Nadace Františka Faltuse Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí FSv ČVUT SBORNÍK

Transkript

1 Nadace Františka Faltuse Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí FSv ČVUT SBORNÍK semináře doktorandů katedry ocelových a dřevěných konstrukcí a Editoři: J.Studnička a M.Vovesný Akce byla podpořena prostřednictvím Studentské grantové soutěže ČVUT z prostředků Státního rozpočtu určených na MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum.

2 Sborník semináře doktorandů katedry Ocelových a dřevěných konstrukcí Ed. Studnička, J. a Vovesný, M. Nadace Františka Faltuse Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí FSv ČVUT ISBN

3 OBSAH Jiří Studnička: Nadace Františka Faltuse... 5 Jiří Drozda: Simulace nárazové zkoušky pro mostní zábradelní svodidlo Hana Hasníková: Nedestruktivní testování konstrukčního dřeva Iva Horčičková: Stabilita hybridních nosníků ze skla a oceli namáhaných ohybem Robert Jára: Nový spoj sendvičových panelů Jan Marek: Jan Mařík: Martin Prachař: Tomáš Vrána: Magdaléna Dufková: Lokalizace poruch nosné konstrukce spřažených mostů pomocí modální analýzy Pevnostní charakteristiky za studena tvářených korozivzdorných ocelí Ztráta příčné a torzní stability nosníků štíhlých průřezů za zvýšených teplot Chování tenkostěnných za studena tvarovaných vaznic při požáru Příspěvek ke zvýšení požární odolnosti dřevěných konstrukcí pomocí deskových materiálů Eva Dvořáková: Kompozitní dřevobetonové stropy za požáru Lukáš Gödrich: Diskrétní modelování styčníků s čelní deskou Kamila Horová: Šíření požáru ve vícepodlažních budovách Jan Hricák: Průřezy 4. třídy za zvýšené teploty Tomáš Jána: Teplota přípojů nosníku na sloup při požáru Jiří Jirků: Požární odolnost zinkovaných prvků Eva Mašová: Spoj dvojice dřevěných kulatin s ocelovým styčníkovým plechem Pavel Nechanický: Prefabrikované dřevobetonové stropní konstrukce Radka Teplá: Systémy konstrukčních táhel při cyklickém zatížení Jan Bednář: Ocelobetonové stropní desky s rozptýlenou výztuží za požáru Tomáš Brtník: Martin Charvát: Analýza svarů vysokopevnostních ocelí metodou konečných prvků Smykový tok ve spřažení ocelových příhradových konstrukcí s betonovou deskou Jan Pošta: Nedestruktivní zkoušení dřevěných prvků in-situ

4 Radek Pošta: Experimentální analýza teplotně namáhaného potrubí Jan Psota: Protlačovací zkouška a numerický model alternativního spřahovacího prostředku plechobetonové mostovky Martin Vovesný: Mostovkové panely z plastů vyztužených vlákny Tomáš Fremr: Thi Huong Giang Nguyen: Analýza zbytkové únosnosti a robustnosti hybridních nosníků ze skla a oceli Numerické modelování nosníku se zabetonovanou stojinou a spřažením trny malých průměrů David Jermoljev: Implementace nekovových membrán do ocelových konstrukcí Klára Machalická: Lepené spoje konstrukcí ze skla namáhané smykem Kateřina Servítová: Analýza předepnutých prutů z nerezových ocelí

5 NADACE FRANTIŠKA FALTUSE FRANTISEK FALTUS FOUNDATION Jiří Studnička Myšlenka založit studenty podporující Nadaci Františka Faltuse vznikla při přípravě oslav stých narozenin profesora Faltuse, které připadly na Nadace byla oficiálně založena v únoru 2001 s cílem finančně pomáhat studentům všech forem studia Fakulty stavební ČVUT v Praze, zaměřeným na ocelové konstrukce. Základní jmění Nadace, více než půl milionu Kč, pocházelo z daru dcery prof. Faltuse, paní Ing.Věry Dunder, CSc. z Kalifornie, USA. Jmění Nadace se postupně zvyšuje o dary poskytnuté českým ocelářským a stavebním průmyslem. Činnost Nadace popisují výroční zprávy, účetní uzávěrky a zprávy dozorčí rady pravidelně uveřejňované na webu Nadace Příslušné listiny za rok 2009 přetiskujeme pro informaci čtenářům i v tomto sborníku vydaném s podporou Nadace. 1. DOKUMENTY NADACE FRANTIŠKA FALTUSE ZA ROK 2011 Schůze Správní rady a Dozorčí rady k uzavření roku 2011 proběhla 28. března Byla schválena Výroční účetní uzávěrka za rok 2011 a Výroční zpráva za rok Dozorčí rada předložila svoji Výroční zprávu za rok Výroční zprávu otiskujeme dále. 1.1 Hospodaření Nadace v roce 2011 Vklad Nadace je uložen na profi spořícím účtu BONUS u Komerční banky, Podvinný mlýn 2, Praha 9. Pro zasílání darů je zřízen běžný účet /0100 u téže banky. Stav jmění Nadace k byl ,54 Kč, stav k je ,04 Kč. 1.2 Činnost Nadace v roce 2011 Sedmá výzva k předložení žádostí studentů postgraduálního studia o podporu byla zveřejněna Na výzvu se s žádostí o příspěvek přihlásili Ing. Michal Strejček a Ing.Giang Nguyen a byla jim poskytnuta podpora na dokončení disertace 2 x ,- Kč, takže bylo vyplaceno celkem Kč. Postgraduální studenti katedry vystoupili na dvoudílném Semináři doktorandů dne a a publikovali výsledky svých výzkumů ve sborníku vydaném k tomuto semináři. Za vystoupení na semináři a za publikaci příspěvku byly každému autorovi vyplaceny 4000,- Kč. Ve sborníku publikovalo a na semináři vystoupilo celkem 21 studentů, takže bylo vyplaceno celkem Kč. Diplomantům katedry ocelových konstrukcí (magisterské studium), kteří obhájili práci z oboru ocelových konstrukcí s hodnocením A, bylo vyplaceno 2 000,- Kč. Takto obhájilo v lednu 2011 celkem 6 studentů, v červnu 2011 celkem 1 student, takže na těchto odměnách bylo vyplaceno 7 x neboli dohromady Kč. Ve prospěch studentů katedry tak bylo v roce 2011 vynaloženo celkem ,- Kč. Provozní náklady Nadace se v roce 2011 omezily pouze na úhradu účetní práce s přípravou daňového přiznání (6 000,-Kč) a úhradu ze vedení účtu v Komerční bance ( Kč). -5-

