamblelor și construcțiilor sudate și au un rol foarte important pentru reducerea tensiunilor și deformațiilor remanente datorită sudării.

În primul rând, poziția cusăturilor sudate într-un ansamblu trebuie aleasă astfel încât momentele eforturilor de construcție care apar în zonele cu deformări plastice să se echilibreze în raport cu axa geometrică. Proiectarea mărimii și poziției cusăturilor sudate trebuie astfel stabilită încât suma momentelor statice a volumelor sudurilor în raport cu axa geometrică a ansamblului să fie minimă sau zero.

Ansamblurile la care nu se respectă această condiție, fie că vor avea tensiuni remanente foarte mari, fie că se vor deforma foarte mult, în funcție de rigiditatea lor.

În al doilea rând, referitor la mărimea (grosimea) cusăturilor sudate trebuie arătat că acestea trebuiesc executate la dimensiunile din proiect, corect calculate. Îngroșările nejustificate ale cusăturilor sudate nu sporesc rezistența acestora ci, dimpotrivă, pe de o parte conduc la creșterea tensiunilor și deformațiilor remanente (datorită unei energii liniare sporite), iar pe de altă parte reduc substanțial rezistența la oboseală a construcțiilor sudate (în cazul când sunt dinamic sau variabil solicitate).

Regimul de sudare, caracterizat prin valoarea energiei liniare, influențează în mare măsură formarea tensiunilor și a deformațiilor remanente la sudare. Se observă că atât tensiunile cât și deformațiile remanente sunt direct proporționale cu energia liniară:

, determinată în principal de curentul de sudare și de viteza de sudare

Primul factor tehnologic, energia liniară a sursei de căldură folosită la sudare, se stabilește ținând seama atât de procesele termice și metalurgice din cadrul procesului de sudare, cât și prin faptul că tensiunile și deformațiile cresc odată cu creșterea valorii acesteia. Sudurile cu secțiune mare (grosime mare) necesită la execuție energii liniare mari și ca urmare vor lua naștere tensiuni și deformații remanente importante în ansamblul sudat. Din acest punct de vedere, în locul sudurilor scurte și groase sunt preferate sudurile mai lungi și mai subțiri, cu secțiune echivalentă. Dacă totuși sudurile necesită grosime mare, se preferă executarea lor în mai multe straturi.

Al doilea factor tehnologic care influențează formarea tensiunilor și a deformațiilor remanente este ordinea de asamblare și sudare. Stabilirea rațională a ordinii de asamblare și sudare, mai ales la ansamblurile sudate a căror secțiune variază în timpul execuției, este imperios necesară pentru a rezulta tensiuni și deformații cât mai mici.

Reducerea tensiunilor remanente se poate face cu ajutorul detensionării. Detensionarea poate fi mecanică, prin ciocănirea la cald sau la rece a sudurii și a zonelor vecine ei. Detensionarea mecanică se mai poate face și prin încărcarea construcției sudate cu sarcini care să dea tensiuni în domeniul elasto – plastic în sensul contrar acțiunii tensiunilor remanente.

Detensionarea termică este o metodă radicală pentru reducerea sau eliminarea tensiunilor remanente. Aceasta se face prin încălzirea parțială sau totală la temperatura de 650…680 [°C] a ansamblelor sudate și menținerea lor la această temperatură timp de 2…3 ore și apoi răcirea lentă.

Detensionarea termoplastică înlocuiește încălzirea întregului ansamblu cu o încălzire locală și producerea unei deformații termoplastice în zone bine determinate. Urmare acestor deformații termoplastice, se reduc tensiunile remanente.

Dacă însă nu se aleg corect zonele de încălzire și de deformare termoplastice, există pericolul ca în loc să se reducă tensiunile remanente, ele să crească.

În concluzie, pentru reducerea tensiunilor și a deformației datorită sudării, trebuiesc luate următoarele măsuri:

folosirea unui regim și aplicarea unei ordini de sudare bine determinate;

proiectarea rațională a construcțiilor sudate și a îmbinărilor sudate în așa fel încât să nu fie suduri suprapuse și pe cât posibil să fie așezate simetric în secțiunea transversală a elementelor sudate;

folosirea metodei creării deformațiilor mecanice inverse;

folosirea dispozitivelor de sudare care fie că ajută la aplicarea unei tehnologii raționale de sudare, fie împiedică deformarea elementelor sudate;

aplicarea unor tratamente termice înainte și după sudare, mai ales la elementele sudate cu secțiune mare, complexe.

