Specifikace požadavků na materiál ocelových mostů

V zadávací dokumentaci, která slouží pro výběr zhotovitele ocelové konstrukce, musí být uvedeny následující údaje: značka a jakostní stupeň oceli, chemické složení oceli, mechanické vlastnosti oceli, dodací podmínky, technologické vlastnosti, vnitřní jakost, jakost povrchu, požadavky na kontrolu a zkoušení a dokumenty kontroly. Kromě těchto základních požadavků existuje ještě celá řada volitelných požadavků obsažených v objednávce ocelového materiálu, které se uplatní v případě nutnosti. Zhotovitel ocelové konstrukce musí ve své nabídce na dodávku konstrukce tyto požadavky respektovat. Investor potom ve všech fázích přejímek kontroluje, zda technické požadavky na materiál byly skutečně dodrženy. Je zřejmé, že požadavky na ocelový materiál uvedené v objednávce ovlivňují jednotkovou cenu materiálu a tím i jednotkovou cenu ocelové konstrukce.

NORMA ČSN EN 10025

Norma ČSN EN 10025 Výrobky válcované za tepla z konstrukčních ocelí, vydaná v roce 2005, stanovuje požadavky na plechy a tvarové tyče vyrobené válcováním za tepla z konstrukčních ocelí, které se používají pro výrobu svařovaných, šroubovaných a nýtovaných konstrukcí. Seznam požadavků, které se dělí na povinné a volitelné, je uveden v ČSN EN 10025-1. Norma se člení do šesti částí:

• Část 1: Všeobecné technické dodací podmínky
• Část 2: Technické dodací podmínky pro nelegované konstrukční oceli
• Část 3: Technické dodací podmínky pro normalizačně žíhané/normalizačně válcované svařitelné jemnozrnné konstrukční oceli
• Část 4: Technické dodací podmínky pro termomechanicky válcované svařitelné jemnozrnné konstrukční oceli
• Část 5: Technické dodací podmínky na konstrukční oceli se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi
• Část 6: Technické dodací podmínky na ploché výrobky s vyšší mezí kluzu po zušlechťování

OCELI PODLE 10025

Pro stavební ocelové konstrukce lze použít oceli podle tab. 1. Uvedená značka a jakostní stupeň oceli odpovídá označení podle ČSN EN 10027-1. Nelegované konstrukční oceli podle ČSN EN 10025-2, značky oceli S235, 275, S355, S450, jsou dodávány v jakostních stupníchJR, J0, J2 a K2. Značka oceli odpovídá minimální mezi kluzu při jmenovitých tloušťkách menších než 16 mm. Při větších tloušťkách minimální mez kluzu klesá. V tab. 7

