NCCI: Návrhový model styku sloupu příložkami bez kontaktu

Transkript

1 CCI: ávrhový model styku sloupu příložkami bez kontaktu Tento CCI uvádí pravidla pro posouzení nekontaktního styku sloupu pro sloupy netuhých vazeb. Dále uvádí pravidla pro určení tahové vazebné únosnosti pro konstrukční celistvost. Pravidla lze použít pro stanovení celkové únosnosti spoje, pro všechny možné způsoby kolapsu uvedené v E k určení únosností jednotlivých komponent spoje. Obsah 1. Obecně 2 2. ávrhový model 3 3. Geometrie 5 4. Příložka na pásnici 7 5. Šrouby na pásnici sloupu 8 6. Příložka na stěně Šrouby v příložce na stěně Šrouby ve stěně sloupu Konstrukční celistvost při působení vazebných sil Rozsah použití Literatura 14 Strana 1

2 1. Obecně Ve styku sloupu příložkami bez kontaktu se síly přenášejí příložkami a šrouby a ne kontaktem mezi konci sloupů. Příklad styku sloupů je ukázán na obrázku 1.1. Styk se používá v případě, že se nepožaduje spojitost sloupů. Podrobnosti o návrhu sloupů a poloze styku jsou uvedeny v CCI S025. K předběžnému návrhu styku sloupu příložkami bez kontaktu je vypracováno CCI S024. ávrhový model je vysvětlen dále G G G G (a) (b) (c) (d) Legenda: 1 Vložky (vystínovány tam, jsou zakryty příložkou na stěně) G Mezera mezi sloupy Obrázek 1.1 Příklady styku sloupu příložkami bez kontaktu a) Příložky vně pásnice pro průřezy sloupů s pásnicemi ve styku nad sebou b) Příložky vně a uvnitř pásnice pro průřezy sloupů s pásnicemi ve styku nad sebou c) Příložky uvnitř pásnice pro průřezy sloupů s pásnicemi ve styku nad sebou d) Příložky vně pásnice pro průřezy sloupů s pásnicemi, které ve styku nejsou nad sebou Strana 2

3 2. ávrhový model ávrhový model platí pro styky sloupu příložkami bez kontaktu, které jsou zobrazeny na obrázku 1.1. Pro stručnost je postup podrobně popsán v této CCI pouze pro tyk sloupu příložkami bez kontaktu v příložkami vně pásnic a ve dvěmi příložkami na stěně, tj. z obou stran stěny sloupu, jak je ukázáno na obrázku 1.1(d). ávrhový model předpokládá, že se ohybový moment a část osové síly přenáší příložkami na pásnicích. Smyková síla a část osové síly je přenášeny příložkami na stěně. Alternativně lze předpokládat, že se ohybový moment a osová síla přenáší příložkami na pásnicích a příložky na stěně přenášejí pouze smykovou sílu. Toto řešení zde není rozebráno. Předpokládá se, že umístění šroubů zabrání místnímu boulení příložek mezi spojovacími prostředky, a proto toto CCI uvažuje pouze s únosností jejich průřezů. ázory na použití šroubů v styku sloupu příložkami bez kontaktu se různí. Jsou-li šrouby umístěny podle kapitoly 3 CCI S025, lze použít nepředepnuté šrouby ve spojích kategorie A. Je-li prokluz nepřijatelný, musí se navrhnout předepnuté šrouby ve spojích kategorie B, odolné prokluzu na mezi použitelnosti, nebo ve spojích kategorie C, odolné prokluzu na mezi únosnosti. Pro největší návrhovou tlakovou sílu v příložkách na pásnicích a pro největší návrhovou tlakovou sílu v příložkách na stěně, viz obrázek 2.1, se předpokládá, že jsou všechny nosníky jsou namáhány kombinací stálého a proměnného zatížení. Strana 3

