Academic literature on the topic 'Stålkonstruktioner'

Studieturen 2018 var ledet af Selskabets næstformand Jørgen Burchardt, som havde arrangeret den i samarbejde med professor i ingeniørvidenskab ved universitetet i Gent, Philippe van Bogaert. Denne havde tillige uddannelse som turistguide og stod for den praktiske del af arrangementet, der bl.a. indebar overnatninger i Antwerpen og Gent, bustransport og besøg på udmærkede spisesteder. I turen indgik sight-seeing i Antwerpen, Gent, Mechelen og Brügge samt besøg på arbejdspladser langs Albertkanalen (Vlaamse Waterweg), hvor man er i færd med at udskifte vejbroerne, og hos firmaet Aelterman i Gent, som konstruerer broer, sluser (sluseportene bygges i Korea) og andre stålkonstruktioner.

Steel is an excellent material to build with, but consideration must be given to the fact that unprotected steel corrodes, rusts, therefore, as a rule, the steel must be protected in some way. This can be done by reducing the tendency of the steel to corrode by using stainless steel or by treating the steel with a protection method. The two most common methods of protection are corrosion protection paint and zinc coating. To determine the method, the corrosive category must first be evaluated and this is done in accordance to EN ISO 12944-2:1998. Stainless steel is available in many varieties but only some of them have properties that make them suitable for use as construction steels. There are many factors to be considered in the design of stainless steel to prevent corrosion from occurring. Design of stainless steel is slightly different from the design of plain carbon steel. In this thesis, only the differences are considered. There are many different systems of protective coating. These consist of at least two different layers of paint. Before the steel is painted, it must be pretreated to remove any impurities in the steel in order to get good adhesion. Galvanizing with a zinc coating can be done in a couple of ways, including hot-dip galvanizing and zinc spraying, where galvanizing is the most common method. When both galvanizing and painting is used it is called duplex systems. Which method that should be used depends on several factors such as economics, aesthetics and environmental impact. There is no simple solution, everything must be weighed and considered in each individual case.
Stål är ett utmärkt material att bygga med, men hänsyn måste tas till att oskyddat stål korroderar, rostar, därför ska stålet i regel rostskyddsbehandlas. Detta kan göras genom att minska stålets benägenhet för att korrodera genom att använda rostfritt stål eller genom att behandla stålet med någon skyddsmetod. De två vanligaste skyddsmetoderna är rostskyddsmålning och förzinkning. För att bestämma metod måste först korrosivitetsklassen bedömmas och det görs enligt SS-EN ISO 12944-2:1998. Rostfritt stål finns i många olika varianter och det är bara några av dessa som har egenskaper som gör att de kan användas till byggande. Det finns även många faktorer att tänka på för att förhindra att korrosion i rostfria konstruktioner uppstår. Dimensionering av rostfritt stål skiljer sig något från dimensionering av vanligt kolstål. I detta arbete tas endast skillnaderna upp. Det finns många olika färgsystem inom rostskyddsmålning. Dessa består av minst två stycken olika skikt med färg. Innan ett stål rostskyddsmålas måste det förbehandlas så att eventuella föroreningar på stålet försvinner och ger färgen bra vidhäftning. Förzinkning kan göras på ett par olika sätt, däribland varmförzinkning och sprutförzinkning där varmförzinkning är den vanligaste metoden. När både förzinkning och målning används fås så kallade duplexa system. Vilken metod som ska väljas för att skydda stålet mot korrosion beror på flera olika faktorer så som ekonomi, estetik och miljöpåverkan. Det finns ingen enkel lösningsmetod utan allt måste vägas samman och beaktas utefter varje enskilt fall.