Atât tensiunile cât și deformațiile sunt la fel de periculoase pentru construcțiile sudate. De aceea, nu trebuie acceptate valori ale acestora mai mari decât cele admise de norme.

Deoarece procesul de sudare presupune încălzirea și răcirea rapidă a materialelor, el poate fi comparat cu acțiunea unui șoc termic. Capacitatea materialelor de a rezista acțiunii de șoc fără a se degrada definește aptitudinea sa la sudare. Acțiunea de șoc termic se poate diminua ca intensitate prin aplicarea unui anumit tip de tratament termic.

După modul de suprapunere în timp a ciclurilor termice de sudare și tratamente termice se disting:

tratamente termice anterioare sudării;

tratamente termice concomitente sudării;

tratamente termice ulterioare sudării.

Tratamentele termice anterioare sudării au ca scop pregătirea structurii materialului care se sudează pentru a reacționa corespunzător la acțiunea șocului termic.

Concomitent cu operația de sudare se execută tratamente termice de preîncălzire, post încălzire și preîncălzire combinată cu post încălzire.

Tratamentele termice ulterioare sudării vizează eliminarea sau reducerea tensiunilor interne apărute la sudare; refacerea sau îmbunătățirea stării structurale și a proprietăților materiale în zona influențată termic, asupra căreia încălzirea cu sursă termică de sudare a exercitat o influență nefavorabilă; recristalizarea și îmbunătățirea calității îmbinării.

4. CONDIȚII DE ASAMBLARE ȘI MONTAJ

Livrarea construcției metalice se face în stare demontată în subansambluri și piese conform prevederilor proiectului și a gabaritului admisibil la transport.

Execuția pieselor și subansamblelor structurii de rezistență a halei industriale se va realiza respectând desenele de execuție, condițiile tehnice și prevederile caietului de sarcini.

Toate subansamblurile provenite de la uzinele colaboratoare vor fi însoțite de certificate de calitate. Înainte de asamblare se vor face verificările dimensionale ale pieselor ce compun stâlpii halei industriale.

În general se urmărește ca elementele de construcții metalice să fie executate în uzină la dimensiunile maxime posibile, dictate de gabaritele și capacitatea de transport a vehiculelor rutiere și a celor de cale ferată. Ca atare, unele elemente pot fi aduse la dimensiunile maxime posibile putând fi așezate și prinse în poziția lor definitivă; în această categorie intră unii stâlpi pentru hale industriale. Pentru restul elementelor se urmărește fragmentarea lor într-un număr cât mai redus de subansambluri; acestea se asamblează de regulă la sol asigurând alcătuirea elementului integral, care se ridică așezându-se în poziția lui din proiect și se leagă cu celelalte elemente ale structurii; în această categorie intră stâlpii halelor industriale cu înălțime mare.

Pentru a se evita deformarea în timpul transportului se recomandă ca ansamblurile și subansamblurile să fie rigidizate atât la capete cât și intermediar cu cadre adecvate din lemn. De asemenea acestea trebuie să fie ancorate de mijlocul de transport pentru a se înlătura orice pericol de accident în timpul transportului.

Elementele metalice sosesc pe șantier marcate cu vopsea astfel încât să poată fi identificate cu desenele de execuție din proiect. Ele se depozitează de regulă într-un depozit intermediar creat lângă calea de acces și la distanță nu prea mare de locul de montaj. De multe ori lângă depozit este prevăzută și o platformă pe care se pot realiza asamblările parțiale ale unor elemente, precum și eventuale remedieri ale unor elemente variate la transport. În cazul șantierelor mai mici cu elemente mai puține se poate renunța la depozit, elementele sosite putând fi depozitate temporar lângă locul de montaj.

Depozitarea elementelor se face în funcție de forma și mărimea lor. Depozitul se amenajează sub forma unei platforme mai ridicată decât terenul înconjurător și prevăzută cu pante pentru a se asigura scurgerea apelor. Așezarea elementelor se face pe traverse de lemn sau grinzi de beton, evitându-se contactul cu solul. O serie de elemente cum sunt cele plane, cu zăbrele se așează în poziție verticală. În depozit se prevăd spații de circulație și de manipulare.

Asamblarea la sol se efectuează în imediata apropiere a locului de montaj.

Montarea elementelor de construcții metalice se realizează după anumite reguli care sunt cuprinse în diferite acte cu caracter normativ.

