III. ČSN EN Navrhování ocelových konstrukcí Část 1.8: Navrhování styčníků 1 Úvod

Transkript

1 Úvod III. ČSN EN Navrhování ocelových konstrukcí Část 1.8: Navrhování styčníků 1 Úvod ČSN EN obsahuje postupy pro návrh styčníků, které jsou zatíženy převážně staticky a využívají oceli tříd S235, S275, S355 a S460. V kapitole 1 této normy jsou uvedeny normativní odkazy, definovány základní pojmy a vysvětleny použité značky. 120

2 Principy návrhu 2 Principy návrhu 2.1 Požadavky Návrhové metody stanovené v této části ČSN EN 1993 předpokládají, že kvalita konstrukce je stanovena v prováděcích normách a jsou použity konstrukční materiály a výrobky, upřesněné v ČSN EN 1993 nebo v příslušných materiálových a výrobkových předpisech. 2.2 Základní požadavky Všechny styčníky musí mít takovou návrhovou únosnost, aby konstrukce byla schopna zajistit všechny hlavní požadavky návrhu, které jsou uvedeny v této normě a v ČSN EN Dílčí součinitele spolehlivosti M pro styčníky platné v ČR jsou v tab. 21a. Tab. 21a Dílčí součinitele spolehlivosti pro styčníky [Tab. 2.1 v ČSN EN ] Únosnost prutů a průřezů M0, M1 a M2, viz ČSN EN Únosnost šroubových spojů Únosnost nýtových spojů Únosnost čepových spojů Únosnost svařovaných spojů Únosnost plechů v otlačení Únosnost při prokluzu M2 1,25 - v mezním stavu únosnosti (Kategorie C) M3 1,25 - v mezním stavu použitelnosti (Kategorie B) M3,ser 1,1 Únosnost spojů s injektovanými šrouby M4 1,0 Únosnost styčníků příhradových nosníků z prutů uzavřeného průřezu M5 1,0 Únosnost čepových spojů v mezním stavu použitelnosti M6,ser 1,0 Předepnutí vysokopevnostních šroubů M7 1,1 Únosnost betonu c, viz ČSN EN Působící síly Síly, které působí na styčníky v mezním stavu únosnosti, se musí stanovit podle zásad ČSN EN Únosnost styčníků Únosnost styčníku se má stanovit z únosnosti jeho hlavních komponent. Spoje lze navrhnout lineárně pružnou nebo lineárně plastickou analýzou. Jestliže jsou smykovým zatížením namáhány spojovací prostředky o různé tuhosti, mají se tužší spojovací prostředky navrhnout tak, aby přenesly větší zatížení. Výjimkou z tohoto 121

3 Principy návrhu pravidla jsou spoje kombinující svary a předpjaté šrouby, kdy je možno zatížení rozdělit na svary i šrouby za předpokladu, že dotažení se provede až po provedení svarů. 2.5 Předpoklady návrhu Styčníky musí být navrženy na základě realistického předpokladu o rozdělení vnitřních sil. Pro rozdělení sil mají být použity následující předpoklady: (a) vnitřní síly jsou v rovnováze se silami působícími na styčníky, (b) každý prvek ve styčníku je schopen odolat vnitřní síle, (c) deformace při rozdělení sil nepřekročí deformační kapacitu spojovacích prostředků, svarů a spojovaných částí, (d) předpokládané rozdělení vnitřních sil má realisticky odpovídat poměru tuhostí jednotlivých komponent styčníku, (e) deformace předpokládané v každém návrhovém modelu založeném na pružně plastické analýze jsou založeny na rotacích tuhého tělesa anebo fyzicky možných deformacích v rovině, (f) užitý model je ve shodě s vyhodnocením výsledků zkoušek (viz ČSN EN 1990). 2.6 Styčníky namáhané smykem při nárazu, vibracích anebo opačném zatížení Tam, kde je styčník, který je zatížen smykem, namáhán nárazem nebo podstatnými vibracemi, se má spojovat pomocí: svařování, šroubů se zařízením proti uvolňování, předpjatých šroubů, injektovaných šroubů, jiných typů šroubů, které účinně zamezují pohybům spojovaných částí, nýtů. U spojů, kde není přípustný prokluz (protože jsou namáhány smykovým opačně působícím zatížením nebo z nějakých jiných důvodů), se mají použít předpjaté šrouby kategorie B nebo C, přesné šrouby, nýty nebo svařování. Pro větrová ztužidla anebo ztužidla zajišťující stabilitu lze použít šrouby kategorie A. 2.7 Excentricita v průsečících Jestliže se v průsečících vyskytuje excentricita, mají se styčníky a pruty navrhovat na momenty a síly z ní vyplývající, kromě konkrétních typů konstrukcí, u nichž bylo prokázáno, že to není potřeba. V případě přípojů úhelníků nebo T profilů se má uvažovat se všemi možnými excentricitami, které se mají určit s uvažováním relativní polohy těžišťové osy prutu a roztečných čar v rovině přípoje. Pro jeden úhelník v taženém přípoji se šrouby na jednom rameni lze použít zjednodušenou návrhovou metodu, popsanou v kap

4 Šroubové, nýtované a č epové spoje 3 Šroubové, nýtované a čepové spoje 3.1 Šrouby, matice a podložky Všeobecně Mez kluzu f yb a mez pevnosti f ub pro šrouby jsou uvedeny v tab. 21b. Při návrhu se mají uvažovat jako charakteristické hodnoty. Tab. 21b Jmenovité hodnoty meze kluzu f yb a meze pevnosti f ub pro šrouby [Tab. 3.1 v ČSN EN ] Jakostní třída f yb (N/mm 2 ) f ub (N/mm 2 ) Předpjaté šrouby Pro předpjaté šrouby lze použít pouze sestavy šroubů jakostních tříd 8.8 a Nýty 3.3 Kotevní šrouby Tyto kapitoly udávají požadavky na materiálové vlastnosti nýtů a kotevních šroubů. Mez kluzu kotevního šroubu, který je namáhán ve smyku, nemá překročit 640 N/mm 2 a při jiném namáhání 900 N/mm Kategorie šroubových spojů (viz tab. 22) Spoje ve smyku Šroubové spoje zatížené smykem mají být navrženy podle jedné z následujících kategorií: Kategorie A: Spoje namáhané ve střihu a v otlačení V této kategorii se mají používat šrouby tříd 4.6 až Nevyžaduje se předpětí ani zvláštní úprava styčných ploch. Návrhové mezní smykové zatížení nemá překročit návrhovou únosnost ve střihu, ani návrhovou únosnost v otlačení. Kategorie B: Spoje odolné prokluzu v mezním stavu použitelnosti V této kategorii se mají používat šrouby jakostních tříd 8.8 a Prokluz ve spoji nemá nastat v mezním stavu použitelnosti, smyková síla při mezním stavu použitelnosti proto nemá překročit únosnost v prokluzu. Prokluz v mezním stavu únosnosti je povolen, návrhové smykové zatížení nemá překročit únosnost ve střihu ani v otlačení. 123

