Papp Ferenc Ph.D., Dr.habil. Szerkezetépítés II. TERVEZÉSI SEGÉDLET. 4. gyakorlat KAPCSOLATOK. Szakmai lektorok: Bukovics Ádám Ph.D

Papp Ferenc Ph.D., Dr.habil

Szerkezetépítés II. TERVEZÉSI SEGÉDLET

4. gyakorlat

KAPCSOLATOK Szakmai lektorok: Bukovics Ádám Ph.D. Fekete Ferenc

.

A jegyzet egyes szövegrészei és ábrái a TÁMOP 421.B JLK 29. projekt keretében készültek, illetve azoknak továbbfejlesztett változatát tartalmazzák.

Győr 2015

Dr. Papp Ferenc Szerkezetépítés II. – Tervezési segédlet

4.1 Bevezetés A főtartókat gyártási és szállítási okok miatt szerkezeti elemekre kell bontani. Mindkét szempontból optimális az egyenes elemekre, azaz oszlopokra és gerendákra történő felbontás. Ekkor a következő csomópontokat kell megterveznünk (4.1. ábra): oszloptalpak, oszlop-gerenda csomópontok, gerenda-gerenda csomópont.

4.1. ábra: A keretszerkezet megtervezendő csomópontjai

Az oszloptalpak szerkezettani szempontból csuklósak vagy befogottak lehetnek. A befogott oszloptalpak jelentős nyomaték felvételére képesek, ezért a főtartó szempontjából kedvezőek, ugyanakkor az alapozás árát jelentősen megnövelhetik. Az oszlop-gerenda csomópontok a maximális nyomatékoknál helyezkednek el, ezért nagy nyomatéki teherbírást biztosító kialakításra van szükség. A gerenda-gerenda csomópontot célszerű a gerenda töréspontjában (taréjpontban) elhelyezni, ahol a nyomaték általában nem jelentős, így nem szükséges hasonló erőteljes kialakítás. A csomópontok tervezését az alábbi szakaszokban részletezzük. A tervezést a ConSteel program Joint moduljával javasoljuk végrehajtani. A program által alkalmazott méretezési elvek megtalálhatók részben a Tartószerkezetek IV. tantárgy anyagában, részben a jelen tárgy előadás anyagában. A program alkalmazását a 1. melléklet mutatja be. 4.2 Oszloptalpak tervezése A tervezés során három különböző típusú oszloptalp jöhet szóba: • egyszerű kialakítású csuklós oszloptalp, • kiékelt kialakítású félmerev vagy merev oszloptalp, • szárnylemezes kialakítású merev oszloptalp.

2


Az egyes típusok tervezését, illetve a tervezés során felmerülő legfontosabb szakmai kérdéseket az alábbi szakaszokban ismertetjük. 8.2.1 Egyszerű kialakítású csuklós oszloptalp Az egyszerű csuklós oszloptalp kialakítását a 4.2a ábra mutatja. A talplemezt az oszlopszelvény erős tengelyében szimmetrikusan elhelyezett két ragasztott tőcsavar rögzíti a beton alaptesthez. A talplemez és a beton alaptest között 20-30 mm hézag található, ahol egy csavaranya elhelyezésével a függőleges beállítás megoldható. A hézagot a szerelés befejeztével kiöntik. Ez a kialakítás állandó keresztmetszetű hengerelt és hegesztett oszlopszelvények és változó gerincmagasságú hegesztett szelvények esetén javasolt. Az „optimális” kialakításhoz általában az alábbi méretek vezetnek: • 12-16 mm vastagságú talplemez; • 4.6, 4.8 vagy legfeljebb 5.6 minőségű lekötő tőcsavarok; • talplemez vastagságnak megfelelően 20, 24, esetleg 30 mm csavarátmérő. A tervezők régóta alkalmazzák a fenti kialakítást csuklós oszloptalpakra. A vonatkozó EC31-8 szabvány szerint az ilyen oszloptalp általában a félmerev kategóriába esik. Nincs tudomásunk arról, hogy a szabvány bevezetése előtt az ilyen kialakítású oszloptalpak csuklós modellezése miatt szerkezeti problémák, tönkremenetelek merültek volna fel. A több évtizedes kedvező tapasztalat alapján kimondhatjuk, hogy a jelen feladatnál a statikai számítást nem kell módosítani az oszloptalpnál jelentkező részleges befogás miatt: a kialakítás nem csökkenti, sőt feltehetően növeli az egyébként csuklós megtámasztásúnak feltételezett keretszerkezet teherbírását. Ugyanakkor, viszonylag magas szelvények (400-500 mm felett) és vastag talplemezek (16-25 mm felett) esetén a kialakítás nem javasolt, mert a lekötő csavarok jelentős mértékű húzóerőt kaphatnak a befogási nyomatékból, ami végső esetben a talplemez töréséhez, és/vagy a ragasztott tőcsavarok kihúzódásához vezethet. Ilyenkor egy lehetséges megoldás, hogy az oszlop végét megfelelő magasságú keresztmetszetre (kb. 300 mm-re) csökkentjük (4.2b ábra). Ebben az esetben a méretezés, illetve ellenőrzés során a csökkentett keresztmetszettel dolgozunk. (a) 300-400 mm magas szelvényig

(b) 400 mm-nél magasabb szelvény esetén

4.2 ábra: Egyszerű csuklós oszloptalp kialakítása ragasztott tőcsavarok alkalmazásával

4.2.2 Kiékelt kialakítású félmerev vagy merev oszloptalp A kiékelt félmerev vagy merev oszloptalp kialakítást a 4.3 ábra mutatja. A kialakítást hengerelt, vagy állandó keresztmetszetű hegesztett oszlopszelvények esetén alkalmazzuk. Az

3


oszloptalp nagy valószínűséggel a félmerev kategóriába esik, mivel a merev kategóriába sorolásnak az alábbi tényezők gátat szabnak: • kevés számú lehorgonyzó csavar miatt viszonylag kicsi az eredő csavarkeresztmetszet; • 8.8 vagy 10.9 szilárdságú csavarok alkalmazása esetén jelentős lehet a csavarok megnyúlása; • talplemez jelentős túlnyúlása szerkezettani problémákhoz vezethet.