Montajul definitiv al construcției metalice se va face la locul de funcționare pe baza unui plan bine stabilit în care se va indica ordinea operațiilor. La stâlpi vom adopta ordinea de sudare alternativă pentru a reduce tensiunile și deformațiile remanente ce apar la sudare.

Montajul trebuie efectuat într-o ordine care să asigure indeformabilitatea, stabilitatea și rezistența elementelor pe toată durata operațiilor. Lucrările trebuie să se execute într-un ritm rapid care să blocheze pe o perioadă cât mai scurtă mijloacele de ridicat și transportat.

Montajul trebuie să asigure executarea lucrărilor în limitele toleranțelor prevăzute de normativele cu caracter general. În afară de aceasta pentru anumite tipuri de construcții pot fi cerute prin condițiile tehnice ale proiectului și alte valori ale toleranțelor, mai strânse, sau uneori chiar mai mari. Nerespectarea toleranțelor, impune anumite deformări ale elementelor care pot fi inadmisibile, fie sub aspectul exploatării, fie sub aspectul introducerii unor eforturi suplimentare. Toleranțele maxime admise la uzinarea și montarea principalelor elemente de construcții metalice sunt date în Normativul C105.

Elementele metalice de tipul stâlpilor se montează de regulă pe fundații de beton armat. Buloanele de ancoraj se montează în fundații legate între ele cu bare metalice alcătuind o carcasă rigidă. Suprafața fundației se toarnă cu 5…10 [cm] mai jos decât nivelul definitiv. În acest mod, la montaj stâlpii se pot așeza pe calaje din plăcuțe metalice așezate la cele 4 colțuri ale bazei cu care se asigură așezarea și verticalitatea; se face o strângere provizorie a piulițelor pentru a se asigura stâlpul până la încheierea montajului. Asigurarea poziției corecte în plan a stâlpilor se realizează utilizând stâlpi cu bază prevăzută cu traverse sau scaune (din profile sau tablă) care se sudează pe bază după verificarea poziționării stâlpului. Dacă stâlpul se prinde direct, așezarea în poziție corectă se poate realiza prevăzând găuri mai mari (sau ovalizate) la placa de bază sau goluri în fundație în jurul buloanelor de ancoraj pe o adâncime de 40…50 [cm], care permit corectarea poziției buloanelor și deci a stâlpilor.

Fig. 4.1. Placa de bază: 1 – stâlp; 2 – fundația; 3 – mortar;

4 – goluri pentru corectarea poziției buloanelor de ancoraj (betonate ulterior);

5 – buloane de ancoraj; 6 – Calaj (plăcuțe metalice).

După așezarea celorlalte elemente și verificarea axelor și a nivelurilor, se leagă definitiv între ele elementele metalice, se strâng definitiv buloanele și se execută subturnarea bazelor cu mortar de ciment cu nisip cu bobul de mare. Dacă este necesară asigurarea stabilității în sens longitudinal șirului de stâlpi, până la încheierea montajului, stâlpii pot fi prevăzuți și cu portale montate provizorii în șuruburi și ale căror prinderi sudate se definitivează în stadiul final.

După executare se reface stratul de vopsea de grund care asigură protecție anticorosivă și care a fost deteriorat prin sudare. Se chituiesc marginile ecliselor de la îmbinările cu șuruburi de înaltă rezistență. După aceste operații se aplică vopseaua pe bază de ulei cu pigmenți la culoarea dorită.

Întreținerea construcțiilor metalice se face diferențiat după natura construcției.

O primă măsură o reprezintă vopsirea periodică a construcției metalice. Această vopsire se va aplica mai des la construcțiile care stau în mediu coroziv, acolo unde există depuneri de praf industrial, care favorizează stagnarea apei pe suprafața elementelor.

O altă măsură de întreținere o constituie controlul periodic și general al elementelor metalice cu aspectul depistării unor avarii rezultate în urma exploatării.

4.1. CONTROLUL ÎMBINĂRILOR SUDATE

La realizarea unei suduri pot apare efecte condiționate de procedeul tehnologic folosit, ca de exemplu porozități, lipsă de legătură, formă necorespunzătoare etc. și defecte cauzate de cunoașterea insuficientă a materialului care se sudează. Acestea din urmă iau naștere ca urmare a reacției materialului de bază la aplicarea șocului termic prin procesul de sudare.

