8. Halové konstrukce Klasifikace a stabilita rámů, rámové rohy, prostorové chování hal, jeřábové dráhy.

Transkript

1 8. Halové konstrukce Klasifikace a stabilita rámů, rámové roy, prostorové cování al, jeřábové dráy. Příčné řezy rámovýc vazeb Obvykle: stojky uloženy kloubově, montážní styky dnes obvykle s čelními deskami a předpjatými šrouby, proměnné průřezy příčle i stojek. OK3 1

2 Klasifikace rámů a složitějšíc patrovýc konstrukcí Klasifikace závisí na geometrii i zatížení řešit pro každou kombinaci zatížení!! 1. Konstrukce řešené podle teorie 1. řádu (α cr > 10): α cr = F F cr 10 Pro dané zatížení F je α cr výsledkem řešení MKP (např. FEAT). δ H, Pro vybočení s posunem styčníků přibližně platí: H α cr = V δ H, H 1 H V 1 V Přitom musí pro štílost prutů v rovině mezi styčníky platit: A fy λ 0,3 N U pravidelnýc skeletů se výpočet provede pro každé patro, rozoduje nejnižší odnota. Posouzení prutů se vzpěrnou délkou mezi styčníky je potom velmi bezpečné (podle Eurokódu pro α cr > 5 lze uvažovat χ = 1). OK3

3 . Konstrukce řešené podle teorie. řádu (α cr <10): Obecně lze postupovat 3 způsoby: a) Geometricky nelineárním řešením kompletně imperfektní konstrukce (GNIA). Účinky druéo řádu a globálníc i prutovýc imperfekcí jsou potom zarnuty ve výslednýc vnitřníc silác a posouzení jednotlivýc tlačenýc prutů se provede pouze na prostý tlak bez součinitelů vzpěrnosti χ. Toto řešení je náročné na software, zavedení imperfekcí i vyodnocení. b) Geometricky nelineárním řešením konstrukce pouze s globální imperfekcí (zavedením náklonu konstrukce pomocí náradnío vodorovnéo zatížení). Posouzení prutů na vzpěr (tj. vliv. řádu a prutovýc imperfekcí) se provede pro systémové délky (např., L/). ~ L cr fiktivní podpora pro následný posudek prutů na vzpěr cr Pozn.: pro malé sklony (obvykle rovné příčle, teoreticky < 15º) je L cr rovné vzdálenosti sloupů. Pro 3 α cr < 10 a vybočuje-li konstrukce s posunem styčníků (odpovídá odnotě α cr stanovené z přibližnéo vztau) lze účinky. řádu od posunu styčníků řešit přibližně podle b1): OK3 3

4 b1) Prakticky se potom řeší konstrukce podle teorie 1. řádu se zavedenou imperfekcí soustavy (s nakloněním), kde se všecny vodorovné síly H (např. od větru a od imperfekcí V φ) přenásobí součinitelem. řádu: α cr 1 c) Často se soustava řeší teorií I. řádu bez imperfekcí, určí se vzpěrné délky sloupů pro globální vybočení a posoudí se ekvivalentní pruty (se zavedením χ pro vzpěr). Na příčli je nutné zvětšit momenty od vodorovnýc účinků cca o 0% (popř. řešit jejic globální vzpěrnou délku): δ L cr lze stanovit obdobně jako u stojky, nebo zvětšít momenty od vodor. účinků o ~ 0% cr = β v boaté literatuře L cr L/ zajistit stabilitu volnéo pásu!! OK3 4

5 Typické vzpěrné délky pro globální vybočení (s posunem styčníků): Vzpěrné délky stojek soustav lze určit ze vzorců nebo grafů v literatuře. Nejlépe se však určí z kritickéo zatížení N cr po výpočtu odpovídajícío α cr běžným softwarem následovně: L cr = π E I N cr = π E I α N cr Pozn.: 1) Použije-li se α cr podle přibližnéo vzorce (tj. pro vybočení s posunem styčníků), nelze brát vzpěrnou délku menší než systémovou délku. 1) Pozor na změnu průřezu po posudku, mění se α cr a tedy i L cr. OK3 5

6 Praktický příklad: 1 kn/m' IPE kn 40 kn HE 340 B imp 1 α cr,1 = 6,9 < 10 (. řádem) (α cr, = 44,3) (výpočet α cr viz doplňující poznámky) π E I 6 y π E Iy π , 6 10 cr = = = = 4 374, 1mm 3 N α N 6, 9 184, 5 10 cr,1 cr Místo určování vzpěrné délky cr je vodnější použít přímý posudek stojky pro poměrnou štílost: Afy λ = Pozor na změny průřezu po Ncr provedení posudku!!! Pro daný příklad: λ = Af N y cr,1 = , 9 184, = 1, z tabulek přímo χ OK3 6