5 Šroubové, nýtované a č epové spoje Kategorie C: Spoje odolné prokluzu v mezním stavu únosnosti V této kategorii se mají používat předpjaté šrouby jakostních tříd 8.8 a Prokluz nemá nastat v mezním stavu únosnosti. Návrhové smykové zatížení nemá překročit únosnost v prokluzu ani v otlačení. Pro spoj namáhaný tahem se má navíc návrhová plastická únosnost N net,rd v místě oslabení průřezu otvory pro šrouby posoudit v mezním stavu únosnosti Spoje v tahu Šroubové spoje zatížené tahem mají být navrženy podle jedné z následujících kategorií: Kategorie D: Nepředpjaté šroubové spoje V této kategorii se mají používat šrouby tříd 4.6 až Tato kategorie spojů se nemá používat, jestliže je spoj často namáhán změnami tahové síly, ale lze ji využít na spoje, které jsou navrženy na běžné zatížení větrem. Kategorie E: Předpjaté šroubové spoje V této kategorii se mají používat předpjaté šrouby 8.8 a 10.9 s kontrolovaným utahováním. Tab. 22 Kategorie šroubových spojů [Tab. 3.2 v ČSN EN ] Kategorie Kritérium Poznámky Spoje ve smyku A Spoje namáhané ve střihu a otlačení B Spoje odolné prokluzu v mezním stavu použitelnosti C Spoje odolné prokluzu v mezním stavu únosnosti F v,ed F v,rd F v,ed F b,rd F v,ed,ser F s,rd,ser F v,ed F v,rd F v,ed F b,rd F v,ed F s,rd F v,ed F b,rd F v,ed N net,rd Nevyžaduje se předpětí Mají se používat šrouby tříd 4.6 až 10.9 Mají se používat předpjaté šrouby tříd 8.8 nebo 10.9 Únosnost v prokluzu v mezním stavu použitelnosti viz kap. 3.9, str. 125 Mají se používat předpjaté šrouby tříd 8.8 nebo 10.9 Únosnost v prokluzu v mezním stavu únosnosti viz kap. 3.9, str. 125 Spoje v tahu D Nepředepjaté šroubové spoje E Předepjaté šroubové spoje F t,ed F t,rd F t,ed B p,rd F t,ed F t,rd F t,ed B p,rd Nevyžaduje se předpětí Mají se používat šrouby tříd 4.6 až 10.9 Mají se používat předpjaté šrouby tříd 8.8 nebo B p,r d viz tabulka 3.4 (tab. 24) 124

6 Šroubové, nýtované a č epové spoje 3.5 Rozmístění otvorů pro šrouby a nýty Nejmenší a největší rozteče a vzdálenosti od konce a od okraje prvku jsou pro šrouby a nýty uvedeny v tab. 23. Rozteče pro konstrukce namáhané na únavu jsou uvedeny v normě ČSN EN Tab. 23 Nejmenší a největší rozteče a vzdálenosti od konce a od okraje [Tab. 3.3 v ČSN EN ] Vzdálenosti a rozteče viz obrázek 3.1 (obr. 45) Vzdálenost od konce e 1 Vzdálenost od kraje e 2 Vzdálenost e 3 v prodlouženém otvoru Vzdálenost e 4 v prodlouženém otvoru 1) 2) 3) Nejméně Nejvíce Konstrukce z ocelí odpovídajících EN 10025, kromě ocelí odpovídajících EN Pruty vystavené vlivu povětrnosti nebo jiným korozivním vlivům Pruty nevystavené vlivu povětrnosti ani jiným korozivním vlivům Konstrukce z ocelí odpovídajících EN Nechráněné pruty 1,2 d 0 4 t + 40 mm větší než 8 t nebo 125 mm 1,2 d 0 4 t + 40 mm větší než 8 t nebo 125 mm 1,5 d 0 4) 1,5 d 0 4) Rozteč p 1 2,2 d 0 menší než 14 t nebo 200 mm Rozteč p 1,0 Rozteč p 1,i menší než 14 t nebo 200 mm menší než 28 t nebo 400 mm Rozteč p 5) 2 2,4 d 0 menší než 14 t nebo 200 mm menší než 14 t nebo 200 mm menší než 14 t nebo 200 mm menší než 14 t min nebo 175 mm menší než 14 t min nebo 175 mm 1) Největší hodnoty roztečí a vzdáleností od konce a od okraje nejsou omezeny, s výjimkou následujících případů: - odstranění místního vybočení a zabránění korozi nechráněných prvků tlačených prutů; - zabránění korozi nechráněných tažených prutů. 2) Únosnost plechu v tlaku při místním vybočení mezi spojovacími prostředky se má vypočítat podle ČSN EN pro vzpěrnou délku 0,6 p 1. Místní vybočení mezi spojovacími prostředky se nemusí prověřovat, jestliže je p 1 /t menší než 9ε. Vzdálenost k hraně nemá přesáhnout požadavky pro místní vybočení volného konce tlačeného prutu, viz ČSN EN Těmito požadavky není ovlivněna koncová vzdálenost. 3) t je tloušťka tenčí vnější připojené části. 4) Omezení rozměrů prodloužených otvorů jsou uvedena v souvisejících normách. 5) Pro vystřídané řady spojovacích prostředků lze použít nejmenší vzdálenost os p 2 = 1,2 d 0 za předpokladu, že nejmenší vzdálenost L mezi dvěmi spojovacími prostředky je větší nebo rovna 2,4 d 0, viz obr. obr. 45 [obr. 3.1b]. 125

7 Šroubové, nýtované a č epové spoje p 1 e 1 e 2 L p 2 1,2 d 0 L 2,4 d 0 p 2 e 2 e 2 a) označení roztečí spojovacích prostředků Vystřídané řady spojovacích prostředků b) označení roztečí vystřídaných spojovacích prostředků p 2 p p 1,i p 1,0 p 1 14t a 200 mm p 2 14t a 200 mm p 1,0 14t a 200 mm p 1,i 28 t a 400 mm 1 vnější řada 2 vnitřní řada c) vystřídané rozteče v tlačených prvcích d) vystřídané rozteče v tažených prvcích e 4 d 0 0,5 d 0 e 3 e) vzdálenosti od konce a okraje prodloužených otvorů Obr. 45 Označení vzdáleností od konce a okraje a rozteče spojovacích prostředků [Obr. 3.1 v ČSN EN ] 3.6 Návrhová únosnost jednotlivých spojovacích prostředků Šrouby a nýty Návrhová únosnost šroubů ve smyku a tahu je uvedena v tab. 25. Návrhová předpínací síla F p,cd předpjatých šroubů se má pro návrh uvažovat podle vztahu: F 0,7A f s ub p,cd = (3.1) M7 Návrhové únosnosti v tahu a střihu v závitu se mají použít pouze u běžných šroubů s válcovaným závitem. Pro šrouby s řezaným závitem (kotevní šrouby nebo táhla z kruhových ocelových tyčí), u nichž závit odpovídá ČSN EN 1090, se mají hodnoty v tab. 25 násobit součinitelem 0,85. Návrhová únosnost ve střihu F v,rd se má uvažovat pouze v případě, že se jedná o šrouby v otvorech s nominální vůlí, která nepřesahuje vůle pro běžné otvory, tzn. 1 mm pro šrouby M12 a M14, 2 mm pro M16, M20 a M24 a 3 mm pro M27 a M30. Šrouby M12 a M14 lze též 126

8 Šroubové, nýtované a č epové spoje použít v otvorech s vůlí 2 mm za předpokladu, že únosnost skupiny šroubů v otlačení je větší nebo rovna únosnosti ve střihu. Navíc pro šrouby třídy 4.8, 5.8, 6.8, 8.8 nebo 10.9 se má návrhová únosnost ve střihu F v,rd uvažovat jako 0,85násobek hodnoty, uvedené v tab. 25. Přesné šrouby mají být navrženy pomocí metod pro šrouby v běžných otvorech. Závit přesného šroubu se nemá zahrnovat do plochy ve střihu. Pro otlačení přesného šroubu nemá délka části se závitem překročit 1/3 tloušťky plechu, viz obr. 46. Jednostřižné přeplátované spoje s jednou řadou šroubů (viz obr. 47), se mají opatřit podložkou pod hlavou a maticí. Pokud se použijí šrouby třídy 8.8 nebo 10.9, má se použít tvrzená podložka. Návrhová únosnost F b,rd každého šroubu se omezuje na: F 1, 5dtf u b,rd (3.2) M2 Návrhová únosnost ve smyku F v,rd pro šroub nebo nýt, který přenáší zatížení střihem a otlačením a je navržen s vložkou o tloušťce t p větší než jedna třetina jmenovitého průměru d (viz obr. 48), se má násobit redukčním součinitelem β p, který se stanoví vztahem: 9d β p = 8d + 3t p β p 1, ale (3.3) Pro dvoustřižné smykové spoje s vložkami na obou stranách se za t p použije tloušťka tlustší vložky. t/3 t Obr. 46 Část závitu na dříku přesného šroubu namáhaného v otlačení [Obr. 3.2 v ČSN EN ] Obr. 47 Jednostranný přeplátovaný spoj s jedním šroubem vložka t p [Obr. 3.3 v ČSN EN ] Obr. 48 Spojovací prostředky s vložkami [Obr. 3.4 v ČSN EN ] 127

