KURZ BO0 PRVKY KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ PODKLADY PRO CVIČENÍ
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Ing. Miloslav Veselka ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE OBSAH BO0 PRVKY KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ Rozsah výuk: týdnů x hod/týden hodin cvičení hodina obsah cvičení Úvod - literatura, podmínk pro udělení zápočtu Spoje - šroub, nýt, svar - obecný popis Spoje - zásad návrhu a posouzení šroubových spojů Příklad č. - Táhlo z ploché oceli připojené hrubými šroub ÚKOL č. - Návrh přípoje táhla z ploché oceli Příklad č. - Táhlo ze dvou úhelníků připojené hrubými šroub ÚKOL č. - Návrh přípoje táhla z úhelníků Příklad č. - Šroubový přípoj prutu ke sloupu ÚKOL č. - Návrh přípoje konzol ke sloupu Příklad č. 4 - Táhlo připojené předepnutými šroub ÚKOL č. 4 - Návrh táhla na danou sílu připojeného předepnutými šroub Spoje - svar - označování svarů, podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. 5 - Přípoj táhla z ploché oceli koutovými svar ÚKOL č. 5 - Optimalizace návrhu přípoje Příklad č. - Přípoj táhla ze dvou úhelníků koutovými svar ÚKOL č. - Optimalizace návrhu přípoje 4 Příklad č. 7 - Přípoj konzol koutovými svar ÚKOL č. 7 - Optimalizace návrhu přípoje Příklad č. 8 - Svařovaný stk příčle a sloupu rámu ÚKOL č. 8 - Optimalizace návrhu přípoje Příklad č. 9 - Spoj táhla dvou částí tupým svarem ÚKOL č. 9 - Návrh spojení tupým svarem 5 Průřezové charakteristik Příklad č. 0 - Výsečové charakteristik průřez tpu I ÚKOL č. 0 - Určete výsečové charakteristik pro průřez tpu I Příklad č. - Výsečové charakteristik průřez tpu U ÚKOL č. - Určete výsečové charakteristik pro průřez tpu U Tažené prut - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. - Tažený prut ÚKOL č. - Návrh oslabeného průřezu taženého prutu Tlačené celistvé prut - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. - Tlačený celistvý prut válcovaný průřez IPE ÚKOL č. - Návrh a posudek průřezu centrick tlačeného celistvého prutu 7 Vzpěrná únosnost členěných prutů s příhradovým spojením - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. 4 - Tlačený členěný prut s příhradovým spojením ÚKOL č. 4 - Návrh a posudek průřezu centrick tlačeného členěného prutu ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE BO0 PRVKY KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ Rozsah výuk: týdnů x hod/týden hodin cvičení hodina obsah cvičení 8 Vzpěrná únosnost členěných prutů s rámovým spojením - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. 5 - Tlačený složený členěný prut ÚKOL č. 5 - Návrh a posudek průřezu centrick tlačeného členěného prutu Příklad č. - Tlačený členěný prut s rámovými spojkami ÚKOL č. - Návrh a posudek průřezu tlačeného členěného prutu s rámovými spojkami 9 Prut namáhané ohbem - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740 Příklad č. 7 - Ohb nosníku ve dvou rovinách ÚKOL č. 7 - Návrh a posudek průřezu nosníku ohýbaného ve dvou rovinách Příklad č. 8 - Ohýbaný prut bez vlivu klopení - stropnice ÚKOL č. 8 - Návrh a posudek průřezu stropnice 0 Příklad č. 9 - Ohýbaný prut s uvážením vlivu klopení - průvlak ÚKOL č. 9 - Návrh a posudek průřezu průvlaku s vlivem klopení Příklad č. 0 - Ohb nosníku se štíhlou stěnou ÚKOL č. 0 - Návrh a posudek průřezu prutu se štíhlým průřezem Prut namáhané kroucením - podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 7 40 Příklad č. - Průřez prutu namáhaný kroucením - otevřený proil Příklad č. - Průřez prutu namáhaný kroucením - uzavřený proil Dokončení příkladů, konzultace Zápočet ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -4
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Seznam obrázků Obr. Sestava šroubového spoje... -0 Obr. Označení roztečí a vzdáleností děr od konců a okrajů... - Obr. Páčení spojovacích prvků... -4 Obr. 4 Dlouhý spoj... -4 Obr. 5 Namáhání šroubového spoje - síla leží v rovině spoje a prochází těžištěm spoje... - Obr. Namáhání šroubového spoje - síla leží v rovině spoje neprochází však těžištěm spoje... - Obr. 7 Namáhání šroubového spoje - síla neleží v rovině spoje a neprochází těžištěm spoje... -7 Obr. 8 Přípoj táhla hrubými šroub... -8 Obr. 9 Střih ve šroubu... -8 Obr. 0 Otlačení - táhlo... -8 Obr. Šroubový přípoj úhelníků... -9 Obr. Šroubový přípoj rozklad účinků... -9 Obr. Střih ve šroubu... -9 Obr. 4 Otlačení plech... -9 Obr. 5 Otlačení úhelník... -0 Obr. Šroubový přípoj konzol... - Obr. 7 Rozměr šroubu a matice... - Obr. Táhlo s předepnutými šroub... - Obr. Síl působící na třecí spoj... - Obr. Označování svarů... -4 Obr. 4 Umístění popisu svarů u jednostranných a oboustranných svarů... -4 Obr. 5 Popis obvodového a montážního svaru... -4 Obr. Účinné rozměr svaru délka, výška... -5 Obr. 7 Účinné výšk koutového svaru... -5 Obr. 8 Složk napětí v koutovém svaru... - Obr. 9 Částečně provařené tupé svar... - Obr. 0 Svarové spoje tvaru T... -7 Obr. Dlouhý spoj koutovým svarem... -7 Obr. Svarový přípoj táhla z ploché oceli... -8 Obr. Parametr svarového přípoje táhla... -8 Obr. 4 Svarový přípoj táhla ze dvou úhelníků... -9 Obr. 5 Napětí ve svarech přípoje táhla ze dvou úhelníků... -9 Obr. 4 Přípoj konzol koutovým svarem... 4- Obr. 4 Spoj rámového rohu koutovým svarem... 4- Obr. 4 Spoj táhla tupým svarem... 4- Obr. 5 Pravoúhlý pravotočivý globální souřadný sstém... 5-5 Obr. 5 Průřez I rozměr... 5-7 Obr. 5 Průřez I výsečové charakteristik... 5-7 Obr. 5 4 Průřez I statický výsečový moment... 5-7 Obr. 5 5 Průřez U rozměr... 5-8 Obr. 5 Znaménková konvence... 5-8 Obr. 5 7 Průběh pomocných výsečových pořadnic... 5-9 Obr. 5 8 Průběh výsečových pořadnic... 5-40 ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -5
