TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

1 TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí Obsah přednášek 2 Stabilita stěn, nosníky třídy 4. Tenkostěnné za studena tvarované profily. Spřažené ocelobetonové spojité nosníky, ocelobetonové sloupy. Trubkové konstrukce - výpočetní odlišnosti, konstrukční řešení. Stabilita prutů a prutových soustav. 1

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

Výhody / nevýhody 5 Výhody: nízká hmotnost profilů tvarová variabilita standardně lepší povrchová úprava skladnost při dopravě Nevýhody jednotková cena větší omezení / komplikace přípojů nízká požární odolnost vyžaduje lepší zacházení tvarová variabilita (Trebilcock) Profily - tyče 6 Otevřené průřezy Uzavřené průřezy i pro za studena tvarované podle EN1993-1-1 3

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

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

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

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

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

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

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

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

23 Válcování Z vaznice Profily pro ocelobetonové spřažené desky 24 12

25 Tváření ohýbáním (vlevo) a lisováním (vpravo) 26 Lisování (Dubina) 13

Teoretické chování 27 zpevnění rohů tvářením za studena lokální boulení prostorový vzpěr / vzpěr zkroucením distorze průřezu (deformace příčného řezu) borcení stojin pod lokálním zatížením EN 1993-1-3 28 Za studena tvářené profily výpočty na idealizovaném ostrohranném průřezu r=0 pokud r<5t často nelze zjednodušení použít (komplikovaný výpočet i počáteční geometrie) 14

Zvýšení pevnosti vlivem tváření 29 v tahu (výjimečně i tlaku) lze uvažovat f ya > f yb f yb základní mez kluzu materiálu (tj. před tvářením do profilu) f ya průměrná hodnota meze kluzu zahrnující zvýšenou mez kluzu v rozích záleží na způsobu tváření, geometrii a počtu zahnutí Únosnost v tlaku 30 Lokální boulení Distorzní vybočení Distorze únosnost průřezu Celkový vzpěr únosnost prutu Boulení ve smyku 15

Stabilita 31 Pružné kritické napětí jako funkce délky polovlny křivky vybočení a příklady způsobů ztráty stability Stabilita a vzpěrná únosnost 32 16

Lokální boulení 33 Teorie + výpočetní postupy (viz předchozí přednáška boulení stěn) σ com b σ com λp = = 1,052 com y σ cr t kσ E σ f Stěny: oboustranně podepřené jednostranně podepřené nevyztužené vyztužené Výztuhy 34 Okrajové Vnitřní 17

Výpočet účinných vlastností výztuh 35 Výpočetní model výztuha podepírá stěnu výztuha sama boulí (jako pružně podepřený tlačený prut) Distorzní vzpěr 36 Distorzní vzpěr (vybočení tlačené výztuhy) lze zavést výpočtem okrajové výztuhy podle EN (foto: Vraný) 18

Pérová tuhost výztuhy 37 Průběh napětí - idealizace 38 χ d distorzní vybočení 19

Výpočetní postup 39 1. Výztuha tvoří tuhou podporu výpočet efektivních šířek 2. K, A s, I s 3. Kritické napětí pro distorzní vzpěr σ cr 4. pro σ com = f y χ d (red. pro distorzní vybočení) 5. σ com = χ d f y 6. Výpočet ef. šířek pro výztuhu a přilehlou část stěny 7. A s, I s 8. iterace 3. 7. 9. t red = χ d t Výsledný účinný průřez 40 b b e, i 2 e, i1 σ com = χ d f y nižší maximální napětí vede k větší účinné šířce pro posouzení se redukce uvažuje pro tloušťku t red = χ d t 20

41 Interakce lokálního a distorzního vybočení (Vraný) 42 Módy vybočení software CUFSM http://www.ce.jhu.edu/bschafer/cufsm 21