7 Rámové roy V b M b N b Namáání lze přibližně rozložit do pásnic: M F 1 + M F b N b b N b 1) Rámové roy bez náběu a) Ro vyztužený na tlak tlačená diagonála svařované provedení šroubované provedení b D F 1 F D (posoudit na vzpěr) svar na síly M, N, V pozor na zdvojení čelní desky tlusté čelní desky (jinak polotuý styk) OK3 7

8 b) Ro namáaný smykem řešení s čelní deskou: méně vodné (malé rameno): t w τ F 1 F svar na sílu F' σ ' b F' s přeplátovaným stykem pásnice (draé) přenos F 1 (smykem) přenos V Posouzení stěny v rámovém rou ve smyku: S vlivem boulení platí: τ τ τ max b,rd F bt 1 w F ; b t b,rd w = V / t = OK3 8 χ w f 3 γ yw M1

9 Pozn.: Únosnost stěny lemované pásnicemi sloupu a výztuami stěny lze zvýšit o tzv. rámový účinek (vytvoření 4 plastickýc kloubů tooto rámu): τ χ w f 3 γ yw M1 + M pl,c,rd + M pl,st, Rd plastická únosnost pásnic a výztu c) Zvýšení únosnosti rámovéo rou bez náběu vyztužení smykové stěny plynulý přecod pásnic zvětšení tloušťky stěny t w namáání diagonály zmenšeno o únosnost stěny ve smyku radiální výztuy t OK3 9

10 ) Rámové roy s náběem výztua svar přenáší sílu M/ F 1 I F' 1 F úpalek I F' Pozn.: Styky lze rovněž odsadit od líce sloupu, který má přivařenou konzolu. Stykování ve vrcolu - obdobně: tlak kloubový spoj smyk ta úpalek I event. výztua tlusté čelní desky (nebo vyztužit) OK3 10

11 Prostorové cování al 1. Spolupůsobení příčnýc vazeb bez spolupůsobení se spolupůsobením Pro lokální zatížení (např. jeřáby): - ztužidla ve střeše roznášejí zatížení na více vazeb Řešení: a) prostorové řešení aly jako celku (obtížné); b) přibližně jako interakci spojitéo nosníku na pružnýc podporác: < H pružné podpory: 1 c = δ 1 δ H OK3 11

12 . Spolupůsobení pláště (stressed skin design) tuý plášť (trapézový plec, zmonolitněné prefa): - působí jako stěna vysokéo nosníku, jeož pásnicemi jsou vaznice (event. ve stěně aly paždíky); - odlečí příčné vazby, přenáší příčné zatížení do tuýc štítů; - změní obvykle klasifikaci sloupů na rámy s α cr 10. vysoké stěnové nosníky: Požadavky: -při stavbě ala netuá, tuost zajistit jinak (dočasná ztužidla, vzpěry...) -plášť musí být po celou životnost stavby funkční (pozor na úpravy, požár...) - vodné pro kratší aly (L/B < 4), s tuými štíty. OK3 1

13 Postup návru (náročné, obvykle pro opakované použití): - návr pláště na běžnéoybovéúčinky, - globální analýza neposuvné vazby (podepřené tuze střešní rovinou), -střecu rozdělit na smyková pole (diafragmata), - stanovit smykovou únosnost a poddajnost pole včetně přípojů a spojů plecu (návrové postupy uvádí např. směrnice ECCS No.88), - stanovit plášťové účinky (odlečení vazeb a namáání vysokéo nosníku), - stanovení namáání štítu. Příklad pole: Vaznice (příčný prvek) Trapézový plec (jedna tabule) Příčná vazba (podélný prvek) Va b b Smyková spojka V Přípoje plec/plec Přípoje plec/vaznice a V v Va b Přípoje smykové spojky OK3 13

14 Jeřábové dráy vlastní tía jeřábu (uvažovat bez kočky) Zatížení mostovýc jeřábů (ČSN EN ): stálé Q c proměnné: - svislé účinky jeřábů Q H (tabulky jeřábů) - vodorovné účinky působí v temeni kolejnice: od zryclení jeřábu (rozjezd, brzdění) od příčení jeřábu od zryclení kočky (rozjezd, brzdění) - další zatížení (síly na nárazníky, vítr, zkušební zatížení...) OK3 14