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Obr. 5 9 Značení dílčích úseků... 5-40 Obr. Tažený prut tvar... -4 Obr. Tvar vbočení a součinitele vzpěrné délk... -49 Obr. Tlačený prut - geometrie... -5 Obr. 7 Členěný prut s příhradovým spojením... 7-5 Obr. 7 Členěný prut s rámovými spojkami... 7-5 Obr. 7 Složené členěné prut... 7-54 Obr. 7 4 Křížové členěné prut z úhelníků... 7-55 Obr. 7 5 Geometrie prutu... 7-55 Obr. 7 Geometrie průřezu... 7-55 Obr. 8 Geometrie prutu... 8-58 Obr. 8 Geometrie průřezu... 8-58 Obr. 8 Působení spojek... 8-0 Obr. 8 4 Průběh momentu... 8-0 Obr. 8 5 Geometrie prutu a průřezu... 8- Obr. 9 Uzavřený průřez... 9-4 Obr. 9 Ohb v hlavní rovině menší tuhosti průřezu... 9-4 Obr. 9 Konvenční tlačený pás nosníku... 9-4 Obr. 9 4 Geometrie konstrukce... 9-7 Obr. 9 5 Zatřídění průřezu... 9-7 Obr. 9 Geometrie konstrukce stropu... 9-70 Obr. 9 7 Statické schéma stropnice... 9-70 Obr. 9 8 IPE 80... 9-70 Obr. 0 Geometrie konstrukce... 0-7 Obr. 0 IPE 70... 0-7 Obr. Statické schéma... -75 Obr. Příčný řez nosníkem (odhad rozměrů)... -75 Obr. Eektivní průřez... -77 Obr. 4 Schéma jednoho zatíženého pole stojin... -77 Obr. 5 Vnitřní svislé výztuh... -79 Obr. Otevřený průřez zatížení vvozující také kroucení... -8 Obr. Uzavřený průřez zatížení vvozující také kroucení... -8 Obr. Geometrie nosníku... -84 Obr. 4 Průřez IPE 0... -84 Obr. 5 Průběh normálových napětí... -87 Obr. Průběh smkových napětí... -87 Obr. 7 Statické schéma nosníku uzavřený průřez... -88 Obr. 8 Průřez UPE00... -88 ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Seznam tabulek Tab. Součinitele spolehlivosti... -8 Tab. Přehled spojovacích součástí pro šroubové spoje... -9 Tab. Rozteče a vzdálenosti děr od konců a okrajů... - Tab. Návrhové únosnosti šroubových spojů... - Tab. Plocha jádra šroubu... - Tab. Součinitel korelace pro koutové svar β w... - Tab. Nejmenší doporučené účinné výšk jednovrstvých ručních svarů... -7 Tab. Největší štíhlosti pro tlačené části vnitřní části pásnic... -4 Tab. Největší štíhlosti pro tlačené části přečnívající části pásnic... -44 Tab. Největší štíhlosti pro tlačené části stojin ( vnitřní části kolmé k ose ohbu)... -45 Tab. 4 Největší štíhlosti pro tlačené části úhelník, trubk... -4 Tab. 5 Eektivní šířk. Vnitřní tlačené části průřezu... -47 Tab. Eektivní šířk. Přečnívající tlačené části průřezu... -48 Tab. 7 Součinitel imperekce α... -49 Tab. 8 Přiřazení křivek vzpěrné pevnosti k průřezům... -50 Tab. 9 Součinitele κ, κ... 9-5 Tab. 9 Součinitele γ při ztrátě stabilit při ohbu pro průřez I, T... 9-5 Tab. Součinitele α,β... -8 ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -7
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE CVIČENÍ. ÚVOD.. Organizační uspořádání průběhu cvičení docházka, doba výuk, omlouvání nepřítomnosti, změna zařazení do skupin.. Podklad: literatura - zejména: přednášk Studnička, J. Ocelové konstrukce 0. Vdavatelství ČVUT, Zikova 4, 5 Praha, 998 ostatní literaturu používat jen pokud respektuje ustanovení norem používaných při navrhování ocelových konstrukcí v platném znění norm - zejména: ČSN 740-998 Navrhování ocelových konstrukcí ČSN P ENV 99-- NAVRHOVÁNÍ OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ Část.: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavb ČSN 7 0 Provádění ocelových konstrukcí Materiál γ M pro základní materiál pro spoje pro třecí spoje Tab. Součinitele spolehlivosti Dílčí součinitele spolehlivosti únosnost průřezu tříd,,, S 5 γ M0,5 únosnost průřezu tříd,,, S 75,5 únosnost průřezu tříd,,, S 55,5 únosnost průřezu tříd 4, S 5 γ M0,5 únosnost průřezu tříd 4, S 75,5 únosnost průřezu tříd 4, S 55,5 únosnost při vzpěru, S 5 γ M,5 únosnost při vzpěru, S 75,5 únosnost při vzpěru, S 55,5 únosnost oslabeného průřezu γ M,0 pro šroub γ,45 pro nýt pro čep pro svar mezní stav únosnosti mezní stav použitelnosti mezní stav únosnosti pro spoje s oválnými a nadměrnými otvor.. Spoje - šroub, nýt, svar - obecný popis : Rozdělení spojů: rozebíratelné nerozebíratelné Mb γ,45 Mr γ,45 Mp γ Mw,50 γ,0 Ms, ult γ Ms, ser,0 γ Ms,ult,50 - ve stavebnictví jsou používané převážně jen šroub, ostatní možnosti (kolík, závlačk, klín, atd.) nejsou tak často používán, - nýt - v současnosti jsou používán jen ojediněle na nové konstrukce, na rekonstrukce se používají zejména u architektonick významných konstrukcí, svar - nejběžněji používané nerozebíratelné spoje. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -8
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Spojovací součást Popis Šroub Matice Podložk Tab. Přehled spojovacích součástí pro šroubové spoje Hrubé se šestihrannou hlavou Přesné se šestihrannou hlavou Se zvětšenou šestihrannou hlavou pro třecí spoje Hrubé Přesné Pevnostní tříd Norma 4. ČSN EN ISO 40 ČSN EN ISO 408 5. 8.8 0.9 8.8 0.9 4 5 5 8 0 ČSN EN ISO 404 ČSN EN ISO 407 ISO 74 ČSN EN ISO 404 ČSN EN ISO 40 Zvětšené pro třecí spoje 0 ISO 4775 Hrubé ČSN EN ISO 7089 ČSN EN ISO 7090 Zvětšené pro třecí spoje - ISO 745 ISO 74 Šikmé pro tče I a U ČSN 0 79 ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -9
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE CVIČENÍ. ZÁSADY NÁVRHU A POSOUZENÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ.. Všeobecně Dále uvedené zásad jsou detailněji rozvedené zejména v [] a []. Šroubový spoj je rozebíratelné spojení alespoň dvou součástí (prvků) pomocí šroubů. Podle montážních podmínek a unkčních požadavků se volí u ocelových konstrukcí nejčastěji takové uspořádání, kd spojované prvk jsou sevřené mezi hlavu šroubu, procházejícího dírami o průměru d0 v prvcích (nejčastěji s vůlí) a maticí našroubovanou na závit šroubu. Mezi maticí a spojovaným prvkem je vžd podložka viz Obr.. V jednom šroubovém spoji musí být šroub o stejném průměru a materiálu. Pro matice i podložk platí totéž. Na rozebíratelné spoje ocelových konstrukcí ve stavebnictví jsou nejčastěji používané šroub s ti hrannou hlavou a metrickým závitem dle DIN 7990, nebo dle ČSN EN ISO 404, případně dle ČSN EN ISO 40. Nejčastěji používané jmenovité průměr šroubů (d) jsou,, 0, 4, 7, 0 mm. Šroubový spoj lze v dokumentaci označovat např. podle ČSN 0 484. Mechanické vlastnosti šroubů se udávají značkou, která je vražena na hlavě šroubu. Nejpoužívanější šroub jsou označen na hlavě šroubu značkou 4., 5., 8.8, 0.9. První číslo značk udává pevnost materiálu v tahu ub ve stovkách MPa, druhá je podíl meze kluzu a pevnosti materiálu v tahu ( b ub ). Obr. Sestava šroubového spoje Matice - používají se mat. šestihranné dle ČSN EN ISO 40, případně dle ČSN EN ISO 404. Výška matice je cca 0,8 d, dále existují i matice nízké nebo vsoké. Matice mají označení 4, 5, 8, 0. Podložk - používají se podložk pro ocelové konstrukce dle ČSN EN ISO 7089, případně dle ČSN EN ISO 7090. Pro přípoje k přírubám tčí I a U se používají šikmé podložk dle ČSN 0 79. Podložk se neznačí. Šroubové spoje