6 Výnosy z úroků činily 9 237,50 Kč. Všichni členové Správní a Dozorčí rady se zřekli nároku na odměnu. Předsedou Správní rady byly i v roce 2011 osloveny firmy z oblasti stavebních ocelových konstrukcí s žádostí o dary Nadaci. Žádosti se setkaly s příznivou odezvou a během roku 2011 tak bylo shromážděno Kč, za což patří všem dárcům velké díky. V Praze 28. března 2012 Prof.Ing.Jiří Studnička, DrSc., předseda správní rady Prof.Ing.František Wald, CSc., člen správní rady pověřený funkcí tajemníka Ing.Antonín Pačes, člen správní rady pověřený funkcí pokladníka 2. VÝROČNÍ ÚČETNÍ UZÁVĚRKA NADACE FRANTIŠKA FALTUSE ZA ROK 2011 Stav nadačního jmění k : ,54 Kč Dary v roce 2011 Seznam finančních darů NFF dle výpisu z účtu: Datum dar dárce ,00 Žižka Jiří ,00 Žižková Jana ,00 EXCON, a.s ,00 ALIAZ-OCELOVÉ KONSTRUKCE ,00 ING. SOFTWARE DLUBAL ,00 SDS EXMOST ,00 SUDOP ,00 ALLCONS ,00 SAM Silnice a mosty ,00 Metrostav ,00 RUUKKI ,00 Metroprojekt ,00 Malcon ,00 Háša Pavel ,00 Valbek ,00 Skála a Vít ,00 Autodesk ,00 ČKAIT ,00 INDBAU celkem ,00 Ve prospěch studentů celkem ,00 Náklady Úhrada za účetní práce 6 000,00 Poplatky bance 4 282,00-6-

7 Náklady celkem ,00 Výnosy = úroky 9 237,50 Stav nadačního jmění k ,04 Z toho: - na spořícím účtu ,48 - na běžném účtu ,50 3. Zpráva Dozorčí rady Výroční zpráva Dozorčí rady Nadace Františka Faltuse ze dne potvrdila, že Správní rada postupovala v roce 2011 podle statutu Nadace a podle Zákona o nadacích a nadačních fondech a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů č.227 ze dne Dozorčí rada dále potvrdila, že účetní operace v účetní uzávěrce za rok 2011 odpovídají statutu Nadace. V Praze Doc.Ing.Tomáš Rotter, CSc., předseda dozorčí rady Prof.Ing.Josef Macháček, DrSc., člen Ing.Emil Steinbauer, člen -7-

8 4. Krátký životopis F.Faltuse Dlouholetý profesor ČVUT a nejznámější postava ocelových konstrukcí Československa druhé poloviny dvacátého století František Faltus se narodil českým rodičům ve Vídni. Tam také vystudoval střední školu a v roce 1923 s vyznamenáním i Technickou univerzitu. Po studiích nastoupil u projekční firmy Waagner Biro, kde se zapojil do projektování mostu přes Dunajský kanál. Přitom v roce 1925 také získal na TU Vídeň doktorát za disertační práci Příspěvek k výpočtu staticky neurčitých konstrukcí (Beitrag zur Berechnung statisch unbestimmter Tragwerke). V roce 1926 se mladý Dr. Ing. Faltus přemístil z Vídně do Plzně, kde nastoupil zaměstnání v konstrukci Škodových závodů. Jako velmi inspirující se pro F.Faltuse ukázala účast na první přípravné schůzi tehdy zakládané inženýrské organizace IABSE v Curychu v roce 1926, kde se velká pozornost věnovala tehdejší novince ve spojování ocelových konstrukcí, svařování elektrickým obloukem. Dr.Ing. Faltus rozpoznal význam novinky i pro praxi stavebních ocelových konstrukcí a po návratu z Curychu inicioval ve Škodovce rozsáhlé výzkumné práce na poli svařování, nejprve související se svařováním tzv. prolamovaných nosníků. Po zdokonalení praktického svařování byl u zrodu tehdy ve světě největšího celosvařovaného příhradového mostu s rozpětím 49,6 m postaveného v areálu Škodovky v Plzni, který byl dohotoven v roce Toto rozpětí bylo za dva roky překonáno celosvařovaným obloukovým silničním mostem přes Radbuzu rovněž v Plzni. Oblouk má rozpětí 51 m a po rekonstrukci a rozšíření mostovky na konci minulého století je i dnes v plném provozu. Ve výzkumu svařování F.Faltus pokračoval celý život a jako významný odborník byl žádán o rady třeba i při svařování tlakové nádoby první československé atomové elektrárny A1 v Jaslovských Bohunicích. Je také autorem známé příručky pro svařování, která posloužila ke studiu mnoha generacím svářečů. Jako teoreticky zdatný a praxí zocelený odborník neunikl F.Faltus pozornosti vysokého školství. Již v roce 1938 se začala projednávat jeho profesura na Vysoké škole inženýrského stavitelství v Praze, okupace ale jmenování zdržela o sedm let. Na fakultu inženýrského stavitelství ČVUT se tak Faltus dostal až po ukončení války v roce 1945, kdy doslova z ničeho zde vybudoval Ústav ocelových konstrukcí. V roce 1947 také zastával jeden rok funkci děkana. Po sloučení tří stavebních fakult (FIS, FAPS a fakulty zeměměřické) do jedné Fakulty stavební v roce 1960 vedl až do roku 1970 katedru ocelových konstrukcí této velké fakulty. Profesor Faltus byl přirozeně i velmi známou osobou ve světě. Za významnou činnost v IABSE byl jmenován v roce 1975 čestným členem této největší mezinárodní inženýrské organizace, přednášel na univerzitách v USA, Číně, Sovětském svazu a v mnoha zemích Evropy. I po odchodu z katedry ocelových konstrukcí v roce 1970 stále ještě vedl vědecké aspiranty katedry. Dokud mu zdraví sloužilo, zajímal se o ocelové konstrukce, psal odborné posudky atd. Zemřel po delší nemoci na podzim roku

9 Seznam úspěšných doktorandů podpořených Nadací FF rok udělení podpory jméno podpora Kč datum obhajoby Ph.D Sokol Zdeněk Mareš Jiří Rybín Jan Čepička Dušan Roller Filip Ryjáček Pavel Tůma Michal Gregor Dalibor Samec Jan Rosmanit Miroslav Lubas Aleš Moták Jan Kroupa Pavel Mareček Jan Čudejko Martin Hapl Vítězslav Chromiak Peter Jandera Michal Jůza Aleš Křížek Jaromír Ježek Aleš Szabo Gábor Musílek Josef Egrtová Jana Kallerová Petra Netušil Michal Strejček Michal Chlouba Jiří