4.3 ábra: Kiékelt félmerev vagy merev oszloptalp kialakítás

Az oszloptalp nyomatéki teherbírását elsősorban a csavarok átmérője és anyagminősége, a talplemez vastagsága és túlnyúlása határozza meg. Viszonylag nagy talplemez túlnyúlás és 8.8 vagy 10.9 minőségű csavarok esetén az oszloptalp merev is lehet. Ugyanakkor az oszloptalp túlnyúlása (és esetleg a nagyobb bordamagasság) akadályozhatja a csarnok épületszerkezeti kialakítását. Szerkezettanilag elfogadható talplemez túlnyúlás esetén (és a többi paraméter megfelelő megválasztása mellett) az oszloptalp nyomatéki teherbírása elérheti a tervezési nyomaték értékét, de nagy valószínűséggel a csomópont félmerev kategóriába fog esni. Ekkor a szerkezet analízisét újra el kell végezni a szabvány által meghatározott kezdeti rugalmas befogás feltételezésével, majd az oszloptalpat újra ellenőrizni kell. A jelen feladatban nem javasoljuk ezen oszloptalp kialakítás alkalmazását. 4.2.3 Szárnylemezes kialakítású merev oszloptalp A szárnylemezes merev oszloptalp kialakítását a 4.4 ábra mutatja. Erre a kialakításra a szabvány nem ad közvetlen számítási eljárást. A 2. melléklet egy lehetséges számítási modellt mutat be. Ezen az algoritmuson alapszik a ConSteel/Joint program eljárása is. A program nem ellenőrzi az oszloptalp merevségi osztályát, de feltételezhetjük, hogy a merev kategóriába esik. Szerkezettanilag helyes és gazdaságos merev oszloptalp kialakítást kapunk, ha az alábbi szempontoknak megfelelően választjuk meg a tervezési paramétereket: • A tervezést a terhek megadásával kezdjük, mert a program nem reális nyomatéki igénybevétel esetén (ha például a tervezési nyomaték túl nagy, vagy túl kicsi) hibát jelez, mert a nyomott betonzóna effektív hosszát meghatározó másodfokú egyenlet megoldhatatlanná válik. • A szárnylemez optimális magassága első megközelítésben az oszlopszelvény magasságának fele lehet. A következő konkrétabb esetekben ettől kissé célszerű eltérni: (i) kisebb oszlopszelvénynél (pl. HEA300) 200 mm, nagyobb oszlopszelvénynél (pl. HEA 600) 240-260 mm az optimális méret, de cél az alacsonyabb szárnylemez alkalmazása.

4


• • • • •

A szárnylemez vastagsága az oszlopszelvény övének vastagságával azonosnak vehető, természetesen a legközelebbi járatos lemezvastagságra kerekítve. A talplemez méretét célszerű a lehető legkisebbre felvenni. Tapasztalat szerint az optimális magasság a minimális méret plusz kb. 100-100 mm. A talplemez szélességét mindenképpen a lehetséges legkisebbre kell felvenni. A talplemez optimális vastagsága 20-30 mm, az oszlopszelvény méretétől függően. Az ajánlott csavarminőség 4.6, 4.8 vagy 5.6. A csavarok átmérője igazodjon a talplemez vastagságához, azonban robosztus oszlopszelvényeknél (pl. egy HEB 800 szelvény esetén) szóba jöhet akár a 48 vagy 56 mm átmérő is. A szárnylemezt a talplemezhez bekötő varratok általában szakaszosak, mivel például a két öv közötti belső varrat kisebb szelvényeknél (pl. IPE300) nehezen készíthető el. Ezért a számítás csak az öveken túlnyúló rész kétoldali sarok- vagy tompavarratait veszi figyelembe. Teljes beégésű tompavarrat alkalmazása esetén (drága megoldás!) a varratot nem kell ellenőrizni, az alapanyag vizsgálata a mértékadó.

4.4 ábra: Szárnylemezes merev oszloptalp kialakítás

5


4.2.4 Számítási példa Az alábbi számítási példa a befogott oszloptalp tervezését és dokumentálását mutatja be a ConSteel/Joint modul alkalmazásával. 4. Csomópontok tervezése Design of joints A kapcsolatokkal a keretszerkezetet egyenes gyártási egységekre (oszlopokra és gerendákra) bontjuk. A keretszerkezet folytonos merevségét és teherbírását nyomatékbíró kapcsolatokkal biztosítjuk. Ennek megfelelõen az alábbi csomópontok tervezését végezzük el: The frame is divided into straight fabrication units (columns and beams). The continuity of stiffness and resistance of the frame is ensured by moment resistant connections. According to this aim following connectuions are designed: - oszloptalpak; column bases - oszlop-gerenda csomópontok; beam-to-column joints - gerenda-gerenda csomópont. beam-to-beam joint A tevezést a ConSteel szoftver Joint moduljával végezzük el. Design is performed by the Joint modul of the ConSteel software. 4.1 Oszloptalpak tervezése Design of column bases Az analízis során feltételeztük, hogy az oszlopok befogottak. Ennek megfeleloen szárnylemezes kialakítású merev oszloptalpat tervezünk. In the analysis it was assumed that the column bases are fixed. Therefore rigid column bases with double gussit plates are designed. 4.1.1 Kiindulási adatok Initial parameters Tervezési igénybevételek Design forces - mértékadó teherkombináció: 11. tk. relevant load combination: LCC 11 - igénybevételek design forces NEd := 186.4 ⋅ kN M y.Ed := 398.6 ⋅ kN⋅ m Vz.Ed := 169.5 ⋅ kN⋅ m Geometriai paraméretek Geometric parameters - talplemez: 430-800 (t=25) column base plate - szárnylemez: 250-800 (t=20) gusset plates - lehorgonyzó csavar: M30 5.6 (700/100) minõség anchorage bolts: Grade 5.6 Varratok Welds - oszlopszelvényt bekötõ varratok welds to connect the column shape kétoldalú sarokvarat öveknél: 6 double fillet welds for flanges kétoldalú sarokvarrat gerincnél: 5 double fillet welds for web - szárnylemezeket bekötõ varratok

6

Dr. Papp Ferenc Szerkezetépítés II. – Tervezési segédlet - szárnylemezeket bekötõ varratok welds to connect gusset plates öv-szárnylemez sarokvarrat: 6 flange-to-gusset plate fillit weld szárnylemezt lekötõ sarokvarrat: 6 gusset plate-to-base plate fillit weld A gépi ellenõrzõ számítás eredményét az alábbi ábra mutatja. A tervezés teljes gépi dokumentációját a Melléklet tartalmazza. Results of the computer based design procedure are shown by the picture below. The full computer documentation of the design can be found in the Annex.

