TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

13/03/2012

Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

1

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE 13/03/2012

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.


13/03/2012

1

13/03/2012

Za studena tvarované profily

3


13/03/2012

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)


13/03/2012

2

13/03/2012

Výhody / nevýhody 5

Výhody:

nízká hmotnost profilů

tvarová variabilita

standardně lepší povrchová úprava

skladnost při dopravě

tvarová variabilita (Trebilcock)

Nevýhody

jednotková cena

větší omezení / komplikace přípojů

nízká požární odolnost

vyžaduje lepší zacházení


13/03/2012

Profily - tyče 6

Otevřené průřezy

Uzavřené průřezy

i pro za studena tvarované – podle EN1993-1-1


13/03/2012

3

13/03/2012

Profily – tyče – složené průřezy 7

Otevřené složené průřezy

Uzavřené složené průřezy


13/03/2012

Široké / plošné profily 8


13/03/2012

4

13/03/2012

Trapézové plechy 9

Bez výztuh

S podélnými výztuhami

S podélnými i příčnými výztuhami


13/03/2012

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 S350 S390 … S550

běžné


13/03/2012

5

13/03/2012

Za studena tvarované profily

11

výroba


13/03/2012

Výroba 12

Ze za studena válcovaného plechu

ohýbáním

lisováním

tažením

válcováním

Povrchová úprava již na plechu před tvářením profilu


13/03/2012

6

13/03/2012

13

Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu (Dubina)


14

13/03/2012

Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu


13/03/2012

7

13/03/2012

15

Výroba ze za studena válcovaných plechů Svitek plechu


16

13/03/2012

Válcování trapézového plechu (Dubina)


13/03/2012

8

13/03/2012

17

Vyválcovaný trapézový plech (Vraný)


18

13/03/2012

Válcování trapézového plechu (Vraný)


13/03/2012

9

13/03/2012

19

Válcování trapézového plechu (Vraný)


20

13/03/2012

Válcování (Rhodes)


13/03/2012

10

13/03/2012

21

Válcování C profilu (Dubina)


22

13/03/2012

Válcování Z vaznice


13/03/2012

11

13/03/2012

23

Válcování Z vaznice


13/03/2012

Profily pro ocelobetonové spřažené desky 24


13/03/2012

12

13/03/2012

25

Tváření ohýbáním (vlevo) a lisováním (vpravo)


26

13/03/2012

Lisování (Dubina)


13/03/2012

13

13/03/2012

Teoretické chování 27

zpevnění rohů tvářením za studena lokální boulení prostorový vzpěr / vzpěr zkroucením distorze průřezu (deformace příčného řezu) borcení stojin pod lokálním zatížením


13/03/2012

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)


13/03/2012

14

13/03/2012

Zvýšení pevnosti vlivem tváření 29

v tahu (výjimečně i tlaku) lze uvažovat fya > fyb

fyb – základní mez kluzu materiálu (tj. před tvářením do profilu)

fya – průměrná hodnota meze kluzu zahrnující zvýšenou mez kluzu v rozích

záleží na způsobu tváření, geometrii a počtu zahnutí Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

Únosnost v tlaku 30

Lokální boulení Distorzní vybočení

únosnost průřezu

Distorze

Celkový vzpěr

Boulení ve smyku

únosnost prutu


13/03/2012

15

13/03/2012

Stabilita 31

Pružné kritické napětí jako funkce délky polovlny křivky vybočení a příklady způsobů ztráty stability Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

Stabilita a vzpěrná únosnost 32


13/03/2012

16

13/03/2012

Lokální boulení 33

Teorie + výpočetní postupy (viz předchozí přednáška – boulení stěn)

σ com b = 1,052 σ cr t

λp =

σ com kσ E

σ com ≤ fy

Stěny: oboustranně podepřené jednostranně podepřené

nevyztužené vyztužené


13/03/2012

Výztuhy 34

Okrajové

Vnitřní


13/03/2012

17

13/03/2012

Výpočet účinných vlastností výztuh 35

Výpočetní model

výztuha podepírá stěnu

výztuha sama boulí (jako pružně podepřený tlačený prut)


13/03/2012

Distorzní vzpěr 36

Distorzní vzpěr (vybočení tlačené výztuhy) lze zavést výpočtem okrajové výztuhy podle EN (foto: Vraný) Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

18

13/03/2012

Pérová tuhost výztuhy 37


13/03/2012

Průběh napětí - idealizace 38

χd – distorzní vybočení Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

19

13/03/2012

Výpočetní postup 39

1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Výztuha tvoří tuhou podporu ⇒ výpočet efektivních šířek K, As, Is Kritické napětí pro distorzní vzpěr σcr pro σcom = fy ⇒ χd (red. pro distorzní vybočení) σcom = χd fy Výpočet ef. šířek pro výztuhu a přilehlou část stěny A s , Is iterace 3. – 7. tred = χd t