4 M =,G +,Q V V = V,G + V,Q M je nominální hodnota návrhového momentuis (viz S005) (od kombinací stálého a proměnného zatížení) v horním sloupu, tj. v úrovni podlahy bezprostředně pod příložkami. = M,G + M,Q,fp,c V 2,wp Pro stanovení,fp,c a,wp, viz kapitoly 4 a Chyba! enalezen zdroj odkazů.. Obrázek 2.1 Pro největší tlak v příložkách na pásnici a stěně Pro největší návrhovou tahovou sílu v příložkách na pásnici, viz obrázek 2.2, se předpokládá: pro nominální návrhový moment M, že nosníky jsou namáhány kombinací trvalých a proměnných zatížení. pro návrhovou osovou sílu ve sloupu,g, že všechny nosníky jsou namáhány pouze trvalým zatížením. M,G V,G je osová síla ve sloupu od trvalého zatížení ve všech sloupech V = V,G + V,Q M je nominální návrhový moment, viz S005, od stálého a proměnného zatížení v horním sloupu, tj. v úrovni podlahy bezprostředně pod příložkou. = M,G + M,Q Určení,fp,t viz kapitola 4.,fp,t Obrázek 2.2 ejvětší tah v příložkách na pásnicích ávrhová únosnost a způsob porušení jsou dány nejmenší únosností z možných způsobů porušení. Pravidla pro jednotlivé způsoby porušení viz tabulka 2.1 dále. Strana 4

5 Tabulka 2.1 ávrhová únosnost styku sloupu příložkami bez kontaktu Způsob porušení Příložka na pásnici v tlaku Šrouby v příložce na pásnici Kapitola Rd,fp,c 4 Rd,fp,t V Rd,fp 5 V Rd,fp,ser Příložka na stěně sloupu Rd,wp,c 6 Šrouby v příložce na stěně V Rd,wp 7 Šrouby ve stěně V Rd,wp,ser V Rd,w V Rd,w,ser Konstrukční celistvost styku Rd,u 9 8 Seznam parametrů pro jednotlivé způsoby porušení je uveden v kapitole 3. Omezení použitelnosti pravidel jsou uvedeny v kapitole 10. Podklad k pravidlům je uveden v kapitole Geometrie e 1,fp p 1,fp L j p 1,fp p 1,fp n fp =8 g v h fp L j p 1,fp p 1,fp p 1,fp n fp =8 e2,fp p 2,fp b fp e2,fp Strana 5

6 t f,uc t pa e 2,w e 1,wp e 1,w p 1,wp nwp =4 g v h wp p 1,wp nwp =4 e2,wp p2,wp b wp e2,wp t fp t f,lc Obrázek 3.1 Styk sloupu příložkami detail a geometrie A fp A wp A f,lc A f,uc A s A uc A w,lc A w,uc b f,uc b fp b wp d d o f ub f u,p plocha příložky na pásnici plocha jedné příložky na stěně plocha jedné pásnice dolního sloupu plocha jedné pásnice horního sloupu plocha šroubu účinná v tahu plocha horního sloupu plocha stěny dolního sloupu plocha stěny horního sloupu šířka pásnice horního sloupu šířka příložky na pásnici šířka příložky na stěně průměr šroubu průměr otvoru pro šroub mez pevnosti šroubu mez pevnosti příložek Strana 6

7 f u,uc f y,p f yb h fp h uc h wp n fp n wp t f,lc t f,uc t fp t pa t w,lc t w,uc t wp mez pevnosti mez kluzu příložek mez kluzu šroubu výška příložky na pásnici výška průřezu horního sloupu výška příložky na stěně počet šroubů na jedné pásnici horního sloupu počet šroubů na stěně horního sloupu tloušťka pásnice dolního sloupu tloušťka pásnice horního sloupu tloušťka příložky na pásnici tloušťka vložky tloušťka stěny dolního sloupu tloušťka stěny horního sloupu tloušťka příložky na stěně Symboly, které nejsou uvedeny, lze nalézt v příslušných částech E Příložka na pásnici ávrhová únosnost příložky sloupu na pásnici se posoudí na síly v tlaku a v tahu:,fp,c Rd,fp,c (1) pro tlak v příložce na pásnici,fp,t Rd,fp,t (2) pro tah v příložce na pásnici ejvětší tlaková návrhová síla na příložku na pásnici sloupu,fp,c se vypočte jako,fp,c = M h uc + A f,uc (,G +,Q ) Auc ejvětší tahová návrhová síla na příložku na pásnici,fp,t se vypočte jako,fp,t M = h uc,g A A f,uc uc M je nominální návrhový moment, při působení stálých a proměnných zatížení, v horním sloupu, tj. v úrovni podlahy bezprostředně pod příložkami, viz CCI S005. Strana 7

