IV. ročník celostátní konference SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ Téma: Posudek - poruchy - havárie 81 23.až 24.4.2003 Dům techniky Ostrava ISBN 80-02-01551-7 HAVÁRIE KONZOL SKLADU EXPEDICE VLIVEM PŘETÍŽENÍ ŘEZIVEM Abstract Radim Čajka a Kamil Burkovič Analysis of accident of cantilevers for wood storage in expedition hall. Influence of load intensities with respect to storage technology, analysis and comparison of design value load according to current Czech standard ČSN 73 1401 and Europe standard EC 3. Fotographs of accident and details of crashed elements. 1. Úvod Analýza příčin havárie konzol pro skladování řeziva haly ve Ždírci vlivem zatížení řezivem. Posouzení navržených konstrukcí ukázalo, že příčina zřícení konzol s uloženým řezivem není v chybném návrhu prvků a spojů, ale v přetížení konstrukce. Rozbor působícího zatížení od manipulace, ukládání a skladování balených hotových výrobků opracovaného řeziva určených pro expedici. Stanovení skutečně působícího zatížení a návrh na opravu havarovaných či poškozených částí konstrukce pro skladování. Porovnání přístupů návrhů šroubovaného přípoje přes čelní desky podle ČSN a EC. Fotodokumentace havarované konstrukce, závěry znaleckého posudku a návrhy na zesílení. 2. Havárie konzol Havárie se stala uvnitř skladové haly SO 07, kde regálový systém je součástí nosné ocelové konstrukce [10]. Regálový systém je tvořen konzolami o světlém vyložení 1200 mm, které jsou přikotveny k perforovaným sloupům haly pomocí osmi šroubů tř. 8.8 o profilu M 10. Konzola je navržena z válcovaného profilu IPE 160 a v místě styku na sloup je opatřena roznášecí (patní) deskou profilu 150/16 dl. 340 mm z oceli S 235. Při havárii došlo k deformaci čelní desky, nárůstu osových sil ve šroubech a následnému přetržení šroubů. Pásnice IPE 300 zůstala bez vizuálních změn a deformací. Havárie se týká celkem čtyř konzol, u kterých se roznášecí deska deformovala, došlo k přetržení 6 - ti horních šroubů a konzoly zůstaly viset na dvojici nejspodnějších šroubů. Společně s konzolami se zřítily z výšky cca 2 m na podlahu celkem tři balíky dřeva o délce 12 m. Při prohlídce objektu však byly pozorovány i další poškozené konzoly, u kterých došlo ke stejnému mechanismu porušení - deformaci čelních desek šroubovaného spoje a protažení šroubů [11]. Radim Čajka, Doc., Ing., CSc., Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, Ludvíka Podéště 1875, 708 00 Ostrava - Poruba, tel.: (+420) 59 6991344, 602 744311 e-mail: radim.cajka@vsb.cz, Kamil Burkovič, Ing., ARMING spol. s r.o., Ocelářská 6, 703 00 Ostrava Vítkovice, fax (+420) 59 6617120, tel.: (+420) 59 6617121-4, 602 744313, e-mail: Kamil.Burkovic@arming.cz.
82 Obr.1: Detail montážního styku čelní desky konzoly na sloupu Obr.2: Pohled na část havarovaných konzol ve skladu expedice řeziva Obr.3: Detail vytržených šroubů a zdeformované patní desky 3. Rozbor zatížení Zatížení na jednu konzolu bylo stanoveno investorem v technologickém předpise hodnotou 2 700 kg. Ze znaleckého posudku [11] a rozboru zatížení [12] však vyplynulo, že v extrémním případě může dojít k překročení zadaného zatížení z důvodu přeložení zabaleného balíku opracovaného řeziva (dále jen paketu) přes okraj s přesahem až 3,5 m, dále k uložení středu paketu na okraji konzoly a taktéž nutno počítat s dynamickými účinky při ukládání, deformacemi paketu a horizontálními silami způsobenými ukládáním prohnutého paketu do regálu, viz obr. 4 až 7. Obr.4: Schéma průhybů zabaleného řeziva při ukládání VZV na konzoly ve skladu expedice Ukládány jsou postupně vždy tři pakety pro jedno patro regálu, které tvoří pět konzol, viz obr. 5. Posouzení zatížení bylo provedeno dle platných norem pro zatížení tj. ČSN 73 0035 [1] a ČSN P ENV 1991-1 [4], [5], hustota lepeného řeziva byla stanovena na základě normy ČSN P ENV 1995-1-1 [7] a ČSN EN 338 [8] hodnotou 400 kg/m3. Vzhledem k přerozdělení sil vlivem vkládání podkladků mezi pakety a vlivem přesahu konců paketů až o 3,5 m dochází na rozdíl od původních předpokladů k nerovnoměrnému rozdělení zatížení pro jednotlivé konzoly.