9 Šroubové, nýtované a č epové spoje Tab. 24 Návrhová únosnost jednoho šroubu namáhaného smykem anebo tahem [Tab. 3.4 v ČSN EN ] Způsob porušení Střih (jedna střihová plocha) Otlačení α vafub Fv,Rd = M2 - rovina střihu prochází částí šroubu se závitem A je plocha šroubu v tahu A s α v = 0,5 pro třídy 4.6, 5.6 a 8.8 α v = 0,6 pro třídy 4.8, 5.8, 6.8 a rovina střihu prochází částí šroubu bez závitu A je celková plocha šroubu α v = 0,6 kadtf 1 b u Fb,Rd = M2 fub kde α b je nejmenší z α d, nebo 1,0 fu ve směru zatížení: e1 p1 1 pro šrouby na konci: α d =, pro vnitřní šrouby: α d = 3d0 3d0 4 kolmo na směr zatížení: e2 pro šrouby u okraje: k 1 je menší z 2,8 1, 7 nebo 2,5 d e2 pro vnitřní šrouby: k 1 je menší z 1, 4 1, 7 nebo 2,5 d0 Tah kaf 2 s ub Ft,Rd= M2 kde k 2 = 0,63 pro zapuštěné šrouby, jinak k 2 = 0,9 Protlačení 0,6π dmtpfu Bp,Rd = M2 Kombinace střihu Fv,Ed Ft,Ed a tahu + 1, 0 F 1, 4F v,rd t,rd 1) Únosnost v otlačení F b,rd je pro šrouby: v nadměrných otvorech 0,8násobkem únosnosti v otlačení šroubů v obyčejných otvorech; v prodloužených otvorech 0,6násobkem únosnosti v otlačení šroubů v obyčejných kruhových otvorech, jestliže je podélná osa prodlouženého otvoru kolmá na působící sílu. 2) Pro zapuštěné šrouby: se únosnost v otlačení F b,rd stanoví pro tloušťku t, která se rovná tloušťce spojovaného plechu bez poloviny hloubky zapuštění; má úhel a hloubka zapuštění pro stanoveni únosnosti v tahu F t,rd odpovídat souvisejícím normám. 3) Jestliže není šroub zatížen rovnoběžné s okrajem, lze únosnost v otlačení ověřit samostatně pro složky zatížení, které jsou rovnoběžné a kolmé k okraji

10 Šroubové, nýtované a č epové spoje Injektované šrouby Injektované šrouby lze použít alternativně k běžným šroubům a nýtům spojů kategorie A, B a C podle kap 3.4. Únosnost šroubů se určuje obdobným způsobem jako pro neinjektované šrouby. Pro otlačení rozhoduje únosnost pryskyřice, vztah pro únosnost je uveden v normě. 3.7 Skupina spojovacích prostředků Návrhovou únosnost skupiny šroubů lze uvažovat jako součet únosností jednotlivých šroubů v otlačení za předpokladu, že únosnost každého šroubu ve střihu je větší nebo rovna jeho únosnosti v otlačení. Jinak se má návrhová únosnost skupiny šroubů stanovit jako počet šroubů násobený nejnižší únosností v otlačení. 3.8 Dlouhé spoje Pro vzdálenost L j středů koncových šroubů ve spoji, která se měří ve směru síly (viz obr. 49), větší než 15 d se má návrhová únosnost všech spojovacích prostředků ve střihu redukovat součinitelem β Lf, který se stanoví jako: β Lf Lj 15d = 1, ale βlf 1, 0 a βlf 0, 75 (3.5) 20Cd L j F F L j L j F F Obr. 49 Dlouhý spoj [Obr. 3.7 v ČSN EN ] 3.9 Třecí spoje se šrouby 8.8 nebo Návrhová únosnost v prokluzu Návrhová únosnost předpjatých šroubů třídy 8.8 nebo 10.9 se má určit z výrazu: F knµ s s,rd = Fp,C (3.6) M3 kde k s je dáno v tab. 25; n počet třecích ploch; µ součinitel tření, který se stanoví zkouškami třecích povrchů nebo podle tab. 26. Předpínací síla F p,c v rovnici (3.6) se má pro šrouby třídy 8.8 a 10.9 získat jako: F = 0,7Af (3.7) p,c s ub 129

11 Šroubové, nýtované a č epové spoje Tab. 25 Hodnoty k s [Tab. 3.6 v ČSN EN ] Popis Šrouby v obyčejných otvorech 1,00 Šrouby buď v nadměrných otvorech, nebo krátkých prodloužených otvorech s osou prodlouženého otvoru kolmou na směr síly Šrouby v dlouhých prodloužených otvorech s osou prodlouženého otvoru kolmou na směr síly Šrouby v krátkých prodloužených otvorech s osou prodlouženého otvoru ve směru síly 0,76 Šrouby v dlouhých prodloužených otvorech s osou prodlouženého otvoru ve směru síly 0,63 Tab. 26 Součinitel tření µ pro předpjaté šrouby [Tab. 3.7 v ČSN EN ] Kombinace tahu a smyku Třída třecího povrchu Součinitel tření µ A 0,5 B 0,4 C 0,3 D 0,2 Jestliže je třecí spoj namáhán současně smykovou a tahovou silou, má se návrhová únosnost šroubu v prokluzu uvažovat následovně: pro spoje kategorie B F s,rd,serv M3 k s 0,85 0,70 kn s µ ( Fp,C 0,8 Ft,Ed,serv ) = (3.8a) pro spoje kategorie C F s,rd kn s µ ( Fp,C 0,8 Ft,Ed,serv) = (3.8b) M3 Redukce únosnosti v prokluzu se nepožaduje, jestliže je ve spoji namáhaném momentem síla v kontaktu na tlačené straně vyvážena působící tahovou silou Smíšené spoje U předpjatých šroubů třídy 8.8 a 10.9 lze zatížení rozdělit též na svary, pokud je spoj navržen jako odolný proti prokluzu na mezním stavu únosnosti (kategorie C) a konečné utažení šroubů se provede po dokončení svarů Oslabení otvory pro spojovací prostředky Všeobecně Při navrhování prutů se má oslabení otvory uvažovat podle ČSN EN

12 Šroubové, nýtované a č epové spoje Návrh na vytržení skupiny šroubů Vytržení skupiny šroubů sestává ze selhání ve smyku v řadě šroubů podél smykové plochy doplněné o přetržení podél plochy v tahu. Vytržení skupiny šroubů objasňuje obr. 50. Pro symetrickou skupinu šroubů, která je namáhána osovým zatížením, se návrhová únosnost ve vytržení skupiny šroubů V eff,1,rd stanoví jako: V A f A f = nt u nv y eff,1,rd + M2 3 (3.9) M0 Pro skupinu šroubů namáhanou excentrickým zatížením se únosnost ve vytržení V eff, 2,Rd stanoví jako: Ant f A u nv fy V = eff,2,rd 0,5 + M2 3 (3.10) M0 kde A nt je oslabená plocha v tahu; A nv oslabená plocha ve smyku. N Ed N Ed N Ed Obr. 50 Vytržení skupiny šroubů [Obr. 3.8 v ČSN EN ] Úhelníky připojené jedním ramenem a další nesymetricky připojené tažené pruty Při stanovení návrhové únosnosti se má uvažovat excentricita ve spojích a vliv roztečí šroubů a jejich vzdáleností k okrajům: u nesymetrických prutů; u symetrických prutů, které jsou nesymetricky připojené, jako jsou úhelníky připojené jedním ramenem. Jeden tažený úhelník připojený jednou řadou šroubů (viz obr. 51), lze uvažovat jako centricky zatížený na účinné části plochy oslabeného průřezu. Návrhová únosnost se má stanovit podle následujících vztahů pro spoj: 2,0( e2 0,5 d0) tfu s jedním šroubem: Nu,Rd = (3.11) M2 N Ed 131