10 SIMULACE NÁRAZOVÉ ZKOUŠKY PRO MOSTNÍ ZÁBRADELNÍ SVODIDLO SIMULATION OF CRASH TEST FOR BRIDGE SAFETY BARRIER Jiří Drozda Abstract The subject concern is virtually performed crash test, which is required by the European standard EN 1317 for new bridge safety barrier. It will deal with simulation impact and observation crash worthiness of new bridge safety barrier. Simulation will be performed with explicit finite element program LS-DYNA. Obtained results will be to compare with result of real crash test, it should show, that this simulation can be used in the process of development and certification of road safety barrier. Key words: Road safety barrier, Crash test, LS-DYNA, Simulation test ÚVOD Výzkum se zabývá predikcí a simulací nárazové zkoušky pro zjištění deformačních vlastností nového mostního zábradelního svodidla. K simulaci nárazové zkoušky bude použit explicitní výpočetní program LS-DYNA a výsledky získané touto simulací budou porovnány s výsledky reálné nárazové zkoušky. SOUČASNÝ STAV V České republice, ale i ve většině států Evropské unie, dochází k rozvoji silniční dopravy, která klade nové požadavky na infrastrukturu i na bezpečnost provozu. Jeden z prostředků, jak zvýšit bezpečnost provozu na pozemních komunikacích, je instalace svodidlových systémů, mezi které patří i mostní zábradelní svodidlo. Svodidlo plní funkci zádržného systému, který má zabránit, aby neovladatelné vozidlo v nebezpečném úseku opustilo mostní konstrukci, a zároveň má usměrnit a zpomalit jeho pohyb tak, aby nebyli ohroženi ostatní účastnící silničního provozu ani cestující ve vozidle. Takové svodidlo musí být dostatečně pevné, aby dokázalo zadržet i těžké nákladní vozidlo, a zároveň dostatečně pružné, aby při nárazu osobního vozidla nezpůsobilo výraznou deformaci a zpomalení automobilu, což by mohlo ohrozit jeho cestující na životech. Svodidla současného typu jsou používána zhruba od roku 1960, kdy vývoj v automobilovém průmyslu a s tím spojený nárůst automobilové Obr. 1: Modely automobilů Fig. 1: Models of vehicles -10- Obr. 2: Model svodidla Fig. 2: Model of barrier

11 dopravy si vyžádal zvyšovat bezpečnost provozu na komunikacích. V té době byly stanoveny první postupy, jak správně navrhovat a ověřovat konstrukci silničního svodidla. Mezi významný prostředek ověření správnosti návrhu silničních svodidel se záhy zařadila reálná nárazová zkouška, při které je možné sledovat deformační vlastnosti svodidla při nárazu vozidla. V současné době jsou nová svodidla ověřovány dle ČSN EN 1317 [1], kde je jako hlavní požadavek stanoveno provedení reálné nárazové zkoušky. Díky nákladnosti těchto zkoušek je stále větší snaha při návrhu nového svodidla využít explicitní analýzy, která by dokázala predikovat chování nového typu svodidla při nárazové zkoušce. První takové jednoduché výpočetní simulace byly provedeny v 70. letech ve Spojených státech amerických. Zde byly vyvinuty jednoduché výpočetní programy NARD, GUARD a BARRIER VII [2]. Tyto programy sloužily k ověření dílčích vlastností silničních svodidel a pracovaly pouze s jednoduchými 2D modely. Jelikož se tento typ programů při návrhu silničních svodidel osvědčil, bylo pokračováno v jejich dalším vývoji. Na základě tohoto výzkumu a spolupráce s výrobců automobilů, kteří podobné typy programů využívají při návrhu pasivních ochranných prvků cestujících, byl v 90. letech vyvinut 3D nelineární MKP program pro simulaci nárazu vozidla známý pod názvem DYNA3D. V současné době byl tento program odkoupen společností ANSYS a zapracován do multifyzikálního prostředí pod názvem LS-DYNA. POSTUP A CÍL VÝZKUMU Cílem je využít program LS-DYNA k provedení simulace reálné nárazové zkoušky pro nový typ mostního zábradelního svodidla dle požadavků stanovených v ČSN EN 1317 [1]. K provedení této simulace je potřeba vytvořit a verifikovat modely automobilů a model mostního zábradelního svodidla. Při postupu simulace bude postupováno podobně jako v případu [3]. Práce by se však měla především zabývat deformačními vlastnostmi nového mostního zábradelního svodidla a simulací nárazu. Proto budou k simulaci využity modely automobilů z veřejně přístupné knihovny National Crash Analysis Center[4] (obr. 1). Jelikož práce je zaměřena především na tvorbu výpočetního modelu svodidla, který byl již částečně vytvořen v aplikaci Design Explorer (obr. 2). Před následnou simulací nárazové zkoušky v programu LS-DYNA bylo provedeno předběžné ověření modelu na základě statické analýzy stanovené v TP 114 [5]. Použitý postup k ověření modelu slouží při návrhu jiných svodidel, tedy svodidel, která nejsou sériově vyráběna. Okrajové podmínky modelu sloupku mostního zábradelního svodidla budou ověřeny pomocí modální analýzy. Následně bude provedena simulace nárazové zkoušky v programu LS-DYNA a získané výsledky budou porovnány s výsledky reálné nárazové zkoušky. Na základě tohoto porovnání bude stanovena míra shody modelu, případně bude model upraven dle výsledků nárazové zkoušky tak, aby mohl být stanoven postup ověření návrhu nového svodidlového systému pomocí MKP simulace. Tento postup by měl následně snížit náklady na vývoj nových typů svodidel, případně v budoucnosti k nahrazení reálné nárazové zkoušky. OZNÁMENÍ Výzkum, který je prezentován v tomto příspěvku, byl podpořen studentským grantem SGS12/119/OHK1/2T/11. Výstupem této výzkumné činnosti bude technický předpis se závazným postupem při modelování mostního zábradelního svodidla. LITERATURA [1] ČSN EN Silniční záchytné systémy, ÚNMZ, 2011 [2] Malcolm H. R..: The use of finite element analysis in roadside hardware design, International Journal of Crashworthiness, Vol. 2, 1997, pp [3] Borovinšek M., Vesenjak M., Ulbin M., Ren Z.: Simulation of crash tests for high containment levels of road safety barriers, Eng.Failure Anal., Vol. 14, 2007, pp [4] FHWA/NHTSA National crash anylysis center: Finite element model archiv (World Wide Web), 2012, Available at: [5] TP144 Svodidla na pozemních komunikacích, Dopravoprojekt Brno, a.s.,