Posouzení průřezy, prvky - ČSN EN 1993-1-3 43 Omezení normy: Tah Tlak tyče 0,45 t 15 mm plechy 0,45 t 4 mm jako běžné profily, zahrnut vliv tváření na mez kluzu Ag fya Nt. Rd = γ M 0 interakce mezi lokálním bolením (event. distorzním vybočení) a celkovým vzpěrem N A R eff fyb λ Aeff N λ = = = b. Rd = χ Aeff fyb γ M1 N A σ λ A cr g cr 1 g pokud A eff = A g, místo f yb lze použít f ya (zároveň horší křivka na vzpěr) Módy vybočení 44 lokální boulení (L) distorzní vybočení (D) rovinný vzpěr (F) vzpěr zkroucením (T) prostorový vzpěr (FT) (Dubina) 22

Prostorový vzpěr 45 jednoose symetrické a svazkové průřezy vybočení zkroucením prostorový vzpěr jiné křivky vzpěrnosti prostorový vzpěr je i u průřezů tvářených za tepla σ cr,t σ cr,tf 2 1 π EI w = 2 GI t + 2 Agi o l T = interakce mezi σ σ cr,t, σ cr, y = π E l ( i ) 2 2 cr,y y y Kombinace tlak + ohyb 46 M = N e z,e d E d N, y 23

Ohyb 47 Klopení / ztráta stability za ohybu podobně jako pro běžné profily Využití částečné plastifikace (rozdíl) ( χ ) M W f eff. Rd = LT eff yd λ = f LT yb Weff Mcr dosažení f y na tažené straně bez omezení dosažení f y na tlačené straně omezení 48 Borcení stojin - porušení (Vraný) 24

49 Borcení stojin (Vraný) Borcení stojin 50 Excentrický tlak do stojiny R w,rd experimentálně odvozené vztahy 25

Borcení stojin 51 Případy (návrhové postupy): jedna stojina více než jedna stojina Borcení stojin 52 Způsoby zatížení: a) na okraji nosníku b) uvnitř nosníku a) jednosměrné b) protilehlé R w,rd = f(t 2,r/t,Φ,s s..) součin vlivů 26

Kombince M+R 53 M M Ed c,rd FEd + 1,25 R w,rd Rozhoduje např. u trapézových plechů navrženích jako spojité nosníky (MSÚ, ale někdy i MSP) 54 Tenkostěnné profily Spoje 27

Spoje 55 Svary koutové t 3 mm (automat t 2 mm) nejlépe MAG přeplátované bodové odporové průvarové Spoje 56 Mechanické spoje slepé nýty šrouby 3 d 8 mm samovrtné závitotvorné nastřelovací trny šrouby s maticí trubkový s trnem rozpěrací nýty 28

Slepé nýty 57 trubkový s trnem rozpěrací nýty Šrouby 58 Jiné způsoby porušení, než u běžných šroubů naklonění a vytažení šroubu 29

Nové typy spojů 59 Rozetový system Lepení (problém životnosti) 60 Za studena tvarované profily Využití 30

Využití 61 opláštění (střechy, stěny) nosné prvky opláštění (paždíky, vaznice) prvky lehkých konstrukcí stropy (ztracené bednění, plechobetonové desky) dočasné konstrukce Využití 62 31

Vaznice a paždíky 63 Profily Rozpon až do 10 m (12-15 m) 64 Za studena tvářené vaznice a paždíky 32

65 připojení svislého střešního ztužidla Střešní plášť 66 Skládaný střešní plášť Sendvičový panel (tenkostěnné kazety) C D K tuhý ve své rovině jednoosý ohyb vaznice příčné zajištění horní pásnice vaznice 33

Statické schémata 67 Prostá Spojitá Vzpěrková 6 8 m 6 10 m 9 15 m Spojité zajištění spojitosti 68 Překryv (dnes běžnější) Spojovací díl (objímka, rukáv) 34

Překrytí oblast podpory 69 M sup M sup /2 překrytí Spojovací díl 70 Spojovací díl - větší tloušťka plechu 35

