TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Transkript

1 TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE Michal Jandera, K134 Obsah přednášek 2 1. Stabilita stěn, nosníky třídy Tenkostěnné za studena tvarované profily: Výroba, chování průřezů, chování prutů. 3. Tenkostěnné za studena tvarované profily: využití, přípoje, plášťové chování, navrhování s využitím zkoušek. 4. Spřažené ocelobetonové konstrukce, ocelobetonový sloup. 5. Stabilita prutů a prutových soustav. 1

2 3 Za studena tvarované profily Obsah 4 výhody a nevýhody výroba teoretické chování: vliv tváření za studena a pevnost materiálu lokální boulení nevyztužené stěny vyztužené stěny smykové ochabnutí borcení stojin únosnost průřezu prvky stabilizované krytinou přípoje využití vaznice, paždíky tenkostěnné kazety bytové domy návrh s pomocí zkoušek (rezervní přednáška) 2

3 Výhody / nevýhody 5 Výhody: nízká hmotnost profilů tvarová variabilita standardně lepší povrchová úprava skladnost při dopravě Nevýhody jednotková cena větší omezení / komplikace přípojů nízká požární odolnost vyžaduje lepší zacházení tvarová variabilita (Trebilcock) Profily - tyče 6 Otevřené průřezy Uzavřené průřezy i pro za studena tvarované podle EN

4 Profily tyče složené průřezy 7 Otevřené složené průřezy Uzavřené složené průřezy Široké / plošné profily 8 4

5 Trapézové plechy 9 Bez výztuh S podélnými výztuhami S podélnými i příčnými výztuhami Plech 10 tloušťky plošné profily 0,5-1,5 mm kazety 0,75 1,25 mm tyčové profily 1,5 (1,25) 3,0 (3,5) mm materiál ocel S280 S320 běžné S350 S390 S550 5

6 11 Za studena tvarované profily výroba Výroba 12 Ze za studena válcovaného plechu válcováním ohýbáním lisováním tažením Povrchová úprava již na plechu před tvářením profilu 6

7 13 Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu (Dubina) 14 Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu 7

8 15 Válcování (Rhodes) 16 Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu 8

9 17 Válcování trapézového plechu (Dubina) 18 Vyválcovaný trapézový plech (Vraný) 9

10 19 Válcování trapézového plechu (Vraný) 20 Válcování trapézového plechu (Vraný) 10

11 21 Válcování C profilu (Dubina) 22 Válcování Z vaznice 11

12 Profily pro ocelobetonové spřažené desky Tváření ohýbáním (vlevo) a lisováním (vpravo) 12

13 25 Lisování (Dubina) Teoretické chování 26 zpevnění rohů tvářením za studena lokální boulení prostorový vzpěr / vzpěr zkroucením distorze průřezu (deformace příčného řezu) borcení stojin pod lokálním zatížením 13

14 EN Za studena tvářené profily výpočty na idealizovaném ostrohranném průřezu r=0 pokud r<5t často nelze zjednodušení použít (komplikovaný výpočet i počáteční geometrie) Zvýšení pevnosti vlivem tváření 28 v tahu (výjimečně i tlaku) lze uvažovat f ya > f yb f yb základní mez kluzu materiálu (tj. před tvářením do profilu) f ya průměrná hodnota meze kluzu zahrnující zvýšenou mez kluzu v rozích záleží na způsobu tváření, geometrii a počtu zahnutí 14

15 Únosnost v tlaku 29 Lokální boulení Distorzní vybočení Distorze únosnost průřezu Celkový vzpěr únosnost prutu Boulení ve smyku Stabilita 30 Pružné kritické napětí jako funkce délky polovlny křivky vybočení a příklady způsobů ztráty stability 15

16 Stabilita a vzpěrná únosnost 31 Lokální boulení 32 Teorie + výpočetní postupy (viz předchozí přednáška boulení stěn) σ com b σ com λp = = 1,052 com y σ cr t kσ E σ f Stěny: oboustranně podepřené jednostranně podepřené nevyztužené vyztužené 16

17 Výztuhy 33 Okrajové Vnitřní Výpočet účinných vlastností výztuh 34 Výpočetní model výztuha podepírá stěnu výztuha sama boulí (jako pružně podepřený tlačený prut) 17

18 Distorzní vzpěr 35 Distorzní vzpěr (vybočení tlačené výztuhy) lze zavést výpočtem okrajové výztuhy podle EN (foto: Vraný) Pérová tuhost výztuhy 36 u K = δ kde moment setrvačnosti plechu (na jednotku šířky) 1 I = 12 1 t ( ) 3 2 ν 18

19 Pérová tuhost 37 Okrajová výztuha: σ cr, s = 2 K E Is A s λ d = f yb σ cr, s χ = 1,0 if λ 0,65 d d d χd = 1,47 0,723λd if 0,65 < λd 1,38 0,66 χd = if λd > 1,38 λ Průběh napětí - idealizace 38 χ d distorzní vybočení 19