12 NEDESTRUKTIVNÍ TESTOVÁNÍ KONSTRUKČNÍHO DŘEVA NON-DESTRUCTIVE TESTING OF TIMBER Hana Hasníková Abstract Timber, as a structural material, has been used for hundreds years and recently has become popular again, because it is the only real renewable material. It is necessary to assess and observe its condition as a part of maintenance in old and even in new buildings, without any obvious damage. Standardized testing, that defines material properties reliably, is unfortunately destructive. Nondestructive testing is more suitable for using in-situ and do not break a compactness of structural components, but it is not covered by standards. The project s objectives are to compare these two ways of testing of material properties, to find out relationships between them and to specify limit of reliability of non-destructive testing so it could be used more effectively, e.g. in structure monitoring. Key words: non-destructive testing, timber, mechanical properties, ultrasound velocity, heterogeneity ÚVOD V současné době představují výsledky nedestruktivního testování dřeva prvotní odhad stavu materiálu v konstrukci. Použitá zařízení jsou lehce přenosná i ovladatelná, k interpretaci výsledků je však nutná zkušenost experimentátora. Důvodem je variabilita jednotlivých měřicích zařízení a také samotná heterogenita zkoumaného materiálu. V českém i v evropském normativním systému chybí pro konstrukční dřevo unifikovaná metodika nedestruktivního zkoušení, která je typická pro klasické materiálové laboratorní destruktivní zkoušky (např. pevnost v tlaku). Ta by tyto metody měření umožnila legalizovat a též používat většímu počtu uživatelů. ZÁKLADNÍ PRINCIPY MĚŘENÍ Nedestruktivní metody pracují na různých fyzikálních principech [1]. Mezi základní patří použití šíření elastické deformace materiálem způsobené tlakovými vlnami, příkladem je měření rychlosti prostupu ultrazvukové vlny. Vlna reaguje na problémová místa v konstrukčním prvku a její rychlost se kvůli oblastem mechanického poškození nebo degradace biotickými škůdci snižuje. To se následně projevuje i ve vyhodnocení mechanických vlastností, konkrétně v určení dynamického modulu pružnosti dřeva [2], který je hlavním výstupem měření. Další skupina metod pracuje s odporem materiálu proti vnikání indentoru [3]. Nejznámějším přístrojem je Pilodyn, který definovanou energií vstřeluje do materiálu trn. Pevnost dřeva je posléze určena na základě korelačních vztahů s hloubkou průniku. Odporové vrtání nebo zařízení Resistograf využívá pro měření modifikovanou vrtačku. Ze záznamu měření lze odečítat hloubkový pevnostní profil konstrukčního prvku. Výstupem radiografických metod je zobrazení materiálu se všemi jeho nehomogenitami a poškozeními. Vzorek se vloží mezi zdroj záření a exponovaný film, oblasti s vyšší hustotou zadrží větší množství emitovaných částic, což se na snímku projeví tmavší barvou. Vedlejším přínosem práce je také lepší pochopení a popis šíření vlnění obecně v anizotropním materiálu s množstvím heterogenit. Kromě dřeva je typickým příkladem přírodní kámen, který je velmi často použit jako stavební materiál v historických konstrukcích. -12-

13 Obr. 1: a) Typická měřicí sestava pro určení rychlosti šíření ultrazvuku, b) detail speciální kónické sondy pro dřevo Fig. 1: a) Typical set up for ultrasound velocity measurement, b) detail of a special conical transducer used for timber KONCEPCE VÝZKUMU Výzkum, jehož výstupem by měla být obecná metodika používání nedestruktivních metod, stojí na experimentálních měřeních různých typů dřeva v různých podmínkách (např. srovnání suchého a vlhkého materiálu). Prvotní nedestruktivní zkoušky budou provedeny na vzorcích velkých rozměrů, které budou dále použity na tvorbu normových těles pro klasické materiálové testy. Malá tělesa budou opětovně podrobena nedestruktivním zkouškám, které by měly určit vliv tzv. size efektu. Posledním krokem budou destruktivní zkoušky, které explicitně určí hodnoty materiálových vlastností. Na základě srovnání obou přístupů a nalezení korelačních vztahů bude určena hranice použitelnosti a spolehlivosti jednotlivých typů metod, která polouží jako podklad pro vytvoření jednotné metodiky měření s ambicí pro pozdější zařazení mezi normativní předpisy zkoušení konstrukčního dřeva. Ty by měly být použitelné pro diagnostiku stávajících i historických objektů, i pro zkoušení nového materiálu, který na zabudování do konstrukce teprve čeká. ZÁVĚR V článku je nastíněna koncepce řešení problematiky nedestruktivního zkoušení konstrukčního dřeva. Na základě srovnávacích zkoušek bude navržena jednotná metodika měření pro různé fyzikální principy, podle nichž zařízení pracují, která pomůže rozšířit použití nedestruktivních metod. Hodnotnými výstupy akademického rázu budou články popisující problematiku jednotlivých měření, prezentující výsledky experimentů a příspěvky na konferencích zbývajících se příbuznými tématy. OZNÁMENÍ Probíhající výzkum, jehož výsledky se prezentují v tomto příspěvku, je podpořen grantem SGS12/120/OHK1/2T/11. LITERATURA [1] Kopec B., kol.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí. ISBN , Brno, 2008 [2] Kloiber M., Kotlínová M.: Porovnání dynamického a statického modulu pružnosti poškozeného dřeva. In Applied Mechanics 2008, 8 th International Scientific Conference, 2008 [3] Kasal B., Tannert T.: In Situ Assessment of Structural Timber. State of the Art Report of the RILEM, ISBN , RILEM, 2010 [4] Kuklík, P. - Kuklíková, A.: Methods for Evaluation of Structural Timber. In: Wood research, 2001, ISSN , vol. 46, no. 1, p