4.3 Oszlop-gerenda csomópontok tervezése 4.3.1 Csomópont típusok a gerendavég kialakításától függően A gerendavég kialakítása szempontjából az alábbi két oszlop-gerenda csomópont típus javasolt: • színelő homloklemezes kialakítás, • kiékelt homloklemezes kialakítás. Mindkét esetben törekedni kell a merev kategória elérésére, de rugalmas elven történő tervezés esetén nem előírás a teljes szilárdság. A jelen tervezési feladat keretében a részleges szilárdságú oszlop-gerenda csomópont akkor fogadható el, ha a kialakításban „nincs benne” a teljes szilárdság lehetősége (ez a helyzet például a változó gerincmagasságú, hegesztett tartóknál fordulhat elő, különösen, amikor a gerendavég szilárdsági kihasználtsága közel van a teljes kihasználtsághoz).

7


Színelő homloklemezes csomóponti kialakítást mutat a 4.5 ábra. Látható, hogy a homloklemez csak 10-15 mm-el nyúlik túl az öveken abból a célból, hogy a külső sarokvarratok kialakíthatóak legyenek. Teljes beégésű tompavarrat alkalmazása esetén a túlnyúlás elhagyható, de meg kell jegyeznünk, hogy az ilyen varratkialakítás költséges!

4.5 ábra: Színelő homloklemezes oszlop-gerenda csomópont kialakítása

Kiékelt homloklemezes kialakítást mutat a 4.6 ábra. A kiékelés lehet rövid (a kiékelés magasságának kb. 1,5-2,0-szerese), és lehet hosszú. Melegen hengerelt gerendaszelvény esetén a kiékelést gyakran a gerenda szelvényéből megfelelő hosszban levágott darab gerincének ferde átvágásával állítják elő.

vágás

hengerelt szelvény

4.6 ábra: Kiékelt homloklemezes oszlop-gerenda csomópont kialakítása

4.3.2 Merevítők alkalmazása Az oszlop-gerenda csomópontok kialakításának fontos elemei a különböző merevítő bordák, amelyek az alábbi típusokba sorolhatóak: • gerincmerevítők, • övmerevítők, • nyírási merevítők. Gerincmerevítő bordáról beszélünk, ha például a gerenda öveinek vonalában az oszlop gerincére merevítő lemezeket hegesztünk (4.7 ábra). A gerincmerevítő bordák alkalmazása plusz költséget jelent, de rendszerint nem mellőzhetőek, ha merev és teljes szilárdságú csomópontot kívánunk kialakítani.

8


(a)

(b)

4.7 ábra: Gerincmerevítők alkalmazása merev és teljes szilárdságú csomóponti viselkedés érdekében: (a) színelő homloklemezes kialakítás; (b) kiékelt homloklemezes kialakítás;

Övmerevítő (övhizlaló) lemezt általában csak hengerelt oszlopszelvényeknél alkalmazunk, ahol az öv vastagsága kötött, és ahol a csomópont ellenállását az öv hajlítása határozza meg (4.8 ábra). Hizlaló lemez alkalmazása általában csak akkor hatásos, ha a lemez és a gerinc megfelelő méretű és kialakítású varrattal van összekapcsolva (ellenkező esetben a merevítést nem szabad figyelembe venni). A feladatban övmerevítő alkalmazását nem javasoljuk.

4.8. ábra: Övmerevítő (övhizlaló) lemez alkalmazása hengerelt oszlopszelvényű, színelő homloklemezes csomópont esetén

Nyírási merevítő alkalmazásával elkerülhető, hogy a viszonylag vékony oszlopgerinc horpadása legyen a mértékadó (4.9 ábra). A nyírási merevítő általában kétoldali, azonban (a) (b)

4.9 ábra: Nyírási merevítők alkalmazása: (a) színelő homloklemezes kialakítás; (b) kiékelt homloklemezes kialakítás;

9


szerkezeti okok miatt (pl. merevítő rudak bekötése) egyoldali kialakítás is elképzelhető. Nyírási merevítő alkalmazására elsősorban magasabb IPE, vagy hegesztett szelvényeknél lehet szükség. A nyírási merevítő elhelyezése drága „élőmunkát” igényel, ezért alkalmazását próbáljuk meg elkerülni! 4.3.3 Tervezési paraméterek Merev és teljes szilárdságú csomópont érdekében az alábbi szempontok figyelembe vételét javasoljuk: • Az Lb gerendahosszt a két oszlop közötti távolságra vegyük fel. • A homloklemez vastagságát az oszlopszelvény övlemezének vastagságára, vagy annál 24 mm-rel vastagabbra vegyük fel. A homloklemez vastagságának növelése egy határ felett hatástalan! • A csavarokat 8.8, de inkább 10.9 minőségre válasszuk, és az átmérőt a homloklemez vastagsághoz igazítsuk (például 20 mm-nél vastagabb homloklemezeknél akár M30-as csavar is alkalmazható). • A gerincmerevítő bordák vastagsága ne legyen kisebb, mint a gerenda övlemezének vastagsága. Azonban a bordák vastagságának túlzott növelése hatástalan! • Csak akkor alkalmazzunk nyírási merevítőt, amikor az elkerülhetetlen! A nyírási merevítő vastagsága legyen azonos a gerincmerevítők vastagságával. • Sok esetben a csomópont teherbírását az oszlopszelvény övének vastagsága határozza meg (övhajlítás). Hegesztett szelvények övvastagsága kiváltó lemez alkalmazásával megnövelhető (lásd a 4.3.4 szakaszt). Hengerelt szelvény esetén övmerevítők alkalmazásával növelhetjük az övhajlítási ellenállást. Övmerevítő alkalmazása nem minden esetben vezet eredményre (például az oszlopgerinchez hozzá nem hegesztett hizlalólemez csak akkor hatásos, ha az övlemez törése nem a gerinc tövében alakul ki). • A csavarkép kialakítására nincs előírás. Költségkímélés miatt egyre gyakrabban alkalmazzuk „ritka” csavarkiosztást (lásd például a 4.7 ábrát), de alkalmazható a konzervatív szerkesztési elvnek megfelelő, viszonylag sűrű és egyenletes kiosztás is. • Kiékelt kialakításnál vigyázzunk arra, hogy a kiékeléshez közel eső alsó csavarok elhelyezése akadálytalan legyen (ütközésvizsgálat)!