I rapporten undersöks om besparingar kan göras i projekteringsskedet av byggnadsverk. Undersökningen görs genom att sammanställa och analysera utnyttjandegraden av pelare i fyra stålhallar belägna i Örebroregionen. Syftet är att undersöka om besparingar går att göra och i sådant fall hur stora dessa är. Dimensioneringen har primärt genomförts i programmet Ramanalys, där varje pelare i de valda konstruktionerna har analyserats och dimensionerats enskilt. Laster som är beroende av ort, byggnadsutformning, placering med mera, har tagits fram med hjälp av Eurokod och tillhörande nationell bilaga, EKS. Laster på fackverk, installationer, tak- och väggkonstruktion har uppskattats då dessa dimensioneras av leverantörer. Uppskattningarna har gjorts med hjälp av leverantörernas snabbdimensioneringsprogram. Stommarna som har analyserats har varit av typen stålhallar. Optimeringen har begränsats till att gälla dessa stålhallars stompelare. Resultatet av denna undersökning visar att besparingar går att göra. I de fall som detta arbete har undersökt ligger de ekonomiska besparingarna på mellan 10-24%. Denna besparing ligger enbart på materialkostnadsdelen, vilket tydligt skall understrykas. Besparingen är alltså enbart på stålvikten och ingen hänsyn till övriga eventuellt uppkommande kostnader för transport, montering, extra nedlagd konstruktörstid osv. Genom att räkna för en högre utnyttjandegrad av ingående element kan man göra besparingar av material. I detta fall handlar det om stålvikt som kan reduceras genom att välja mer optimerade, dvs. slanka dimensioner. Utnyttjandegraderna i denna jämförelse hamnar då, på vissa element uppemot 98-99%. Slutsatsen av denna studie är att man kan räkna mer optimerat och på så sätt reducera materialvikter och sänka kostnaden där av.
This report investigates if there are savings to be made during the phase of construction planning. The study will be carried out through compiling and analyzing the capacity level of columns in four steel constructions situated in the region around Örebro. The Purpose is to study if there are savings to be made, and if so, how big these savings are. The design has mainly been carried out using the software Ramanalys, where every column in the construction has been analyzed and designed. Loads that are dependent on location, building design, topography etc have been calculated with the help of Eurocode and the associated national annex, EKS. Loads from trusses, installations, roofs and walls have been estimated as these are designed by suppliers. The estimations have been made using the quick-designing programs provided by the suppliers’ websites. The frames that have been analyzed are of the type steel constructions. The optimization has been limited to the columns in the frame of these constructions. The result of this study shows that savings can be made. In the constructions we have studied, the financial savings are between 10-24 %. These savings refer solely to the material cost of the component, which must be clearly emphasized. The savings are thus only on kilograms of steel and no account is taken for other possible incurred costs such as transport, assembly, extra time for the constructor etc. By calculating for a higher degree of utilization of the frame columns, one can save material that otherwise would have to be paid for. In this case steel weight that can be reduced by choosing slimmer and more optimized dimensions. The capacity levels in this comparison is on some elements utilized around 98-99 %. The conclusion of this study is that one can do more optimized designs and thus reduce material weights and lower the cost thereof.