14 STABILITA HYBRIDNÍCH NOSNÍKŮ ZE SKLA A OCELI NAMÁHANÝCH OHYBEM STABILITY OF HYBRID STEEL-GLASS BEAMS SUBJECTED TO BENDING Iva Horčičková Abstract In the last years, glass structures are very often used in modern architecture. For this reason, it is necessary to have sufficient information about the behaviour of these structures. At this moment there is a lack of standards and also information about the stability of hybrid beams. Key words: glass, hybrid beam, stability, lateral torsional buckling, structural glass elements ÚVOD V současné architektuře sklo není pouze materiálem dobře využitelným k dostatečnému osvětlení interiéru, ale plní i další funkce, mezi které patří nejen funkce estetická, ale také nosná. Sklo je materiálem s vysokou pevností v tlaku. Na druhé straně je ale křehké, což je nezbytné zohlednit při montáži, provozu i při samotném navrhování detailů. Z tohoto důvodu jsou navrhovány hybridní nosníky, které jsou tvořeny kombinací nejrůznějších materiálů tak, aby byly co nelépe využity jejich vlastnosti. Sklo tak může být použito například v kombinaci se dřevem, ocelí či vyztuženým betonem. Skleněné stojiny hybridních nosníků jsou obvykle prvky s velkou štíhlostí, které jsou náchylné ke ztrátě příčné a torzní stability. Proto je zapotřebí se podrobně věnovat této problematice. ZTRÁTA PŘÍČNÉ A TORZNÍ STABILITY Štíhlé hybridní nosníky mohou být použity jako žebra fasád. Ta pak mohou být zatížena například sáním větru, kdy tlačená část nosníku není držena a může dojít ke ztrátě příčné a torzní stability. Návrhové metody, které se používají pro jiné materiály (např. ocel), není vhodné přímo aplikovat pro řešení stability skleněných prvků, protože je nutné zohlednit následující skutečnosti: výrobní tolerance tloušťky skleněných tabulí, počáteční deformace, délku trvání zatížení, pevnost skla v tahu za ohybu, chování PVB fólie u vrstvených skel [1]. Tloušťka plaveného skla je obvykle menší, než jmenovitá tloušťka udávaná výrobci [1]. Z tohoto důvodu je nejen průřezová plocha, ale i moment setrvačnosti průřezu ve skutečnosti menší než vypočtený, a únosnost nosníku je tak nižší než předpokládaná. Počáteční deformace je odlišná pro jednotlivé druhy skel. Plavená skla mají malou počáteční deformaci. Uvádí se, že její velikost je nižší než L/2500, kde L je největší rozměr skleněné tabule. Na druhé straně tepelně upravovaná skla, mezi něž patří tepelně tvrzená a tepelně zpevněná skla, mají počáteční deformaci až L/300. To je způsobeno výrobou tepelně upravovaných skel, kdy se tabule plaveného skla zahřeje na teplotu přibližně 650 C a následně je prudce zchlazena. Při procesu chlazení jsou tabule skla umístěny na válcích, které způsobí počáteční deformaci ve tvaru sinusoidy [1]. Pevnost skla závisí nejen na druhu použitého skla, ale i na míře jeho poškození. Jakmile je sklo poškozeno například poškrábáním, jeho pevnost je snížena. Redukce pevnosti je nejvíce patrná u chemicky tvrzených skel. Při procesu chemického tvrzení se jednotlivé tabule skla namáčejí do elektrolytické lázně, kde dochází k iontové výměně, čímž se vyvolají tlaková napětí v povrchové -14-

15 vrstvě skla. Aby se povrchové mikrotrhliny mohly dále šířit, je nutné, aby vnější působící síla nejprve překonala toto tlakové napětí. U chemicky tvrzených skel, oproti tepelně tvrzeným sklům, je ale zmíněná tlačená povrchová zóna velmi tenká, čímž je náchylná na poškození. EXPERIMENTY Během posledních let bylo provedeno několik experimentů zaměřených na ztrátu příčné a torzní stability skleněných nosníků obdélníkového průřezu. Prostě podepřené skleněné nosníky zatěžované osamělým břemenem uprostřed rozpětí byly například zkoušeny na univerzitě v Lausanne [1]. Celkem zde bylo provedeno 79 experimentů s tepelně tvrzeným nebo tepelně zpevněným sklem. Výsledky ukázaly, že pro konzervativní návrh skleněných nosníků je možné použít vzpěrnou křivku c z normy EN Další experimenty byly provedeny v experimentálním centru fakulty stavební ČVUT v Praze. Celkem bylo odzkoušeno 24 nosníků, z nichž polovina byla z jednovrstvého skla a druhá polovina ze skla vrstveného. Nosníky byly prostě podepřené s převislými konci, které byly zatěžovány osamělými břemeny. V místech vnášení zatížení bylo bráněno příčnému posunu [2]. Předmětem disertační práce autorky bude výzkum zaměřený na vliv ocelových pásnic hybridních nosníků na chování při ztrátě příčné a torzní stability. Schématické uspořádání zkoušek je zobrazeno na obr. 1. Experimenty jsou plánovány s dvěma typy přípojů mezi skleněnými a ocelovými prvky. ZÁVĚR Obr. 1: Schématické uspořádání připravovaných experimentů Fig. 1: Schematic test setup of prepared experiments Cílem připravované disertační práce je navázat na provedené experimenty zaměřené na ztrátu příčné a torzní stability skleněných nosníků. Doposud byly zkoušeny pouze skleněné nosníky s obdélníkovým průřezem, proto je zapotřebí se zaměřit na stabilitu hybridních nosníků tvořených skleněnou stojinou a ocelovými pásnicemi a zjistit jaký vliv má ocelový prvek na odolnost proti ztrátě příčné a torzní stability. OZNÁMENÍ Výzkum, jehož výsledky se prezentují v tomto příspěvku, byl podpořen grantem MŠMT č. LD LITERATURA [1] Luible A., Crisinel M.: Stability of Load Carrying Elements of Glass. EU COST C13 Glass and interactive Building Envelopes Final Report, Vol. 1, 2007, pp [2] Heřmanová L., Eliášová M., Netušil M.: Experiments of glass structures subjected to bending. Eurosteel th European Conference on Steel and Composite Structures, Brussel, 2008, pp