15 Dynamické účinky: - řeší se přibližně, zavedením dynamickýc součinitelů ϕ 1 až ϕ 7 : např.: pro svislé síly ϕ 1 až ϕ 4, závislé na ryclosti zdviu, typu jeřábu... pro zryclení jeřábu ϕ 5 podle poonu atd. MSP: Obecně se posuzuje kmitání. Praktický výpočet spočívá ve stanovení průybu (δ max < L/600 5 mm) Globální analýza Pro poyblivé zatížení je nutné použít příčinkovýc čar. Např. pro M max v průřezu x platí Winklerovo kritérium: < x F i > R L Běžně však postačuje stanovit M max a V max na celém nosníku: např. 4 síly poloa pro M max = M 3 poloa pro V max aritmeticky střední břemeno: P3 OK3 15

16 Příklad: V s V (nutné si číselně vyzkoušet) Posouzení jeřábovéo nosníku 1. Přesné řešení: - vyžaduje prostorový výpočet, včetně kroucení Q (výsledkem jsou vnitřní síly N, M y, M z, B, V y, V z, T t, T w ) H y S G z příradový nosník lze naradit stěnou s t eff stejné smykové tuosti. Přibližné konzervativní řešení pro H: H e H G = + t w H = T H e H + H T 15 t w přisoudit ornímu pásu H T pro dimenzování dolnío pásu OK3 16

17 3. Obvyklé řešení (leží na nebezpečné straně, zanedbáno kroucení): Hlavní nosník: Q svislé zatížení (interakce boulení od M, N, V, F) podélné vodorovné zatížení (způsobuje N, M) Vodorovný nosník: H 15 t w příčné vodorovné zatížení Únava jeřábovýc nosníků Posudek pro ekvivalentní rozkmit carakteristickéo zatížení (γ Ff = 1,00): Pro σ : (obdobně pro τ) γ Ff Δσ E, Δσ γ Mf C "únavová pevnost" pro.10 6 cyklů daná názvem kategorie detailu 1,15 rozkmit ekvivalentnío jmenovitéo napětí (musí být < 1,5 f y, včetně dyn. součinitele ϕ fat ) OK3 17

18 Rozkmit ekvivalentnío jmenovitéo napětí: Δσ ϕ λ Δσ E, = fat jmenovitý rozkmit napětí danéo napětí (odpovídající ϕ fat ) součinitel ekvivalentnío poškození, odpovídající 10 6 cyklům (uvádí ČSN EN podle kategorie jeřábu) Konstrukční detaily (zamezit vrubům) KD 80 KD 45 až KD 90 půdorys: KD 40 KD 90 r 150 max 100 (boulení) podle potřeby KD 80 KD 11 (pro ruční svar KD 100) KD 80 KD 11 (pro ruční svar KD 100) KD 80 Pro krční svary: τ KD 80 II τ a σ KD 36* r OK3 18

19 Doplňující poznámky: Kritické zatížení pro daný zatěžovací stav (kombinaci) lze stanovit softwarem. Např. FEAT : volit výpočet, typ: vlastní tvar vybočení (buckling eigenmode), počet tvarů (pro názor je vodné volit alespoň 4), další zadání ponecat jako pro statiku (volit síť, vybrat zat. návrový stav, výpočet). V postprocesoru vybrat zatěž. stav, vlastní tvar vybočení, např. k 1 = α cr,1, pro druý k = α cr, a lze vykreslit tvary vybočení (výsledky, tvar deformace). Pro posuzovaný prut (který rozoduje o ztrátě stability celé konstrukce v daném, tj. zejména prvním tvaru vybočení) se vypočítá jeo kritické namáání pro daný zatěžovací stav (kombinaci) a poměrná štílost: N cr = αcr,1n N cr = k1 N (resp. ), odtud Pozn.: pro ostatní pruty (vybočující při jiném - vyšším tvaru vybočení) je štílost stanovená z prvnío tvaru vybočení konzervativní. Vzpěrnou délku posuzovanéo prutu soustavy (zarnující správné okrajové podmínky v konstrukci) lze stanovit ze vztau: π E I Lcr = Ncr Vzpěrná délka však je pomocnou odnotou, istoricky umožňující stanovení součinitele vzpěrnosti pomocí štílosti λ. Stanovení vzpěrnýc délek kromě základníc případů pomocí grafů, tabulek apod. je v dnešní době zastaralé. Vodnější je přímé stanovení výše uvedené poměrné štílosti. OK3 19 λ = Af N y cr,1 χ

20 Přibližné stanovení α cr Tvar vybočení jednostranně pružně podepřenéo prutu: π E I 1 Tuost podepření c < 3 π E I Tuost podepření c 3 δ H, V cr < V E V V E π EI = H = δ H, c vybočení s posunem styčníku vybočení bez posunu styčníku (Euler) V cr H V cr Z momentové podmínky rovnováy plyne: odtud pro α cr V = V cr plyne: α cr V cr δ H, = H = V δ H H, OK3 0