Stålbroars approximativa livslängd bestäms av stålets utmattningshållfasthet, då utmattning är en av de främsta anledningarna till att livslängden begränsas. I Sverige existerar ett antal broar som närmar sig slutet av sin livslängd, samtidigt som behovet för kapacitet och kraven på broarna ökar. Flertalet av dessa broar är i behov av upprustning. Däremot är det inte möjligt ur vare sig ett ekonomiskt- eller miljöperspektiv att byta ut alla broar, och därför behöver de broar som är mest kritiska prioriteras. Vid utmattningsdimensionering av stålbroar beaktas hela spänningsvidden, oavsett om spänningarna är i drag eller tryck. En spricka propagerar endast vid dragspänningar, vilket innebär att tryck- spänningar egentligen inte bör vägas in i samband med dimensionering. Detta innebär att en del stålbroar skulle kunna ha en längre livslängd än vad den traditionella dimensioneringen ger. Spänningsintensitetsfaktorn 𝐾 används inom brottmekaniken för att förutspå spänningsintensiteten i närheten av sprickspetsen, och appliceras till linjärelastiska material. Det finita elementprogrammet Abaqus användes när brodetaljen modellerades och analyserades. Brodetaljen representerar en balk med en påsvetsad anslutningsplåt, som utsätts för trafiklasten på en bro och en temperaturlast för att simulera egenspänningar. Detaljen representerar problematiken med utmattning i stålkonstruktionsdelar. Motivet för denna studie är att inga sprickor har hittats under inspektioner av liknande detaljer, det till trots att en del stålbroar teoretiskt sett förbrukat sin livslängd. Studien genomfördes med en mer avancerad modell än vad som vanligtvis skapas för bedömning av utmattning, med syftet att modellera verkligheten mer korrekt. Resultaten visar hur egenspänningarna bidrar till dragspänningar, vilket leder till sprickpropagering i modellen. Vid spricklängden 9,5 mm övergår spänningarna från drag till tryck, och då upphör spricktillväxten. Resultaten visar även att utmattningssprickor kan växa i stålkonstruktionsdelar som i huvudsak utsätts för nominella tryckspänningar, ifall höga egenspänningar uppstår vid anslutningsplåten.
Steel bridges estimated service life is determined by the fatigue strength of the steel, since fatigue is one of the main reasons for limiting the service life. In Sweden there is a number of bridges that approach the end of their service life, while the need of increasing the capacity and demands on bridges grows. The majority of these bridges is in need of reparation. On the other hand, it is not possible either from a financial- or environmental perspective to replace all bridges, and therefore the bridges that are most critical needs priority. In the case of fatigue design calculation of steel bridges, the entire stress range is taken into account, regardless of whether the stresses are in tension or pressure. A crack propagates only at tensile stresses, which means that pressure should not really be considered in the design calculations. This means that some steel bridges could have a longer life span than the traditional design calculation gives. The stress intensity factor K is used within the fracture mechanism to predict the stress intensity near crack tip, and is applied to linear elastic materials. The finite element program Abaqus was used when the bridge detail was modeled and analyzed. The bridge detail represents a beam with a welded connection plate, which is exposed to traffic load at the bridge and a temperature load to simulate residual stresses. The detail represents the problem of fatigue in steel structural parts. The motive for this study is that no cracks have been found during inspections of similar details, despite the fact that some steel bridges theoretically have consumed their longevity. The study is conducted with a more advanced model than usually created for assessment of fatigue, with the purpose of modeling the reality more correctly. The results show how the residual stresses cause tensile stresses, which leads to crack propagation in the model. At a crack length of 9,5 mm, the stresses change from tension to compression, and then the crack growth ceases. The results also indicate that fatigue cracking can grow in steel structural parts that are mainly exposed to compressive nominal stresses, if tensile residual stresses appear at the connection plate.

This bachelor thesis covers fire protection methods of structural steel and the aim is to develop an information tool designed for inexperienced structural engineers. The information tool covers basic fire protection methods and the general way to produce a fire resistance for structural steel. The layout of this information tool is a simple folder that contains information about the most important steps when producing fire protection for a steel structure. The thesis starts with a general overview of the fire protection needed in buildings to fulfill national legislative and regulatory requirements. To get an understanding of how steel components behave during the influence of fire, a brief overview is presented of the material properties of steel. This chapter also contains a review of previous research in the area. Furthermore, some of the most common fire protection materials are introduced and the general way of producing a safe fire protection for steel components is explained. For example, the chapter handles topics such as critical steel temperature, section factor and degree of utilization, which are key factors for designing fire protection for structural steel components. To evaluate the information tool, experienced structural engineers have been interviewed with a given interview guide to assist the making of this tool. The results from the interviews provided an insight into the needs for information regarding fire protection for structural engineers.