v ČSN EN 10025-2 jsou uvedeny hodnoty až do tloušťky 250, resp. 400 mm. Jakostní stupeň oceli označuje minimální hodnotu nárazové práce při zkoušce vrubové houževnatosti v závislosti na teplotě (viz tab. 9 v ČSN EN 10025-2). Volba jakostního stupně oceli musí odpovídat nejnižší provozní teplotě stavební konstrukce. Pro běžné stavební ocelové konstrukce se požaduje hodnota nárazové práce 27 J. Dlouhé nebo kontinuálně válcované ploché výrobky mohou být dodány ve stavu +AR, +N nebo +M. Stav +AR znamená dodávku válcovaného výrobku bez jakéhokoliv dalšího zpracování. Stav +N znamená normalizační válcování, které je ekvivalentní s normalizačním žíháním. Stav +M znamená termomechanické válcování. V tab. 4 až 6 v ČSN EN 10025-2 je uvedeno chemické složení oceli a maximální hodnota uhlíkového ekvivalentu (CEV). Normalizačně žíhané/normalizačně válcované svařitelné jemnozrnné konstrukční oceli dodávané podle ČSN EN 10025-3 jsou vyráběné buď normalizačním žíháním, nebo normalizačním válcováním. Oba tyto výrobní procesy vedou k ekvivalentnímu stavu materiálu, a platí pro ně tudíž jedna norma, která specifikuje čtyři značky oceli, S275, S355, S420 a S460. Všechny značky oceli mohou být dodány s minimálními hodnotami nárazové práce při teplotách do –20 °C označované jako N nebo do –50 °C označované jako NL. Jemnozrnné konstrukční oceli N a NL podle ČSN EN 10025-3 byly speciálně vyvinuty pro vysoce namáhané svařované konstrukce za nízkých teplot. Jejich výhoda se uplatní zvláště při svařování na montáži při nepříznivých klimatických podmínkách, protože se ve většině případů nemusí provádět předehřev. Ocelové prvky z jemnozrnných ocelí jsou dále méně náchylné na vznik deformací od svařování, čímž lze ušetřit náklady na rovnání. Chemické složení, maximální hodnota uhlíkového ekvivalentu, mechanické vlastnosti a minimální hodnoty nárazové práce jsou uvedeny v tab. 2 až 7 v ČSN EN 20025-3. Termomechanicky válcované svařitelné jemnozrnné oceli podle ČSN EN 10025-4 jsouvyráběny řízeným procesem válcování. Specifické chemické složení oceli a doválcováníza nízké teploty vede k jemnozrnné struktuře oceli, která má nízký uhlíkový ekvivalent (příznivě ovlivňuje svařitelnost), dobré křehkolomové vlastnosti (umožňuje použití větší tloušťky materiálu) a má dobré vlastnosti pro následné tváření za studena (ohýbání, lemování apod.). Norma ČSN EN 10025-4 určuje čtyři značky oceli, S275, S355, S420 a S460, které mohou být dodány s minimálními hodnotami nárazové práce do –20 °C označované jako M nebo do –50 °C označované jako ML. Obdobně jako u ocelí N a NL jsou všechny důležité hodnoty ocelí M a ML uvedeny v tab. 2 až 7 ČSN EN 10025-4. Konstrukční oceli se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi jsou dodávány podle ČSN EN 10025-5. Zvýšené odolnosti oceli proti atmosférické korozi je dosaženo přidáním určitého množství legujících prvků (fosfor, měď, chrom, nikl, molybden aj.). Vlivem těchto legujících prvků a povětrnostních podmínek se vytváří na povrchu základního materiálu ochranná vrstva oxidů, tzv. patina, která brání další korozi. V příloze C v ČSN EN 10025- 5 jsou uvedeny konstrukční zásady a podmínky, za kterých je vhodné použití těchto ocelí. Jedná se zejména o takové konstrukční řešení, které vyloučí plochy, na nichž se mohou hromadit nečistoty nebo kaluže vody bránící vytvoření patiny. Komorové nosníky musí být odvětrány. Ocelová konstrukce nesmí být trvale ve vlhku. V případech, kdy nelze splnit tyto a další podmínky, je nutná povrchová protikorozní ochrana. Po svislých nebo šikmých stěnách smáčených deštěm stéká po dobu tvorby patiny rez. Konstrukce nebo plochy pod konstrukcí z patinující oceli je proto nutné chránit před stékající rzí. Norma obsahuje dvě značky oceli, S235 a S355, které mohou být dodány v jakostních stupních J0, J2 a K2. Ocel S355 se dále dělí do dvou tříd – W a WP, které se liší obsahem uhlíku a fosforu. Vhodnost použití jednotlivých tříd obsahuje tab. 1 v ČSN EN 10025-5. Tab. 2 až 5 v ČSN EN 10025- 5 obsahují všechny důležité hodnoty ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi. Konstrukční oceli s vyšší mezí kluzu po zušlechťování podle ČSN EN 10025-6 jsou legované ušlechtilé oceli. Norma obsahuje sedm značek oceli, S460 až S960, s minimální hodnotou meze kluzu 460 až 960 MPa, která platí pro jmenovité tloušťky do 50 mm. Pro větší tloušťky mez kluzu klesá (viz tab. 5 v ČSN EN 0025-6). Všech sedm značek ocelí může být dodáváno ve třech jakostních stupních: s minimálními hodnotami nárazové práce při teplotách do –20 °C (bez označení), do –40 °C (označeno symbolem L) nebo do –60 °C (označeno symbolem L1). Písmeno Q v označení oceli znamená ocel ve stavu zušlechtěném. V tab. 2 až 7 v ČSN EN 100025-6 jsou uvedeny všechny důležité hodnoty ocelí s vyšší mezí kluzu po zušlechťování.

Norma ČSN EN 10025 ve svých jednotlivých částech uvádí nejen mechanické a technologické vlastnosti oceli použité na plechy a na tvarové tyče vyrobené válcováním za tepla, ale obsahuje dále seznam vlastností, které musí nebo mohou být vyžadovány při objednávce hutního materiálu, a dále obsahuje ustanovení o průkazních zkouškách jednotlivých vlastností materiálu, o přípravě vzorků pro zkoušky a zkušebních metodách.

SVAŘITELNOST

Všechny oceli podle ČSN EN 10025-2 až 6 jsou svařitelné. Zvláště jemnozrnné oceli podle ČSN EN 10025-3 a ČSN EN 10025-4 jsou charakterizovány jako vhodné pro svařování. Je však nutno připomenout, že svařováníkonstrukcí z ocelí M a ML vyžaduje náležitý technologický postup, neboť ohřev konstrukce nad 580 °C může snížit hodnoty meze pevnosti. Naopak oceli podle ČSN EN 10025-5 a ČSN EN 10025-6 mají omezenou vhodnost pro různé svařovací postupy vzhledem k tomu, že chování oceli během svařování a po svařování nezávisípouze na materiálu, ale také na rozměrech a tvaru dílců a na výrobních a provozních podmínkách dílců. Pro oceli se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi jsou další informace o svařitelnosti uvedeny v příloze D v ČSN EN 10025-5.

Pro všechny oceli podle ČSN EN 10025 platí, že s rostoucí tloušťkou výrobku a rostoucí pevností se mohou vyskytnout trhliny za studena. Příčinou trhlin za studena je kombinace následujících faktorů: množství vodíku schopného difundovat do svarového kovu, křehká struktura v tepelně ovlivněné oblasti a výrazná koncentrace tahového napětí ve svarovém spoji. Omezit tyto nepříznivé vlivy lze vhodnou technologií svařování.