lze rozčlenit z hlediska unkce na nosné, těsnicí (používají se na přírubách trubkových vedení) nebo spínací (vmezují polohu prvku v konstrukci před jeho deinitivním připojením svarem). Návrhová únosnost spojů se stanoví s uvážením dílčích součinitelů spolehlivosti spojů γ M uvedených dále. Příslušné návrhové vnitřní síl a moment se určí pružnostním nebo plasticitním výpočtem (řešení statického schématu konstrukce), přičemž je třeba uvážit deormační charakteristik všech částí spoje. Ve spoji je potřebné zabezpečit plnulost silového toku s ohledem na relativní tuhosti spojovaných prvků. Při volbě tpu spoje je nutné respektovat unkci spoje a způsob jeho namáhání. Pro prvk namáhané náraz nebo vibracemi se používají svar nebo šroub, které jsou účinně zabezpečen proti uvolnění. Pro spoje, ve kterých nejsou přípustné prokluz, se používají svar, třecí spoje s předepnutými vsokopevnostními šroub... Pokn pro konstruování Při návrhu je potřebné dbát na dobrou přístupnost ke šroubům. V dnamick namáhaných spojích a v přípojích zábradlí lávek na jeřábových drahách mají být matice zajištěn proti uvolnění. Délka šroubu se volí tak, ab dřík utaženého šroubu přesahoval matici nejméně o dva závit. Každý prvek má být připojen nejméně dvěma šroub. Jen v kloubech, ztužidlech zajišťujících tvar konstrukce se dovoluje přípoj jedním šroubem. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -0
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Vložka tlustší než mm, přenášející sílu mezi dvěma prvk, má být připojena k jednomu prvku větším počtem šroubů než k druhému. Jinak se únosnost přípoje snižuje. Toto ustanovení neplatí pro třecí spoje kategorie C s vložkami, které se počítají jako spoje bez vložek, pokud je povrch vložek upraven stejně jako spojované prvk. Nejmenší tloušťka vložk je,5 mm. Stkové příložk mají tvarem a plochou plně nahrazovat stkovaný průřez nebo jeho části. Není-li stková příložka položena přímo na stkované části, je nutné počet šroubových řad zvětšit o tolik řad, kolik je vložek mezi stkem a příložkou. Spoj s nepředepnutými šroub ve standardních otvorech a spoj s nadměrnými nebo prodlouženými dírami kategorie B vkazuje při provozním namáhání prokluz, proto nesmí být použit pro stk namáhané střídavě tahem a tlakem, nebo v konstrukcích, ve kterých b prokluz vedl k nepřípustné změně jejich tvaru... Klasiikace spojů Podle tuhosti se rozeznávají: nominálně kloubové spoje, jejichž ohbová tuhost nemá podstatný vliv na rozdělení vnitřních sil a momentů v konstrukci; tuhé spoje, jejichž ohbová tuhost je tak veliká, že lze uvažovat s dokonalým rámovým působením; spoje, které nesplňují kritéria pro nominálně kloubové spoje nebo pro tuhé spoje, se klasiikují jako polotuhé. Podle únosnosti se rozeznávají: spoje s plnou únosností, která se přinejmenším rovná návrhové únosnosti připojeného prvku; spoje s částečnou únosností, které zaručují přenos všech návrhových momentů a sil, avšak jejichž únosnost je menší než je únosnost připojovaného prvku...4 Dír pro šroub Průměr děr pro šroub, vzdálenosti děr od konců a okrajů připojovaných částí a rozteče mezi dírami jsou limitované konstrukčními a výrobními hledisk a respektují se při výpočtu únosnosti spoje. Jmenovité vůle ve standardních dírách nesmí být větší než mm pro šroub M ; mm pro šroub M, M 0; mm pro šroub M 7 a větší. Jmenovité vůle v nadměrných dírách pro spoje odolné proti prokluzu nesmí být větší než mm pro šroub M ; 4 mm pro šroub M a M 0; mm pro šroub M 4; 8 mm pro šroub M 7 a větší. Jmenovité rozměr krátkých prodloužených děr pro spoje odolné proti prokluzu nesmí být větší než (d + 4) mm pro šroub M ; (d + ) mm pro šroub M a M 0; (d + 8) mm pro šroub M 4; (d + 0) mm pro šroub M 7 a větší, kde d je jmenovitý průměr šroubu v mm. Prodloužené dír větších rozměrů se považují za dlouhé prodloužené dír. Pro rozteče a vzdálenosti děr znázorněné na Obr. jsou jejich hodnot uveden v Tab.. Závisejí rovněž na způsobu namáhání a vlivu prostředí. Doporučené vzdálenosti jsou nejmenšími vzdálenostmi, které už výrazně neovlivňují únosnost spoje a současně zajišťují jeho potřebnou těsnost. Obr. Označení roztečí a vzdáleností děr od konců a okrajů V Obr. jsou vkreslené: a) kruhové dír; b) prodloužené dír s osou rovnoběžnou se směrem síl; c) prodloužené dír s osou kolmou na směr síl. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Vzdálenosti od konců a okrajů Tab. Rozteče a vzdálenosti děr od konců a okrajů Rozteče Minimální Ve směru síl: e,d 0 Minimální Ve směru síl: p,d 0 Kolmo ke směru síl: Kolmo ke směru síl: e, p,4 ) ) d 0 d 0,0d Doporučené Ve směru síl: e 0 Doporučené Ve směru síl: p,5d 0 Kolmo ke směru síl: Kolmo ke směru síl: e,5d 0 p,0d 0 Maximální Ve směru i kolmo ke směru síl: Maximální Tlačené prvk a tažené prvk, vnější řad: nejmenší z hodnot - v bezkorozním prostředí menší z hodnot: Tažené prvk, vnitřní řad: p p d 0 nebo 4 t nebo 00 mm e e t nebo 50 mm nejmenší z hodnot - v korozním prostředí nejvýše: p p 0 d 0 nebo 8 t nebo 400 mm e 4 t 40 mm e + Deinice roztečí p a koncových vzdáleností e jsou na Obr. ; d 0 je průměr dír; t nejmenší z tlouštěk spojovaných prvků. ) Použije-li se, je únosnost v otlačení nutno redukovat podle viz dole str. -...5 Oslabení dírami pro spojovací prostředk Oslabení dírami pro spojovací prostředk se uvažuje podle způsobu namáhání a konkrétní postup je popsaný u jednotlivých případů namáhání v dalších cvičeních... Kategorie šroubových spojů Podle způsobu namáhání, konstrukčního a technologického provedena a druhu použitých šroubů se rozlišují následující kategorie šroubových spojů: Spoje namáhané smkem Kategorie A: spoje namáhané na střih a na otlačení V této kategorii spojů se používají šroub všech pevnostních tříd montované bez řízeného utaženi. Pro stčné ploch nejsou požadována žádná speciální opatřeni. Spoje se posuzují na střih a na otlačení. Kategorie B: třecí spoje odolné proti prokluzu v mezním stavu použitelnosti. V této kategorii spojů se používají vsokopevnostní šroub tříd 8.8 a 0.9 s řízeným a kontrolovaným utažením šroubů. V mezním stavu použitelnosti se posuzuje prokluz spoje, v mezním stavu únosnosti se spoj posuzuje na střih a na otlačeni. Kategorie C: třecí spoje odolné proti prokluzu v mezním stavu únosnosti. V této kategorii spojů se používají vsokopevnostní šroub tříd 8.8 a 0.9 s řízeným a kontrolovaným utažením šroubů. V mezním stavu únosnosti se posuzuje prokluz a otlačeni spoje. Současně se musí posoudit únosnost oslabených spojovaných průřezů v tahu. Spoje namáhané tahem Kategorie D: nepředepnuté spoje. Jedná se o spoje se šroub všech pevnostních tříd bez řízeného a kontrolovaného utaženi. Nemají se používat pro spoje vstavené proměnlivému tahovému zatížení, kromě zatíženi větrem. Kategorie E: spoje s předepnutými vsokopevnostními šroub. V této kategorii spojů se používají vsokopevnostní šroub tříd 8.8 a 0.9 s řízeným a kontrolovaným utažením šroubů. Jsou vhodné pro detail namáhané na únavu. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE..7 Návrhová únosnost šroubových spojů Návrhová únosnost šroubových spojů ve střihu, v otlačeni (pro kruhové dír) a v tahu se vpočítá podle vzorců z Tab.. Příslušný dílčí součinitel spolehlivosti šroubového spoje γ Mb,45. Jmenovité hodnot materiálu u nejčastěji šroubů ub jsou uvedené nahoře - viz str. -0. Pro šroub namáhané tahovou silou je potřebné též stanovit návrhovou únosnost B p, Rd při protlačení hlav šroubu nebo matice příslušnou kotevní deskou podle vztahu Bp,Rd 0, π d m t p u γ mb, kde t p je menší z tlouštěk desek pod hlavou šroubu nebo maticí a d m je menší ze středních průměrů kružnice opsané a vepsané do šestihranu hlav šroubu nebo matice. Šroub bez řízeného a kontrolovaného utažení, namáhané současně smkovou silou Fv, Sd a tahovou silou F t, Sd, musí kromě podmínek Fv,Sd Fb, Rd, Ft,Sd Ft, Rd a Ft,Sd Bp, Rd rovněž splňovat podmínku Fv,Sd Ft,Sd +,0. Fv,Rd,4F t,rd Návrhové únosnosti šroubů v tahu F t, Rd a ve střihu v závitové části šroubu F v, Rd stanovené podle vzorců uvedených v Tab. platí jen pro šroub vrobené v souladu s normami uvedenými výše. Pro řezané závit se tto hodnot redukují součinitelem 0,85, u kotevních šroubů namáhaných tahem součinitelem 0,80. Při extrémně malých příčných vzdálenostech e,d 0, nebo p,4d 0, nebo při obou současně, je potřebné návrhovou únosnost v otlačeni Fb, Rd redukovat na / hodnot určených v Tab.. Pro mezilehlé hodnot,d0 < e <,5d 0, nebo,4d0 < p <,0d 0 se únosnost v otlačení určí lineární interpolací. Tab. Návrhové únosnosti šroubových spojů Únosnost ve střihu pro jednu střihovou rovinu šroubu: - kdž rovina střihu prochází závitem šroubu, pro pevnostní tříd 4., 5. a 8.8: - kdž rovina střihu prochází závitem šroubu, pro pevnostní třídu 0.9: - kdž rovina střihu prochází přes plný dřík šroubu: Únosnost v otlačení spojovaného prvku nebo šroubu:,5 α u d t e p ub Fb,Rd, kde α je nejmenší hodnota z výrazů: ; ; ;,0. γ d d 4 Mb Únosnost v tahu jednoho šroubu: F t,rd 0,9 γ ub Mb A s 0 0 u F F F v,rd v,rd v,rd 0, γ ub Mb 0,5 γ 0, γ Ve vzorcích Tab. je: A - plná průřezová plocha dříku šroubu; A s - plocha jádra šroubu podle tabulk Tab. ; d - průměr šroubu; d 0 - průměr dír; ub - mez pevnosti šroubu; u - mez pevnosti posuzovaného prvku; t - součet tlouštěk materiálu otlačovaných v jednom směru. Počet střižných rovin je vžd o jednu menší, než je počet spojovaných prvků. Tab. Plocha jádra šroubu Průměr šroubu d [mm] 0 0 4 7 0 x4 Plocha jádra šroubu A s [mm ] 58,0 84, 57 45 5 459 5 87 ub Mb ub Mb A A s A s s ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE..8 Zapuštěné šroub Návrhová únosnost v tahu Ft, Rd zapuštěných šroubů je 0,7 násobkem návrhové únosnosti v tahu podle Tab.. Při výpočtu únosnosti zapuštěných šroubů v otlačení F b, Rd se tloušťka t spojovaných prvků zmenší o polovinu hloubk zapuštění...9 Spoje s jedním šroubem U jednostřižných přeplátovaných spojů plochých nevztužených prvků s jedním šroubem je potřebné dát pod hlavu šroubu i pod matici podložku, ab se zamezilo vtržení šroubu. Návrhová únosnost šroubu v otlačení F b, Rd je v tomto případě nejvýše: Fb,Rd,5 u d t γ Mb...0 Spoje s vložkami Šroubové spoje kategorie A nebo B se počítají jako spoj bez vložk, pokud je vložka připojena alespoň jednou řadou šroubů navíc. Pokud vložka není připojena, snižuje se únosnost spoje ve střihu Fv, Rd a v otlačení F b, Rd součinitelem β p, 0, kde t p je tloušťka vložk. 9d 8d + t p Pokud jsou ve dvoustřižném spoji použit vložk z obou stran, počítá se s větší tloušťkou vložk. Šroubové spoje kategorie C s vložkami se počítají jako spoje bez vložek, pokud je povrch vložek upraven stejně jako spojované prvk. Nejmenší tloušťka vložk je,5 mm... Páčení spojovacích prvků Spojovací prvk, které přenášejí tahovou sílu, musí být dimenzované tak, ab přenesl i přídavné namáhání od páčení. Obr. Páčení spojovacích prvků S vlivem páčení se nepočítá, pokud tloušťka t připojované přírub vhovuje podmínce t t e 4, bd a, kde d je jmenovitý průměr dříku šroubu; a, b jsou rozměr podle Obr.. Pokud tato podmínka není splněna, zvšuje se působící návrhová tahová síla ve šroubu součinitelem γ P + 0,005. Při přenášení tahové síl se t e t d spolupůsobení šroubů v dalších bočních řadách podle Obr. b) neuvažuje... Dlouhé spoje U spojů, kde vzdálenosti L j mezi střed koncových spojovacích prvků ve směru přenášené síl je větší než 5 d, je potřebné návrhovou únosnost ve střihu všech spojovacích prvků L j 5d redukovat součinitelem β L 0, 75. 00d.. Třecí spoje s vsokopevnostními šroub Návrhová únosnost třecího spoje s vsokopevnostními šroub prokluzu se určí z výrazu Fs,Rd ( ks n µ γ Ms ) Fp, Cd, kde F p,cd je návrhová předpínací síla, která je dána vztahem Fp,Cd k p ub As Obr. 4 Dlouhý spoj F s, Rd navrženého s odolností proti ; přitom hodnota součinitele předpětí k p je závislá na dodržení stanovených podmínek při vnesení předpínací síl a lze jej uvažovat v rozmezí 0,5 až 0,7. A s plocha jádra šroubu - viz Tab. ; ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -4