13/03/2012

Výsledný účinný průřez 40

be,i 2 ≥ be,i 1

σcom = χd fy

nižší maximální napětí vede k větší účinné šířce

pro posouzení se redukce uvažuje pro tloušťku tred = χd t


13/03/2012

20

13/03/2012

41

Interakce lokálního a distorzního vybočení (Vraný)


42

13/03/2012

Módy vybočení software CUFSM http://www.ce.jhu.edu/bschafer/cufsm Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

21

13/03/2012

Posouzení – průřezy, prvky - ČSN EN 1993-1-3 43

Omezení normy:

0,45 ≤ t ≤ 15 mm 0,45 ≤ t ≤ 4 mm

Tah

tyče plechy

jako běžné profily, zahrnut vliv tváření na mez kluzu A f Nt .Rd = g ya

Tlak

γ M0

interakce mezi lokálním bolením (event. distorzním vybočení) a celkovým vzpěrem Aeff fyb NR λ Aeff = = Nb.Rd = χ Aeff fyb γ M 1 λ = Ncr Ag σ cr λ1 Ag

pokud Aeff = Ag, místo fyb lze použít fya (zároveň horší křivka na vzpěr) Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

Módy vybočení 44

(Dubina)

lokální boulení (L) distorzní vybočení (D) rovinný vzpěr (F) vzpěr zkroucením (T) prostorový vzpěr (FT)


13/03/2012

22

13/03/2012

Prostorový vzpěr 45

jednoose symetrické a svazkové průřezy

vybočení zkroucením prostorový vzpěr

σ cr,T =

1 Ag i o2

 π 2 EI w  GIt +  ℓ2T  

σ cr,TF = interakce mezi σ cr,T ,σ cr,y σ cr,y = π 2 E ( ℓ y i y )

2

jiné křivky vzpěrnosti prostorový vzpěr je i u průřezů tvářených za tepla Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

Kombinace tlak + ohyb 46

∆M z,E d = NE d eN ,y Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

23

13/03/2012

Ohyb 47

Meff .Rd = ( χ LT ) Weff fyd

LT

= fyb Weff Mcr

Klopení / ztráta stability za ohybu

λ

podobně jako pro běžné profily

Využití částečné plastifikace (rozdíl)

dosažení fy na tažené straně – bez omezení

dosažení fy na tlačené straně – omezení


48

13/03/2012

Borcení stojin - porušení (Vraný)


13/03/2012

24

13/03/2012

49

Borcení stojin (Vraný)


13/03/2012

Borcení stojin 50

Excentrický tlak do stojiny Rw,Rd …experimentálně odvozené vztahy


13/03/2012

25

13/03/2012

Borcení stojin 51

Případy (návrhové postupy):

jedna stojina

více než jedna stojina


13/03/2012

Borcení stojin 52

Způsoby zatížení:

a) na okraji nosníku

b) uvnitř nosníku

a) jednosměrné

b) protilehlé

Rw,Rd = f(t2,r/t,Φ,ss..)

součin vlivů


13/03/2012

26

13/03/2012

Kombince M+R 53

MEd F + Ed ≤ 1,25 Mc,Rd Rw,Rd

Rozhoduje např. u trapézových plechů navrženích jako spojité nosníky (MSÚ, ale někdy i MSP)


54

13/03/2012

Tenkostěnné profily Spoje


13/03/2012

27

13/03/2012

Spoje 55

Svary

koutové t ≥ 3 mm (automat… t ≥ 2 mm) nejlépe MAG přeplátované

bodové odporové průvarové


13/03/2012

Spoje 56

Mechanické spoje

slepé nýty

šrouby 3 ≤ d ≤ 8 mm samovrtné závitotvorné

nastřelovací trny

šrouby s maticí


trubkový s trnem

rozpěrací nýty

13/03/2012

28

13/03/2012

Slepé nýty 57

trubkový s trnem

rozpěrací nýty


13/03/2012

Šrouby 58

Jiné způsoby porušení, než u běžných šroubů

naklonění a vytažení šroubu


13/03/2012

29

13/03/2012

Nové typy spojů 59

“Rozetový” system

Lepení (problém životnosti)


60

13/03/2012

Za studena tvarované profily Využití


13/03/2012

30

13/03/2012

Využití 61

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


13/03/2012

Využití 62


13/03/2012

31

13/03/2012

Vaznice a paždíky 63

Profily

Rozpon – až do 10 m (12-15 m)


64

13/03/2012

Za studena tvářené vaznice a paždíky


13/03/2012

32

13/03/2012

připojení svislého střešního ztužidla

65


13/03/2012

Střešní plášť 66

Skládaný střešní plášť Sendvičový panel (tenkostěnné kazety)

