Duté profily za tepla vs za studena: EN 10210 vs EN 10219
Duté profily tvářené za tepla (EN 10210) a za studena (EN 10219) vypadají stejně, liší se ale zaoblením rohů, zbytkovými napětími i průřezovými charakteristikami. Za tepla platí křivka vzpěrné pevnosti a, za studena c. Průvodce vysvětluje výrobní rozdíl, jeho návrhové důsledky a kdy kterou normu zvolit.
Jedna rodina profilů, dva způsoby výroby
Čtvercové, obdélníkové i kruhové duté profily se na trh dostávají podle dvou evropských výrobkových norem. EN 10210 pokrývá duté profily tvářené za tepla: trubka se buď tváří za zvýšené teploty, nebo se po tváření normalizačně žíhá, takže hotový výrobek opouští válcovnu s rovnoměrnou mikrostrukturou a prakticky bez účinků tváření za studena. EN 10219 pokrývá svařované profily tvářené za studena: pás plechu se profiluje za okolní teploty, podélně svaří a deformace z tváření zůstávají v hotovém profilu uzamčeny.
Na papíře se obě řady téměř dokonale překrývají: stejné jmenovité vnější rozměry, stejné tloušťky stěn, srovnatelné jakosti oceli. Právě proto se tak často zaměňují. Jde přitom o rozdílné výrobky: liší se geometrií rohů, stavem zbytkových napětí, návrhovými pravidly v Eurokódu 3 i cenou. Pro projektanta se tím mění vypočtená únosnost, pro nákupčího to, co lze a co nelze zaměnit.
Poloměry zaoblení rohů a průřezové charakteristiky
Nejrychlejším poznávacím znakem jsou pravidla pro zaoblení rohů. EN 10210 předepisuje vnější poloměr ro = 1,5t; profily za tepla proto mají charakteristicky ostré rohy. EN 10219 připouští výrazně kulatější rohy, které rostou s tloušťkou stěny: ro = 2t pro t ≤ 6 mm, 2,5t pro 6 mm < t ≤ 10 mm a 3t pro t > 10 mm. V obou normách platí pro vnitřní poloměr ri = ro − t.
Nejde o kosmetiku. Rohy leží nejdále od os ohybu, tedy přesně tam, kde průřez pracuje nejvíce. Kulatější rohy z této oblasti materiál ubírají, takže profil tvářený za studena má při stejném jmenovitém rozměru o něco menší plochu, menší momenty setrvačnosti a průřezové moduly i nižší tuhost v kroucení než jeho protějšek tvářený za tepla.
| Velikost | ro/ri za tepla [mm] | ro/ri za studena [mm] | A hot / cold [cm²] | Iy hot / cold [cm⁴] |
|---|---|---|---|---|
| SHS 60/4 | 6 / 4 | 8 / 4 | 8.8 / 8.6 | 45.4 / 43.5 |
| SHS 100/5 | 7.5 / 5 | 10 / 5 | 18.7 / 18.4 | 279.4 / 271.1 |
| SHS 150/8 | 12 / 8 | 20 / 12 | 44.8 / 43.2 | 1491.0 / 1412.0 |
| SHS 200/10 | 15 / 10 | 25 / 15 | 74.9 / 72.6 | 4471.0 / 4251.0 |
Stejná jmenovitá velikost, přesto se poloměry rohů i průřezové hodnoty mezi EN 10210 a EN 10219 liší.
Nikdy nečtěte charakteristiky jednoho výrobku z tabulek druhého: pro profily za tepla použijte SHS EN 10210 a RHS EN 10210, pro profily za studena SHS EN 10219 a RHS EN 10219. U kruhových profilů (CHS EN 10210, CHS EN 10219) je geometrie v podstatě shodná a rozdíl spočívá ve stavu materiálu.
Zbytková napětí a křivka vzpěrné pevnosti
Tváření za studena ocel plasticky deformuje za okolní teploty a má to dva důsledky. Zaprvé si hotový profil nese po tloušťce stěny výrazná zbytková napětí. Zadruhé jsou rohy deformačně zpevněné: mez kluzu v nich lokálně roste, tažnost naopak klesá. Profily tvářené za tepla oproti tomu opouštějí válcovnu v normalizovaném stavu, prakticky bez zbytkových napětí.