83 Obr.5: Schéma umístění prokladků mezi jednotlivými paketami a umístění konzol Dále může dojít ke vzniku vodorovných sil od průhybů paketů a k silám vyvolaným dynamickými účinky při ukládání a manipulaci s pakety. Analýzou zatížení [12] byla zjištěna extrémní hodnota svislé síly (charakteristická hodnota) až F Sk,z = 34,50 kn Výpočtová hodnota zatížení pak dosahuje dle ČSN 73 0035 [1] F Sd,z = 41,4 kn při součiniteli γ f = 1,2 a návrhová hodnota dle ČSN P ENV 1991-1 [4] při součiniteli γ Q = 1,4 dokonce F Sd,z = 48,3 kn. Fz 1/2 L Fx1 ux u z h ϕ u x Obr. 6: Schéma působících sil Obr. 7: Deformace konců paketů Maximální vnitřní síly na konzole se nacházejí v jejím přípoji. Bylo uvažováno s působením síly od zatížení paketu v jeho těžišti, tj. ve vzdálenosti 0,5 m od sloupu. Délka konzolového nosníku činí L = 1,2 m, vlastní hmotnost ocelového průřezu konzoly IPE160 je g k,ipe160 = 0,16 kn.m -1. Posouzení únosnosti ocelového průřezu a šroubového spoje bylo provedeno jak podle ČSN 731401 [3], tak podle ČSN P ENV 1993-1-1 [6] na základě provedeného rozboru zatížení vyvozujícího maximální možné vnitřní síly. Maximální moment: M Sd,max = F Sd,z,max. 0,5 + 1/2.g k.γ G.L 2 = 48,3. 0,5 +1/2.0,16.1,2.1,2 2 = 24,3 knm Maximální posouvající síla: V Sd,max = F Sd,z,max = 48,3 kn
84 Obr. 8: Statické schéma zatížených konzol 4. Závěr Z výsledků znaleckého posudku havárie ocelových konzol pro skladování hotových výrobků - hraněného řeziva ve výrobní hale SO 07 Holzindustrie Schweighofer Ždírec s.r.o. ve Ždírci nad Doubravou [11].vyplynulo, že analyzovaná konstrukce (šroubové spoje tř. 8.8 M 10 a čelní deska tl. 16 mm) pro investorem zadané zatížení (2700 kg) vyhověly z hlediska mezního stavu únosnosti podle ČSN 73 1401 [3] a norem souvisejících. Pro objasnění pravděpodobné příčiny havárie a selhání šroubového přípoje byl proto proveden podrobnější rozbor působícího zatížení s ohledem na technologii ukládání [12]. Bylo zjištěno značné přetížení krajních konzol vzhledem k menšímu počtu prokladků než je počet nosných konzol a velkému přesahu skladovaných balíků řeziva na krajích. U těchto průřezů vycházel součinitel spolehlivosti zatížení menší než 1,1, což je v rozporu s platnými normami pro zatížení. Nejpravděpodobnější příčinou havárie se proto jeví souhrn více důsledků, tj. větší přitížení konzoly nerovnoměrným rozložením podkladků, velkým převisem balíků u krajních konzol. V neposlední řadě mělo zřejmě na porušení vliv i zatížení rázem, a to nejen ve svislém směru, ale i ve směru vodorovném, na které jsou šroubové spoje v tomto případě velmi citlivé. S ohledem na vzniklou havárii se zřejmě jednalo o velmi vysoké přetížení, neboť samotné šrouby jsou navrhované s 45 % - tní bezpečností (součinitel spolehlivosti materiálu šroubů γ Mb = 1,45). Že se jedná o extrémní případ potvrzuje i ta skutečnost, že drtivá většina konzol je v hale neporušena (při plném zatížení), pouze v několika