8 Poznámka: Jestliže,fp,t je menší než nula, nepůsobí na příložku tahová síla a (2) není třeba posuzovat. ávrhová únosnost příložky pásnice v tlaku Rd,fp,c se vypočte podle 6.2.4(2) of E ávrhová únosnost příložky pásnice v tahu Rd,fp,t se vypočte podle 6.2.3(2) of E Rd,fp,t Afp f = min γ M0 y,p ; 0. 9A fp,net γ M2 f u,p A fp,net = A fp 2t fp d o 5. Šrouby na pásnici sloupu Únosnost šroubů v příložky na pásnici se posuzují na největší návrhovou osovou sílu, tj. v tlaku, v příložce na pásnici,fp,c V Rd,fp avíc pro šrouby ve spoji kategorie B nemá návrhová síla na mezi použitelnosti být větší než únosnost v prokluzu, tj.,fp,c,,ser V Rd,fp,ser ávrhová únosnost skupiny šroubů je uvedena dále. Šrouby ve spoji kategorie A v otlačení a smyku ( 3.4.1(1) (a) normy E ) V Rd,fp = min ( F b,rd ; n fp F v,rd ) n fp F b,rd je počet šroubů, který působí mezi jednou příložkou na pásnici a horním sloupem únosnost jednoho šroubu v otlačení v příložce na pásnici, která je uvedena v tabulce 3.4 normy E ve tvaru F = b,rd k α f 1 b γ u,p M2 d t fp je pro toto uspořádání α b = min e 1,fp p1,fp 1 f ; ; ub ; 1, 0 3do 3do 4 fu, p Strana 8

9 k 1 = min e 2, 8 d 2,fp o p2,fp 1,7; 1, 4 1, 7; 2, 5 d o F v,rd je návrhová únosnost jednoho šroubu ve smyku, uvedená v tabulce 3.4 normy E icméně redukční součinitel β p se použije pro F v,rd jestliže tloušťka příložek t pa je větší než třetina průměru šroubu d, viz 3.6.1(12) normy E ). Hodnota F v,rd je proto dána β p βpα v f F v,rd = γ M2 ub A = 9d min ; 8d + 3t 1 pa s Šrouby ve spoji kategorie B odolné prokluzu v mezním stavu použitelnosti, viz 3.4.1(1) (b) normy E V Rd,fp = min ( F b,rd ; n fp F v,rd ) V Rd,fp,ser = n fp F s,rd, ser n fp, F b,rd a F v,rd jsou definovány dále F s,rd,ser je únosnost v prokluzu pro jednu třecí plochu jednoho šroubu třídy 8.8 nebo 10.9 v mezním stavu použitelnosti, která je vedená v normy E jako F k μ s s, Rd,ser = Fp,c γ M3,ser v mezním stavu použitelnosti γ 1, 1 (tabulka 2.1 normy E ) M3, ser = Šrouby ve spoji kategorie C odolné prokluzu v mezním stavu únosnosti, viz ( 3.4.1(1) (c) normy E ) V Rd,fp = min ( F b,rd ; n fp F s,rd ) n fp a F b,rd jsou definovány dále F s,rd je únosnost v prokluzu pro jednu třecí plochu jednoho šroubu třídy 8.8 nebo 10.9 v mezním stavu použitelnosti, která je F k μ s s, Rd = Fp,c γ M3 Strana 9