13 Šroubové, nýtované a č epové spoje se dvěma šrouby: se třemi a více šrouby: N N β A f 2 net u u,rd = (3.12) M2 β A f 3 net u u,rd = (3.13) M2 kde β 2 a β 3 jsou redukční součinitele podle tab. 27. Mezilehlé hodnoty pro p 1 a β lze stanovit lineární interpolací. A net je účinná průřezová plocha úhelníku. Pro nerovnoramenné úhelníky připojené kratším ramenem se A net uvažuje jako průřezová plocha náhradního rovnoramenného úhelníku s rameny o velikosti kratšího ramene. Tab. 27 Redukční součinitele β 2 a β 3 [Tab. 3.8 v ČSN EN ] Rozteč p 1 2,5 d 0 5 d 0 Dva šrouby β 2 0,4 0,7 Tři a více šroubů β 3 0,5 0,7 e 1 d 0 e 2 (a) e 1 p 1 e 1 p 1 p 1 (b) (c) Obr. 51 Úhelníky připojené jedním ramenem [Obr. 3.9 v ČSN EN ] Přípojné úhelníky Přípojný úhelník, který je znázorněn na obr. 52, spojuje úhelník se styčníkovým plechem nebo jinou podporovou částí. Tento článek normy uvádí pravidla, podle kterých se přípojné úhelníky připojující jiné úhelníky, U profily a podobné pruty a jejich přípoje navrhují. Obr. 52 Přípojné úhelníky [Obr v ČSN EN ] 132

14 Šroubové, nýtované a č epové spoje 3.11 Páčicí síly Pokud může nastat páčení, musí se spojovací prostředky namáhané tahovou silou navrhnout tak, aby odolaly přídavné síle od páčení. To se týká především tuhých styčníků s čelní deskou. Model pro únosnost náhradního T profilu v tahu s páčicími silami počítá Rozdělení sil mezi spojovacími prostředky na mezním stavu únosnosti Ve spoji, který je namáhán momentem, mohou být vnitřní síly rozděleny buď pružně (např. lineární rozdělení, kdy jsou síly ve šroubech úměrné vzdálenosti od středu otáčení), nebo plasticky (přípustné je jakékoliv rozdělení, které je v rovnováze, za předpokladu, že není překročena únosnost komponent a jejich tažnost je dostatečná). Vnitřní sily se mají rozdělit pružně v následujících případech: u šroubů, které tvoří spoj odolný proti prokluzu kategorie C; ve spojích ve smyku, ve kterých je návrhová únosnost ve střihu F v,rd menší než návrhová únosnost v otlačení F b,rd ; ve spojích, které jsou namáhány nárazem, vibracemi nebo zatížením s měnícím se směrem působení (kromě zatížení větrem). Ve spoji, který je zatížen symetricky pouze smykovým namáháním a u kterého je velikost a třída spojovacích prostředků stejná, se zatížení rozdělí na spojovací prostředky rovnoměrně Čepové spoje V článku 3.13 jsou uvedena pravidla pro navrhování čepových spojů. Uvedeny jsou konstrukční zásady a geometrické požadavky na pruty připojené čepovými spoji. Norma dále obsahuje vztahy pro únosnost čepu ve střihu, v otlačení, ohybu a kombinaci střihu a ohybu. Uvádí se i vztahy pro únosnost v mezním stavu použitelnosti, které se uplatní pro čepy výměnné. 133

15 Svarové spoje 4 Svarové spoje 4.1 Všeobecně Ustanovení této kapitoly se vztahují na svařitelné konstrukční oceli s tloušťkou materiálu 4 mm a více, odpovídající ČSN EN Svary v tenčích materiálech mají splňovat ČSN EN , svary konstrukčních dutých průřezů s tloušťkou materiálu 2,5 mm a více se řídí kapitolou 7 této normy. Pro svařování trnů se použijí pravidla v ČSN EN , další poučení o svařování trnů lze nalézt v EN ISO a EN ISO Svary namáhané na únavu musí též splňovat podmínky, stanovené v ČSN EN Přídavné materiály Přídavné materiály mají odpovídat příslušným normám, které jsou upřesněny v úvodu této normy. Jmenovitá mez kluzu, mez pevnosti v tahu, tažnost a nejmenší hodnota vrubové houževnatosti přidaného kovu mají být rovnocenné nebo lepší než je stanoveno pro základní materiál. Použití elektrod lepší třídy oceli než má použitý materiál je obvykle spolehlivé. 4.3 Geometrie a rozměry Typ svaru Norma zahrnuje návrh koutových svarů, koutových svarů v otvoru, tupých svarů, děrových svarů a drážkových svarů. Tupé svary mohou být buď s plným, nebo částečným provařením. Koutové průběžné svary a děrové svary mohu být v kruhových nebo prodloužených otvorech. Nejběžnější typy spojů a svarů jsou objasněny v EN ISO Koutové svary Koutové svary lze použít na spoje částí, jejichž natavená plocha svírá úhel mezi 60 a 120. Úhly menší než 60 se též připouštějí, ale svar se uvažuje jako tupý s částečným provařením. Pro úhly větší než 120 se má únosnost koutových svarů stanovit zkouškou podle ČSN EN 1990 Příloha D: Navrhování zkouškami. Koutové svary, které končí na konci nebo straně prvku, se mají v plném průřezu spojitě vrátit kolem rohu, kromě případů, kdy je návrat nepřístupností spoje nebo uspořádáním při jeho svařování neproveditelný. V případě přerušovaných svarů se pravidlo uplatňuje pouze na poslední část svaru v rohu. V přerušovaných koutových svarech má mezera (L 1 nebo L 2 ) mezi konci svarů splňovat nároky, určené na obr. 53. Mezera (L 1 nebo L 2 ) se má uvažovat jako menší ze vzdáleností konců svarů na protilehlých stranách a ze vzdálenosti konců svarů na stejné straně. Na každém konci části připojené přerušovanými koutovými svary má být svar. Přerušované svary se nemají používat v korozivním prostředí. 134

16 Svarové spoje L 1 t b 1 F t,ed F t,ed b t 1 L 1 L w L we t b 1 F t,ed F t,ed b t 1 L 2 L w L we t b 1 F c,ed F c,ed t 1 b L 2 L w L we Menší z L we 0,75 b a 0,75 b 1 Pro členěné pruty v tahu: Pro členěné pruty v tlaku nebo smyku: menší z L 1 16 t a 16 t 1 a 200 mm menší z L 2 12 t a 12 t 1 a 0,25 b a 200 mm Obr. 53 Přerušované koutové svary [Obr. 4.1 v ČSN EN ] Koutové svary v otvoru Koutové svary v kruhových a prodloužených otvorech lze použít pouze k přenášení smyku, k zabránění vybočení nebo oddělení přesahujících částí. Průměr kruhového otvoru nebo šířka prodlouženého otvoru nemá být menší než čtyřnásobek tloušťky části, ve které se otvory nacházejí. Konce prodloužených otvorů mají být polokruhové, kromě těch konců, které jsou prodlouženy k okraji připojované části. Osové rozteče koutových svarů v otvoru nemají překročit hodnotu potřebnou k zabránění místnímu vybočení Tupé svary Tupý svar s plným provařením se definuje jako svar, kde svarový a základní materiál je tavně spojen na celou tloušťku spoje. Tupý svar s částečným provařením je společně provařen na menší než na celé tloušťce základního materiálu. Přerušované tupé svary se nemají používat. 135