4.3.4 Speciális csomóponti kialakítás hegesztett, magas gerincű szelvények esetén A változó gerincmagasságú szerkezeti elemekből épített keretszerkezetek oszlop-gerenda csomópontjainál kiékelés, vagy homloklemez túlnyújtás alkalmazása nem célszerű. Színelő homloklemezes kialakítás esetén, anyagtakarékosság miatt, ami a tömegtermelés alaptulajdonsága, az oszlopszelvény lemezei olyan vékonyak (az övlemezének vastagsága általában 12-16 mm, a gerinclemez vastagsága általában 6-8 mm), hogy azokkal sem merev, sem megfelelő szilárdságú csomópont nem alakítható ki. Nyírási- és övmerevítők alkalmazása helyett javasoljuk a „kiváltó” oszlopfej alkalmazását. A megoldás lényege, hogy az oszlopgerenda csomópont környezetében az eredeti öv- és gerinclemezt megszakítjuk, és az eredeti lemezeket kb. 1,5÷2,0-szer vastagabb lemezekkel helyettesítjük (4.10b ábra). A kiváltó lemezes megoldás a gerendavég gerince esetén is lehetséges, amennyiben arra szükség van.

10


(a)

(b)

kiváltó gerinclemez

kiváltó övlemez

4.10. ábra: Oszlop-gerenda csomópont magas gerincű hegesztett szelvények esetén: (a) kezdeti színelő homloklemezes kialakítás; (b) kiváltó lemezes kialakítás.

11


4.3.5 Számítási példa Az alábbi számítási példa a tervezési feladatban szereplő főtartó oszlop-gerenda csomópontjainak tervezését és dokumentálását mutatja be, a ConSteel/Joint program alkalmazásával. 4.2 Oszlop-gerenda csomópont tervezése Design of beam-to-column joint s Az analízis során feltételeztük, hogy a keretsarkok nyomatékbíró kapcsolatokkal kerülnek kialakításra. A megfelelõ merevség és teherbírás elérése érdekében a csomópontokban az oszlopszelvény gerinclemezét nyírási merevítõvel (hízlaló lemezzel) kell megerõsíteni. In the analysis it was assumed that the beam-to-column joints are constructed with moment resistant connections. The column web should be strengthed with shear plate in order to get appropriate stiffness and moment resistance. 4.2.1 Kiindulási paraméterek Initial parameters Tervezési igénybevételek Design forces - mértékadó teherkombináció: 11 tk. relevant load combination: LCC 11 - igénybevételek design forces gerendavégen NEd := −188.6 ⋅ kN M y.Ed.1 := 413.4 ⋅ kN⋅ m Vz.Ed := 136.7 ⋅ kN at end of beam oszlopvégen NEd := −172.5 ⋅ kN M y.Ed := 399.0 ⋅ kN⋅ m Vz.Ed := 162.0 ⋅ kN at end of column Geometriai paraméterek Geometric parameters - homloklemez: 170-740 (t=16) end plate - kiékelés övlemeze: 170-3750 (t=20,8) flange of haunch - kiékelés gerinclemeze: 330-3750 (t=8) web of haunch - gerincmerevítõ lemezek: 80-468 (t=16) web stiffeners - csavarok: M24 10.9 grade of bolts - gerinchizlaló lemez: 680-12 shear plate at web of column Varratok Welds - oszlopszelvényt bekötõ varratok welds to connect column shape felso öv kétoldali sarokvarata: 3 double fillet welds for upper flange gerinc kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for web alsó öv kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for bottom flange

12


- kiékelést bekötõ varrtok welds for the haunch öv kétoldali sarokvarrata: 6 double fillet welds for flange gerinc kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for web - gerinchizlaló lemezt bekötõ sarokvarrat: 12 thickness of shear plate 4.2.2 Ellenõrzés Checking A gépi ellenõrzõ számítás eredményét az alábbi ábra mutatja. A tervezés teljes gépi dokumnetációját a Melléklet tartalmazza. Results of the computer based design procedure are shown by the picture below. The full computer documentation of the design can be found in the Annex.

13


4.4 Gerenda-gerenda csomópont tervezése 4.4.1 Csomóponti kialakítások Az oszloptalp és az oszlop-gerenda csomópontok megtervezése után egy merev és megfelelő szilárdságú gerenda-gerenda kapcsolat konstruálása már nem jelent nagy kihívást. A szóba jöhető szerkezeti kialakításokat a 4.11 ábra mutatja. (a)

(b)

(c)

4.11. ábra: Gerenda-gerenda csomópontok homloklemezes kialakításai

A tervezés vezérelve legyen a költségkímélés! Ebből a szempontból az (a) megoldás az optimális, amely erőtani szempontból akkor vezet megfelelő eredményre, ha a gerenda szelvényének ellenállása nincs kihasználva és a szelvény viszonylag magas (pl. IPE szelvény esetén). A kapcsolat ellenállása némileg még növelhető, ha a húzott zónában két csavarsort helyezünk el. Amennyiben ez a kialakítás nem vezet eredményre, akkor válasszuk a (b) megoldást, ahol a homloklemez a húzott övnél túlnyúlik, de csak annyira, hogy egy külső csavarsor is elhelyezhető. Célszerű a gerinc síkjában kiékelő lemezt is elhelyezni, ami a számítás menetét nem befolyásolja. Azon kivételes esetekben, amikor ez a kialakítás sem vezet eredményre, alkalmazzuk a (c) megoldást, ahol a homloklemez túlnyúlása nagyobb, és övlemezes kiékelést alkalmazunk. Optimális gerenda-gerenda csomóponthoz az alábbi szempontok figyelembe vétele vezethet: • az Lb gerendahosszt a két oszlop közötti távolságra vesszük fel; • 16-25 mm vastag homloklemez, a szelvény méretétől függően; • célszerű a gerenda-oszlop kapcsolatoknál alkalmazott csavarátmérő használata (többféle csavarátmérő alkalmazása a beszerzést és a szerelést is nehezíti); • egyenletes, sűrű csavarkiosztást, és/vagy magas kiékelést (c) csak nagyon indokolt esetben alkalmazzunk, mert gazdaságtalan!