10 v mezním stavu použitelnosti γ M3 = 1, 25 (tabulka 2.1 normy E ) 6. Příložka na stěně Za běžných okolností se vodorovná smyková síla V (síla od změny momentu a ne od zatížení větrem) přenáší příložkou na stěně sloupu. icméně V je většinou pro sloupy v konstrukcích, viz CCI S020, malá a v tomto CCI není posuzována. Při zanedbání V se příložka na pásnici sloupu jednoduše posoudí na návrhovou tlakovou sílu,wp Rd,wp,c ávrhovou tlakovou sílu, která působí na příložku na stěně sloupu,wp se stanoví podle =,wp A 2A w,uc uc ávrhová únosnost příložky na pásnici sloupu v tlaku Rd,wp,c se vypočítá z 6.2.4(2) normy E = Rd,wp,c A wp γ f M0 y,p V případě, že je třeba příložku na pásnici sloupu posoudit na kombinaci osové a smykové síly, lze použít odkazu na (5) normy E Šrouby v příložce na stěně Při zanedbání smykové síly V, viz kapitola 6, se šrouby v příložce na stěně sloupu posoudí na návrhovou tlakovou sílu v příložce na stěně sloupu,wp, která je stanovena v kapitole 6 výše,wp V Rd,wp avíc pro šrouby ve spoji kategorie B nemá návrhová síla na mezi použitelnosti být větší než únosnost v prokluzu, tj.,wp,c,,ser V Rd,wp,ser ávrhová únosnost skupiny šroubů je uvedena dále. Pro šrouby ve spoji kategorie A v otlačení a smyku ( 3.4.1(1) (a) normy E ) V Rd,wp = min ( F b,rd ; n wp F v,rd ) n wp je počet šroubů, který připojuje příložku na stěně a horní sloup Strana 10

11 F b,rd je únosnost jednoho šroubu v otlačení v příložce na stěně, která je uvedena v tabulce 3.4 normy E ve tvaru k1α b f F b,rd = γ u,p M2 d t je pro tuto konfiguraci wp α b = min e1,wp p1,wp 1 fub ; ; ; 1, 0 3do 3do 4 fu, p e2,wp p2,wp k 1 = min 2, 8 1,7; 1, 4 17;, 2, 5 do do F v,rd je uvedeno v kapitole 5 Šrouby ve spoji kategorie B odolné prokluzu v mezním stavu použitelnosti, viz 3.4.1(1) (b) normy E V Rd,wp = min ( F b,rd ; n wp F v,rd ) V Rd,wp,ser = n wp F s,rd, ser n wp, F b,rd a F v,rd jsou uvedeny výše F k μ s s, Rd,ser = Fp,c γ M3,ser v mezním stavu použitelnosti γ 1, 1 (tabulka 2.1 normy E ) M3, ser = Šrouby ve spoji kategorie C odolné prokluzu v mezním stavu únosnosti, viz ( 3.4.1(1) (c) normy E ) V Rd,wp = min ( F b,rd ; n wp F s,rd ) n wp a F b,rd jsou uvedeny výše F s,rd v kapitole 5 8. Šrouby ve stěně sloupu Šrouby ve stěně sloupu se posoudí na návrhovou tlakovou sílu ve stěně sloupu Strana 11

12 V, w Rd,w avíc pro šrouby ve spoji kategorie B nemá návrhová síla na mezi použitelnosti být větší než únosnost v prokluzu, tj.,w,ser V Rd,w,ser ávrhová tlaková síla ve stěně horního sloupu,w se počítá z =,w A A uc w,uc ávrhová únosnost skupiny šroubů je uvedena dále. Pro šrouby ve spoji kategorie A v otlačení a smyku ( 3.4.1(1) (a) normy E ) V Rd,w = min ( F b,rd ; 2n wp F v,rd ) n wp F b,rd je počet šroubů, který připojuje příložku na stěně a horním sloup je únosnost jednoho šroubu v otlačení ve stěně, která je uvedena v tabulce 3.4 normy E ve tvaru k1α b fu,ucd tw,uc F b,rd = γ M2 je pro tuto konfiguraci e1,w p1,wp 1 f = ub α b min ; ; ; 1, 0 3d0 3d0 4 fu,uc p2,wp k 1 = min 1, 4 1, 7; 2, 5 d0 F v,rd je uvedeno v kapitole 5 Šrouby ve spoji kategorie B odolné prokluzu v mezním stavu použitelnosti, viz 3.4.1(1) (b) normy E V Rd,wp = min ( F b,rd ; 2n wp F v,rd ) V Rd,w,ser = 2n wp F s,rd,ser n wp, F b,rd a F v,rd jsou uvedeny výše F s,rd je uvedeno v kapitole 5 Strana 12

