NCCI: Návrhový model styku pásů z uzavřených průřezů čelní deskou

Transkript

1 NCCI: Návrhový model styku pásů z uzavřených průřezů čelní deskou Tento NCCI popisuje postupy návrhu styku prutů obdélníkových i kruhových uzavřených průřezů čelní deskou s použitím nepředpjatých šroubů. Jsou též uvedena doporučení pro konstruování. Obsah. Všeobecně. Parametry 3. Styk průřezů čelní deskou v tlaku 4 4. Styk obdélníkových průřezů čelní deskou v tahu 4 5. Styk kruhových průřezů čelní deskou v tahu 7 6. Literatura 0 Strana

2 . Všeobecně Šroubové přípoje se obvykle upřednostňují na montážní spoje předem připravených částí konstrukce. Spoje uzavřených hranatých průřezů se šroubují podél čtyř stran čelní deky, ale během sedmdesátých let minulého století byly zkoumány spoje se šrouby jen po dvou protilehlých stranách a bylo prokázáno, že se jedná o vhodné řešení. Na druhou stranu ve spojích uzavřených kruhových průřezů se obvykle šrouby umísťují rovnoměrně kolem uzavřeného průřezu. Doporučení pro jednoduchý návrh v tomto NCCI je vzato z odpovídajícího materiálu CIDECT Design Guides [] []. Další podkladové materiály na toto téma lze nalézt v publikaci SCI/BCSA o styčnících v ocelových konstrukcích [3].. Parametry t p t p e 3 p p h p e e Obrázek. Geometrie styku průřezů z uzavřených obdélníkových průřezů čelními deskami Strana

3 e e t p t p p d Obrázek. Geometrie styku průřezů z uzavřených kruhových průřezů čelními deskami a účinná tloušťka svaru; b vzdálenost řady šroubů a obvyklou polohou plastického kloubu d b ' e + t d d 0 d d m e e e 3 u ub vw,d y yp h nominální průměr šroubu; průměr otvoru pro šroub; průměr uzavřeného kruhového průřezu prutu; menší z hodnot průměrné vzdálenosti hran a rohů hlavy šroubu nebo matice; vzdálenost řady šroubů ke stěně uzavřeného proilu; vzdálenost ke hraně; vzdálenost ke hraně; mez pevnosti nejslabší spojované části; mez pevnosti šroubu; mez pevnosti svaru ve smyku; mez kluzu uzavřeného proilu; mez kluzu čelní desky; šířka uzavřeného obdélníkového průřezu prutu; Strana 3

4 n p r t t t p A A A s B p,rd F t,ed F t,rd F u F w,ed F w,rd N,Ed N,Rd celkový počet šroubů; vzdálenost nebo rozteč šroubů; vnější poloměr uzavřeného kruhového průřezu; tloušťka tenčí spojované části; tloušťka stěny uzavřeného průřezu prutu; tloušťka čelní desky; plná průřezová plocha šroubu; plocha uzavřeného průřezu prutu; plocha šroubu účinná v tahu; návrhová únosnost v protlačení hlavy nebo matice šroubu; návrhová tahová síla ve šroubu v mezním stavu únosnosti; návrhová únosnost v tahu pro šroubu; mezní únosnost šroubu v tahu; návrhová síla na jednotku délky svaru; návrhová únosnost svaru na jednotku délky; návrhová síla tahová síla v prvku (RHS or CHS member); návrhová únosnost styčníku, vyjádřená z hlediska tahové síly v prvku (prvku uzavřeného obdélníkového nebo kruhového průřezu); 3. Styk průřezů čelní deskou v tlaku K zajištění přenosu sil v tlaku styk průřezů čelní deskou musí zajistit tyto dvě podmínky: Dobrý kontakt mezi deskami. Polohu prvků vůči sobě, která by zamezila excentricity, které by mohly vytvořit neočekávané mementy. To jsou jediné podmínky pro návrh styku průřezů čelní deskou v tlaku. Ale styk průřezů čelní deskou v tlaku může být v některých případech vystaven tahu, nepř. Při montáži nebo jedné z jinak nevýznamných kombinací zatížení. V těchto případech se doporučuje jej navrhnout v tahu podle postupu dále. Styk obdélníkových průřezů čelní deskou v tahu Strana 4

