Konstrukční ocel

Konstrukční ocel je ocel, která je použitá ve výstavbě. Může mít rozličné materiálové vlastnosti a nabývat rozličných tvarů. Typicky se zpracovává jako tyče, profily trubky a plechy, mezi konstrukční ocel se neřadí betonářská výztuž ani ocelová lana. Pro spojování ocelových prvků se dříve používaly nýty, později šroubové spoje a nejnověji se používají svařované spoje. Konstrukční ocel je často užívaná pro sestavení příhradové konstrukce. Ocelobetonové konstrukce rovněž využívají konstrukční oceli.

Konstrukční ocel najde uplatnění u stavby mostů, inženýrských konstrukcí (stožárů, vysílačů, sil…), administrativních či obchodních budov a skladů.

Historie

Slitiny železa byly lidstvu známy od starověku, nicméně první moderní železné konstrukce začaly vznikat v 2. polovině 18. století v Anglii. V roce 1781 byl postaven Iron Bridge („Železný most“) z litiny. Litina se však na stavbu nosných konstrukcí nehodila, opravdový rozmach ocelových konstrukcí započal v 19. století poté, co byl v roce 1784 objeven Henrym Cortem postup výroby svářkové oceli.^[1] Ta dominovala první polovinu 19. století, později byla vytlačena plávkovou ocelí, která se ve své podstatě od počátku 20. století výhradně používá.

Vlastnosti konstrukčních ocelí

Pracovní diagram oceli s výraznou (vyznačená) mezí kluzu R_e

Pracovní diagram oceli se smluvní mezí kluzu Rp_0,2 při protažení 0,2 %

Vlastnosti konstrukčních ocelí se nikterak významně neliší od vlastností ostatních ocelí. Hustota oceli je 7850 kg/m³. Bod tavení oceli je přibližně 1539 °C. Konstrukční oceli bývají méně legované než strojařské či nástrojové oceli.

Fyzikální vlastnosti oceli

Závisí na hm.% C, níže uvedené hodnoty jsou pouze orientační.

modul pružnosti – E = 210 000 MPa
modul pružnosti ve smyku – G = 81 000 MPa
Poissonovo číslo – v = 0,3
Teplotní délková roztažnost oceli – α = 12 · 10⁻⁶ K⁻¹ (důležité, že je hodnota shodná s hodnotou teplotní roztažnosti betonu)

Profily konstrukčních ocelí

Různé ocelové profily

Nosník I profilu použitý jako stropnice v domě

Oceli se dodávají v mnohých tvarech, nejběžnější jsou celosvětově popsány v příslušných normách. Kromě běžně vyráběných válcovaných průřezů se mohou objevit i svařované atypické průřezy. Staticky nejvýhodnější jsou pro ohyb průřezy I či H, pro kroucení jsou výhodnější uzavřené průřezy (trubky, jekly). Tvary definuje např. ČSN EN 10079.

Válcované profily zahrnují (tučně vyznačené profily užívané běžně v Česku):

I profil – I (IPN), IPE
U profil – U (UPN), UPE
H profil – HE: HEA, HEB, HEM; HL, HD
L profil – L
T profil – T
C profil – C
Z profil – Z (pro lehké obvodové pláště)
kolejnice (širokopatní, tramvajové…)
válcované trubky či jekly
tyče
plechy a pásovina

Normy a standardy

Pro zatřídění ocelí podle materiálových vlastností se používají v Česku i v Evropě normy EN. Norma (ČSN) EN 10025 definuje základní třídy ocelí: S235, S275, S355, S420 a S460, číslo označuje smluvní pevnost v kluzu (MPa). K základnímu označení doplňují písmena další vlastnosti ocelí:^[2]

Rázová houževnatost – J: 27 J, K: 40 J, L: 60 J; zkušební teplota: R: 20 °C, 0: 0 °C, 2: –20 °C
- Typické třídy: JO, J2
N: žíhané oceli, M: termomechanicky zpracované, Q: kalené, QA: precipitačně zpevněné^[3]
L: oceli do nízkých teplot, W: patinující oceli