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE µ součinitel tření, který nabývá hodnot: µ 0,50 pro třídu povrchu A - trskaný povrch s dokonale odstraněnou rzí, nebo trskaný povrch pokovený nástřikem hliníku nebo zinkovým povlakem; µ 0,40 pro třídu povrchu B - trskaný povrch s alkalicko-zinkovým silikátovým nátěrem s tloušťkou 50-80 µm; µ 0,0 pro třídu povrchu C - povrch čištěný kartáčem nebo plamenem, bez jakékoliv rzi; µ 0,0 pro třídu povrchu D - bez úprav ploch. n počet třecích ploch (je vžd o jednu menší, než je počet spojovaných prvků); k s,00 pro dír se standardní vůlí; 0,85 pro nadměrné dír, nebo krátké prodloužené dír; 0,70 pro dlouhé prodloužené dír, vše podle..4. Dílčí součinitel spolehlivosti γ Ms se bere: γ Ms,ser,0 pro mezní stav použitelnosti pro standardní, nadměrné nebo prodloužené dír, s vůlí podle..4; γ Ms,ult,0 pro mezní stav únosnosti pro dír standardní nebo prodloužené dír s osou otvoru kolmou ke směru zatížení, s vůlí podle..4; γ Ms,ult,50 pro mezní stav únosnosti pro dír nadměrné nebo prodloužené dír s osou otvoru rovnoběžnou se směrem zatížení, s vůlí podle..4. Návrhová únosnost třecího spoje s vsokopevnostními šroub v tahu se stanoví podle Tab.. Pokud je třecí spoj namáhán smkovou silou F v, Sd a současně tahovou silou F t, Sd, vpočte se únosnost proti prokluzu pro jeden šroub: ks n µ ( Fp,Cd 0,8Ft,Sd,ser ) - pro mezní stav použitelnosti - kategorie spoje B: Fs,Rd,ser, γ Ms,ser ks n µ ( Fp,Cd 0,8Ft,Sd,ult ) - pro mezní stav únosnosti - kategorie spoje C: Fs,Rd,ult. γms,ult Musí platit: Fv,Sd,ser Fs,Rd, ser příp. Fv,Sd,ult Fs,Rd,ult a současně Ft,Sd,ser Ft, Rd příp. Ft,Sd,ult Ft, Rd. Požadavk na provádění a kontrolu třecích spojů obsahuje ČSN P ENV 090-. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -5
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE. NAMÁHÁNÍ ŠROUBOVÝCH SPOJŮ.. Síla leží v rovině spoje a prochází těžištěm spojovacích prostředků Lze uvažovat s rovnoměrným rozdělením síl na každý ze šroubů ve spoji. Podíl na každý šroub lze ted uvažovat o velikosti F F FF... FnF F n, kde n je celkový počet šroubů. Spoj je nutné posoudit: - na střih šroubu (v závislosti na počtu střižných rovin), - na otlačení (v závislosti na celkové tloušťce otlačované v jednom směru a současně na jakosti materiálu), - v oslabeném průřezu spojovaných částí, - v oslabeném průřezu případných spojovacích částí, tj. příložek. Obr. 5 Namáhání šroubového spoje - síla leží v rovině spoje a prochází těžištěm spoje.. Síla leží v rovině spoje a neprochází těžištěm spojovacích prostředků Nejnamáhanější šroub skupin je ten, který leží nejdále od těžiště skupin. Obr. Namáhání šroubového spoje - síla leží v rovině spoje neprochází však těžištěm spoje Podíl na nejnámahanější šroub je složený z podílů od: - síl: Při rozdělení účinku síl F uvažujeme rovnoměrné rozdělení na všechn šroub ve spoji, F F... F F n; F F nf - momentu: Z momentové podmínk rovnováh plne, že M F kde M je celkový moment působící na šroubový spoj, F nm je dílčí silový účinek, působící na šroub číslo n, r n je vzdálenost mezi těžištěm přípoje a šroubem číslo n. Při úměrách je: F F F F n M r + FM r +... + FnM rn FnM rn, i M M nm... lze uvažovat, že síla od momentu na k-tý šroub skupin r r rn n k,m k n k + i ( M r ) r ( M r ) (r + r +... r ) n - výsledná síla na k-tý šroub skupin pak bude Fk Fk,M + Fk, F. Spoj je nutné posoudit: - na střih šroubu (v závislosti na počtu střižných rovin) a na otlačení (v závislosti na celkové tloušťce otlačované v jednom směru a současně na jakosti materiálu), - v oslabeném průřezu spojovaných částí, - v oslabeném průřezu případných spojovacích částí, tj. příložek., ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE.. Síla neleží v rovině spoje a neprochází těžištěm spojovacích prostředků Obr. 7 Namáhání šroubového spoje - síla neleží v rovině spoje a neprochází těžištěm spoje Šroub jsou namáhán tahem úměrně vzdálenosti od os otáčení a dále střihem a otlačením. Pokud není konstrukčně zajištěno jinak, lze bezpečně uvažovat osu otáčení pro případ uvedený na Obr. 7 v dolní řadě šroubů. Zajištění dostatečné tuhosti lze dosáhnout např. vložením oboustranných výztuh do průřezu. Na obrázku jsou výztuh vkreslené čárkovaně. Pro tento případ (připojení konzol) budou nejvíce namáhané t šroub, které jsou nejvíce vzdálené od os otáčení. Na obrázku to jsou šroub 5 a. Účink od posouvající síl V F a od momentu M F e rozdělíme na zatížení šroubu dle počtu šroubů a podle vzdálenosti jednotlivých šroubů od těžiště skupin šroubů následovně: F F M F F r M F F M F r... F r + F M M nf F... r F ; n r +... + F nm n nm r n n i F im ri F k,m M r n r i k n (r + r M r k +... + r Spoj je nutné posoudit: - na střih šroubu (v závislosti na počtu střižných rovin) a na otlačení (v závislosti na celkové tloušťce otlačované v jednom směru a současně na jakosti materiálu), - na tah ve šroubu s uvážením vlivu páčení, - na protržení hlav nebo matice šroubu přes čelní desku, - oslabený proil připojovaných částí, - oslabený proil (případných) připojovacích částí. - na interakci tahu a střihu ve šroubu. n ) ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -7
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Příklad č. Táhlo z ploché oceli připojené hrubými šroub Posuďte přípoj táhla proilu PLO 50/ na stčníkový plech P8, ocel S 5, šroub nepředepnuté M (5.), závit nezasahují do přípoje. Návrhová síla je F Sd 5 kn. Nákres přípoje viz Obr. 8. Dílčí součinitele spolehlivosti γ,0; γ,45. M Mb Obr. 8 Přípoj táhla hrubými šroub. Přípoj vhovuje konstrukčním předpokladům posouzení: -,5d o,5 8 7 mm e ; -,0d,0 8 54 mm p ; d 0 8 mm. o. Síla působící na jeden šroub: F 5 0 4 7,8 0 N. v,sd. Návrhová únosnost jednoho šroubu M ve střihu (při jedné střihové ploše): π 0, 500 0, ub A F 4 v,rd 4, 0 N > 7,8 kn γ Mb,45 Obr. 9 Střih ve šroubu.4 Návrhová únosnost v otlačení: Je zřejmé, že v tomto případě bude rozhodovat nejmenší otlačovaná tloušťka, tzn. táhlo. Je tomu tak proto, že vzdálenosti od konců (e ) jsou stejné pro plech i pro táhlo. Obr. 0 Otlačení - táhlo Pro tloušťku mm je nejmenší součinitel e p ub α min ; ; ;,0 d d 4 o o u 0 50 500 min 0,5; 0,8;,9;,0 0,5 8 8 4 0,5 α u d t,5 0,5 0 a únosnost se určí ze vztahu F b,rd,4 0 N < F γ,45 F 7,8 kn > F,4 kn Přípoj pro tto rozteče nevhoví. v,sd b, Rd Nový návrh: Vzdálenosti od konců budou zvětšené z 0 mm na 40 mm. Pak bude e 40 p 50 α 0,74, α 0,8 ( rozhoduje); d 8 d 4 8 4 o o,5 α u d t,5 0,8 0 Fb,Rd 40,5 0 N > Fv, Sd 7,8 kn. γ Mb,45 Přípoj pro zvětšené vzdálenosti od konců vhoví. Návrhová únosnost oslabeného průřezu se stanoví jako Anet u ( 50 8) 0 Nu,Rd 0,9 0,9 70,5 0 N > 5 kn ; γ,0 M Průřez oslabený otvor vhoví. Mb ÚKOL č. Navrhněte přípoj táhla na stčníkový plech. Uspořádání přípoje je na Obr. 8. Táhlo i stčníkový plech jsou z oceli S5, šroub pro ocelové konstrukce pevnostní tříd 8.8. Závit nezasahují do přípoje. Přípoj musí přenést sílu F Sd (0+n) kn. v, Sd ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -8