5 4. Styk obdélníkových průřezů čelní deskou v tahu 4. Rozsah použití a doporučení pro konstruování Výpočet dále je vhodný na styk čtvercových nebo obdélníkových průřezů čelní deskou se šrouby, které jsou umístěny na opačných stranách průřezu, který je namáhán tahem. Postup výpočtu se doporučuje pouze na tloušťky desek, se kterými byly styky experimentálně ověřeny, tj. v rozsahu mm t p 6 mm. Dále jsou uvedena doporučení a pravidla pro konstruovaní detailu: Vzdálenost a rozteč šroubu p se má volit jako tři až pětinásobek průřezu otvoru pro šroub d 0. Vzdálenost šroubů musí být alespoň,d 0 a má být než menší z 4 t a 00 mm. Celkový počet šroubů se volí h n + ale n 4 p Průměr otvorů pro šrouby se navrhne d 0 d + mm, pro d 4 mm d 0 d + 3 mm, pro d > 4 mm d je průměr šroubu. Pro snížení vlivu páčení se doporučuje vzdálenost k hraně e jako,5 násobek vzdálenosti řady šroubů to stěně obdélníkového průřezu e. Větší vzdálenost e nepřináší výhody. Dále má být e a e 3 nejméně, d Postup návrhu Je třeba prověřit tyto možné tvary porušení: Porušení šroubů a čelní desky Porušení šroubů Svary 4.. Porušení šroubů a čelní desky. Vypočte se δ, tj. závislost plochy šroubu a příslušné části stěny uzavřeného průřezu δ d p 0. Předběžně se určí tloušťka čelní desky jako střední hodnota mezi vypočtenými hodnotami dolní a horní meze. Strana 5

6 K P ( + δ ) 0,5 tp ( K P ) 0, 5 K 4b' 0,9 γ M0 yp p P N,Ed n 3. Vypočte se α z předpokladu, že jsou šrouby namáhány jejich tahovou únosností, jako K F α tp t,rd e δ d + ( e + e + t ) e,5e a α 0 4. Vypočte se návrhová únosnost čelní desky N,Rd z výrazu N,Rd t p ( + δα ) K γ M n A ověří se, že platí N,Ed N, Rd 4.. Porušení šroubů Podle článku normy EN jsou šrouby kategorie D v tahu, nepředepnuté, 4.6 až0.9. Pro tuto kategorii se požaduje: Únosnost v tahu Únosnost v protlačení N and, Ed n Ft, Rd N, Ed n Bp, Rd 0,9 A ub s F t,rd (pro zapuštěné šrouby se použije místo 0,9 redukce 0,63) γ M B p,rd 0,6πd γ m p M t u Strana 6

7 4..3 Svary Svary se navrhují kolem dokola obvykle koutové. Ale pro požadovanou tloušťku nad 8 mm je ekonomicky výhodnější kombinace tupého a koutového svaru. Vhodné detaily svarů jsou uvedeny v předběžné normě ENV () Návrh svarů na únosnost uzavřeného průřezu Svary budou mít plnou únosnost uzavřeného průřezu pro účinnou tloušťku koutového svaru a t γ y M0 β u w γ M y u je mez kluzu uzavřeného průřezu menší z meze pevnosti uzavřeného průřezu a čelní desky β w je korelační součinitel podle tabulka 4. normy EN γ M0,0 a γ M,5 a 0,93 t a 0,96 t a, t pro ocel S35 pro ocel S75 pro ocel S355 () Návrh svarů na působící sílu V závislosti na tloušťce čelní desky bude svar na obvodu uzavřeného obdélníkového průřezu vystaven nerovnoměrnému namáhání. Uvažuje se, že je účinná délka svaru rovná délce strany se svary, protože nejsou dispozici přesnější poznatky. Za toho předpokladu bude účinná tloušťka koutového svaru splňovat N a h,ed β wγ M u 5. Styk kruhových průřezů čelní deskou v tahu Postup dále vychází z aplikace zásad normy EN Lze postupovat též podle EN Rozsah použití a doporučení pro konstruování Výpočet dále je vhodný na styk kruhových průřezů čelní deskou se šrouby, které jsou rozloženy rovnoměrně na kolem průřezu, který je namáhán tahem. Strana 7