14


4.4.2 Számítási példa Az alábbi számítási példa a gerenda-gerenda csomópont tervezését és dokumentálását mutatja be a ConSteel/Joint modul alkalmazásával. 4.3 Gerenda-gerenda csomópont tervezése Az analízis során feltételeztük, hogy a gerenda-gerenda csomópont nyomatékbíró kapcsolattal készül, ezért nyomatékbíró csavarozott homloklemezes kapcsolatot tervezünk. In the analysis it was assumed that the beam-to-beam joint is constructed with moment resistant connection, therefore a moment resistant bolted and endplated connection is designed. 4.3.1 Kiindulási adatok Initial parameters Tervezési igénybevételek Design forces - mértékadó teherkombináció: 11 tk. relevant load combination: LCC 11 - igénybevételek design forces NEd := −169.2 ⋅ kN M y.Ed := 90.7 ⋅ kN⋅ m Vz.Ed := 29.9 ⋅ kN Geometriai méretek Geometric parameters - homloklemez: 170-390 (t=20) endplate - csavarok: M24 10.9 bolts Varratok Welds - felsõ öv kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for upper flange - gerinc kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for web - alsó öv kétoldali sarokvarrata: 3 double fillet welds for buttom flange 4.3.2 Ellenõrzés Checking A gépi ellenõrzõ számítás eredményét az alábbi ábra mutatja. A tervezés teljes gépi dokumnetációját a Melléklet tartalmazza. The results of the computer based design are shown by the picture below. The full computer documentation of the design can be found in the Annex.

15


16


1. Melléklet Befogott oszloptalp nyomatéki teherbírása (méretezési segédlet) M1.1 Alapfeltevések A számítás algoritmusát a következő alapfeltevésekre építjük fel: • Az oszlopvégen számított ( N Ed , M Ed ) tervezési igénybevételek az öveket a talplemezhez kötő kétoldali sarokvarratokon (a w. f

• • •

) és az övek peremét a szárnylemezekhez kötő külső

sarokvarraton (a w.c ) adódnak át az oszloptalpra. A tervezési nyíróerőt (V Ed ) az oszlopgerinc kétoldali sarokvarrata (a w.w ) viszi át a talplemezre. A húzott csavarsor, illetve a nyomott zóna által közvetített erők egyszerű hajlítással terhelik a talplemez és szárnylemezek alkotta merev tartót. A két szárnylemez, az oszlopszelvény és a szárnylemezekre merőleges külső merevítő bordák (amennyiben vannak) két egybevágó kapcsolati egységet képeznek (M1.1 ábra). Egy ilyen kapcsolati egységről feltételezzük, hogy egy merevített, I szelvényű oszloptalp.

1

2

M1.1 ábra: Az oszloptalp felbontása két egybevágó I szelvényű merevített oszloptalpra

Az oszloptalp teherbírás vizsgálatának lépései a fenti alapfeltevésekből következően az alábbiak: • az oszlopszelvény bekötésének ellenőrzése; • a talpgerenda tervezési igénybevételeinek meghatározása; • a talpgerenda teherbírásának ellenőrzése; • a talplemez teherbírásának ellenőrzése; • az oszloptalp nyírási ellenállásának ellenőrzése. A fenti vizsgálatok részleteit a következőkben mutatjuk be.

17


M1.2 Oszlopszelvény bekötésének ellenőrzése Tételezzük fel, hogy a talplemezből és a két szárnylemezből álló gerenda az oszlopvéget mereven befogja. A gerenda és az oszlopvég közötti merev kapcsolatot a szelvény öveit és gerincét a talplemezhez bekötő varratok ( a w. f és a w.w ) és az övek peremét a szárnylemezekhez bekötő varratok ( a w.c ) biztosítják (M1.2 ábra):

aw.c

aw.w aw.f

M1.2 ábra: Az oszlopvéget bekötő varratok elrendezése

Feltételezésünk szerint a tervezési nyíróerőt (VEd) a gerincbekötő varratok, a tervezési normálerőt (NEd) és a hajlító nyomatékot (MEd) az öveket bekötő varratok veszik fel. A varratok teherbírását az egyszerűsített módszer alapján határozzuk meg. Először kiszámítjuk a gerincbekötő varrat ellenállását a nyíróerővel szemben. A figyelembe vehető varrathossz: - hengerelt szelvény esetén: l w.eff = h − 2 (t f + r ) - hegesztett szelvény esetén: l w.eff = h − 2t f ahol h az oszlopszelvény magassága, t f az övlemez vastagsága, r a hengerelt szelvény nyaki rádiusza. Az egységnyi hosszú varrat ellenállása: f / 3 Fw.Rd = 2 a w.w u

β wγ M 2

ahol f u az alapanyag szakítószilárdsága, β w a sarokvarrat korrekciós tényezője, γ M 2 a kapcsolatokra vonatkozó parciális tényező. Az egységnyi varrathosszra jutó tervezési erő egyenletes eloszlását feltételezve: V Fw.Ed = Ed l w.eff A fentiek alapján a gerincbekötő varrat kihasználtsága: F R1 = w .Ed Fw .Rd A bekötés nyíróerőre megfelelő, ha R1 ≤ 1.0 . A tervezési normálerőt és hajlító nyomatékot az övbekötő varratok veszik fel. A varratok hasznos hosszait az alábbiak szerint számítjuk ki: - az övlemezt a talplemezhez bekötő varratok hasznos hossza: l f .eff = b − 2 a w. f - az övlemezt a szárnylemezhez bekötő varratok hasznos hossza: lc.eff = hs − 2 aw.s

18


A bekötő varratok egységnyi hosszára jutó ellenállás: - az övlemezt a talplemezhez bekötő varratok esetén:

Fw. f . Rd = 2 aw. f

- az övlemezt a szárnylemezhez bekötő varratok esetén:

Fw.c .Rd = aw.c

fu / 3

β wγ M 2

fu / 3

β wγ M 2

Az övlemezhez tartozó összes bekötő varrat ellenállásának eredője: Fw. Rd = l f .eff Fw. f . Rd + 2lc.eff Fw.c. Rd Az övlemezre jutó mértékadó tervezési erő:  M  N  F w. Ed = abs Ed  + abs Ed  h−t   2  f   Az övbekötő varratok kihasználtsága: F R2 = w.Ed Fw.Rd A bekötés normálerőre és hajlító nyomatékra megfelelő, ha R2 ≤ 1.0 .