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Příklad č. Táhlo ze dvou úhelníků připojené hrubými šroub Posuďte šroubovaný přípoj táhla z dvojice úhelníků. Stčníkový plech P 4, úhelník L 80x80x, ocel S 75. Šroub M 0 (8.8), závit nezasahují do přípoje. Síla F Sd kn. Dílčí součinitele spolehlivosti γ M 0,5, γ M, 0 a γ Mb,45. Nákres přípoje je na Obr.. Obr. Šroubový přípoj úhelníků. Přípoj vhovuje konstrukčním předpokladům posouzení: -,5d,5 mm < e 5 mm 0, min - p nerozhoduje (jedna řada šroubů); d 0 mm.. Návrhová síla na jeden šroub Není nutné redukovat únosnost v otlačení Obr. Šroubový přípoj rozklad účinků Vlivem excentricit mezi osou děr pro šroub a těžišťovou osou prutu bude působit na jeden šroub celková návrhová síla FV, Sd sestávající ze složek: FSd od síl FF,Sd 8,5 kn, FSd,4,4 od momentu FM,Sd 54,5 kn, 70 70 F F + F 8,5 + 54,5 98,0 kn. V,Sd F,Sd M,Sd. Návrhová únosnost šroubů ve smku pro dvě střižně ploch na jeden šroub a při střihu šroubu přes plný dřík 0, ub As 0, 800 4 Fv,Rd 07,9 0 N > 98,0 kn. γ Mb,45 Šroub ve smku vhoví. Obr. Střih ve šroubu.4 Návrhová únosnost v otlačení: Protože vzdálenosti od konců e jsou různé, musí být posouzení provedeno pro plech i táhlo..4. Plech v otlačení: Únosnost se vpočte pro nejmenší součinitel α : Obr. 4 Otlačení plech e ( d0 ) 40 ( ) 0, p ( d ) 4 70 ( ) 4 0,8 min 0 min α 0,, ub u 800 40,8,0,0,5 α u d t Fb,Rd γ Mb,5 0, 40 0 4, 0 N > Fv,Sd 98,0 kn.,45 Plech v otlačení vhoví. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -9
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE.4.4 Úhelník v otlačení: Obr. 5 Otlačení úhelník Únosnost se vpočte pro nejmenší součinitel α e p α min ub,0 ( d0 ) ( d ) u 0 ( ) ( ) 50 0,7 4 70 4 0,8 min 0,7; 800 40,8,0,5 α u d t,5 0,7 40 0 Fb,Rd 5, 0 N > Fv, Sd 98,0 kn. γ Mb,45 Úhelník v otlačení vhoví..5 Návrhová únosnost prutu v tahu: Plocha průřezu jednoho úhelníku L80x80x je dle tabulek průřezů A 95 mm. A 95 75 Npl,Rd 447, 0 N >,0 kn. γ,5 M0 N ( 95 ) 40,0 478, kn,0 kn. u,rd 0,9 Anet u γ M 0,9 > Únosnost prutu v tahu nerozhoduje o únosnosti přípoje.. Posudek stčníkového plechu Npl,Rd A γ M0 0 4 75,5 8, 0 N >,0 kn; ( 0 ) 75,0 4, 0 N,0 kn; Nu,Rd 0,9 Anet u γ M 0,9 4 > Únosnost stčníkového plechu v tahu nerozhoduje o únosnosti přípoje. Přípoj jako celek vhoví. Poznámk: Koncové rozteče bývají v přípojích stejné, pak není třeba posuzovat odděleně oba připojované prvk, ale rozhoduje prvek s menším součtem dílčích tlouštěk, otlačovaných v jednom směru.. ÚKOL č. Navrhněte přípoj táhla ze dvou úhelníků na stčníkový plech. Uspořádání přípoje podle Obr.. Táhlo i stčníkový plech jsou z oceli S5, šroub pro ocelové konstrukce pevnostní tříd 5.. Závit nezasahují do přípoje. Přípoj musí přenést sílu F Sd (70+n) kn. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -0
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Příklad č. Šroubový přípoj prutu ke sloupu Posuďte šroubovaný přípoj prutu z průřezu IPE 450 s čelní deskou z plechu P 0 na sloup z průřezu HE 500B, vše z oceli S 75. Šroub M 0 (4.), závit nezasahuje do přípoje. Síla V Sd 94 kn a ohbový moment M Sd 77 knm bl zjištěné řešením statického schématu konstrukce. Dílčí součinitele spolehlivosti γ M 0,5, γ M, 0 a γ Mb,45. Nákres přípoje je na Obr.. Kót t, t přísluší průřezu HE500B w Obr. Šroubový přípoj konzol. Přípoj vhovuje konstrukčním předpokladům posouzení: d 0 mm,,5d,5 mm < e 40mm Není nutné redukovat únosnost v otlačení 0, min,0d o,0 mm p ;. Návrhová síla na jeden šroub od momentu Vlivem excentricit mezi osou jednotlivých šroubů a osou otáčení bude působit na n-tý šroub návrhová smková síla FV,Sd, n a návrhová tahová síla F t,sd, n. Je zřejmé, že při pružném rozdělení bude: moment M Sd v rovnováze s moment od sil v jednotlivých šroubech, a dále že síl ve šroubech budou úměrné vzdálenosti od os otáčení, tj. největší síla bude ve šroubu nejvzdálenějším od os otáčení a lze ji určit ze vztahu: F t,sd,5 F t,sd, M r Sd 5 n ri i 77 0 49 ( 4 + 8 + 49 ) 48, 0. Vliv páčení pro danou geometrii přípoje Vliv páčení pro danou geometrii přípoje lze vhodnotit součinitelem páčení. Páčení se neprojeví, pokud bude platit, že tloušťka připojované přírub t t : t γ F e [( p t ) ] d [( 0 4,5) ] b d 0 4, 4, w 4, 4,7 mm > t 8 mm a e 40 p t e t 4,7 8 + 0,005 + 0,005,5 d 0 Zvětšená návrhová tahová síla ve šroubu od vlivu páčení: t,sd,5 F t,sd, 48, 0.4 Posouzení na tah γ p 48, 0,5 0,8 0 e N N ( F 0,8 kn) 0,9 ub As 0,9 400 45 Ft,Rd 0,8 0 N γ Mb,45 t, Sd šroubový přípoj na tah vhoví. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE.5 Návrhová únosnost při protlačení hlav šroubu nebo matice příslušnou kotevní deskou Obr. 7 Rozměr šroubu a matice B [( 4, + 0,0) ] 0, π dm t p u 0, π 8 40 505,5 0 N > Ft, Sd 0,8 kn γ Mb,45 šroubový přípoj na protlačení hlav šroubu nebo matice vhoví. p,rd. Návrhová síla na jeden šroub od smkové síl Smková síla V Sd bude rozdělená rovnoměrně na každý šroub v přípoji: FF,Sd VSd 94,0, kn,.7 Redukce návrhové únosnosti ve střihu vlivem vzdálenosti mezi střed koncových spojovacích prvků Vliv vzdálenosti L j mezi střed koncových spojovacích prvků ve směru přenášené (smkové) síl lze vhodnotit součinitelem β L,kterým se bude redukovat návrhová únosnost ve střihu. Vliv vzdálenosti se neprojeví, pokud bude platit, že: L j ( 49 4) 445 mm > 5d 5 0 00 mm L j 5d 445 5 0 βl 0,9 ( > 0,75) 00d 00 0.8 Redukovaná návrhová únosnost ve střihu pro jednostřižný šroub 0, ub A 0, 400 4,5 FV,Rd βl 0,9 49,9 0 N > FF, Sd, kn γ Mb,45 šroubový přípoj na střih vhoví..9 Návrhová únosnost v otlačení spojovaného prvku nebo šroubu e p ub 40 05 400 α min ; ; ;,0 min ; ; ;,0 d0 d0 4 u 4 40 min F ( 0,;,5; 0,9;,0 ) 0,,5 α u d t,5 0, 40 0 0 7, 0 N > FF, Sd, kn γ Mb,45 šroubový přípoj na otlačení vhoví. b,rd.0 Podmínka pro posouzení interakce smku a tahu FF,Sd Ft,Sd, 0,8 + + 0,5 + 0,7, >,0 FV,Rd,4 Ft,Rd 49,9,4 0,8 šroubový přípoj na interakci smku a tahu nevhoví.. Závěr Navržený šroubový spoj nevhoví, je nutné změnit jeho parametr.. Nový návrh nový návrh zde není provedený viz ÚKOL č. níže ÚKOL č. Proveďte nový návrh přípoje konzol. Předtím uveďte nejméně dvě různé možnosti, které b měl mít vliv na zvýšení únosnosti přípoje. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Příklad č. 4 CVIČENÍ Táhlo připojené předepnutými šroub Stanovte návrhovou únosnost třecího spoje s vsokopevnostními šroub (F Rd ) navrženého s odolností proti prokluzu v mezním stavu únosnosti (kategorie C). Šroub M (8.8), otvor φ 8 mm, táhlo z ploché oceli PLO 0x0, příložk x P0x0, vše z oceli S 5. Součinitele spolehlivosti γ,5, γ,0, M 0 M γ Ms,ult,0 a γ Mb,45. Nákres přípoje je obrázku vedle. Obr. Táhlo s předepnutými šroub 4. Návrhová přepínací síla pro jeden šroub F k A 0,7 800 57 8790 N, p,cd p ub s kde k p je součinitel předpětí a pro šroubové třecí spoje realizované v souladu s ČSN P ENV 090- se uvažuje hodnotou 0,7. Obr. Síl působící na třecí spoj 4. návrhovou únosnost třecího spoje navržené s odolností proti prokluzu pro jeden šroub a pro: třídu povrchu A trskaný povrch s dokonale odstraněnou rzí, dír se standardní vůlí, mezní stav únosnosti pro standardní dír s osou otvoru kolmou ke směru zatížení lze určit dle vztahu: ks n µ,0 0,50 Fs,Rd Fp, Cd 8790 70 N γ Ms,ult,0 4. návrhová únosnost v otlačení jednoho šroubu pro nejmenší tloušťku otlačovanou v jednom směru lze stanovit dle vztahů: e p ub 40 5 800 α min ; ; ; min ; ; ; min d 0 d 0 4 u 8 8 4 0,5 α u d t,5 0,74 0 0 Fb,Rd 49979 N γ Mb,45 4.4 návrhová únosnost oslabeného průřezu je: Anet ( 0 8) 0 5 Nnet,Rd 404 N γ,5 M0 ( 0,74;0,95;,; ) 0, 74 4.5 návrhová únosnost třecího spoje s vsokopevnostními šroub F s,rd navrženého s odolností proti prokluzu v mezním stavu únosnosti (kategorie C)je určena jako minimum z: F min 4 F ;4 F ; N min 4 7,;4 50,0;4, Rd min ( s,rd b,rd net, Rd ) ( ) ( 70,4;00,0;4,) 70,4 kn. ÚKOL č. 4 Navrhněte táhlo připojené předepnutými šroub a s uspořádáním dle Obr. na sílu F Sd (495 + n) kn. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE. SPOJE SVARY.. Označování svarů Svar se označují podle ČSN 0 55. V této normě jsou uvedené všechn další, zde neuváděné detail popisu (např. graické značk pro různé tp provedení svarů atd.) Obr. Označování svarů A charakteristický rozměr svaru (u koutových svarů účinná výška a viz dále), Z značka (zjednodušený tpický tvar) svaru, Z tvar povrchu svaru, n počet svarů, l délka (jednoho) svaru, (e) mezera nebo rozestup svarů, T údaje o zhotovení. U jednostranných svarů se umísťuje značka svaru nad praporek odkazové čár, je-li povrch svaru na straně šipk a pod praporek odkazové čár, je-li na odvrácené straně. Obr. 4 Umístění popisu svarů u jednostranných a oboustranných svarů Na obrázku vlevo je v jeho levé části popis obvodového svaru (kroužek v lomu), v pravé části popis montážního svaru (praporek v lomu). Obr. 5 Popis obvodového a montážního svaru.. Podmínk pro výpočet, vzorce pro únosnost a konstrukční zásad dle ČSN 740... Všeobecně Ustanovení dále uvedená platí za předpokladu, že: jsou použit oceli vhodné ke svařování; přídavné materiál jsou vhodné z hlediska mechanických vlastností základního materiálu a pracovních podmínek konstrukce; spoje jsou zhotoven obloukovým svařováním podle předepsaných technologických postupů svařování a v souladu s ČSN 7 0, příp. s ČSN P ENV 090-. Stupně jakosti svarových spojů se určují podle ČSN EN 587. Pokud není určeno jinak, platí návrhové hodnot podle této norm za předpokladu, že je dodržen stupeň jakosti svarových spojů.... Tvar a rozměr... Koutové svar Koutové svar jsou proveden do návarových ploch, tvořených prvk svírajícími úhel v rozmezí 0 až 0. Přerušované koutové svar je možné použít na statick zatížené a méně namáhané prvk, přičemž: nesmějí mít mezeru (při oboustranných i vstřídaných svarech) větší než 00 mm, nebo t v tlačených částech a t v tažených částech (t je menší z tlouštěk spojovaných materiálů); nesmějí se používat ve venkovním prostředí, pokud nejsou překrt nenosným průběžným svarem nebo pokud není jiným způsobem zabráněno vnikání vlhkosti do spár; na začátku a na konci spojovaných částí musí být proveden oboustranné svar na délku alespoň /4 šířk užšího spojovaného prvku. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -4
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Jednostranné koutové svar nesmějí být namáhané momentem v rovině kolmé k ose svaru, pokud se kořen svaru nachází na tažené straně svaru. Koutové svar v kruhových nebo prodloužených dírách je možné navrhovat pouze k přenosu smku nebo na přípoje zamezující vboulení nebo odtržení přeplátovaných částí. Průměr těchto kruhových nebo šířka prodloužených děr nesmějí být menší než čtřnásobek tloušťk připojovaných částí. Prodloužené dír mají mít půlkruhové konce.... Tupé svar Tupé svar s plným průvarem mají přetavený základní materiál a nanesený svarový kov v celé tloušťce spojovaných prvků, tupé svar s částečným průvarem jen na části tloušťk spojovaných prvků. Jednostranný tupý svar s částečným průvarem nesmí být namáhán momentem v rovině kolmé k podélné ose svaru, pokud se tím vvozuje tah na straně kořene svaru. Jednostranný tupý svar s částečným průvarem, namáhaný tahovou osovou silou, je možné navrhovat jen v případech statick zatížených a málo namáhaných svarů. Přerušované tupé svar nelze používat.... Děrové svar Děrové svar, které vplňují kruhovou nebo prodlouženou díru, je možné použít pouze pro méně důležité konstrukce na přenos smkové síl, na zamezení vbouleni nebo na vzájemné konstrukční spojení prvků. Průměr kruhové dír nebo šířka prodloužené dír pro děrový svar mají být nejméně o 8 mm větší než je tloušťka připojované části....4 Lamelární praskavost Je nutné vhýbat se detailům a spojům, které způsobují namáhání ve směru kolmém k povrchu materiálu. V nevhnutelných případech je nutné navrhnout konstrukční, materiálová a technologická opatření na minimalizaci účinku lamelární praskavosti.... Únosnost koutových svarů... Účinná délka svaru Účinná délka koutového svaru je délka, ve které má svar plný průřez. Minimální délka nosného svaru má být alespoň ti násobek jeho účinné výšk, nejméně však 40 mm. V dalším textu bude účinná délka označovaná Lwe. Obr. Účinné rozměr svaru délka, výška...4 Účinná výška svaru a Účinná výška koutového svaru a je výška trojúhelníka, který je možné vepsat mezi natavené ploch a povrch svaru, kolmá ke straně trojúhelníka při povrchu svaru viz náčrt na Obr. 7 a). Nejmenší doporučené výšk koutových svarů jsou závislé na tloušťkách spojovaných prvků. Hlubší závar je možné započítat do účinné výšk koutového svaru podle obrázku Obr. 7 b) pouze za předpokladu, že bl dokumentován výrobcem konstrukce a blo prokázáno jeho soustavné dodržování pro příslušné technologie svařováni. Obr. 7 Účinné výšk koutového svaru ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -5