17 Svarové spoje Děrové svary Děrové svary lze použít: k přenášení smyku, k zabránění vybočení nebo oddělení přesahující části a ke spojení částí členěných prutů, ale nesmí se použít při namáhání tahem. Osové rozteče děrových svarů nemají překročit hodnotu potřebnou k zabránění místnímu vybočení Drážkové svary v zaoblení Pro plné pruty, u kterých zaoblení dosedá na povrch plného prutu, je účinná tloušťka drážkového svaru v zaoblení znázorněna na obr. 54. Definice návrhové účinné tloušťky drážkového svaru pravoúhlých uzavřených profilů je podána v článku (7) ČSN EN a Obr. 54 Účinná tloušťka drážkového svaru v zaoblení pro plné průřezy [Obr. 4.2 v ČSN EN ] 4.4 Svary s vložkami Odstavec udává konstrukční zásady pro svary s vložkami. 4.5 Návrhová únosnost koutového svaru Délka svarů Účinná délka koutového svaru l se má uvažovat jako délka, po kterou má svar plný průřez. Délku lze uvažovat jako celkovou délku svaru, redukovanou o dvě účinné tloušťky svaru a. Za předpokladu, že je průřez svaru zachován po celé délce včetně náběhu a ukončení, není nutné účinnou délku redukovat. Koutové svary s účinnou délkou menší než 30 mm nebo menší než šestinásobek tloušťky (rozhoduje větší hodnota) nemají být navrženy pro přenášení zatížení Účinná tloušťka svaru Účinná tloušťka koutového svaru a se má uvažovat jako výška největšího trojúhelníku (se stejnými nebo nestejnými rameny), vepsaného mezi tavné plochy a povrch svaru, která se měří kolmo k vnější straně tohoto trojúhelníku, viz obr. 55. Účinná tloušťka koutového svaru nemá být menší než 3 mm. Při určení únosnosti koutového svaru s hlubokým provařením lze provaření započítat do účinné tloušťky svaru, viz obr. 56, za předpokladu, že předběžné zkoušky prokáží, že požadované provaření lze dodržet. 136

18 Svarové spoje a a a a Obr. 55 Účinná tloušťka koutového svaru [Obr. 4.3 v ČSN EN ] a Obr. 56 Účinná tloušťka koutového svaru s hlubokým provařením [Obr. 4.4 v ČSN EN ] Návrhová únosnost koutových svarů Návrhová únosnost koutového svaru se má určit buď metodou uvažující směr namáhání uvedenou v článku , nebo zjednodušenou metodou uvedenou v článku ČSN EN V obecné metodě podle čl se síly, které namáhají svar, rozkládají do složek rovnoběžných a příčných k podélné ose svaru; přitom vznikají složky kolmé (normálové) a rovnoběžné (smykové) vzhledem k účinné rovině v průřezu svaru. Předpokládá se, že návrhová plocha svaru je soustředěna v kořeni, to znamená, že účinky zatížení se určují v kořeni svaru. Předpokládá se rovnoměrné rozložení napětí po účinném průřezu svaru, které způsobuje normálové a smykové napětí, jak je ukázáno na obr. 57: σ je normálové napětí kolmé na účinnou plochu svaru; σ normálové napětí rovnoběžné s osou svaru; σ smykové napětí (v rovině účinné plochy svaru) kolmé na osu svaru; σ smykové napětí (v rovině účinné plochy svaru) rovnoběžné s osou svaru. Normálové napětí σ rovnoběžné s osou svaru se při ověřování návrhové únosnosti svaru neuvažuje. σ τ τ σ Obr. 57 Napětí v účinném průřezu koutovém svaru [Obr. 4.5 v ČSN EN ] 137

19 Svarové spoje Únosnost koutového svaru je dostatečná, jsou-li splněny obě následující podmínky: fu fu σ + 3( π + πii ) a σ β (4.1) w M2 M2 kde f u je nominální hodnota mezní pevnosti nejslabší spojované části v tahu; β w korelační součinitel podle tab. 28. Svary mezi částmi s rozdílnými třídami pevnosti materiálu se mají navrhovat s vlastnostmi materiálu nižší třídy pevnosti. Tab. 28 Korelační součinitel β w koutového svaru [Tab. 4.1 v ČSN EN ] Norma a třída pevnosti oceli EN EN EN S 235 S 235 W S 275 S 275 N/NL S 275 M/ML S 355 S 355 N/NL S 355 M/ML S 355 W S 420 N/NL S 420 M/ML S 460 N/NL S 460 M/ML S 460 Q/QL/QL1 Korelační součinitel β w S 235 H S 235 H 0,8 S 275 H S 275 NH/NLH S 355 H S 355 NH/NLH S 460 NH/NLH S 275 H S 275 NH/NLH S 275 MH/MLH S 355 H S 355 NH/NLH S 355 MH/MLH 0,85 0,9 S 420 MH/MLH 1,0 S 420 NH/NLH S 460 MH/MLH Alternativně k tomuto postupu lze použít zjednodušenou metodu pro návrhovou únosnost koutového svaru. Návrhová únosnost koutového svaru je dostatečná, jestliže výslednice všech sil přenášených svarem splňuje v každém bodě podél svaru následující podmínku: F w,ed F (4.2) w,rd kde F w,ed je návrhová hodnota působící síly na jednotku délky svaru; F w,rd návrhová únosnost svaru na jednotku délky. Nezávisle na orientaci nebezpečného průřezu k působící síle (tzn. bez ohledu na směr namáhání) se návrhová únosnost jednotkové délky F w,rd má určit z výrazu: F = f α (4.3) w,rd kde f vw,d f vw,d je návrhová pevnost svaru ve smyku, která se stanoví ze vztahu: / 3 u vw,d = (4.4) βw M2 f 1,0 138

20 Svarové spoje 4.6 Návrhová únosnost koutových svarů v otvoru Návrhová únosnost koutových svarů v otvoru se má stanovit metodami uvedenými v kap Návrhová únosnost tupých svarů Tupé svary s plným provařením Návrhová únosnost tupých svarů s plným provařením se má uvažovat jako návrhová únosnost slabší ze spojovaných částí. Je třeba, aby svar byl proveden vhodným přídavným materiálem, který zajistí v celé oblasti svaru alespoň takovou mez kluzu a pevnost, jaká je požadována pro základní materiál Tupé svary s částečným provařením Návrhová únosnost tupého svaru s částečným provařením se má stanovit pomocí metod pro hluboce provařené koutové svary. Účinná tloušťka svaru se určí podle kap Tupé T-spoje Návrhovou únosnost tupého T-spoje, který sestává z dvojice částečně provařených tupých svarů zesílených překrytím koutovými svary, lze stanovit jako u plně provařených tupých svarů (viz kap ). Tento postup lze použít, jestliže celková účinná tloušťka po odečtení neprovařené mezery není menší než tloušťka t stojiny T-spoje. Neprovařená mezera nemá být větší než menší z hodnot (t / 5) nebo 3 mm, viz obr. 58. Pokud spoj nesplňuje tyto požadavky, podle míry provaření se použije buď postup pro koutové svary, nebo pro hluboce provařené koutové svary, které jsou uvedeny v kap Účinná tloušťka se má určit v souladu s ustanoveními pro koutové svary, nebo pro tupé svary s částečným provařením. t a nom,1 c nom a nom,2 a nom,1 + a nom,2 t c nom má být menší než t / 5 a 3 mm Obr. 58 Účinné plné provaření tupých svarů T-spojů [Obr. 4.6 v ČSN EN ] 139