Eurokód 3 to promítá přímo do posouzení prutů. Pro vzpěr přiřazuje EN 1993-1-1 dutým profilům tvářeným za tepla křivku vzpěrné pevnosti a a profilům tvářeným za studena křivku c. U masivních tlačených prutů je rozdíl malý; s rostoucí štíhlostí ale křivka c snižuje návrhovou únosnost podstatně strměji než křivka a. Štíhlý sloup z profilu za studena tedy při stejném jmenovitém rozměru unese znatelně méně, a navíc vychází z o něco menších průřezových charakteristik. V tlaku jde o dvojí penalizaci.
Svařitelnost v oblasti rohů
Na rovných stěnách se oba výrobky svařují běžně, s obvyklými opatřeními pro danou jakost oceli. Jiná situace nastává v rozích. Roh profilu tvářeného za studena prošel velkou plastickou deformací; svar vedený do této zóny nebo těsně vedle ní přidává tepelný cyklus, který může vyvolat zkřehnutí stárnutím po deformaci a vznik trhlin. EN 1993-1-8 proto svařování v oblastech tvářených za studena připouští jen za určitých podmínek: při dostatečně velkém poměru poloměru zaoblení k tloušťce stěny, u vhodně dezoxidované (hliníkem uklidněné) oceli, nebo po normalizačním žíhání po tváření.
Rohy profilů za tepla žádné takové omezení nemají: metalurgicky se neliší od rovných stěn a lze přes ně svařovat bez zvláštních opatření. Nejvíce se to projevuje u příhradových nosníků a styčníků, kde svary mezipásových prutů běžně obcházejí rohy pásů, a u silně svařovaných spojů, jejichž geometrie neumožňuje vést svary mimo rohy.
Cena, dostupnost a nákup
Tváření za studena je levnější cesta: běží ze svitku na kontinuálních linkách, nevyžaduje ohřev a nabízí je podstatně více výrobců. Výsledkem je nižší cena za tunu, lepší skladová dostupnost, kratší dodací lhůty a široká nabídka tenkostěnných rozměrů. Profily za tepla jsou prémiový výrobek menšího počtu válcoven: počítejte s vyšší cenou, delšími termíny a naopak lepším pokrytím velkých tlouštěk stěn.
Pro nákupčí je klíčová přesnost poptávky. Samotné „SHS“ se jmenovitým rozměrem je nejednoznačné, proto vždy uvádějte normu, jakost oceli a požadovaný dokument kontroly. Nabídnout materiál podle EN 10219 proti specifikaci EN 10210 není rovnocenná záměna: mění průřezové charakteristiky, křivku vzpěrné pevnosti i omezení svařování a vyžaduje výslovný souhlas projektanta, nikoli jen shodné vnější rozměry.
Kdy zvolit který profil
Ani jeden výrobek není univerzálně lepší; každý řeší jiný problém.
Profil tvářený za tepla (EN 10210) je přirozenou volbou, když:
- rozhodují štíhlé tlačené pruty a křivka vzpěrné pevnosti a zaplatí cenový rozdíl;
- spoje vyžadují svařování v rozích nebo kolem nich, typicky u příhradových konstrukcí;
- konstrukce je namáhána únavově, dynamicky nebo má přísné požadavky na houževnatost za nízkých teplot;
- svařenec se bude žárově zinkovat a zbytková napětí představují riziko;
- architektura vyžaduje ostré, sevřené rohy.
Profil tvářený za studena (EN 10219) je přirozenou volbou, když:
- rozhoduje cena a dostupnost a pruty jsou masivní nebo namáhané převážně ohybem či tahem;
- jde o sekundární ocelové konstrukce: zábradlí, rámy technologií, vaznicové systémy, výplně;
- tenké stěny a krátké dodací lhůty znamenají víc než poslední přírůstek únosnosti ve vzpěru.
Ať zvolíte kteroukoli normu, berte charakteristiky ze správných tabulek (za tepla versus za studena) a do posudků přeneste odpovídající křivku vzpěrné pevnosti.