În timpul execuției ansamblelor și a construcției sudate în uzină se fac o serie de operații de control și încercare, care au ca scop stabilirea calității lucrărilor efectuate.

Controlul îmbinărilor sudate prezintă cea mai mare importanță, deoarece rezistența acestora depinde în mare măsură de modul de execuție al sudurilor.

Complexitatea factorilor care intervin în cercul procesului de sudare duce la necesitatea unei diversități mari de încercări. În cazul construcțiilor sudate se execută în general următoarele operații de verificare, control și încercare:

verificarea fiecărei piese sau ansamblu sudat din punct de vedere al dimensiunilor și al poziției relative;

examinarea și verificarea dimensiunilor cusăturilor sudate;

încercarea și controlul calității sudurilor;

Încercarea calității sudurilor în timpul execuției se face conform STAS 768-62 și are ca scop să verifice buna execuție a lucrărilor de sudare.

Încercările de calitate a sudurilor se fac pe probe sudate în aceleași condiții și odată cu executarea ansamblelor sudate.

Probele comportă suduri cap la cap și de colț din care se fac epruvete pentru încercări mecanice. Pe lângă încercările distructive se fac și încercări nedistructive cum sunt:

controlul magnetic;

controlul ultrasonic;

controlul cu raze X și Gama;

controlul vizual;

Nu se admit decât sudurile în clasa I de calitate, adică se admit următoarele două categorii de defecte:

incluziuni izolate cu dimensiunea sub 0,1 x s (s – grosimea componentelor);

sufluri sferoidale cu dimensiunea 0,1 x s;

În cazul în care aceste condiții nu sunt îndeplinite, zonele respective se excavează prin frezare, polizare sau dăltuire și apoi se reface îmbinarea sudată pe porțiunea în cauză. După remedierea zonelor cu defecte, îmbinarea sudată se controlează cu radiații penetrante.

Planul de control al îmbinărilor sudate se face conform indicațiilor din desenul de ansamblu și mai ale a celor din proiectul tehnologic.

La dimensiunile libere pentru îmbinările sudate vor fi conform STAS 1901-71. Se va adopta clasa de calitate a II a, pentru componentele care sunt puternic solicitate.

Defectele îmbinărilor vor fi stabilite în conformitate cu STAS 7084-73 și vor fi remediate în conformitate cu STAS 761-71 urmate după aceea de mai multe verificări ale cordoanelor de sudură.

Când calitatea sudurii este necorespunzătoare în raport cu cea indicată vor fi admise cel mult două remedieri în același loc cu condiția înscrierii sudurii în clasa de calitate înscrisă, controlul efectuându-se pe o lungime dublă față de cea care a prezentat defectele.

Grosimea sudurilor trebuie să fie în concordanță cu grosimea componentelor pentru ca îmbinările sudate să nu constituie amorse de fisuri.

4.2. RECEPȚIA LUCRĂRII

Recepția se face pe elementele componente și după montajul parțial și general. Aceasta constă într-o serie de operații de control și încercări care au ca scop stabilirea calității lucrărilor efectuate. Se face recepția și controlul materialelor, recepția în secția de sudare, în uzina constructoare și recepția finală a lucrării.

La recepția materialelor se prevede examinarea aspectului exterior, se verifică dimensiunile, se determină proprietățile fizice și compoziția chimică.

În secția de sudare se face verificarea fiecărei piese sau fiecărui ansamblu sudat din punct de vedere al dimensiunilor și al poziției relative, examinarea și verificarea cusăturilor sudate, încercarea și controlul calității sudurilor conform STAS 768-62.

La recepția în uzină se face verificarea dimensiunilor pieselor, subansamblelor și ansamblelor, verificarea secțiunilor de rezistență, verificarea montării elementelor și controlul sudurilor.

Se examinează aspectul exterior al pieselor, calitatea materialelor folosite și a cusăturilor sudate efectuate.

La recepție, uzina constructoare va prezenta și preda următoarele documente:

a) desenele de execuție și desenul de montare;

b) actele din care să rezulte că eventualele modificări au fost aprobate de către proiectant;

c) certificatele de calitate și orice alte acte din care să rezulte calitatea materialelor folosite, oțelului folosit, a electrozilor, sârmelor, fluxurilor, a sudurilor din copii de pe radiografii.

d) actele de recepție internă stabilite prin norme sau caiete de sarcini;

e) tabele sudurilor și mărcile lor, precum și datele asupra calificării și calității sudorilor;

f) borderoul cu rezultatele controlului cusăturilor sudate cu raze X sau gama, ultrasonic etc.;

g) borderoul cu defectele sudurilor constatate la controlul operațiilor în secțiile uzinei și metodele folosite la înlăturarea sau remedierea lor.