→ tuhý ve své rovině

jednoosý ohyb vaznice

příčné zajištění horní pásnice vaznice


CD K

13/03/2012

33

13/03/2012

Statické schémata 67

Prostá Spojitá Vzpěrková

6–8m 6 – 10 m 9 – 15 m


13/03/2012

Spojité – zajištění spojitosti 68

Překryv (dnes běžnější)

Spojovací díl (objímka, rukáv)


13/03/2012

34

13/03/2012

Překrytí – oblast podpory

M sup/2

M sup

69

překrytí


13/03/2012

Spojovací díl 70

Spojovací díl - větší tloušťka plechu


13/03/2012

35

13/03/2012

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


13/03/2012

Distorze příčného řezu 72

CD

Skutečnost

Idealizovaný model

-

+ +

-

+

+


+

-

13/03/2012

36

13/03/2012

Distorze příčného řezu 73

Zjednodušený model CD

=

+ K

y

y

z Tenkostěnné a spřažené konstrukce, Michal Jandera

13/03/2012

Postup dle ČSN EN1993-1-3 74

Kladné momenty:

podepřená (tlačená) pásnice

σ Ed =

Weff ,y

≤ fyd = fy γ M 1

nepodepřená (tažená) pásnice

M y ,Ed

Mfz ≤ fyd = fy γ M 1 Weff ,y Wfz Záporné momenty:

σ Ed =

M y ,Ed

+

nepodepřená (tlačená) pásnice

σ Ed =

M y ,Ed

χ Weff ,y

+

Mfz ≤ fyd = fy γ M 1 Wfz


13/03/2012

37

13/03/2012

Návrhové pomůcky 75

Tabulky PROSTÝ NOSNÍK

SPOJITÝ NOSNÍK S PŘESAHY

PROFIL váha profilu

Z 250/2,0 7,80 kg/m

Z 250/2,5 9,70 kg/m

rozpětí pole L [m]

řádek číslo 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

5,0 3,41 3,41 3,28 2,49 -2,44 -1,92 4,61 4,61 4,25 3,66 -3,31 -2,81

6,0 2,34 2,34 1,86 1,63 -1,65 -1,29 3,17 3,17 2,42 2,43 -2,26 -1,91

7,0 1,70 1,70 1,15 1,12 -1,19 -0,91 2,31 2,28 1,49 1,68 -1,63 -1,37

rozpětí pole L [m]

8,0 1,29 1,15

9,0 1,00

-0,89 -0,68 1,74 1,50 0,97 1,20 -1,22 -1,02

-0,69 -0,52 1,36 1,02

-0,95 -0,78

10,0

1,08

-0,75 -0,62

5,0 4,91 4,91 4,91 3,95 -3,95 -3,16 6,59 6,59 6,59 5,75 -5,29 -4,53


6,0 3,03 3,03 3,03 2,48 -2,64 -2,08 4,10 4,10 4,10 3,57 -3,58 -3,04

7,0 2,09 2,09 2,09 1,70 -1,90 -1,48 2,84 2,84 2,84 2,47 -2,59 -2,19

8,0 1,54 1,54 1,48 1,25 -1,43 -1,10 2,11 2,11 1,92 1,83 -1,95 -1,64

9,0 1,19 1,19 1,02 -1,11 -0,85 1,64 1,64 1,32 1,41 -1,52 -1,27

10,0

1,30 1,30 1,03 -1,21 -1,01

13/03/2012

Návrhové pomůcky 76

Software


13/03/2012

38

13/03/2012

Konstrukční detaily 77

Uložení vaznice


13/03/2012

Konstrukční detaily 78

Hřeben střechy


13/03/2012

39

13/03/2012

Kazety 79


13/03/2012

Kazety 80

nosná funkce paždíku jednoduchá montáž hladký vnitřní líc tuhost v rovině stěny

Statické působení

primární – ohyb (vítr)

sekundární – stěnové


13/03/2012

40

13/03/2012

Bytové domy 81


13/03/2012

Bytové domy 82


13/03/2012

41

13/03/2012

Regálové konstrukce 83

samonosná regál. kce


84

13/03/2012

Tenkostěnné profily Zkoušky za studena tvářených prvků


13/03/2012

42

13/03/2012

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


13/03/2012


Typické zkoušky

trapézové plechy

vaznice atd.

prosté nosníky

spojité nosníky

oblast vnitřní podpory spojitého nosníku

určení rotační tuhosti podepření vaznice


13/03/2012

43

13/03/2012


Vyhodnocení zkoušek

úprava výsledků jedné zkoušky zohledněny materiálové a geometrické charakteristiky…

statistické vyhodnocení skupiny zkoušek pro průkazné výsledky alespoň 4 zkoušky


13/03/2012

Experimenty a software 88

poslední přednáška

ukázka vyhodnocení únosnosti na konkrétních případech experimentů

ukázka podpůrného softwaru pro posouzení a dimenzačního softwaru


13/03/2012

44

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Recommend Documents