21 Svarové spoje 4.8 Návrhová únosnost děrových svarů Návrhová únosnost F w,rd děrových svarů se má uvažovat jako: Fw,Rd = fvw,d Aw (4.5) kde f vw,d je návrhová pevnost svaru se smyku; A w návrhová plocha účinného průřezu svaru, která se má uvažovat jako plocha otvoru. 4.9 Rozdělení sil Rozdělení sil ve svarovém spoji lze vypočítat z předpokladu pružného nebo plastického chování. Ve svarech lze předpokládat zjednodušené rozdělení sil. Vlastní pnutí a napětí, která se nepodílejí na přenášení zatížení, se nemusí ve výpočtu únosnosti svaru uvažovat (konkrétně se jedná o normálová napětí rovnoběžná s podélnou osou svaru). Svarové spoje se mají navrhovat tak, aby měly odpovídající deformační kapacitu, která nemá být založena na tažnosti svarů, ale připojených prvků. Ve styčnících, ve kterých se mohou tvořit plastické klouby, mají být svary navrženy tak, aby zajistily alespoň takovou návrhovou únosnost jako má nejslabší ze spojovaných částí. Jestliže je návrhová únosnost přerušovaných svarů stanovena z celkové délky l tot, má se smyková síla ve svaru na jednotku délky F w,ed násobit součinitelem (e + l) / l, viz obr. 59. e e tot Obr. 59 Výpočet sil v přerušovaných svarech [Obr. 4.7 v ČSN EN ] 4.10 Přípoje k nevyztuženým pásnicím Jestliže jsou příčný plech nebo pásnice nosníku přivařeny k nevyztužené pásnici z I, H nebo jiného profilu, viz obr. 60, je napětí ve svaru ovlivněno tuhostí pásnice a není rovnoměrné. Návrhové únosnosti jsou uvedeny v části 6 nebo 7 této normy. t w b eff t w 0,5b eff t f b p r t f 0,5b eff t p t p Obr. 60 Účinná šířka nevyztuženého T-spoje [Obr. 4.8 v ČSN EN ] 140

22 Svarové spoje Pro nevyztužený průřez I nebo H se má účinná šířka b eff stanovit ze vztahu: b = t + 2 s + k t eff w 7 f (4.6a) kde tf fyf k = t f, ale k 1 (4.6b) p yp f y,f mez kluzu pásnice průřezu I nebo H; f y,p mez kluzu plechu přivařeného k průřezu I nebo H. Rozměr s se má stanovit: pro válcované průřezy I nebo H jako: s = r (4.6c) pro svařované průřezy I nebo H jako: s = 2a (4.6d) V normě jsou uvedeny další podrobnosti pro navrhování přípojů k jiným průřezům Dlouhé spoje U přeplátovaných spojů se má únosnost koutového svaru redukovat součinitelem β Lw, který zahrnuje účinek nerovnoměrného napětí podél svaru. Tato redukce se nepoužije v případě, že průběh napětí podél svaru odpovídá průběhu napětí v připojovaném prvku, např. u krčních svarů plnostěnných nosníků. U přeplátovaného spoje delšího než 150 a se redukční součinitel β Lw určí z výrazu: 0, 2Lj β Lw = 1, 2 βlw 1, ale (4.9) 150a kde L j je celková délka přeplátování ve směru působícího zatížení Excentricky zatížené koutové nebo jednostranné tupé svary s částečným provařením Doporučuje se volit takové konstrukční řešení, které nezpůsobuje místní excentricitu. Excentricita (vzhledem k působišti zatížení, které je svarem přenášeno) se má uvažovat v následujících případech: tam, kde ohybový moment, který působí v podélné ose svaru, vyvolá v kořeni svaru tah, viz obr. 61 (a); tam, kde tahová síla, která působí kolmo k ose svaru, vyvolá ohyb vedoucí k tahu v kořeni svaru, viz obr. 61 (b). Místní excentricita se nemá uvažovat, jestliže svar je součástí skupiny svarů kolem obvodu konstrukčního dutého průřezu. 141

23 Svarové spoje e e (a) Ohybový moment, který vyvolává tah v kořeni svaru (b) Tahová síla, která vyvolává tah v kořeni svaru Obr. 61 Samostatné koutové a jednostranné tupé svary s částečným provařením [Obr. 4.9 v ČSN EN ] 4.13 Úhelníky připojené jedním ramenem U úhelníků připojených jedním ramenem lze připustit excentricitu svařovaného přeplátovaného spoje za předpokladu, že se uváží účinná plocha průřezu. Prvek pak lze považovat za osově zatížený. U rovnoramenného úhelníku nebo u nerovnoramenného úhelníku, který je připojen delším ramenem, lze za účinnou plochu uvažovat celou plochu průřezu. U nerovnoramenného úhelníku, který je připojen kratším ramenem, se má účinná plocha pro stanovení návrhové únosnosti průřezu uvažovat jako plocha náhradního rovnoramenného úhelníku o šířce rovné šířce kratšího ramene. 142

24 5. Analýza, klasifikace a modelování 5 Analýza, klasifikace a modelování Při výpočtu vnitřních sil a deformací konstrukce se má uvažovat vliv chování styčníků. Lze jej zanedbat, jestliže jsou vlivy dostatečně malé. Pro rozlišení vlivu styčníku na chování konstrukce lze styčníky klasifikovat podle jejich tuhosti (obr. 62): kloubový, ve kterém lze předpokládat, že styčník nepřenáší ohybový moment; tuhý, ve kterém lze předpokládat, že styčník nemá vliv na analýzu konstrukce; polotuhý, ve kterém je třeba chování styčníku při analýze uvažovat. M j 1 Tuhý styčník 2 Polotuhý styčník Kloubový styčník 3 φ Obr. 62 Klasifikace styčníků podle tuhosti [Obr. 5.4 v ČSN EN ] Kapitola uvádí pravidla pro klasifikaci styčníků a pravidla pro používané typy globální analýzy konstrukce (pružná, tuhoplastická, pružně plastická analýza). 143

25 6. Styč níky profilů H nebo I 6 Styčníky profilů H nebo I Tato kapitola obsahuje návrhové metody k určení vlastností styčníků všech typů. Tyto metody modelují styčník metodou komponent. Vlastnosti komponent se mají stanovit podle ustanovení uvedených v této normě. Jiné hlavní komponenty lze použít za předpokladu, že jejich vlastnosti vycházejí ze zkoušek nebo analytických a numerických metod podložených zkouškami, viz ČSN EN Návrhové metody pro hlavní komponenty styčníků uvedené v této normě jsou platné obecně a lze je použít na podobné komponenty v jiném uspořádání styčníku. Styčník lze modelovat rotační pružinou, připojenou k ose připojovaného prutu v místě křížení, jak je naznačeno na obr. 63 (a) a (b). Pružiny mohou popsat návrhový pracovní diagram, který vyjadřuje vztah mezi ohybovým momentem M j,ed působícím na styčník a natočení φ Ed mezi spojovanými pruty. Obecně je pracovní diagram nelineární, viz obr. 63 (c). Návrhový pracovní diagram styčníku se má popsat následujícími konstrukčními vlastnostmi: momentovou únosností; rotační tuhostí; rotační kapacitou. M j M j,rd S j,ini 90º M j,ed 1 φ Ed M j,ed S j φ φ φ φ Ed Xd Cd 1 mezní hodnota pro S j (a) styčník (b) model (c) návrhový pracovní diagram Obr. 63 Návrhový pracovní diagram styčníku [Obr. 6.1 v ČSN EN ] Hlavní komponenty styčníku, pro které je uveden postup určení tuhosti a únosnosti: panel sloupu ve smyku stěna sloupu v příčném tlaku stěna sloupu v příčném tahu pásnice sloupu v ohybu čelní deska v ohybu úhelník na pásnici nosníku v ohybu pásnice nosníku nebo sloupu v tlaku stojina nosníku v tahu plech v tahu nebo tlaku šrouby v otlačení (na pásnici nosníku, pásnici sloupu, čelní desce nebo úhelníku na pásnici nosníku) šrouby v tahu šrouby ve smyku beton včetně zálivkové malty v tlaku patní deska v ohybu od tlaku patní deska v ohybu od tahu kotevní šroub v tahu kotevní šroub ve smyku kotevní šroub v otlačení svary 144