MEZNÍ ÚCHYLKY ROZMĚRŮ A TOLERANCE TVARU

Mezní úchylky rozměrů a tolerance tvaru musí být v souladu s předpoklady statického výpočtu a návrhových norem. Pro jednotlivé ocelové výrobky válcované za tepla platí pro dodávku materiálu následující normy:

• pro ocelové plechy a pásy tloušťky ≥ 3 mm válcované za tepla: ČSN EN 10029, ČSN EN 10048 a ČSN EN 10051;
• pro tyče válcované za tepla průřezu I, H, U, T, nerovnoramenného a rovnoramenného L: SN EN 10024, ČSN EN 10034, ČSN EN 10055, ČSN EN 10056-2 a ČSN EN 10279.

Mezní úchylky rozměrů a tvaru nesmí být překročeny ani po případné opravě povrchu při přejímce základního materiálu nebo při výrobě ocelové konstrukce. Tloušťka materiálu i po provedené opravě musí splňovat výše uvedené mezní úchylky.

KONTROLA A ZKOUŠENÍ

Výrobky válcované za tepla z konstrukčních ocelí se dodávají buď se specifickou, nebo nespecifickou kontrolou a zkoušením podle ČSN EN 10025-2 až 6 s potvrzením o shodě s objednávkou podle ČSN EN 10204. Rozsah průkazních zkoušek se liší podle typu ocelové konstrukce. Pro hlavní nosné části ocelových mostů jsou požadovány následující průkazní zkoušky:

• zkouška tahem podle ČSN EN 10002-1,
• zkouška rázem v ohybu podle ČSN EN 10045-1, zkouška ohybem podle ČSN EN ISO 7438,
• zkouška ohybová návarová se provádí podle standardu SEP 1390,
• zkouška lamelární praskavosti podle ČSN EN 10164,
• zkouška chemického složení,
• jakost povrchu podle ČSN EN 10163-1 až 3,
• vnitřní jakost podle ČSN EN 10160.

Norma ČSN EN 10025 ve svých jednotlivých částech obsahuje druhy kontrol, četnost zkoušení, postup při provádění specifické kontroly, přípravu zkušebních vzorků, zkušební metody a postup při reklamaci.

ZÁVĚR

Projektant při návrhu a posouzení ocelové konstrukce nejdříve volí značku použité oceli. Pro moderní ocelové konstrukce by měly být používány oceli vyšších pevností, než jsme dosud byli zvyklí. Doporučují se oceli S355, S420 a S460. Ocel S235 je možné používat pouze pro doplňkové a nenosné konstrukce. Důvod je hlavně ekonomický, protože zvýšení meze kluzu je vyšší než zvýšení ceny. Při použití všech značek oceli je nutno respektovat snížení meze kluzu v závislosti na použité tloušťce dle příslušné tabulky v ČSN EN 10025-2 až 6.

Použití legovaných ušlechtilých ocelí s vyšší mezí kluzu dle ČSN EN 10025-6 je technicky možné, praktické použití bývá omezeno dostupností materiálu v požadovaných položkách. Tyto oceli však mají dobré křehkolomové vlastnosti i při nízkých teplotách. Použití ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi dle ČSN EN 20025-5 je výhodné pouze pro některé typy konstrukcí, u kterých lze zajistit spolehlivé vytvoření patiny po celém povrchu konstrukce. Přitom je nutné respektovat stékání rzi v době, kdy se patina teprve tvoří. Pro staticky náročné svařované ocelové konstrukce se doporučuje volit jemnozrnné oceli podle ČSN EN 20025-3 nebo ČSN EN 10025-4. Svařování konstrukcí z ocelí M a ML však vyžaduje specifický technologický postup.

V dokumentaci pro zadání stavby musí projektant stanovit všechny vlastnosti použité oceli a ty musí být obsaženy v objednávce hutního materiálu. Specifickou vlastností, kterou musí vyžadovat projektant ocelové konstrukce, je vnitřní jakost hutního materiálu. Případné zdvojení plechu snižuje jeho ohybovou tuhost a umožňuje rozdvojení plechu nejen při namáhání kolmo k jeho povrchu, ale i při namáhání plechu tlakem z důvodů boulení. Zhotovitel ocelového mostu musí uvedené požadavky respektovat a zajistit, aby pro výrobu ocelové konstrukce byl použit odpovídající hutní materiál. Je věcí zhotovitele, jestli si deklarované vlastnosti sám ověří. Investor má právo vyžadovat předložení dokumentu kontroly jakosti o použitém materiálu nebo si nechat provést jeho kontrolní zkoušky. Příspěvek byl vypracován s podporou výzkumného záměru MSM 6840770001 „Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních konstrukcí“.

The article provides a summary of technical requirements when specifying material of steel bridges. These are both general technical delivery terms of products being hotrolled from structural steel set in the ČSN EN 10025, and provisions in this standard related to other material, testing and proposal standards.

Autor

• Doc. Ing. Rotter Tomáš CSc.