Eurokod 9, publicerad som EN 1999, är den europeiska standarden för dimensionering av aluminiumkonstruktioner. Den besvarar frågan om en konstruktion är tillräckligt stark och styv, vilket är en annan fråga än hur den tillverkas. En specifikation som nämner det ena men inte det andra lämnar hälften av uppgiften odefinierad, och det händer tillräckligt ofta för att det ska vara värt att tydligt klargöra.
Den här artikeln riktar sig till dem som beställer aluminiumkonstruktioner snarare än att beräkna dem: vad standarden omfattar, hur den skiljer sig från motsvarande standard för stål, och vad man bör ställa som krav i en anbudsförfrågan för att få jämförbara svar.
Hur den förhåller sig till de övriga standarderna
Indelningen är tydlig när den väl har fastställts. Eurokod 9 reglerar dimensioneringen: tvärsnittsdimensioner, fogkapacitet, nedböjning, stabilitet och utmattningshållfasthet. EN 1090-3 reglerar utförandet: hur den dimensionerade konstruktionen faktiskt tillverkas, svetsas, behandlas och dokumenteras. Den ena standarden fastställer hur konstruktionen ska vara, den andra avgör om det som levereras till byggplatsen överensstämmer med detta.
Båda behövs, och med angivande endast av verkställighetsnormen I en specifikation leder detta till en korrekt tillverkning av en odefinierad konstruktion. Det omvända – att endast ange Eurokod 9 – leder till en korrekt beräkning utan kontroll över vad som svetsas.
Delarna, och den som saknas
Eurokod 9 är indelad i fem delar. Del 1-1 innehåller de allmänna konstruktionsreglerna, del 1-2 behandlar brandkonstruktion, del 1-3 behandlar konstruktioner som är utsatta för utmattning, del 1-4 behandlar kallformade konstruktionsplåtar och del 1-5 behandlar skalkonstruktioner.
Det som saknas är värt att notera. Eurokod 3, motsvarigheten för stål, har separata delar för broar, torn och kranstödkonstruktioner. Eurokod 9 har inget av detta: del 1-1 täcker alla konstruktionsändamål, där materialval, konstruktionsdelar och fogar behandlas i samma dokument. En gångbro i aluminium konstrueras enligt samma allmänna del som ett tak i aluminium.
Den praktiska konsekvensen för en specifikation är att det inte finns någon bro-specifik del att hänvisa till. Det som gör en konstruktion till en brokonstruktion är kombinationen av Eurokod 9 och de belastnings- och utmattningskrav som gäller för en bro, inte ett separat kapitel i aluminiumstandarden.
Tre saker som utmärker aluminium
Aluminium är inte lättstål. Tre egenskaper påverkar konstruktionen på ett sätt som direkt avspeglas i konstruktionens kostnad och hur den beter sig under drift.
Stelhet. Elasticitetsmodulen för konstruktionsaluminium anges till cirka 70 000 N/mm², vilket är ungefär en tredjedel av det värde som används för stål. Hållfastheten kan kompenseras genom att välja en lämplig legering eller lägga till material; styvheten kan däremot inte kompenseras, eftersom den är en egenskap hos metallen. Följden blir att det ofta är nedböjningen vid det användbara gränstillståndet som styr utformningen av en aluminiumkonstruktion, snarare än hållfastheten. För en gångbro är detta mekanismen bakom problemet med ”studsande broar”: en bro med en spännvidd som är helt säker kan ändå kännas fel under fötterna.
Svetsfogar mjukar upp metallen runt omkring sig. Värmen från svetsningen minskar grundmaterialets hållfasthet i ett område på båda sidor om svetsfogen, och Eurokod 9 behandlar detta uttryckligen genom att tillämpa försvagningsfaktorer i det värmepåverkade området. Hur stor minskningen är beror på legeringsserien och svetsprocessen; i 6xxx-legeringarna, som ofta används i konstruktionsarbete, kan den lokala hållfastheten sjunka till ungefär hälften av grundmaterialets. De tabellerade faktorerna utgår också från specifika processer och tjocklekar, och utanför dessa antaganden gäller större minskningar.