26 Styčníky dutých průřezů 7 Styčníky dutých průřezů Tato kapitola uvádí podrobná pravidla pro stanovení statické únosnosti rovinných a prostorových příhradových konstrukcí složených z kruhových, čtvercových nebo obdélníkových dutých průřezů a rovinných styčníků příhradových konstrukcí složených z dutých průřezů v kombinaci s otevřenými průřezy. Typy styčníků zahrnutých v normě jsou na obr. 64. Styčník K Styčník KT Styčník N Styčník T Styčník X Styčník Y Styčník DK Styčník KK Styčník X Styčník TT Styčník DY Styčník XX Obr. 64 Typy styčníků dutých průřezů v příhradových nosnících [Obr. 7.1 v ČSN EN ] 145

27 Styčníky dutých průřezů Návrhová únosnost styčníku v přípojích mezi dutými průřezy a v přípojích dutých průřezů s otevřenými se má stanovit na základě následujících způsobů porušení: a) Porušeni povrchu pásu (elastické porušení povrchu pásu) nebo plastifikace pásu (plastické porušení průřezu pásu). b) Porušení boční stěny pásu (nebo porušení stojiny pásu) zplastizováním, podrcením nebo ztrátou stability tvaru (borcením nebo vybočením boční stěny nebo stojiny pásu) pod tlačeným mezipásovým prutem. c) Porušení pásu smykem. d) Prolomení smykem stěny dutého průřezu pásu (iniciace trhliny vedoucí k odtržení mezipásmového prutu od dutého průřezu pásu). e) Porušení mezipásmového prutu s redukovanou účinnou šířkou (trhliny ve svarech nebo mezipásmových prutech). f) Porušení místním vybočením mezipásmového prutu nebo dutého průřezu pásu ve styčníku. Způsob Osové zatížení Ohybový moment a b c Obr. 65 Způsoby porušení styčníků prutů z kruhových trubek (část) [Obr. 7.2 v ČSN EN ] 146

28 Ř ešené př íklady 8 Řešené příklady 8.1 Přípoj úhelníků obyčejnými šrouby Navrhněte šroubový přípoj taženého prutu ze dvou úhelníků L 80 6 (ocel S 235). Prut je zatížen silou N Ed = 400 kn a je připojen na styčníkový plech tloušťky 8 mm (viz obr. 66). 45 e = N Ed 2 L Obr. 66 Přípoj úhelníků šrouby Pro přípoj se použijí šrouby M20 třídy 5.6 se závitem po celé délce šroubu. Posoudí se únosnost úhelníku v místě oslabení otvory: 0,9Anet fu 0,9 2 ( ) 360 Nu,Rd = = = 416, 3 kn > NEd = 400 kn 1, 25 M2 Návrhová únosnost jednoho šroubu ve smyku (pro dvě střižné plochy a střih šroubu v závitu) je: αvaf s ub 0, Fv,Rd = 2 = 2 = 117,6 kn 1, 25 M2 Návrhová únosnost jednoho šroubu v otlačení: Součinitele k 1 a α b se určí pro rozteče podle obr. 66. Pro koncový šroub: e 2 35 k1 = min 2 1,7;2,5 = min 2,8 1,7; 2,5 = min(2,75; 2,5) k1 = 2,5 d0 22 a pro vnitřní šroub e2 35 k1 = min(2,8 1,7; 2,5) = min(2,8 1,7; 2,5) = min(2,75; 2,5) k1 = 2,5 d 22 0 e 1 p Součinitel α b pro krajní šroub: e1 40 3d ,606 f ub 500 αb = min = min = min 1, 389 = 0, 606 fu 360 1, 0 1, 0 1, 0 147

29 Ř ešené př íklady Součinitel α b pro vnitřní šroub: p , 4 3d ,811 f ub 500 αb = min = min = min 1, 389 = 0,811 fu 360 1, 0 1, 0 1, 0 Pro otlačení rozhoduje styčníkový plech tloušťky 8 mm (menší tloušťka než oba úhelníky 12 mm). Únosnost krajního šroubu v otlačení je k1α bdtfu 2,5 0, Fb,Rd = = = 87,3 1, 25 M2 a únosnost vnitřních šroubů 2,5 0, Fb,Rd = = 93,4 kn 1, 25 Vzhledem k tomu, že únosnost šroubu ve střihu je větší než únosnost v otlačení, lze únosnosti v otlačení pro krajní a vnitřní šrouby sčítat. Navrhne se přípoj s 5 šrouby, jehož únosnost je 87, ,3 + 87,3 = 457,5 kn > 400 kn = N Ed Konzervativně je možno počítat s menší únosností v otlačení pro všechny šrouby, potom je únosnost přípoje 436,5 kn. 8.2 Přípoj úhelníků koutovými svary Navrhněte svařovaný přípoj taženého prutu ze dvou úhelníků L 80 6 (ocel S 235). Prut je zatížen silou N Ed = 400 kn a je připojen na styčníkový plech tloušťky 8 mm (viz obr. 67) N Ed L Obr. 67 Svařovaný přípoj taženého prutu ze dvou úhelníků Úhelníky se přivaří svarem o tloušťce a = 4 mm. Síla působící v prutu se rozdělí na jednotlivé svary. Svary u přiléhajícího ramene jsou namáhány silou e 3 21,7 Fw1 = NEd = = 108,5 kn b

30 Ř ešené př íklady svary u odstávajícího ramene silou F w2 b e 80 21, 7 = NEd = = b ,5 kn Ve svarech vzniká od těchto sil pouze smyková složka napětí τ. Po dosazení nulových složek napětí do vztahu (4.1) se získá vztah pro posouzení těchto svarů, z této podmínky lze určit potřebnou délku svaru. τ F a w II = fu 3β w M2 Pro svar u přiléhajícího ramene (oboustranný koutový svar) je potřebná délka 3 Fw1 3βwM2 108, ,81,25 1 = = = 65,3 mm af u Pro svar u odstávajícího ramene je potřebná délka 2 F = = = af w2 3βwM2 291, ,81,25 175,3 mm u Navrhují se svary o délce 70 a 180 mm. 8.3 Přípoj stropnice na sloup pomocí čelní desky Navrhněte přípoj stropnic průřezu IPE pomocí čelní desky a šroubů M16 třídy 4.6 (viz obr. 68).Reakce stropnice je V Ed = 48,8 kn. Stropnice je připojena pomocí čelní desky na stěnu sloupu HEB 260, konstrukce je z oceli S V Ed 4 M V Ed P IPE 240 HEB 260 Obr. 68 Přípoj stropnic průřezu IPE pomocí čelní desky a šroubů 149

31 Ř ešené př íklady O celkové únosnosti přípoje obvykle rozhoduje návrhová únosnost stěny nosníku ve smyku. Únosnost části stěny nosníku ve smyku, která přenáší zatížení do čelní desky, je V pl,rd Af v y 6, = = = 109, 4 kn > 48,8 kn = V 3 3 1,00 MC Vyhovuje. Návrhová únosnost jednoho šroubu ve střihu (M16, třída 4.6) se určí jako F α Af 0, v s ub v,rd = = = M2 1, 25 Únosnost čtyř šroubů je v,rd 30,1 kn 4F = 4 30,1 = 120, 4 kn >48,8 kν = V Vyhovuje. Návrhová únosnost čtyř šroubů v otlačení (rozhoduje stěna sloupu, min t = 10,0 mm): e1 35 0, 648 3d p ,861 αb = min 3d0 4 = min = min = 0, 648 f 400 ub 1,111 f 360 u e2 2,8 1, ,8 1, 7 2,188 d 0 18 e 2 80 k1 = min 1, 4 1, 7 = 1, 4 1, 7 = min 4, 522 = 2,188 d0 18 2,5 2,5 2,5 F b,rd k α dt f 2,188 0, = = = = = V 1 b u ,3kN 2 48,8 M2 1, 25 Vyhovuje. Únosnost koutového svaru tloušťky 3 mm je F a f u w,rd = = = > 3βwM2 3 0,8 1,25 Vyhovuje. Navržený přípoj vyhovuje. Ed 162,1 kn 48,8 kn Ed Ed 150