případech došlo k deformaci krajních konzol (poloha balíků se často mění) nebo je znatelná malá deformace roznášecí desky o velikosti 1-2 milimetrů. Pro eliminaci vznikajících sil na původní návrhové hodnoty zatížení na konzole 27,0 kn by proto bylo nutno provést následující opatření: ukládání na konzoly provádět vždy po jednom paketu, ne 3 pakety najednou neukládat pakety s přesahem do volného prostoru (uličky), ale tak, aby byl paket po celé délce podepírán konzolami (maximální přesah na okrajích 0,5 m)
85 dřevěné prokládky mezi pakety vkládat přesně v místech nad konzolami, tj. dodržet stejný počet podkladků jako konzol (obr. 5) ukládat pakety tak, aby se jejich konce nedeformovaly a nevyvozovaly horizontální síly, tuto podmínku však nebylo možno bez náročných opatření zajistit (obr. 4, 6 a 7) Zvětšit rozteče konzol ve svislém směru tak, aby i po započtení svislé deformace konce paketu při ukládání (cca 350 mm) zůstal ve svislém směru mezi konzolami dostatečný manipulační prostor. Technologický postup ukládání však s ohledem na vznikající svislé i vodorovné sily nebylo možno upravit tak, aby navržené konzoly na toto zatížení vyhověly. Proto bylo navrženo zesílení přípojů konzol, a to např. zesílení čelní desky a sloupu, výměny šroubů, změna kotvení a vodorovné ztužení volných konců konzol. Oznámení Tento příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru CEZ J17/98271200005. Literatura [1] ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí; 1986, a-91 [2] ČSN 73 0038 Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách; 1986 [3] ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí; 1995 [4] ČSN P ENV 1991-1 (73 0035) Zásady navrhování a zatížení konstrukcí Část 1: Zásady navrhování, 01/1996 [5] ČSN P ENV 1991-2-1 (73 0035) Zásady navrhování a zatížení konstrukcí Část 2-1: Zatížení konstrukcí - Objemová tíha, vlastní tíha a užitná zatížení, 02/1997 [6] ČSN P ENV 1993-1-1 (73 1401) Navrhování ocelových konstrukcí Část 1.1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, 11/1994 [7] ČSN P ENV 1995-1-1, 73 1701 Navrhování dřevěných konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. ČNI, 05/1996 [8] ČSN EN 338 (ČSN 73 1711) Konstrukční dřevo -Třídy pevnosti, 1996 [9] WALD, F. a kol., Prvky ocelových konstrukcí. Příklady podle Eurokódů. Skripta ČVUT Praha, 1998. [10] Montážní dokumentace Skladová hala hotových výrobků SO 07, Ždírec nad Doubravou, PKD s.r.o. Ocelové konstrukce Dačice, 05/2001. [11] Čajka, R. ZP-0204-059 Znalecký posudek Analýza příčin havárie konzol výrobní haly SO 07 Holzindustrie Schweighofer Ždírec, s.r.o., Ostrava 03/2002. [12] AR-0208OK-00 Stanovení zatížení na regálový systém v hale hotových výrobků. Technologický projekt pro Stora Enso Timber Ždírec s.r.o., ARMING spol. s r.o., Ostrava 03/2002 [13] Systém programů pro projektování prutových a stěnodeskových konstrukcí NEXIS 32, FEM consulting s.r.o, Kounicová 13, 602 00 Brno