M1.3 A talpgerenda tervezési igénybevételeinek meghatározása Az oszlopvéget bekötő varratok ellenőrzése után feltételezhetjük, hogy az oszlopvégen ébredő tervezési erőket a varratok átadják a merev talpgerendára. Most a talpgerenda tervezési igénybevételeit határozzuk meg. A szerkezet mechanikai modelljét az M1.3 ábra szemlélteti. NEd , MEd Húzott oldal

Nyomott oldal

Fc.Ed Ft.Ed fjd ep1 e1

leff h p = h + 2e p 1

leff/2

c ts c

beff

M1.3 ábra: A talpgerenda tervezési igénybevételeinek számítását szolgáló gerenda modell

19


A modell feltételezi, hogy a talpgerenda nyomott zónájában (ahol nekifeszül a beton alaptestnek) a feszültségeloszlás egyenletes, a felfekvő területet a szárnylemezek alatti effektív felfekvési szélesség (beff) és az effektív hossz (leff) határozza meg. Az eredő húzóerő a húzott csavarsor középvonalán, az eredő nyomóerő a felfekvési terület középpontjában helyezkedik el. A nyomott zóna beff effektív szélességét meghatározó felfekvési szélesség az EC3 szerint: fy c = tp 3 f jγ M 0 ahol tp a talplemez vastagsága, fy az alapanyag folyási szilárdsága, és fj a beton tervezési parciális szilárdága, F f j = Rdu leff beff ahol FRdu az EC2 által meghatározott koncentrált tervezési ellenállási erő, Ac 1 FRdu = Ac 0 f cd ≤ 3.0 f cd Ac 0 Ac 0 ahol Ac0 a terhelt terület, Ac1 az előzővel azonos alakú legnagyobb tervezési eloszlási terület, illetve fcd a beton tervezési szilárdsága. A fenti modellben figyelembe vehető betonszilárdság: F f jd = β j Rdu leff beff ahol az alapozás anyagi tényezője β j = 2 / 3 , feltéve, hogy a talplemez és az alaptest közötti kiöntés szilárdsága minimum 20%-a az alapbetonnak, illetve vastagsága nem nagyobb, mint a talplemez szélességének 20%-a. A felfekvési szélesség ismeretében a hatékony szélesség: beff = 2 ⋅ c + t s A nyomott zóna effektív hosszát a húzott csavarsorra felírt nyomatéki és erőegyensúlyi egyenletekből határozhatjuk meg: M t = N Ed (hp / 2 − e1 ) + M Ed Fc.Ed (hp − e1 − leff / 2) = M t ahol h p = h + 2e p1 és Fc..Ed = 2 f jd beff leff . Bevezetve az alábbi paramétereket, az egyenletek által meghatározott másodfokú egyenlet megoldásaiból megkapjuk az leff hatékony hosszat: a = beff f jd

b = −2beff (h p − e1 ) f jd c=Mt és

leff .1 =

− b + b 2 − 4 ac 2a

− b − b 2 − 4 ac 2a = min( leff .1 ; leff .2 )

leff .2 = leff

A keresett tervezési erőket a beff effektív szélesség és leff effektív hossz ismeretében az alábbiak szerint számíthatjuk:

20


- tervezési nyomóerő:

Fc. Ed = 2l eff beff f jd

- tervezési húzóerő:

Ft .Ed = Fc.Ed − N Ed

M1.4 Talpgerenda ellenállásának vizsgálata A fenti belső tervezési erők ismeretében a talplemezből és a szárnylemezekből álló merev gerenda szilárdsága ellenőrizhető. A mereven viselkedő gerendát a fentiekben meghatározott erők mint „külső” hatások támadják, nyírást és hajlítást okozva (M1.4a ábra). h

(a)

MEd/h

NEd/2 ct

cc hs tp p1

Ft.Ed Mt

(b)

Fc.Ed Mc

Vt

Vc

M1.4 ábra: Talpgerenda egyszerűsített modellje

A tervezési húzóerő az oszlop övének középvonalától ct = e p1 − e1 távolságban, a tervezési nyomóerő cc = e p1 − leff / 2 ha leff ≤ e p1

cc = leff / 2 ha leff ≥ e p 1 távolságban hat. Így a gerenda tervezési igénybevételei az alábbiak lesznek (M1.4b ábra): M c = Fc. Ed ⋅ cc M t = Ft . Ed ⋅ ct Vc = Fc. Ed Vt = Ft . Ed

21


ts

1 hs/2

X’

hs es

2 tp

3 bp M1.5 ábra: A talpgerenda keresztmetszete

Az M1.5 ábra a talpgerenda keresztmetszetét mutatja. Tételezzük fel, hogy a talplemez - mint a keresztmetszet övlemeze - teljes szélességében dolgozik, azaz a lemez konstans nyomófeszültség mellett legalább 3. keresztmetszeti osztályba tartozik. Az övlemez minimális szélessége: b p = b + 2 ⋅ (t s + e p 2 ) ahol b az oszlopszelvény övszélessége, ts a szárnylemezek vastagsága, ep2 a talplemez túlnyúlása. A keresztmetszeti jellemzők további részletezés nélkül: - felület: A = 2 hs t s + bpt p - statikai nyomaték X’-re:

S X ' = bpt p (hs + t p )/ 2

- súlypont:

es =

- inercianyomaték: - km.-i modulusok:

S x' A   t s hs3 2 I x = 2 + hs t s es2  + bpt p (hs + t p − es )  12 

Wx.1 =

Ix

Wx.3 =

Ix

Wx.3 =

Ix

hs hs hs + es − es + t p − es 2 2 2 Az előzőekben meghatározott tervezési igénybevételekből a feszültségeket a talpgerendában: max (Vt ;Vc ) - nyírási feszültség τ Ed = 2 hst s max(M t ; M c ) - hajlítási feszültség σ x.Ed = min (Wx.1 ;Wx.3 ) amelyből a talpgerenda kihasználtsága: R3 =

2 σ x2. Ed + 3τ Ed

f y /( 3γ M 0 )

A talpgerenda nyírásra és hajlításra megfelel, ha R3 ≤ 1.0 . Amennyiben a szárnylemezek nem kerülnek bebetonozásra, akkor a lemezvastagság minimális értékét (ts.min) a lemezhorpadás határállapota határozza meg. A szárnylemez horpadása nem mértékadó, ha kielégíti a 3. keresztmetszeti osztály követelményét (M1.6 ábra): - lemezszélesség: hs W ψ = − x.3 - nyomófeszültség: Wx.1