Stålindustrin står för 7 % av världens koldioxidutsläpp. För att minska industrins miljöpåverkan är ett alternativ att introducera konstruktioner i höghållfasta stål eftersom det ger möjlighet till slankare konstruktioner och därmed mindre materialåtgång. Användning av höghållfasta stål i svetsade konstruktioner kan dock vara problematiskt då de utsätts för utmattningslaster vilket kan leda till oanade brott i konstruktionen. För att förbättra svetsade konstruktioner mot utmattning kan PWT tillämpas.I arbetet undersöktes möjligheterna till implementering av PWT i tillverkningsstadiet samt eventuella hinder till varför metoden inte används. För att bilda en uppfattning om möjligheten till alternativa metoder för att öka utmattningshållfastheten för en svets har gällande myndighetskrav samt normer för utförande av vanliga svetsar undersökts. Genom intervjuer har åsikter från olika aktörer inhämtats för att besvara frågeställningarna.Efter genomförd undersökning konstaterades att den bristande förmågan att kontrollera spänningar i en svets är en bidragande faktor till varför PWT i dagsläget inte används i tillverkningsstadiet inom byggbranschen. Intervjun med Trafikverket resulterade i alternativet att ta fram en särskild kravspecifikation enligt Krav Brobyggande, som vid godkännande skapar möjlighet för implementering av PWT. Krav Brobyggande är Trafikverkets dokument men krav och råd för brobyggande i Sverige.
The steel industry stands for 7 % of the worlds emission of carbon dioxide. An alternative to reduce the environmental impact of the industry is to introduce structures of high strength steel since it provides opportunity for slimmer structures and thereby less material consumption. However, the use of high strength steel in welded structures can be problematic when exposed to fatigue loads, which can lead to unsuspected breaks in the structure. To improve welded structures against fatigue PWT can be implemented.The possibilities for implementation of PWT during manufacturing and possible obstacles as to why it should not be used was investigated in this thesis. To form a perception for the possibilities of alternative welding methods to increase fatigue strength the existing regulations and norms of execution for as welded conditions was examined. Opinions from different participants in the construction process were interviewed to answer the questions at issue.The lacking ability to verify stress in a weld was concluded to be a contributing factor as to why PWT is not currently used during the manufacturing process in the construction industry. The interview with Trafikverket resulted in the alternative to create a specific requirement specification according to demands in Krav Brobyggande. Approval of the specific requirement specification could lead to possibility to implement PWT in the construction industry. Krav Brobyggande is Trafikverkets document with demands and advice for bridge construction in Sweden.

Stål är ett vanligt förekommande konstruktionsmaterial som används i olika typer av byggnader. Det är ett material med vilket klena dimensioner kan användas för att åstadkomma stora spännvidder och fria ytor. Däremot mjuknar stål vid höga temperaturer vilket kan innebära allvarliga skador i form av kollaps. I förebyggande syfte är det därför viktigt att brandskydda stålkonstruktioner på ett korrekt sätt. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka vilket brandskydd som är mest kostnadseffektivt genom att jämföra olika brandskydd som tillämpas i industrihallar. Studien har utförts i samarbete med Blixthuset Stålhallar och innefattar ett av deras pågående projekt där branddimensionering behövde utföras. Brandskydden som har jämförts är överdimensionering av stålprofil VKR 250X250X10, brandskivor, brandmålning och brandisolering. Initialt har lasteffekten i rumstemperatur beräknats i enlighet med Eurokoderna. Därefter har lasteffekten i brandlastfallet beräknats, följt av att den kritiska ståltemperaturen tagits fram på respektive våningsplan för både mittpelare och fasadpelare. Vid jämförelse av lasteffekterna som beräknats fram har utnyttjandegraden identifierats och därmed har behovet av brandskydd blivit känt. När den kritiska ståltemperaturen och utnyttjandegraden har fåtts fram har offerter från företag kunnat efterfrågas och en kostnadsjämförelse har därmed blivit möjlig. Studien har visat att överdimensionering av stålpelare inte är en effektiv lösning då inte ens den tjockaste profilen VKR 400X400X16 var tillräcklig tjock för att uppnå brandkravet R60. Trots överdimensionering hade stålpelarna behövt ytterligare brandskydd för att klara av brandkravet. Det dyraste brandskyddet var montering av brandskivor, följt av brandmålning och brandisolering.
Steel is a commonly used construction material. It is a material where small dimensions can be used to achieve large spans and free spaces. Steel softens however when encountering high temperatures which can cause severe damage such as collapses. It is therefore with greatest importance that fire protection is designed correctly. This bachelor thesis contains a study that compares different fire protections for industrialbuildings in steel, and the purpose of the study was to find the most economic efficient fire protection. This study has been made in collaboration with Blixthuset Stålhallar where one of their projects needed fire protection to be designed. The fire protections being compared was over dimensioning steel column VKR 250X250X10, using fire gips, fire insulation and fire painting. Initially, the load effect in room temperature was designed according to the Eurocodes. Thereafter, the load effect in the fire load case was designed, followed by finding the critical steel temperature. When comparing the two load effects, the utilization could be recognized and consequently, the requisite of fire protection could be identified. When the amount of fire protection needed was determined, offers from different companies could be taken in for comparison. The study showed that oversizing is an inefficient solution of fire protecting the steel columns since even the thickest steel column VKR 400X400X16 was not thick enough to achieve the fire requirement R60. Despite oversizing the steel columns, other fire protection would still be needed. Furthermore, the study showed that the most expensive fire protection wasassembly of fire discs, followed by fire painting. The cheapest alternative was fire insulation.