Recepția finală se face după montaj având ca scop stabilirea modului de comportare sub sarcină. Sudurile la care se fac încercările statice se iau de 75% din sarcinile maxime de exploatare. Aplicarea sarcinilor se face treptat și la intervale de timp suficient de mari pentru ca deformațiile să nu varieze în timp. După încărcarea finală aceasta va fi menținută un timp mai îndelungat pentru stabilirea eforturilor și deformațiilor produse de această încărcare.

Documentul final de recepție este procesul verbal. După examinarea exterioară a construcției sudate, după verificarea dimensiunilor și după efectuarea încercărilor se întocmește un proces-verbal de recepție. În acesta se consemnează toate observațiile făcute în timpul recepției, rezultatele încercărilor și eventualele lipsuri și completări.

La procesul-verbal se anexează următoarele:

desenul de ansamblu;

certificatele de calitate ale materialelor;

actele de recepție internă sau pe faze de execuție, pe genuri de lucrări;

4.3. TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII

Prin protecția muncii se înțelege ansamblul măsurilor luate în scopul apărării personalului muncitor contra accidentelor și bolilor profesionale. Pentru obținerea rezultatelor pozitive s-a stabilit prin legi și instrucțiuni sarcini pentru conducerea întreprinderilor; astfel în orice întreprindere răspund pentru luarea tuturor măsurilor de securitate a muncii: inginerul șef, șefii de secție și de sectoare, maiștrii, care au următoarele îndatoriri principale:

să facă instructajul reglementar fiecărui muncitor;

să asigure în hale și la locurile de montare condițiile necesare desfășurării producției conform tehnologiei;

să supravegheze buna stare a utilajului și a dispozitivelor, luând la timp măsuri pentru repararea sau înlocuirea lor;

să supravegheze starea instalației electrice pentru a nu se produce electrocutări;

să înzestreze pe muncitori cu scule de mână, cu îmbrăcăminte de protecție;

să nu permită repararea unor utilaje în timpul funcționării;

Personalul muncitor trebuie să dea aportul necesar în crearea condițiilor de securitate și în păstrarea integrală a capacității de muncă a colectivelor. Pentru aceasta se cere:

însușirea și aplicarea tehnicii securității și a instructajului de autoprotecție;

să respecte disciplina locului de producție și dispozițiile conducerii unității;

să colaboreze la măsurile de securitate colectivă;

să controleze menținerea curățeniei la locul de muncă, mașinile instalațiile, sculele, îmbrăcămintea de protecție și uzură.

Măsurile de apărare împotriva pericolului de accidente sau distrugeri de bunuri sunt de mai multe categorii:

măsuri constructive;

măsuri de prevenire;

măsuri de intervenție;

Diversele accidente pot fi înlăturate sau reduse ca număr și importanță prin asigurarea și păstrarea disciplinei și ordinii la locul de muncă. De aceea se pune în acest scop un accent deosebit pe instruirea personalului, pe ordine și disciplină.

Măsurile mai importante care se iau în ateliere și pe șantierele de montare ale construcțiilor sunt:

uneltele de mână trebuie să aibă mânerele de lemn de esență tare; nu se admit noduri sau crăpături;

nu este permisă staționarea sau trecerea pe dedesubtul pieselor sau subansamblelor care sunt transportate cu poduri rulante;

posturile de sudare vor fi organizate în boxe speciale sau împrejmuite cu pereți de protecție;

se interzice sudarea electrică sau autogenă în apropierea materialelor inflamabile, precum și depozitarea materialelor de acest tip lângă locuri de sudare;

lângă posturile de sudare flotante se vor pune afișe vizibile cu “Nu priviți flacăra”;

se interzice sudorilor, precum și celor ce-i deservesc, să execute lucrări de sudare fără a purta materialul de protecție corespunzător;

rugina și murdăria să fie curățite cu peria sau cu mătura și nu cu mâna;

după terminarea lucrului sau părăsirea pentru un timp scurt a locului de muncă, sudorul trebuie să întrerupă curentul electric;

sudorul să poarte echipament de protecție corespunzător care constă din: șorț, mănuși, mască și salopete de protecție;

mănușile și șorțul trebuie să fie executate din materiale de protecție împotriva radiaților;

masca trebuie să fie executată din material ușor, neinflamabil, rău conducător de electricitate și căldură.