22


- befogási tényező: - minimális vastagság:

kσ = 0,57 − 0,21ψ + 0,07ψ 2 hs t s . min = 21ε kσ

σ1 ts hs

σ2 M1.6 ábra: Szárnylemez horpadásvizsgálata

A talpgerenda feltételezések szerinti működésének feltétele, hogy a szárnylemezt és a talplemezt összekötő varrat megfelelően erős legyen (M1.7 ábra):

talplemezt és szárnylemezt összekötő varrat (aw.s)

M1.7 ábra: Szárnylemezt talplemezhez bekötő varrat

Viszonylag keskeny övű szelvények esetén (pl. IPE) a belső varrat elkészítése nehézségbe ütközhet, ezért a biztonság javára feltételezzük, hogy húzó-, illetve nyomóerőre csak a szárnylemezek oszlopöveken túlnyúló részein elhelyezkedő varratrész dolgozik. A mértékadó közvetlen varratteher: max[Ft . Ed ; Fc. Ed ] Fw. Ed = ∑ lw.eff ahol a hasznos varrathossz: ∑ lw.eff = 4 ⋅ e p1 A varrat fajlagos ellenállása: f / 3 Fw.s. Rd = aw.s u

β wγ M 2

A fentiek alapján a kétoldalú sarokvarrat vagy tompavarrat minimális mérete: Fw. Ed t a w. s ≥ ≤ s fu 2 3 β wγ M 2 Teljes beégésű tompavarrat esetén az alapanyag vizsgálata a mértékadó.

23


M1.5 Talplemez ellenállásának vizsgálata Az oszloptalp működésének feltétele, hogy a talplemez kellő ellenállással rendelkezzen. A talplemez tönkremenetele egyrészt a közvetlen teher okozta lemeztöréssel, másrészt a csavarok törésével következhet be. A jelen kialakítású talplemez esetére a szabvány nem ad közvetlen érvényű megoldást, ezért a feladatot vissza kell vezetnünk a szabvány által támogatott alapfeladatra. Tételezzük fel, hogy a szárnylemezek külön-külön úgy működnek, mint egy bordákkal merevített I szelvény gerince (M1.8 ábra). e

m

m

e e1 m2

merevítő szárnylemez

oszlopszelvény

M1.8 ábra: Szárnyelemez és bordák alkotta helyettesítő I szelvény

A húzott oldalra alkalmazzuk a szabvány véglemezekre vonatkozó előírásait (ld. az MSz EN 1993-1-8 szabvány 6.6 táblázatát), amelynek értelmében a helyettesítő T csonk effektív hossza: • kör alakú töréskép esetén leff .cp = min( m; m2 ) ⋅ 2 ⋅ π • más alakú töréskép esetén ahol • az elemszél távolság • a belső távolságok

leff .nc = α ⋅ m

e = e2 illetve e1 m = e p 2 − e2 − aw.c

m 2 = e p1 − e1 − a w. f Amennyiben az oszlopszelvény övének „meghosszabításaként” merevítő bordákat is alkalmazunk, akkor az α tényezőt a szabvány grafikonja alapján kell meghatározni (ld. a szabvány 6.11 ábráját). A merevítő borda elhagyása esetén λ 2 = 1.4 értékkel számolunk, ahol az m2 -nek már nincs hatása. Az előbbiek alapján az effektív hosszak: - 1. tönkremeneteli mód esetén: l1.eff = leff .nc ≤ leff .cp

- 2. tönkremeneteli mód esetén: l2.eff = leff .nc A talplemez ellenállása az 1. tönkremeneteli mód esetén: M pl .1. Rd = 0.25l1.eff t 2p f y / γ M 0 FT .1. Rd =

4 M pl .1. Rd

m és a 2. tönkremeneteli mód esetén: 2 M pl .2.Rd + n∑ Ft .Rd FT .2.Rd = m+n 24


ahol M pl .2. Rd = 0.25l2.eff t 2p f y / γ M 0

Ft .Rd =

k2 f ub As

γM2

és ahol n = min(e;1.25 m) , fub a csavar szakító szilárdsága, általában k2=0.9, és As a csavar húzásra mértékadó keresztmetszete. A 3. tönkremeneteli módot a csavarok törése jelenti: FT .3.Rd = ∑ Ft . Rd A helyettesítő T csonk ellenállása: FT . Rd = min( FT .1. Rd ; FT .2. Rd ; FT .3. Rd ) A talplemez kihasználtságának mutatószáma: F R4 = t . Ed FT . Rd A talplemez teherbírása megfelelő, ha R4 ≤ 1.0 . M1.6 Az oszloptalp nyírási ellenállása A tervezési nyíróerőt az oszlopszelvény a gerincvarraton keresztül adja át a talpgerendának. A talpgerenda a nyíróerőt kétféleképpen közvetíti a beton alaptestre: • súrlódási ellenállással, és • a lehorgonyzó csavarok nyírási ellenállásával. A továbbiakban feltételezzük, hogy a csavarszárak által közvetített nyomást a beton alaptest képes felvenni. A szabvány szerint a nyomott zóna súrlódási ellenállása a következő: F f . Rd = C f .d N c.Ed ahol C f .d = 0,2 (csak cement alapú habarcs esetén), és N c. Ed az oszlopban ható normálerő. A szabvány szerint a nyomott zónában lévő csavarok teljes nyírási ellenállása mellett a húzott zónában lévő csavarok nyírási ellenállásának 0.4/1.4-szerese is számításba vehető. A lehorgonyzó csavarok nyírási ellenállása az alábbi két értékből a kisebbik: k α f dt • palástnyomási ellenállás: F1.vb.Rd = 1 b u

γM2

ahol

•



α b = min α d ;

 csavar nyírási ellenállása

   f ub e e2 ;1.0  ; α d = 1 ; k 1 = min 2.8 ;2.5 3d 0 fu d 0 − 1.7    F2.vd . Rd =

α b f ub As γ M2

ahol α b = 0.44 − 0.0003 f yb A teljes nyírási ellenállás: Fv. Rd = F f .Rd + 1.286 ⋅ n ⋅ min[F1.vb. Rd ; F2.vb. Rd ]comp ahol n az egy oldalon lévő csavarok száma (n=4). Az oszloptalp nyíróhatással szembeni kihasználtsága: V R5 = Ed FV . Rd Az oszloptalp nyírásra megfelel, ha R5 ≤ 1.0 .