När byggbranschen för några år sedan fasade ut de tidigare nationella regelverken och ersatte dem med de gemensamma europeiska konstruktionsstandarderna, Eurokoderna, ändrades processen för att brandskydda konstruktioner. Hur dimensionerings­processen ser ut med de nya reglerna är inte helt enkelt att sätta sig in i. Därmed har detta examensarbete framställts på uppdrag av Sweco Structures AB. Huvudmomentet i arbetet är beskrivning och förklaring av de befintliga dimensioneringsmetoderna. För att förstå metoderna från regelverken består de första kapitlen i detta arbete av grundläggande teori för brandens verkningssätt och stålets respons vid förhöjd temperatur. Detta följs av en genomgång av de förenklade beräkningsmetoderna och dess ekvationer. I rapporten ingår även en fallstudie där en stålkomponent i en industribyggnad analyseras. Resultat från fallstudien visar att den så kallade kritiska temperaturmetoden inte bör användas för konstruktioner där instabilitetsfenomen måste beaktas. Den kritiska temperaturmetoden har därför ett mycket begränsat användningsområde. Det visade sig även att kostnaderna för att öka diagonalens dimensioner uppgick till ungefär samma kostnad som att brandskyddsmåla. Detta är dock mycket beroende på situation och sannolikt varierar kostnaderna kraftigt.
When the construction industry phased out the earlier national construction standards a few years ago and replaced them with the European standards, the rules for fire safety changed. The new design process is complex and not simple to get a full picture of. For that purpose this thesis is written for Sweco Structures AB. The main part of this thesis comprises of descriptions and explanations of the existing design methodologies. To better understand the methods in Eurocode, the first chapter contains basic theory of how fires behave and how steel responds to higher temperatures. The following chapters address the simplified calculation methods and their equations. The report also includes a case study of a steel framed industrial building where a critical diagonal was analyzed. The analysis showed that the method called critical temperature method is not applicable for components where instability is taken into account. Those components should instead be calculated using the equations given in Eurocode. Therefore the critical temperature method has a very limited use. The analysis also showed that the cost of increasing the dimension of the diagonal was about the same as the cost of coating it with fire resisting paint, but this is very dependent on the situation. The report concludes with discussion and comparison of results.

Nästan alla stålkonstruktioner måste rostskyddas. Undantaget är de som står inomhus i torr luft. Ett rostskydd kan utföras på flera olika sätt, men de vanligaste är att stålet målas med rostskyddsfärg eller att det varmförzinkas. Innan detta kan utföras måste stålet förbehandlas. Det är viktigt att den utförs noggrant för annars kan kvarvarande föroreningar börja rosta under färg- eller zinkskiktet. Rapporten behandlar de ovan nämnda metoderna, dess egenskaper och miljöpåverkan samt kostnader för systemen.