Instalațiile electrice și utilajele care folosesc energie electrică sunt executate pe baza unor prescripții de specialitate care conțin și măsurile și prevederile de siguranță și protecție necesare a fi luate și respectate. O măsură necesară constă în legarea la pământ a oricăror piese și dispozitive metalice de protecție care ar putea fi puse sub tensiune întâmplător și ar fi atinse de om.

5. NECESARUL DE MATERIALE

5.1. NECESARUL DE LAMINATE

Se determină un extras de materiale, unde fiecărui element i se determină cantitatea luată din depozit, cantitatea intrată în construcție, numărul de bucăți de același fel, greutatea pe unitatea de lungime etc.

Fig. 5.1. Determinarea consumului de laminate.

Greutatea tronsonului superior este:

Greutatea tronsonului inferior este:

Greutatea zăbrelelor este:

Greutatea totală a stâlpului este:

Fig. 5.2. Determinarea greutății zăbrelelor.

Greutatea totală a stâlpului este:

5.2. NECESARUL DE MATERIALE DE ADAOS

Se determină consumul de electrozi, sârmă și flux.

În cadrul construcțiilor sudate industriale greutatea sudurii reprezintă circa 15% din greutatea construcției.

Greutatea electrozilor folosiți este:

= 20 [%] pierderi

Greutatea fluxului folosit este:

Greutatea sârmei folosite este:

= 5 [%] pierderi

5.3. ENERGIA ELECTRICĂ NECESARĂ

Consumul de energie se evaluează global pornind de la faptul că pentru 1 [kg] de sudură executate SE se consumă 5 [kwh/kg], iar pentru 1 [kg] sudură executată SF se consumă de la 3…3,5 [kwh/kg].

5.4. MANOPERA

Pentru lucrările de pregătire se consumă cca. 25 [ore/tonă] construcție.

Timpul de pregătire este:

Timpul necesar pentru sudare este:

În care:

ta – timp auxiliar

ts – timp de sudare

; coeficient de topire

; curentul de sudare

; coeficient de topire

; curentul de sudare

6. PROTECȚIA MUNCII

Conductorii electrici mobili folosiți la racordarea la rețea și cablurile pentru alimentarea circuitului de sudare trebuie să fie ferite împotriva deteriorării în timpul exploatării și al transportului, în mod special împotriva contactului cu stropii de metal topit, precum și a trecerii peste ele a mijloacelor de transport. Cablurile mobile trebuie să fie ușoare, foarte flexibile, ele se păstrează în colaci până nu se sudează.

Folosirea cablurilor de alimentare a circuitului de sudare cu izolație deteriorată este stric interzisă. Starea izolației și a legăturilor la priza de pământ se va verifica de fiecare dată înaintea începerii lucrului.

Zonele de îmbinare a cablurilor pentru alimentarea circuitului de sudare trebuie să asigure o bună conductibilitate, securitate față de solicitările mecanice și o izolație perfectă, înainte de îmbinarea cablurilor pentru alimentarea circuitului de sudare se va realiza prin lipire la cald, sudare sau cu mufe de conectare izolate.

Cablul de masă trebuie să fie racordat direct la piesă fiind interzisă utilizarea unor improvizații ca bare, tuburi sau lanțuri.

Racordarea se poate realiza numai cu elemente de strângere, bornă cu șurub, bine strânse, sau poli aderenți magnetici, cu condiția ca suprafețele de contact să fie netede și curate.

Toate părțile instalației de sudare, care se află sub tensiune, inclusiv generatoarele de curent continuu sau transformatoarele de sudare, trebuie să fie protejate împotriva atingerii accidentale.

Nu este permis ca racordul electric al pistoletului să aibă părți neizolate, în cazurile în care apar scântei între corpul pistoletului și piesa de sudat sau masa de sudare, se întrerupe lucrul și se înlătură defecțiunea. Mânerul și dispozitivul de fixare a electrodului nefuzibil, respectiv dispozitivul de conducere a sârmei de sudare trebuie să fie executate din material rezistent și îmbrăcate în material izolant. Racordurile pentru gaz și pentru apa de răcire trebuie să fie perfect etanșe.