20 Výpočetní postup Výztuha tvoří tuhou podporu výpočet efektivních šířek 2. K, A s, I s 3. Kritické napětí pro distorzní vzpěr σ cr 4. pro σ com = f y χ d (red. pro distorzní vybočení) 5. σ com = χ d f y 6. Výpočet ef. šířek pro výztuhu a přilehlou část stěny 7. A s, I s 8. iterace t red = χ d t Výsledný účinný průřez 40 b b e, i 2 e, i1 σ com = χ d f y nižší maximální napětí vede k větší účinné šířce pro posouzení se redukce uvažuje pro tloušťku t red = χ d t 20

21 41 Interakce lokálního a distorzního vybočení (Vraný) 42 Módy vybočení software CUFSM 21

22 Posouzení průřezy, prvky -ČSN EN Omezení normy: Tah tyče 0,45 t 15 mm plechy 0,45 t 4 mm jako běžné profily, zahrnut vliv tváření na mez kluzu Ag fya Nt. Rd = γ Tlak M0 interakce mezi lokálním bolením (event. distorzním vybočení) a celkovým vzpěrem N A R eff fyb λ Aeff N λ = = = b. Rd = χ Aeff fyb γ M1 N A σ λ A cr g cr 1 g pokud A eff = A g, místo f yb lze použít f ya (zároveň horší křivka na vzpěr) Módy vybočení 44 lokální boulení (L) distorzní vybočení (D) rovinný vzpěr (F) vzpěr zkroucením (T) prostorový vzpěr (FT) (Dubina) 22

23 Prostorový vzpěr 45 jednoose symetrické a svazkové průřezy 2 1 π EI w σ cr,t = 2 GI t + 2 Agi o LT σ cr,tf = interakce mezi σ cr,t, σ cr, y 2 2 σ cr, y σ cr, T σ cr, T y σ 0 cr, T σ cr,tf = β σ cr, y σ cr, y i0 σ cr, y 2 y 0 β = i0 i0 = iy + iz + y0 + z0 y 0, z 0 vzdálenost mezi středem smyku a těžištěm plného průřezu vybočení zkroucením prostorový vzpěr: jiné křivky vzpěrnosti prostorový vzpěr je i u průřezů tvářených za tepla 46 23

24 Kombinace tlak + ohyb 47 M = N e z,e d E d N, y Interakce osové síly a ohybového momentu lze získat analýzou druhého řádu založenou na vlastnostech účinného průřezu Alternativně: 0,8 0,8 N M Ed Ed + Nb,Rd Mb,Rd M = N e z,ed Ed N, y 1,0 Ohyb 48 ( χ ) M W f eff. Rd = LT eff yd λ = f LT yb Weff Mcr Klopení / ztráta stability za ohybu podobně jako pro běžné profily Využití částečné plastifikace (rozdíl) dosažení f y na tažené straně bez omezení dosažení f y na tlačené straně omezení 24

25 49 Borcení stojin - porušení (Vraný) 50 Borcení stojin (Vraný) 25

26 Borcení stojin 51 Excentrický tlak do stojiny R w,rd experimentálně odvozené vztahy Borcení stojin 52 Případy (návrhové postupy): jedna stojina vyztužená nevyztužená více než jedna stojina vyztužená nevyztužená 26

27 Borcení stojin 53 Způsoby zatížení: a) na okraji nosníku b) uvnitř nosníku a) jednosměrné b) protilehlé R w,rd = f(t 2,r/t,Φ,s s..) součin vlivů c 40 mm Průřezy s jednou nevyztuženou stojinou 27

28 55 56 Průřezy se dvěma nebo více nevyztuženými stojinami 2 2 R = αt f E 1 0,1 r / t 0,5 + 0,02 l / t 2, 4 + φ / 90 / γ kde: l a je účinná roznášecí délka pro příslušnou kategorii kat. 1: a l = 10 mm α kat. 2: β v 0,2: l a = s s β v 0,3: l a = 10 mm součinitel pro příslušnou kategorii kat. 1 plošné profily α = 0,075 kat. 2 ( ) ( ( ) ) w,rd yb a M1 kazetové a kloboukové profily α = 0,057 plošné profily α = 0,15 V β V = V kazetové a kloboukové profily α = 0,115 Ed,1 Ed,1 V + V Ed,2 Ed,2 posouvající síla před a za koncentrovanou silou 28

29 Kombince M+R 57 M M Ed c,rd FEd + 1,25 R w,rd Rozhoduje např. u trapézových plechů navrženích jako spojité nosníky (MSÚ, ale někdy i MSP) 58 Tenkostěnné profily Spoje 29

30 Spoje 59 Svary koutové t 3 mm (automat t 2 mm) nejlépe MAG přeplátované bodové odporové průvarové Spoje 60 Mechanické spoje slepé nýty šrouby 3 d 8 mm samovrtné závitotvorné nastřelovací trny šrouby s maticí trubkový s trnem rozpěrací nýty 30

31 Slepé nýty 61 trubkový s trnem rozpěrací nýty Šrouby 62 Jiné způsoby porušení, než u běžných šroubů naklonění a vytažení šroubu 31

32 Nové typy spojů 63 Rozetový system Lepení (problém životnosti) 32