16 NOVÝ SPOJ SENDVIČOVÝCH PANELŮ NEW JOINT OF SANDWICH PANELS Robert Jára Abstract The dissertation is focused on research and description the behaviour of sandwich load bearing panels with polystyrene core. Pane surface is made of OSB boards which are connected to the core. Although the mechanical properties of both panel components are significantly different, their cooperation creates useful lightweight floor structure for small and medium span. Bearing capacity of the panels depends on many factors. The behaviour of the panel is mainly influenced by reinforcing, which is performed mostly by means of the I-beam ribs or rectangular profile ribs. Another important factor is the imposition and fasteners. The most important is the joint between sandwich panels. The research is focused on investigation of new joint of sandwich panels and usability of magnesite board, which can be used on interior side. Key words: sandwich panel, joint, polystyrene, I-beams, load capacity ÚVOD Sendvičové panely na bázi dřeva jsou známé od roku 1930, kdy se poprvé objevuje myšlenka využití těchto prvků jako nosný konstrukční systém pro stavebnictví. Prvotní výzkum a testování technologie výroby probíhaly především ve Forest Products Laboratory v Madisonu ve státě Wisconsin. Mezi významné osobnosti podílející se na vývoji a především aplikaci sendvičových panelů patřil Wright F.L., Dow A.B. a Allen H.G., který jako první souhrnně popsal únosnost sendvičových panelů [1]. Únosnost sendvičových panelů je dána OSB deskami a polystyrénový jádrem, přičemž polystyrénové jádro panelu musí mít dostatečně velkou smykovou tuhost pro zajištění spolupůsobení celého panelu. Z tohoto důvodu je také vyžadováno důkladné přilepení jádra k opláštění po celé kontaktní ploše (zpravidla jednosložkovým PU lepidlem). Doporučené postupy, jak jednoduše navrhnout a posoudit tyto panely na účinky zatížení při aplikaci panelů pro nosnou stropní, obvodovou a střešní konstrukci, jsou detailně sepsány v literatuře [2]. Je nutno podotknout, že tento stavební systém je využíván především ve Spojených státech a v Kanadě, ale postupně se také uplatňuje na evropském trhu. SPOJE SENDVIČOVÝCH PANELŮ Důležitým prvkem celého stavebního systému jsou spoje sendvičových panelů, kde je prostor pro jejich optimalizaci. Výzkum se zaměřuje na spoje panelů K-KONTROL vyráběných v České republice firmou CZECH PAN s.r.o. od roku Sendvičové panely se dají dle nejvíce používaných spojů rozdělit do tří skupin. První typem je vložený hraněný profil. Toto řešení napojení panelů je vhodné použít v místech bodového zatížení konstrukce, např. uložení dřevěného průvlaku apod. Spoj se provede tak, že se v místě probrání polystyrénového jádra nanese polyuretanová pěna a na přečnívající hrany OSB desky se nanese polyuretanové lepidlo. Do panelu se vloží dřevěný prvek a po správném umístění panelů je lepený spoj zajištěn sponkami a tím je vytvořen potřebný přítlak OSB desky k dřevěnému vloženému prvku. Spoj prováděný pomocí spojovacího prvku JOINT je stejný jako pro vložený dřevěný hranol, jen je při jeho aplikaci zajištěna průběžná vrstva tepelné izolace, jak je naznačeno na obr. 1. Třetím typem spojení panelů je využití I-OSB nosníku. Tato varianta vyžaduje jiné profilování polystyrénového jádra, jak je patrné z obr. 2., a spíše se využívá pro konstrukci krovu. V současné době se polyuretanové lepidlo i pěna nanáší pomocí aplikační pistole a množství resp. i šířka lepených kontaktních ploch tedy výrazně závisí na lidském faktoru. Cílem je vytvořit nový spoj panelu tak, aby byla zajištěna kvalita a šířka lepeného spoje panelů a nový spoj byl navíc důkladné propěněn v místě kontaktních ploch panelů. Předpokládá se využití rychle tvrdnoucího dvousložkového polyuretanu nanášeného pod tlakem. Z toho důvodu je nutné doplnit současně -16-

17 prováděný typ spoje sendvičových panelů o aplikační kanálky. Nový spoj ovšem musí umožnovat využití současných tří typů spojení panelů a musí umožnovat olemování panelů kolem otvorů, prostupů a ukončení panelu. Dalším cílem disertační práce je popis chování nového spoje sendvičových panelů při namáhání tahem, smykem a ohybem. Inovace stavebního systému K- KONTROL využívá nové magnezitové desky pro výrobu sendvičových panelů, která nahradí OSB desku z interiérové strany panelu. Proto je s touto inovací počítáno při návrhu nového spoje sendvičových panelů. Obr. 1: Spoj panelů s prvkem JOINT Fig. 1: Joint connection between sandwich panels Obr. 2: Spoj panelů s I-OSB nosníkem Fig. 2: I-OSB beam connection between sandwich panels EXPERIMENTY V první polovině roku 2012 budou provedeny materiálové zkoušky všech komponent spoje. Pro OSB desku, magnezitovou desku OXYPAN a polystyrénové jádro bude zjištěna pevnost a pracovní diagram v tahu, v tlaku a ve smyku. Pro zkoušky desek na bázi dřeva bude použita norma ČSN EN 789 [3] a pro polystyrénové jádro norma ČSN EN [4]. Pracovní diagram spoje lepených OSB desek a lepeného spoje OSB desky a magnezitové desky ve smyku bude zkoušen na vzorcích 50x50 mm. Pro lepený spoj bude použit jednosložkový polyuretan. V druhé polovině roku 2012 bude odzkoušen nový spoj sendvičových panelů. Cílem těchto zkoušek bude ověření únosnosti nového spoje ve smyku, v tahu a ohybu. Podstatným údajem bude ohybová tuhost spoje. Cílem pro rok 2013 bude zjištění únosnosti nového sendvičového panelu tvořeného OSB deskou, polystyrénovým jádrem a magnezitovou deskou OXYPAN. ZÁVĚR Po provedení zkoušek a vytvoření numerického modelu spoje bude možno definovat minimální požadavky na spoj tak, aby byla zaručena 100% kvalita provádění spoje sendvičových panelů. Cílem práce je návrh a ověření nového typu spojení sendvičových panelů, které by lépe vystihlo a popsalo chování spojení sendvičových panelů, než současný způsob provádění spoje. Hodnotným výstupem bude užitný vzor nového spoje sendvičových panelů, ověřená technologie a užitný vzor nového typu sendvičového panelu. Tato práce je podpořena grantem Studentské grantové soutěže ČVUT č.sgs12/121/ohk1/2t/11. LITERATURA [1] Allen, H.G.: Analysis and Design of Structural Sandwich Panels. Pergamon Press, London.1969 [2] APA. Plywood Design Specification Supplement 4: Design and Fabrication of Plywood Sandwich Panels. Document U814-H., [3] ČSN EN 789 Dřevěné konstrukce Zkušební metody Stanovení mechanických vlastností desek na bázi dřeva. ÚNMZ, 2005 [4] ČSN EN Tepelněizolační výrobky pro použití ve stavebnictví - Zkouška smykem ÚNMZ,

18 LOKALIZACE PORUCH NOSNÉ KONSTRUKCE SPŘAŽENÝCH MOSTŮ POMOCÍ MODÁLNÍ ANALÝZY LOCATING OF DAMAGE IN LOAD-BEARING STRUCTURES OF COMPOSITE BRIDGES USING MODAL ANALYSIS Jan Marek Abstract Modal analysis is a powerful diagnostic tool; it is capable to determine examined structures properties in fast and cheap way. Main problem is how to use large amount of data usually gained by MA test. This project should give an overview of how the structural or other damage of composite beam bridge will affect the results of MA test. The conclusion should be instruction how to locate and identify probable damage from results of MA test. Key words: composite bridge, modal analysis, condition assessment, damage ÚVOD Modální analýza jako inženýrská disciplína v oblasti kmitání a vibrací, dynamického chování prvků a konstrukcí má dlouhou tradici, přesto stále není její potenciál v oblasti mostního stavitelství plně využíván. Přítomnost poškození obecně mění modální charakteristiky konstrukce (vlastní frekvence, vlastní tvary, frekvence tlumení - dříve logaritmický dekrement útlumu), a proto je měření těchto charakteristik rychlou a relativně jednoduchou metodou detekce poškození. Velký pokles tuhosti konstrukce je zpravidla doprovázen poklesem vlastních frekvencí, naopak vyšší než očekávané frekvence indikují tužší konstrukci nebo uložení než je predikováno, očekáváno nebo modelováno. SOUČASNÝ STAV Tématem modální analýzy na mostech pozemních komunikací v ČR se zabývá systém norem, systém jakosti v oboru pozemních komunikací, technické kvalitativní podmínky TKP a příslušné technické podmínky, zejména TP 215 [1], které podrobně popisují, jak provést vlastní měření, jak vytvořit matematický model, nicméně o interpretaci výsledků již nepojednávají v prakticky použitelné šíři. Tyto TP 215 vznikly v rámci výzkumného projektu [2], na jehož výsledky chce autor navázat. Shrneme-li světový výzkum do roku 2012, dojdeme k závěru, že změna v konstrukci se sice ve vlastních frekvencích projeví, ale ke stanovení místa a velikosti poškození analýza vlastních frekvencí nestačí. V posledních deseti letech vzniklo několik studií, například na Indickém institutu technologie, [3], kde autoři navrhli a ověřili postup modelování poškozených deskových mostů o jednom a dvou polích. Přínosem této práce je především stanovení spolehlivosti použitých metod, výpočet nepřesnosti aproximovaného řešení, určení potřebného počtu diskretizovaných elementů pro danou spolehlivost výpočtu. V roce 2009 na katedře elektrického a počítačového inženýrství Floridské státní univerzity navrhli metodu zpracování signálu pomocí dekompozice metodou wavelet packet [4], která umožní použitím filtrů lokalizovat části konstrukce přispívající k jednotlivým vlastním tvarům. Takto lze stanovit disipaci energie po délce konstrukce a z případné změny určit polohu poškození. -18-