Det är därför som placeringen av svetsfogar i aluminium är ett konstruktionsmässigt beslut snarare än en fråga om utformningsval, och varför en konstruktion som monteras med skruvförband på byggarbetsplatsen behåller sina svetsfogar där de var avsedda att vara: i fabriken, under kontrollerade förhållanden, på de platser som beräkningarna utgick ifrån.
Trötthet. Upprepad belastning har större betydelse för aluminium än för stål, och Eurokod 9 ägnar detta ett eget avsnitt. För en gångbro som används av några hundra personer om dagen är utmattning inte en rent teoretisk kontroll; den styr utformningen av fogarna och är anledningen till att en gångbro inte kan konstrueras som om den vore ett statiskt tak med samma spännvidd.
Legering och härdningsgrad ingår i specifikationen
Aluminium är inte ett enda material. En konstruktionsdel definieras av både legeringen och härdningsgraden, vilket anges i en form som till exempel EN AW-6082 T6, och dessa två faktorer avgör hållfasthet, svetsbarhet, korrosionsbeteende och hur mycket metall som går förlorad i närheten av en svetsfog.
För en kund är detta viktigt redan i anbudsfasen. Två offerter för samma spännvidd kan baseras på olika legeringar, och den billigare kan vara billigare just därför att den har en lägre hållfasthet som gör att den böjer sig mer. Att kräva att legeringen och hållfasthetsgraden anges i offerten gör jämförelsen rättvis, och det kostar ingenting att fråga.
Vad som ska anges i specifikationen
Tre punkter täcker det mesta. Kräv att konstruktionsberäkningen utförs enligt Eurokod 9 med den nationella bilagan för det land där installationen ska ske. Kräv att legering och härdningsgrad för huvudbalkarna anges. Kräv att kriterier för nedböjning och vibrationer anges istället för att överlåtas till leverantörens bedömning, eftersom det är just där skillnaden mellan en bekväm bro och en obekväm bro ligger.
Det är också värt att kräva att själva beräkningarna ingår som en del av leveransen, inte bara slutsatsen. En konstruktionsrapport som kundens egen ingenjör kan granska är något annat än ett uttalande om att konstruktionen uppfyller kraven, och skillnaden blir tydlig vid överlämnandet snarare än vid anbudsförfarandet.
Vid sidan av detta finns själva genomförandet: ange den exekveringsklass du förväntar dig och där prestandadeklarationen ingår i leveranserna. Utformning och genomförande specificeras tillsammans, eller så specificeras inget av dem på rätt sätt.
Så här ser det ut i en riktig offert
En seriös offert på en aluminiumkonstruktion ska ange legering och härdningsgrad, hänvisa till Eurokod 9 och den nationella bilaga som används, ange vilka kriterier för nedböjning och frekvens som konstruktionen uppfyller samt ange vilken utförandeklass tillverkningen ska följa. En offert där alla dessa fyra uppgifter saknas är inte nödvändigtvis bristfällig, men den är inte jämförbar med en offert som innehåller dem.
Våra konstruktionsberäkningar utförs enligt Eurokod 9 och lämnas ut som en del av projektdokumentationen, vilket innebär att de kan granskas av kundens ingenjör istället för att man bara ska lita på dem. Detsamma gäller för gång- och cykelbroar Vi levererar standardspännvidder: konstruktionsgrunden följer med konstruktionen.
Innan beräkningen sätts igång
Eurokod 9 är ingen exotisk standard, men den fungerar på ett annat sätt än Eurokoden för stål, vilket kan överraska team som är vana vid att specificera stålkonstruktioner. Det finns inget specifikt avsnitt om broar att hänvisa till. Böjning är oftast den avgörande faktorn, snarare än hållfasthet. Svetsfogar minskar den lokala kapaciteten, och var de placeras är ett konstruktionsbeslut. Utmattning har ett eget avsnitt och gäller alla brokonstruktioner i daglig användning.
En specifikation som anger Eurokod 9, specificerar legering och härdningsgrad samt anger kriterierna för funktionsduglighet ger jämförbara anbud. En specifikation som endast anger att konstruktionen ska vara av aluminium ger fyra olika konstruktioner till fyra olika priser. Våra ingenjörer granskar ett utkast till specifikation mot Eurokod 9 och EN 1090-3 innan det skickas ut, och certifierings- och konstruktionsdokumentation som förvaras av DR VERSLAS publiceras så att båda delarna kan kontrolleras.