De rostskyddsmetoder som används har alla en negativ påverkan på naturen och hälsan. Hur stor den är beror på vilken sorts beläggning som används. Men man måste också tänka på att de faktiskt skyddar stålet och ökar livslängden och därigenom ger ett bättre resursutnyttjande.

Att säga hur mycket ett system kostar är inte helt lätt. Dessa kostnader beror på flera saker. Den största skillnaden gör mängden stål, men det beror även på till exempel tjocklek och typ av skikt.

Resultatet av studien är ett antal tabeller där konstruktörerna själva kan gå in och välja det system som, med tanke på ekonomi och miljöfrågor samt skiktets egenskaper, passar bäst till konstruktionen. Även ett snabbvalssystem har utvecklats där man väljer enbart efter en kategori, till exempel den billigaste eller den starkaste.

I samband med ett brandförsök i Australien ämnat att undersöka sprinklersystem, testades även några enklare värmestrålningssköldar av olika högreflekterande material. I försöket placerades tre obelastade pelare ut och utsattes för full brand. Två av pelarna avskärmades med förzinkad stålplåt respektive aluminiserad stålplåt och en pelare var helt oskyddad och användes som referens. Mätningar från brandförsöket visar att den maximala ståltemperaturen, i de tre olika pelarna, uppmättes till 580°C, 427°C respektive 1064°C. Även då resultaten var positiva har få vidare undersökningar utförts, vilket har motiverat denna rapport. Rapportens huvudmål har varit att med hjälp av teoretiska experiment påvisa att värmestrålningssköldar kan användas som brandskydd för stålkonstruktioner. Metoden för genomförandet av arbetet har varit att sätta sig in i den bakomliggande teorin och bygga upp ett enklare beräkningsprogram där, utifrån givna materialegenskaper, olika sorters sköldars förmåga att brandskydda ett ståltvärsnitt beräknas. De första kapitlen beskriver bakomliggande teori rörande brand och termofysik. Detta följs upp av några exempel på tänkbara värmestrålningssköldar, en enklare kostnadskalkyl där jämförelse av andra brandskyddsmetoder har gjorts och slutligen ett förslag på hur sköldar ska dimensioneras. För att skydda en VKR-profil 200x200x10 i 30 minuter måste en 1 millimeter tjock sköld med en luftspalt på 20 millimeter, mellan pelare och sköld, bestå av ett material som reflekterar minst 80 procent av all värmeenergi som strålar mot den under hela brandförloppet. Skölden ska även ha en hög densitet, specifik värmekapacitet och smältpunkt. Detta kan jämföras med aluminiumfolie som reflekterar omkring 95 procent, men varken har den densitet eller smältpunkt som krävs för att hantera de extrema förhållandena vid brand. Det visar sig även att i dagsläget är brandskydd med hjälp av värmestrålningssköldar relativt dyrt jämtemot traditionella brandskyddsmetoder.
In fire tests performed in Australia meant to examine the effectivity of sprinkler systems, a few simple heat radiation shields made of highly reflective materials were also tested. In the trials three identical steel columns were exposed to fire in an office building. One of those columns were shielded with a galvanized steel sheet, the second with an aluminized steel sheet while the third was left unprotected. Data from the trial shows that the temperature of the steel columns was measured to 580°C and 427°C for the protected columns and 1064°C for the unprotected. Despite the positive results hardly any further studies has been made on this subject, which have motivated this report. The main goal of this report is to, with the help of theoretical experiments, prove that heat radiation shields can be used as a fire protection system for steel profiles. By implementing the underlying theory of heat transfer into a program capable of calculating a certain material’s ability to protect a steel profile from radiant heat, the temperature of the profile could be estimated. Results show that in order to sufficiently protect a VKR 200x200x10 millimeter steel profile exposed to 30 minutes of fire, a 1 millimeter heat radiation shield made out of a material with no less than 80 percent heat reflectivity has to be used. The material must also contain its reflectivity during the entire period, have a high enough density and not melt at a temperature lower than 1000°C.