CVIČENÍ 1 PRVKY KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ Spoje ocelových konstrukcí Ověřování spolehlivé únosnosti spojů náleží do skupiny mezních stavů únosnosti. Posouzení je tedy nutno provádět na rozhodující kombinace návrhových zatížení.
Podle tuhosti se rozeznávají a) nominálně kloubové spoje: deformace spojů nemá podstatný vliv na rozdělení vnitřních sil v konstrukci. Například u příhradové konstrukce je možné předpokládat kloubové spojení. b) tuhé spoje: deformace má podstatný vliv na rozdělení vnitřních sil v konstrukci c) polotuhé spoje: spoje, které nesplňují kritéria na na nominální kloubové spoje nebo tuhé spoje.
Podle únosnosti se rozeznávají a) spoje s plnou únosností: únosnost spoje se minimálně rovná únosnosti připojovaného prvku (mosty a speciální konstrukce) b) spoje s částečnou únosností: únosnost spoje je menší než únosnost připojovaného prvku, ale bezpečně zaručuje přenesení působících návrhových vnitřních sil
Podle spojovacích prostředků se rozeznávají a) svarové spoje: tuhé spojení prvků pomocí přidaného materiálu b) šroubové spoje: lehce smontovatelné nebo demontovatelné spojení c) třecí spoje: využívají předpjatých vysokopevnostních šroubů ke zvýšení tření mezi připojovanými prvky d) nýtové spoje: používají se výjimečně, působí jako šrouby namáhané smykem e) čepové spoje: kloubové spojení dvou prvků f) kontaktní spoje: nejčastěji ve formě ložiska
Obr. – Příklady spojů v konstrukci
1
Šroubové spoje Tab. – Kategorie šroubových spojů Spoje namáhané smykem Kategorie A
Kategorie B
Kategorie C
Kategorie D
Kategorie E
Třídy 4.6 až 10.9 Díry standardní nebo přesné
Šrouby namáhané na střih a na otlačení Třecí spoje s vysokopevnostními šrouby s kontrolovaným utažením šroubů. Smykové zatížení nesmí způsobit prokluz, posuzují se ale na střih a otlačení. Třecí spoje s vysokopevnostními šrouby se speciálně upravenými třecími plochami a kontrolovaným utažením šroubů. Spoje namáhané tahem Spoje bez kontrolovaného utažení (nemají se používat pro proměnlivé tahové zatížení mimo zatížení větrem). Spoje s vysokopevnostními šrouby se speciálně upravenými třecími plochami a kontrolovaným utažením šroubů (vhodné pro detaily namáhané na únavu).
Třídy 8.8 a 10.9 Díry standardní, nadměrné nebo prodloužené Třídy 8.8 a 10.9 Díry standardní, nadměrné nebo prodloužené Třídy 4.6 až 10.9 Díry standardní nebo přesné Třídy 8.8 a 10.9 Díry standardní, nadměrné nebo prodloužené
Tab. – Oceli pro šrouby 4.6
5.6
6.8
8.8
10.9
fyb (MPa)
240
300
480
640
900
fub (MPa)
400
500
600
800
1 000
2
Návrh skupiny šroubů
Obr. – Označení roztečí Tab. – Rozteče minimální
doporučené
e1
1,2 d0
2,0 d0
p1
2,2 d0
3,5 d0
e2
1,2 d0
1,5 d0
p2
2,4 d0
3,0 d0
Tab. – Průměry a plochy šroubu d (mm)
12
16
20
24
30
dm (mm)
20,5
25,9
32,3
38,8
49,6
As (mm2)
84,3
157
245
353
561
A (mm2)
113
201
314
452
707
Tab. – Jmenovité vůle pro díry Díry pro šrouby
Jmenovité vůle M12 M16 M20 M24 M30
1 2 2 2 3
mm mm mm mm mm
3 4 4 6 8
mm mm mm mm mm
4 mm 6 mm 6 mm 8 mm 10 mm
3
Šroubové běžné spoje (kategorie A a D) spojovací prostředky – šrouby se šestihrannou hlavou a válcovým dříkem s metrickým závitem, – matice šestihranné a – podložky rovné nebo klínové
A) Šrouby namáhané smykovou silou Fv,Sd Namáhání smykovou silou
Fv , Sd ≤ Fv , Rd
∧
Fv , Sd ≤ Fb , Rd
A1) Únosnost ve střihu
Fv , Rd = n ⋅ n A fub
γMb
0,6 ⋅ f ub ⋅ A
γ Mb
počet střihových rovin plná průřezová plocha dříku mez pevnosti šroubu dílčí součinitel spolehlivosti
A2) Únosnost v otlačení
Fb, Rd =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γ Mb
d průměr šroubu t nejmenší součet tlouštěk materiálu otlačovaných v jednom směru mez pevnosti základního materiálu fu γMb dílčí součinitel spolehlivosti
⎧ e1 ⎫ p 1 f ; 1 − ; ub ; 1,0⎬ ⎩3 d0 3 d 0 4 fu ⎭
α = min ⎨
4
D) Šrouby namáhané tahovou silou Ft,Sd Namáhání tahovou silou
Ft ,Sd ≤ Ft , Rd
∧
Ft ,Sd ≤ B p , Rd
D1) Únosnost v tahu při přetržení šroubu
Ft , Rd = As fub
γMb
0,9 ⋅ f ub ⋅ As
γ Mb
plocha jádra šroubu, mez pevnosti šroubu, dílčí součinitel spolehlivosti materiálu
D2) Únosnost při protlačení hlavy šroubu nebo matice
B p , Rd =
0,6 ⋅ π ⋅ d m ⋅ t p ⋅ f u
γ Mb
střední průměr kružnice opsané a vepsané dm do šestihranu hlavy šroubu nebo matice menší z tlouštěk desky pod hlavou šroubu tp nebo matice fu
γMb
mez pevnosti základního materiálu, dílčí součinitel spolehlivosti materiálu.
Šrouby současně namáhané smykovou silou Fv,Sd a tahovou silou Ft,Sd
Fv,Sd Fv,Rd
+
Ft ,Sd 1,4 Ft ,Rd
≤ 1,0 ∧ Ft ,Sd ≤ B p, Rd
∧ Fv,Sd ≤ Fb,Rd
5