19 Studie a vědecké práce prezentované ve světě se, až na výjimky, zabývají mosty betonovými, často s předpětím, analýzy mostů ocelobetonových spřažených jsou prováděny převážně pouze u mostů velkých rozpětí, zavěšených a visutých. Dynamické analýzy spřažených mostů menších rozpětí nejsou dosud časté, i přesto, že takových mostů je nejen v ČR velké množství. VÝZKUM Obecným předpokladem využití modální analýzy jako nástroje zhodnocení stavebního stavu mostu je provedení zkoušky na nepoškozeném (nejlépe novém) mostě a poté v průběhu životnosti opakování zkoušky (například na poškozeném, nebo jen prověřovaném mostě) a porovnání výsledků. Autor předpokládá možnost vyhodnocení stavebního stavu mostu pomocí validovaného numerického modelu, porovnáním výsledků s výsledky získanými z experimentu provedeného v rámci hodnocení stavebního stavu, bez prvotního (počátečního) experimentu. EXPERIMENT Na numerickém modelu silničního spřaženého trámového mostu bude provedena MA s respektováním degradačních procesů. Tento model bude verifikován s využitím experimentů provedených v roce 2001 na mostě přes D5 ve Vráži u Berouna, kde byla MA součástí výzkumného projektu [2]. Na verifikovaném modelu bude provedena parametrická studie vlivu strukturálního poškození na výsledky MA. Na základě výběru nejběžnějších závad budou stanoveny stavební stavy reprezentující skupiny poškozených konstrukcí: 1. Mechanické poškození spodní pásnice krajního nosníku, v různých řezech po délce mostu. 2. Únavová trhlina v ocelové nosné konstrukci 3. Korozní úbytky na krajních nosnících 4. Poškození přípojů mezipodporového ztužení 5. Změna v uložení (nefunkční mostní dilatace, nefunkční ložiska) Pro každou skupinu poškozených konstrukcí bude sledován vliv na výsledek MA. ZÁVĚR Výsledkem výzkumu bude metodika, pomocí které bude možné z výsledků modální zkoušky lokalizovat jak pravděpodobnou polohu poškození, tak druh závady. To by mělo usnadnit diagnostiku mostních konstrukcí, hodnocení stavebního stavu a umožnit odhalení skrytých poškození. LITERATURA [1]Rotter T., Polák M., Král J.: TP 215 Využití experimentální modální analýzy pro návrh, posouzení, opravy, kontrolu a monitorování mostů pozemních komunikací., MD ČR, Odbor dopravní infrastruktury, 2009 [2] Rotter T.: Využití modální analýzy pro hodnocení mostních konstrukcí. ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra ocelových konstrukcí, [3] Dutta A., Talukdar S.: Damage detection in bridges using accurate modal parameters, Finite Elements in Analysis and Design 40, [4] DeBrunner, Medda, Victor. A.: Localized vibration response technique for damage detection in bridges, International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing,

20 PEVNOSTNÍ CHARAKTERISTIKY ZA STUDENA TVÁŘENÝCH KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ MATERIAL PROPERTIES OF COLD-FORMED STAINLESS STEELS Jan Mařík Abstract Stainless steel became a widely used material due to its aesthetic appearance and many specific material properties. This demands more sophisticated structural design. One of the main benefits that haven't been included in design codes is significant increase of yield and ultimate strength due to coldworking in forming process of structural elements. Despite some proposals were published, they usually cover just material yield strength. The introduced research planes to develop a general analytical prediction of the whole range stress strain diagram. Based on the model, simple predictive formulas of strength enhancement will be carried out. This would be suitable eg. for design standards, that means wider use of the material and more economical design. Key words: stainless steel, cold-working, strength, stress strain diagram, predictive formulas ÚVOD Korozivzdorné oceli jsou poměrně novým materiálem, jehož cena zpravidla odpovídá čtyřnásobku ceny běžných konstrukčních ocelí. Kvůli tomu je používána pro průřezy malých tloušťek. Při malých tloušťkách je velmi výhodným způsobem výroby tváření za studena. To je často také výhodné s ohledem na nízké výrobní série a možnosti výrobní linky. Při tváření za studena dochází k velkým plastickým deformacím, které vedou k nárůstu meze kluzu, ale na rozdíl od běžných uhlíkových ocelí také k významnému zvýšení meze pevnosti. Toto zvýšení je výrazné zejména pro mez kluzu (při běžném tváření profilu může dosahovat i 100% nárůstu) a je doprovázeno snížením tažnosti a zvýšením nelinearity pracovního diagramu materiálu (viz obr. 1) [1]. S ohledem na podstatnou míru vlivu tváření by bylo velmi výhodné zahrnout tyto změny materiálových charakteristik do výpočtů. Pro tažené pruty by to znamenalo výrazné zvýšení únosnosti, pro pruty vystavené ztrátě stability pak kvůli vyšší míře nelinearity i možné snížení únosnosti. Vliv tváření za studena je u korozivzdorné oceli zkoumán již přibližně 10 let [2] a vyústil v návrhové postupy, které byly aktuálně využity v národní příloze britské normy BS EN [3]. Mezi nejvýznamnější pracoviště v této oblasti lze považovat Imperial College London, University Liege, Hong Kong University a University of Sydney. V současnosti předložené návrhy jsou nicméně poměrně omezené. Obsahují totiž pouze postupy pro určení meze kluzu, případně meze pevnosti [4]. Nejsou schopny postihnout celý průběh pracovního diagramu (míru zakřivení, tažnost apod). Navíc jsou vztahy odvozeny pouze pro rohy profilů s ohybem v pravém úhlu, což je spolu se zaměřením pouze na austenitickou ocel značným omezením. CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE Výzkum vlastností za studena tvářených korozivzdorných ocelí bude zaměřen na rozšíření dříve publikovaných závěrů pro rohové oblasti ohnuté nejen do pravých, ale i tupých úhlů a doplnění dalších materiálových charakteristik, jako je míra nelinearity pracovního diagramu (charakterizovaná Ramberg-Osgoodovým parametrem zpevnění) a tažnost. Výzkum bude zaměřen na základní austenitickou, duplexní a tzv. lean duplexní (duplexní se sníženým obsahem legujících prvků) nerezovou ocel. Výsledné vztahy budou vycházet z analytického modelu chování materiálu, který po kalibraci umožní další využití i u jiných tříd korozivzdorných ocelí a kovů obecně. Práce se tedy týká již poměrně často používaného materiálu, kde lze v dalších letech ve stavebnictví očekávat ještě vyšší využití a pro který je současně používaná metodika návrhu velmi zjednodušující. -20-