8 Dále jsou uvedena doporučení a pravidla pro konstruovaní detailu: Vzdálenost a rozteč šroubu p se má volit alespoň, d 0 a nemá být menší než větší z 4 t a 00 mm. Má se použít nejméně čtyř šrouby. Průměr otvorů pro šrouby se navrhne d 0 d + mm, or d 4 mm d 0 d + 3 mm, or d > 4 mm d je průměr šroubu. Pro snížení vlivu páčení se doporučuje vzdálenost k hraně e jako,5 násobek vzdálenosti řady šroubů to stěně obdélníkového průřezu e. Větší vzdálenost e nepřináší výhody. Dále má být e a e 3 nejméně, d 0. Vzdálenost varu a matice musí být nejméně 5 mm. 5. Postup návrhu Je třeba prověřit tyto možné tvary porušení: Porušení čelní desky Porušení šroubů a čelní desky Porušení šroubů Svary 5.. Porušení čelní desky Osová síla ve styku má splňovat N,Ed t π p yp 3 γ M 0 k ( k ( ) ) 0,5 3 + k3 k 3 4 k k ( r ) ln r3 d r + e d t r3 3 k Porušení šroubů a čelní desky Osová síla ve styku má splňovat Strana 8

9 N,Ed 3 nf + t,rd 3 ln ( r ) r r d + e + e e e ( e ;, e ) e min 5 d r + e a ostatní symboly jsou jako u porušení čelní desky Porušení šroubů Požadavky jsou stejné jako u porušení šroubů ve styku obdélníkových průřezů čelní deskou v tahu Svary Svary se navrhují kolem dokola obvykle koutové. Ale pro požadovanou tloušťku nad 8mm je ekonomicky výhodnější kombinace tupého a koutového svaru. Vhodné detaily svarů jsou uvedeny v předběžné normě ENV Svary mají splňovat požadavky článku normy EN a účinná tloušťka koutového svaru se vypočte podle článku normy EN Lze postupovat podle dvou postupů dále: () Návrh svarů na únosnost uzavřeného průřezu Svary budou mít plnou únosnost uzavřeného průřezu pro účinnou tloušťku koutového svaru a t γ y M0 β u w γ M y u je mez kluzu uzavřeného průřezu menší z meze pevnosti uzavřeného průřezu a čelní desky β w je korelační součinitel podle tabulka 4. normy EN Strana 9

10 γ M0,0 a γ M,5 a 0,93 t a 0,96 t a, t pro ocel S35 pro ocel S75 pro ocel S355 () Návrh svarů na působící sílu V závislosti na tloušťce čelní desky bude svar na obvodu uzavřeného obdélníkového průřezu vystaven nerovnoměrnému namáhání. Uvažuje se, že je účinná délka svaru rovná délce strany se svary, protože nejsou dispozici přesnější poznatky. Za toho předpokladu bude účinná tloušťka koutového svaru splňovat N a h,ed β wγ M u 6. Literatura Design Guide or Circular Hollow Section (CHS) Joints under predominantly Static Loading. Wardenier, J., Kurobane, Y., Packer, J.A., Dutta, D. and Yeomans, N. CIDECT, 99. Design Guide or Rectangular Hollow Section (RHS) Joints under predominantly Static Loading. Packer, J.A., Wardenier, J., Kurobane, Y., Dutta, D. and Yeomans, N. CIDECT, Joints in Steel Construction - Simple Connections (P). The Steel Construction Institute and the British Constructional Steelwork Association Ltd., 00. Strana 0

11 Quality Record RESOURCE TITLE NCCI: Design models or splices in structural hollow sections Reerence(s) ORIGINAL DOCUMENT Name Company Date Created by Francisco Rey Labein Technical content checked by Jose A. Chica Labein Editorial content checked by Technical content endorsed by the ollowing STEEL Partners:. UK G W Owens SCI 3/5/06. France A Bureau CTICM 3/5/06 3. Sweden B Uppeldt SBI 3/5/06 4. Germany C Müller RWTH 3/5/06 5. Spain J Chica Labein 3/5/06 Resource approved by Technical Coordinator G W Owens SCI /7/06 TRANSLATED DOCUMENT This translation made and checked by: F. Wald CTU in Prague /5/07 Translated resource approved by: T. Vraný CTU in Prague 8/7/07 National technical contact F. Wald CTU in Prague Strana