32 Ř ešené př íklady 8.4 Přípoj nosníku na konzolku Posuďte přípoj nosníku na deskovou konzolku podle obr. 69. Přípoj přenáší posouvající sílu V Ed = 30 kn. Konstrukce je z oceli S235, šrouby M20 třídy 5.6 mají závit po celé délce dříku. 25 IPE M V Ed P HEB 200 Obr. 69 Přípoj nosníku na deskovou konzolku Návrhová únosnost jednostřižného šroubu (střih v závitu) je F α Af 0, v s ub v,rd = = = M2 1, 25 58,8 kn Únosnost jednoho šroubu při otlačení desky závisí na roztečích šroubů. Součinitele k 1 a α b jsou e 40 k1 = ; = ;2,5 = ( ; ) = d min 2,8 1,7 2,5 min 2,8 1,7 min 3, 4 2,5 2,5 e1 40 0, 606 3d p , 25 0, 25 0,659 αb = min 3d0 = min 322 = min = 0, 606 f 500 ub 1, 389 f 360 u Únosnost jednoho šroubu v otlačení je F k α d t f 2,5 0, b u b,rd = = = M2 1, ,1 kn 151

33 Ř ešené př íklady 152 Podobně se určí únosnost šroubu při otlačení stěny připojovaného nosníku (součinitel k 1 je stejný jako při výpočtu únosnosti šroubu při otlačení desky): e1 65 0, 985 3d p ,659 αb = min 3d0 4 = min = min = 0, 659 f 500 ub 1,389 f 360 u F kα dtf 2,5 0, , b u b,rd = = = M2 1, 25 a únosnost přípoje se dvěma šrouby je 53,1 kn ( ) ( ) V = 2min F ; F = 2min58,8 ;109,1;53,1 = 106,2kN= V Rd v,rd b,rd Ed Vyhovuje. Vlivem excentricity vzniká ve svaru ohybový moment MEd = VEd e= 30 0,05 = 1,5 knm Tento moment způsobí napětí σ w působící v rovině desky M M 1, 5 10 σ = = = = 57, 4 MPa 6 Ed Ed w 2 2 Wel,w 2a které se rozloží do napětí působících v kritickém průřezu svaru σ w 57,4 τ = σ = = = 40,6 MPa 2 2 Posouvající síla vyvozuje smykové napětí rovnoběžné s osou svaru τ V a Ed II = = = 26,8 MPa Posouzení svarů: σ + 3( τ + τii ) = 40, ( 40, ,8 ) = 93, 5 MPa < 360, 0 MPa = fu 360 = = βwm2 0,8 1, 25 fu 360 σ = 40, 6 MPa < 288 MPa = 1, 25 = Svary vyhovují. M2

34 Ř ešené př íklady Únosnost desky je dána součtem únosnosti kritického řezu v tahu a ve smyku podle obr. 70 V 0,5A f nt u eff2,rd = + M2 Anv f 3 kde A nt je oslabená plocha přenášející tahovou sílu a A nv oslabená plocha přenášející smykovou sílu: y M0 A nt A nv Obr. 70 Kritické plochy 22 2 Ant = = 290 mm Anv = = 670 mm 2 Únosnost desky při vytržení skupiny šroubů je 0, Veff2,Rd = + = 132,7 kn >30 kn= V 1, 25 31,00 Vyhovuje. Únosnost plného průřezu ve smyku je V pl,rd Af v y = = = 189,9 kn > 30 kn = V 3 6 1,00 M0 Vyhovuje. Únosnost stěny nosníku se určí podobně jako únosnost desky, plochy kritického řezu podle obr. 71 jsou A nv A 2 nt 40 Ant = 5, 6 40 = 162, 4 mm Anv = 5, = 515,2mm Obr. 71 Kritické plochy Únosnost stěny je V eff2,rd Vyhovuje. 0,5 162, , = + = 93,3 kn > 30 kn = V 1, 25 31,00 Ed Ed Ed 153

35 Ř ešené př íklady Pro posouzení ohybové únosnosti se počítá s průřezem 3. třídy. Jeho únosnost je M el,rd W 235 el f y = = 6 = 7,7 knm > 1,5 knm = M 1, 00 M0 Vyhovuje. Navržený přípoj vyhovuje. Ed 154

36 Navrhování hliníkových konstrukcí podle ČSN EN

37 Přehled dokumentů 1 Přehled dokumentů Evropská návrhová norma pro stavební hliníkové konstrukce Eurokód 9: ČSN EN 1999 Navrhování hliníkových konstrukcí má pět částí: ČSN EN Navrhování hliníkových konstrukcí Část 1.1: Obecná pravidla pro navrhování, účinnost od ČSN EN Navrhování hliníkových konstrukcí Část 1.2: Navrhování konstrukcí na účinky požáru, účinnost od ČSN EN Navrhování hliníkových konstrukcí Část 1.3: Konstrukce náchylné na únavu, účinnost od ČSN EN Navrhování hliníkových konstrukcí Část 1.4: Za studena tvarované plošné profily, účinnost od ČSN EN Navrhování hliníkových konstrukcí Část 1.5: Skořepiny, účinnost od Struktura textů je obdobná normám pro ocelové konstrukce. Jednotlivé kapitoly jsou shodně uspořádány a většina návrhových postupů odpovídá postupům pro ocelové konstrukce. 156

38 Č SN EN Obecná pravidla pro navrhování 2 ČSN EN Obecná pravidla pro navrhování 2.1 Struktura normy Norma shrnuje obecná pravidla pro navrhování konstrukcí pozemních staveb; na rozdíl od základní normy pro ocelové konstrukce obsahuje i pravidla pro navrhování styčníků. Text normy, včetně národní přílohy, má 196 stran a skládá se z těchto kapitol a příloh: 1 Všeobecně 2 Zásady navrhování 3 Materiály 4 Trvanlivost 5 Analýza konstrukcí 6 Mezní stavy únosnosti 7 Mezní stavy použitelnosti 8 Navrhování styčníků Příloha A Výrobní skupiny Příloha B Náhradní T profil v tahu Příloha C Výběr materiálů Příloha D Koroze a ochrana povrchu Příloha E Analytické modely pracovního diagramu Příloha F Průřezy za hranicí pružného chování Příloha G Rotační kapacita Příloha H Metoda plastických kloubů pro spojité nosníky Příloha I Klopení nosníků a prostorový vzpěr tlačených prutů Příloha J Průřezové charakteristiky Příloha K Smykové ochabnutí při návrhu prvků Příloha L Klasifikace spojů Příloha M Lepené spoje 2.2 Materiálové vlastnosti Hliník a jeho slitiny nemají na rozdíl od oceli výraznou mez kluzu. Pro návrh se definuje smluvní mez 0,2 % (značená f o ), tj. napětí, při kterém je trvalé přetvoření 0,2 %. Hliníkové slitiny se dodávají v řadě tepelných úprav, které mají vliv na jejich mechanické vlastnosti. Pro posouzení místní a celkové stability se slitiny klasifikují podle tepelné úpravy materiálu do dvou vzpěrnostních tříd (BC Buckling Class). Slitiny se dělí na třídu materiálu A, u které tepelná úprava má vliv na vzpěrnou únosnost, a třídu materiálu B, kde tepelná úprava vliv nemá. Další podstatnou vlastností je pokles meze pevnosti i smluvní meze 0,2 % vlivem zvýšení teploty při teplotách nad 80 C. Pro slitiny se kromě meze pevnosti v tahu f u a smluvní meze f o uvádějí vlastnosti v tepelně ovlivněné oblasti (HAZ Heat Affected Zone) f u,haz a f o,haz. 157