După pornirea instalației nu se permite accesul la părțile componente ale instalației, deoarece toate circuitele din pupitrul de comandă și transformator se află sub tensiune.

Pentru a preîntâmpina accidentele în cazul atingerii părților metalice ale arzătorului, sudorul trebuie să poarte în permanență mănuși de protecție în perfectă stare. Releul pentru întreruperea alimentării trebuie să fie bine reglat și verificat în permanență pentru a interveni sigur în cazul ivirii unor anomalii în circuitul de răcire.

Încăperea în care are loc procesul de sudare va fi prevăzută cu ventilație generală cu posibilitatea de introducere a aerului proaspăt și evacuarea aerului poluat.

Norul de fum cu concentrația maximă în produse toxice nu trebuie să ajungă între masca și fața sudorului, pentru a evita inhalarea acestuia, iar în acest scop, totodată, se amenajează ventilația locală. Ventilația la locul de muncă trebuie să fie eficace, însă tirajul nu trebuie să împiedice efectul de protecție a sudurii cu ajutorul gazului protector.

Sudarea metalelor neferoase și a aliajelor lor se va face folosind echipament de protecție a căilor respiratorii chiar dacă se lucrează în aer liber, iar când se lucrează în încăperi, se va lua în considerare și protejarea personalului auxiliar care lucrează în aceeași încăpere.

Înainte de începerea lucrului, suprafețele materialului trebuie să fie bine curățate și uscate, pentru a reduce degajările de fum și gaze și pentru a asigura condiții bune de lucru, îndepărtarea prafului, grăsimilor și a stratului de vopsea, este neapărat necesară, pentru aceasta se vor folosi substanțe adecvate. Curățirea nu poate fi înlocuită prin reglarea unui jet mai puternic de gaze.

Piesele trebuie să fie uscate, fără urme de tricloretilenă, pentru a evita formarea de fosgen (gaz extrem de toxic) în timpul sudării.

La sudarea metalelor neferoase nu se admit în nici un caz degresarea suprafețelor cu tricloretilenă sau dicloretilenă.

Substanțele pentru degresare (benzina, tricloretilenă) nu pot fi depozitate sau utilizate în încăperi în care se sudează.

Pentru a împiedica vicierea atmosferei cu praf și impurități se vor lua măsuri ca ventilatorul de răcire al transformatorului să aibă priză de aer protejată.

La sudarea în mediu protector de argon se va respecta cu strictețe distanța minimă dintre electrodul de wolfram și piesă; în caz contrar se va produce arderea rapidă a electrodului cu degajări de gaze nocive și radiații deosebit de puternice.

Atingerea sau lăsarea din mână a arzătorului folosit la sudarea în mediu protector de argon atât timp cât acesta se află sub tensiunea de mers în gol de 120 [V] este interzisă, întreruperea automată a circuitului are loc după câteva secunde de la stingerea arcului electric.

Instalația trebuie să semnalizeze întreaga perioadă de timp în care se află sub tensiune de mers în gol.

La sudarea în curent continuu, arzătorul va fi lăsat din mână numai după oprirea convertizorului.

Instalația arzătorului și scutul de protecție trebuie îngrijite cu atenție, ele fiind expuse unor temperaturi ridicate în timpul lucrului. Nu se admite începerea lucrului dacă se constată spărturi, fisuri sau alte deteriorări ale izolației.

BIBLIOGRAFIE

Șarlău Constantin

Proiectarea mașinilor, utilajelor și construcțiilor sudate

Vol. I IPVT, 1984

Șerbănescu Constantin ș.a.

Alcătuirea și calculul structurilor metalice pentru hale industriale

Ed. Tehnică, București, 1987

Mateescu Dumitru ș.a.

Construcții metalice

Ed. Tehnică, București, 1980

Dalban Constantin

Construcții metalice

Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1976

Gheorghiu Alexandru

Statica construcțiilor Vol. I – II

Ed. Tehnică, București, 1978

Buzdugan Gheorghe

Rezistența materialelor

Ed. Academiei, București, 1986

Sălăgean Traian

Tehnologia proceselor de sudare cu arc electric

Ed. Tehnică, București, 1985

Safta Vasile

Controlul îmbinărilor sudate

Ed. Facla, Timișoara, 1985

Mitelea Ioan ș.a.

Materiale și tratamente termice pentru structuri sudate

Ed. de Vest, Timișoara, 1992

Catalog materiale pentru sudare ISIM 1986