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE...5 Návrhová únosnost koutového svaru Návrhovou únosnost koutového svaru je možné určit na základě průměrného napětí nebo srovnávacího napětí. Podle průměrného napětí se návrhová únosnost jednotkové délk koutového svaru F v, Rd určí z výrazu F a, v,rd vw, d kde vw,d je návrhová pevnost svaru ve smku, jež je dána vztahem u vw,d, βw γ Mw kde β w je součinitel korelace pro příslušnou pevnostní třídu oceli podle Tab. ; γ Mw,50 je dílčí součinitel spolehlivosti svarových spojů. Návrhovou únosnost koutového svaru je možné považovat za vhovující, jestliže v každém místě jeho délk nepřekročí výslednice všech sil přenášených svarem na jednotku délk tuto únosnost. Tab. Součinitel korelace pro koutové svar β w Pevnostní třída oceli β w S 5 0,80 S 75 0,85 S 55 0,90 Podle srovnávacího napětí se posuzuje únosnost koutového svaru pro složk napětí σ, τ, τ // vznačené na Obr. 8, které musí současně vhovět oběma následujícím podmínkám: u σeq,we σ + τ + τ//, σ u. β γ γ Obr. 8 Složk napětí v koutovém svaru... Návrhová únosnost tupých svarů... Tupé svar s plným průvarem Návrhová únosnost tupých svarů s plným průvarem se stanoví z návrhové únosnosti slabšího ze spojovaných prvků, jestliže se mez pevnosti svarového kovu alespoň rovná hodnotám základního materiálu. Přitom se uvažují převodní součinitele pevnosti svaru v závislosti na namáhání a způsobu kontrol svaru takto: γ r,0 při namáhání v tlaku pro svar s plným průvarem, nebo kdž se počítá s účinnou plochou svaru; γ r,0 při namáhání v tahu pro svar s plným průvarem, kromě tažených tupých svarů v křížovém spoji; γ r 0,85 při namáhání v tahu pro svar s plným průvarem, ale deektoskopick nekontrolované, avšak s řádně provařeným kořenem; γ r 0,7 pro tupé jednostranně přístupné svar, u kterých není možné kontrolovat provaření kořene; γ r 0, při namáhání ve smku, pokud se počítá jen s účinnou plochou svaru....7 Tupé svar s částečným průvarem Návrhová únosnost tupých svarů s částečným průvarem se uvažuje přibližně podle...7 nebo se určí přesněji, obdobné jako pro koutové svar s plným průvarem, přičemž za nosný rozměr tupého svaru s částečným závarem se uvažuje tloušťka spolehlivě dosaženého závaru, což je potřebné prokázat zkouškami. Přitom se počítá s případnou excentricitou neúplného průvaru. Obr. 9 Částečně provařené tupé svar w Mw Mw ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE.. Svarové spoje tvaru T Návrhová únosnost svarového spoje tvaru T, který je vtvořen dvojic( tupých svarů s částečným průvarem, zesílených koutovými svar, se stanoví jako při tupých svarech s plným průvarem, pokud celkový nominální nosný rozměr (po odečtení nezavařené mezer c nom v kořeni svaru) není menši než tloušťka t připojované části. Obr. 0 Svarové spoje tvaru T Nezavařená mezera c nom v kořeni nesmi překročit hodnotu t / 5 a nejvýše mm. Svarový spoj T, který nesplňuje předcházející požadavk, se považuje za dvojici koutových svarů s hlubokým závarem...4 Návrhová únosnost děrových svarů Návrhová únosnost F w, Rd děrových svarů se vpočte z výrazu Fw,Rd vw,d A w, kde je návrhová pevnost svaru ve smku podle (7. ); vw, d A plocha děrového svaru s kruhovou nebo prodlouženou dírou. w..5 Dlouhé spoje Návrhová únosnost koutových svarů v přeplátovaných spojích, kde délka svaru L j měřená ve směru působící síl je podle Obr. 0, L j větší než 50 a we, se násobí součinitelem β Lw,. 50 a Obr. Dlouhý spoj koutovým svarem.. Pokn pro konstruování svarových spojů Svar musí být přístupné ke svařovaní a kontrole při výrobě, montáži a pokud možno i v provozu. Účinná výška nosných koutových svarů má odpovídat tloušťce spojovaného matriálu. Nejmenší doporučené účinné výšk jednovrstvých ručních svarů jsou v Tab.. Tab. Nejmenší doporučené účinné výšk jednovrstvých ručních svarů Největší tloušťka spojovaných prvků t (mm) Nejmenší účinná výška jednovrstvého ručního svaru a (mm) do 0 až 0 4 až 0 5 a více V dalším textu bude účinná výška svaru označovaná smbolem a we, účinná délka svaru bude označovaná smbolem L we. ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -7
BO0 Prvk kovových konstrukcí - PRACOVNÍ KOPIE Příklad č. 5 Přípoj táhla z ploché oceli koutovými svar Posuďte přípoj táhla koutovými svar na stčníkový plech P8 podle Obr.. Táhlo je z průřezu PLO 90x0. Ocel S 5. dílčí součinitel spolehlivosti γ M 0,5. Návrhová síla F Sd 84kN, součinitel spolehlivosti pro svarové spoje γ Mw,50. Obr. Svarový přípoj táhla z ploché oceli Jak je zřejmé z Obr., bude táhlo přivařeno koutovým svarem z viditelné stran, z odvrácené stran táhlo přivařené nebude. Z konstrukčních důvodů musí mít svar délku větší než 40 mm a než a we 8mm, což je splněno. Protože 50 a we 50 450mm > 50mm, lze uvažovat s plnou délkou svarů. Obr. Parametr svarového přípoje táhla 5. Čelní svar σwe Z Obr. 8 je zřejmé, že pro napětí v čelním svaru platí τ/ / 0; σ τ. Dosazením do σwe σwe u vztahu pro srovnávací napětí pak bude σ eq,we + + 0 βw γ u vztahu lze zjistit, že σ we,rd. βw γ Mw Návrhová únosnost čelního svaru pak bude 0 Fwe,Rd, σwe,rd a we, Lwe, (90 ) 5,5 0 N 0,8,50 5. Boční svar Pro boční svar platí σ τ 0 (viz Obr. 8) Ze vztahů pro únosnosti svarů σ ( τ + τ ) u + / / βw γ Mw Mw. Úpravou tohoto u σ a γ, resp. jejich úpravou lze vjádřit pevnost bočních svarů pouze ve smku u τ //,Rd. βw γ Mw Návrhová únosnost bočních svarů pak bude 0 Fwe,Rd,// τ//,rd a we,// Lwe,// (50 ) 49,7 0 N 0,8,50 5. Celková únosnost svarového spoje Za předpokladu dostatečné tažnosti základního materiálu (min 5%) je celková únosnost svarového spoje F we,rd we,rd, we,rd, // F + F 5,5 + 49,7 0, kn > 84 kn svar vhoví. 5.4 Posudek táhla na únosnost v tahu N A γ 90 0 5,5 8,9 0 pl,rd ÚKOL č. 5 M0 N ~ 84 kn táhlo vhoví. Navrhněte svarový přípoj prutu tak, ab jeho vužití v mezním stavu únosnosti blo cca 80% pro sílu Fsd n kn pro n<7, resp. (0+0,n) kn pro jiná n. Mw ZPRACOVAL: Ing. Miloslav Veselka SOUBOR: BO0-cvičení-V0-0 -8