13 Šrouby ve spoji kategorie C odolné prokluzu v mezním stavu únosnosti, viz ( 3.4.1(1) (c) normy E ) V Rd,w min ( F b,rd ; 2n wp F s,rd ) n wp a F b,rd jsou uvedeny výše F s,rd v kapitole 5 9. Konstrukční celistvost při působení vazebných sil orma E neuvádí žádná pravidla na stanovení únosnosti při působení vazebných sil. icméně, protože se při tomto porušení dosahuje velikých napětí a deformací, doporučuje se pro výpočet únosnosti použití meze pevnosti f u a dílčí součinitel spolehlivosti při působení vazebných sil γ M,u lze uvažovat 1,1. Konzervativně lze předpokládat, že se vazebné síly ve styku sloupu příložkami přenáší pouze příložkami na pásnici. ávrhová únosnost styku sloupu příložkami se posuzuje na návrhovou sílu ve sloupu při působení vazebných sil,u Rd,u = 2 Rd, u Rd,u,fp Rd, u,fp 0, 9A min γ f fp,net u,p = ; nfpfv,rd,u; nfpfb,rd, u M,u Z tabulky 3.4 normě E : α v fub As F v,rd,u = Fv,Rd = a γ M,u k1α b f F b,rd,u = Fb,Rd = γ u,p M,u d t fp n fp γ M,u je počet šroubů v jedné pásnici horního šroubu = 1,1 pro únosnost na vazebné síly Strana 13

14 e 1,fp p1,fp 1 f α = min ; ; ub ; 10 b, 3d0 3d0 4 fu,p k e2,fp p2,fp = min 2, 8 1, 7; 1, 4 1, 7; 2 5 d0 d0 1, 10. Rozsah použití Šrouby v běžných otvorech: nepředpnuté šrouby třídy 4.6 až 10.9, předepnuté šrouby třídy 8.8 nebo Vzdálenost spojovacích prostředků je třeba volit rovnou nebo menší než 9 t ε, viz poznámka 2, v tabulce 3.3 normy E , aby se zabránilo lokálnímu boulení. 11. Literatura Principy návrhu v této CCI jsou založeny na: (1) European recommendations for the design of simple joints in steel structures - Document prepared under the supervision of ECCS TC10 by: J.P. Jaspart, S. Renkin and M.L. Guillaume - First draft, September (2) Joints in Steel Construction Simple Connections (P212). The Steel Construction Institute and The British Constructional Association Ltd., Strana 14

15 Quality Record RESOURCE TITLE CCI: Design model for non-bearing column splices Reference(s) ORIGIAL DOCUMET ame Company Date Created by Abdul Malik The Steel Construction Institute Technical content checked by urne unez The Steel Construction Institute Feb 2005 ov 2005 itorial content checked by Technical content endorsed by the following STEEL Partners: 1. UK G W Owens SCI 11/1/06 2. France A Bureau CTICM 11/1/06 3. Sweden A Olsson SBI 11/1/06 4. Germany C Müller RWTH 11/1/06 5. Spain J Chica Labein 11/1/06 Resource approved by Technical Coordinator G W Owens SCI 11/05/06 TRASLATED DOCUMET This Translation made and checked by: F. Wald CTU in Prague 31/7/07 Translated resource approved by: J. Macháček CTU in Prague 31/7/07 ational technical contact F. Wald CTU in Prague Strana 15