21 Napětí Stress, N/mm 2 LT = podélný tah TT = příčný tah TC = příčný tlak LC = podélný tlak Obr. 1: Pracovní diagram oceli 304 bez vlivu tváření a s vlivem tvářením za studena (1/16 Hard, 1/4 Hard, 1/2 Hard zlomek vyjadřuje míru zpevnění v závislosti na zkouškách tvrdosti dle amerických norem) Fig. 1: Stress-strain curves for grade 304 in annealed and cold-worked condition due to enhancement rate depending on hardness tests according to US standards. EXPERIMENTY Analytický model bude kalibrován a ověřen experimenty a případně i numerickým modelem. Experimenty budou vycházet z materiálů, na kterých bude vyvozena a změřena různá míra plastické deformace. Následně bude provedena tahová zkouška materiálu. Analytický model bude použit pro predikci pevnostních charakteristik materiálů s různou mírou tváření za studena, reprezentovanou ohnutím plechu. Na základě těchto výsledků budou v závěru odvozeny predikční návrhové vztahy. ZÁVĚR Projekt je zaměřen na popsání vlivu tváření za studena na pracovní diagram prvků z korozivzdorných ocelí, které bude sloužit pro zpřesnění návrhu konstrukcí z tohoto materiálu. OZNÁMENÍ Výzkum, jehož teze a předpoklady se prezentují v tomto příspěvku, je podporován grantem SGS12/123/OHK1/2T/11. LITERATURA Poměrné přetvoření / Strain, mm/mm [1] Badoo N. R.: A comparison of structural stainless steel standards, The Steel Construction Institute, [2] Ashraf M., Gardner L., Nethercot D. A.: Strength enhancement of the corner regions of stainless steel cross-sections, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 61, 2005, p [3] NA to BS EN : 2006, UK National Annex to Eurocode 3. Design of steel structures. General rules. Supplementary rules for stainless steels. [4] Cruise R. B., Gardner L.: Strength enhancements induced during cold forming of stainless steel sections, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 64, 2008, p

22 ZTRÁTA PŘÍČNÉ A TORZNÍ STABILITY NOSNÍKŮ ŠTÍHLÝCH PRŮŘEZŮ ZA ZVÝŠENÝCH TEPLOT LATERAL TORSIONAL BUCKLING OF BEAMS OF CLASS 4 CROSS-SECTION AT ELEVATED TEMPERATURE Martin Prachař Abstract Structural fire design is an inseparable part of design of structures. The accuracy of design is essential regarding safety of the structure as well as its economy, concerning the fire protection costs. Therefore, well representing design models, which simulate the actual behaviour of the structures exposed to fire, are crucial as a base of such design. This paper describes initial research in behaviour of laterally unrestrained beams (I or H section) of Class 4 cross-sections at elevated temperatures. Current fire design provisions for lateral-torsional buckling proved not only to be approximate but also over-conservative. However, few experimental data, on which potential refining of the provisions could be base on, have been collected until now. Therefore, further investigation in lateral-torsional buckling at fire is desired for the slender sections. Key words: steel structure, beam, slender section, lateral torsional buckling, fire design ÚVOD Návrh za požární situace je v dnešní době nedílnou součástí posudku stavebních konstrukcí. Správnost návrhu je důležitá jak z hlediska bezpečnosti, tak hospodárnosti s ohledem na cenu protipožární ochrany konstrukcí. Je proto nezbytné pro takový návrh vycházet z kvalitních návrhových modelů, které vystihují skutečné chování konstrukcí za požáru. Návrh prutů štíhlých průřezů (třída 4) za zvýšené teploty podle současného Eurokódu 3 (EC3) se na základě numerických studii [1] ukázal být přibližný a konzervativní. Zpřesněním je možné dosáhnout úspory materiálu, což povede k větší konkurenceschopnosti ocelových konstrukcí. V současné době není však pro nedostatek experimentálních dat možné citované numerické výsledky použít k odvození nových návrhových vztahů. Proto je další výzkum nezbytný a bude proveden v rámci disertační práce autora pro nosníky velmi štíhlých otevřených průřezů vystavených ztrátě příčné a torzní stability za požáru. SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY V EC3 jsou křivky ztráty stability využity při stanovení únosnosti tlačených a ohýbaných prutů. Problém vzpěrné únosnosti tlačeného prutu je základním a nejznámějším stabilitním jevem, který byl komplexně zkoumán po celá desetiletí v kontrastu se ztrátou stability v ohybu. Ta je na základě výsledků geometricky a materiálově nelineární analýzy s imperfekcemi (GMNIA) [2] nyní podrobena debatě o možných úpravách. Současná koncepce křivek vzpěrné pevnosti je založena na Ayrton- Perryho formuli [3]. Pro ztrátu stability v ohybu jsou použité křivky klopení platné pro obecný případ shodné s křivkami vzpěrné pevnosti, s rozdílem v mezích poměru výšky k šířce průřezu. Na základě tohoto poměru a typu průřezu je jednotlivým průřezům přidělen součinitel imperfekce při klopení, který je kalibračním faktorem koncepce křivek klopení. Aktuální EC3 v části 1-2 [4] obsahuje jednoduchá pravidla pro návrh průřezů 1, 2 a 3 třídy za požáru. Informativní příloha této normy doporučuje aplikaci těchto pravidel i pro průřezy třídy 4 s omezením kritické teploty a s použitím jiné hodnoty meze kluzu, odpovídající 0,2% plastické deformace namísto 2,0% deformace pro ostatní průřezy. Stanovení momentové únosnosti příčně nepodepřených nosníků, -22-