Chování tenkostěnných vaznic 71 Štíhlý průřez lokální boulení Okrajová výztuha distorzní vybočení Nesymetrie průřezu distorze příčného řezu Vybočení tlačené pásnice z roviny stojiny Složitý a pracný výpočet Distorze příčného řezu 72 C D Skutečnost Idealizovaný model - - - + + + + + - - 36

Distorze příčného řezu 73 Zjednodušený model C D = + K y y z Postup dle ČSN EN1993-1-3 74 Kladné momenty: σ podepřená (tlačená) pásnice y, Ed Ed yd y M1 Weff, y nepodepřená (tažená) pásnice My, Ed Mfz σ = + f = f Weff, y Wfz Záporné momenty: σ M = f = f Ed yd y M1 γ nepodepřená (tlačená) pásnice = M + M f = f y, Ed fz Ed yd y M1 χ Weff, y Wfz γ γ 37

Návrhové pomůcky 75 Tabulky PROSTÝ NOSNÍK SPOJITÝ NOSNÍK S PŘESAHY PROFIL váha profilu řádek rozpětí pole L [m] rozpětí pole L [m] číslo 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 1 3,41 2,34 1,70 1,29 1,00 4,91 3,03 2,09 1,54 1,19 2 3,41 2,34 1,70 1,15 4,91 3,03 2,09 1,54 1,19 Z 250/2,0 3 3,28 1,86 1,15 4,91 3,03 2,09 1,48 1,02 7,80 kg/m 4 2,49 1,63 1,12 3,95 2,48 1,70 1,25 5-2,44-1,65-1,19-0,89-0,69-3,95-2,64-1,90-1,43-1,11 6-1,92-1,29-0,91-0,68-0,52-3,16-2,08-1,48-1,10-0,85 1 4,61 3,17 2,31 1,74 1,36 1,08 6,59 4,10 2,84 2,11 1,64 1,30 2 4,61 3,17 2,28 1,50 1,02 6,59 4,10 2,84 2,11 1,64 1,30 Z 250/2,5 3 4,25 2,42 1,49 0,97 6,59 4,10 2,84 1,92 1,32 9,70 kg/m 4 3,66 2,43 1,68 1,20 5,75 3,57 2,47 1,83 1,41 1,03 5-3,31-2,26-1,63-1,22-0,95-0,75-5,29-3,58-2,59-1,95-1,52-1,21 6-2,81-1,91-1,37-1,02-0,78-0,62-4,53-3,04-2,19-1,64-1,27-1,01 Návrhové pomůcky 76 Software 38

Konstrukční detaily 77 Uložení vaznice Konstrukční detaily 78 Hřeben střechy 39

Kazety 79 Kazety 80 nosná funkce paždíku jednoduchá montáž hladký vnitřní líc tuhost v rovině stěny Statické působení primární ohyb (vítr) sekundární stěnové 40

Bytové domy 81 Bytové domy 82 41

Regálové konstrukce 83 samonosná regál. kce 84 Tenkostěnné profily Zkoušky za studena tvářených prvků 42

Zkoušky za studena tvářených prof. 85 Proč zkoušky? složité působení tenkostěnných konstrukcí typizované profily jednoduchost zkoušek Postupy uvádí Příloha A normy EN 1993-1-3 Zkoušky za studena tvářených prof. 86 Typické zkoušky trapézové plechy vaznice atd. prosté nosníky spojité nosníky oblast vnitřní podpory spojitého nosníku určení rotační tuhosti podepření vaznice 43

Zkoušky za studena tvářených prof. 87 Vyhodnocení zkoušek úprava výsledků jedné zkoušky zohledněny materiálové a geometrické charakteristiky statistické vyhodnocení skupiny zkoušek pro průkazné výsledky alespoň 4 zkoušky Experimenty a software 88 poslední přednáška ukázka vyhodnocení únosnosti na konkrétních případech experimentů ukázka podpůrného softwaru pro posouzení a dimenzačního softwaru 44