25


2. Melléklet Nyomatékbíró csomópontok tervezése a ConSteel program Joint moduljának alkalmazásával (alkalmazási segédlet) M2.1 A Joint modul indítása (kezdeti lépések) A csomópont tervező program (Joint) az alábbi két módon indítható el: • a ConSteel programból, vagy • közvetlenül a csJoint.exe program futtatásával. A ConSteel programból történő indításnak két módja van: • szerkezeti modell alapú, • modelltől független. A alábbiakban mindkét indítási módot bemutatjuk, de az alkalmazás további leírásában a ConSteel programból indított és szerkezeti modell alapú tervezés menetét ismertetjük. M2.1.1 Indítás a ConSteel programból és modelltől független tervezés A Joint modul a ConSteel programból aktuális szerkezeti modell felvétele nélkül is elindítható. Ehhez hozzunk létre a program bejelentkezésekor egy új modellmappát, majd közvetlenül utána válasszuk a Szerkezeti elemek fül [1] alatti Csomópont szerkesztő opciót [2] (M2.1 ábra). 2 1

M2.1 ábra: Joint modul indítása a ConSteel programból, szerkezeti modell hiányában

Ha már van létrehozott csomóponti modellünk egy régi modellmappában, akkor a megjelenő listából [3] kiválaszthatjuk a kezelni kívánt modellt. Új csomópont szerkesztése esetén válasszuk a Létrehozás… gombot [4] (M2.2 ábra),

4

3

M2.2 ábra: Új csomóponti modell létrehozása

majd a megjelenő panelon adjuk meg az új csomóponti modell nevét, majd a Szelvények betöltése gomb segítségével vegyük fel a csomópontot alkotó szelvényeket (ha ezt eddig nem tettük meg)! A Tovább gomb megnyomása után kezdődhet a csomópont tervezése.

26


M2.1.2 Indítás a ConSteel programból modell alapú tervezés esetén Modell alapú tervezés feltétele, hogy rendelkezésre álljon egy megtervezett szerkezeti modell. Ekkor válasszuk a Szerkezeti elemek fül alatti Csomópont felismerése opciót [5] (M2.3 ábra), majd az egérrel mutassunk rá a szerkezeti modell megfelelő csomópontjára [6], 5

M2.3 ábra: Új csomóponti modell létrehozása a csomópont felismerő eszközzel

aminek hatására a Joint modul felismeri a megtervezendő csomópont típusát és a csomópontot alkotó szelvényeket. Az M2.4 ábra arra mutat példát, amikor a szerkezet oszloptalpát választottuk ki tervezésre.

6 7 M2.4 ábra: Új oszloptalp modell létrehozása a csomópont felismerő eszközzel

Itt jegyezzük meg, hogy kettőnél több elemvégből álló csomópont esetén módunkban áll egyes szerkezeti elemek kikapcsolása, amivel a csomóponti modellt egyszerűsíteni tudjuk. Jelen esetben erre a beavatkozásra nincs szükség, ezért nyomjuk meg a Tovább gombot [7].

M2.2 Csuklós oszloptalp tervezése A Joint modul elindítása után (M2.1 szakasz) válasszuk a Csuklós oszloptalp opciót [8] (M2.6 ábra). A Létrehozás… gomb megnyomása után megjelenik a csomóponttervező ablak (M2.7 ábra), ahol a program által generált kezdeti megoldás térbeli modelljét látjuk. A helyes modell megszerkesztése első lépéseként az ablak bal oldalán található menüben válasszuk a Homloklemez opciót [9], aminek hatására az ablak középső részén megjelenik a talplemez tervezési paramétereit állító panel, és a talplemez aktuális elrendezését mutató felülnézeti rajz (M2.8 ábra). A csuklós oszloptalp kialakításához az alábbi beállításokat kell elvégezni:

27


• • • •

Csavarsorok száma: 1 [10] Homloklemez helyzete (irányadó érték): -15 [11] Homloklemez magassága: „megfelelő érték” Homloklemez vastagsága: 12, esetleg 16

8

M2.6 ábra: Csuklós oszloptalp opció kiválasztása

9

M2.7 ábra: Csomóponttervező ablak

11

10

M2.8 ábra: Paraméterek beállításával párhuzamosan megjelenő homloklemez és csavarkép nézet

28


A fenti beállításokkal párhuzamosan kirajzolódik az egyszerű csuklós oszloptalp kialakítása (M2.9 ábra). A következő lépésekben válasszuk a Csomóponti terhek menüpontot [12], majd

12

13 14

15

16

17

M2.9 ábra: Csomóponti terhek felvétele „kézi” megadással

kapcsoljuk be a Csomóponti terhek megadása alatt a Táblázatos megadás opciót [13], majd a Csomóponti terhek adatai táblázatban nyomjuk meg az Új gombot [14], majd a megjelenő táblázatba írjuk be a mértékadó nyomóerőt [15] és nyíróerőt [16]. Az igénybevételek beírásánál vegyük figyelembe a táblázat alatt látható előjelszabályt. Végül a panel bal oldali alsó táblázatában látható a csomópont aktuális paramétereihez tartozó ellenőrző számítás eredménye [17]. M2.3 Szárnylemezes befogott oszloptalp tervezése A programindítás után (M2.1 szakasz) válasszuk a szárnylemezes oszloptalp opciót [18] (M2.10 ábra). A Létrehozás… gomb megnyomása után megjelenik a csomóponttervező ablak, ahol a program által generált kezdeti megoldást látjuk.

18

M2.10 ábra: Szárnylemezes befogott oszloptalp kiválasztása

A következő lépésben válasszuk a Csomóponti terhek menüpontot [19]. Itt két lehetőségünk van a terhek megadására: (a) Táblázatos (kézi); (b) Importálás modellből.

29


Az a) esetben kapcsoljuk be a Csomóponti terhek megadása [20] alatt a Táblázatos (kézi) megadás opciót, majd a Csomóponti terhek adatai táblázatban nyomjuk meg az Új gombot. A megjelenő táblázatba írjuk be a tervezési nyomóerőt, nyíróerőt és nyomatékot. Az igénybevételek beírásánál vegyük figyelembe a magyarázó ábrán látható előjelszabályt (M2.11 ábra). 20 21 19

M2.11 ábra: Tervezési igénybevételek „kézi” megadása

A b) esetben [21] az igénybevételek automatikus importálásához a következő műveleteket kell elvégezni (M.2.12 ábra): - a Rendben, majd az X gombbal bezárjuk a Joint modul ablakát; - a Csomópont elhelyezése eszközzel [22] elhelyezzük a csomóponti modellünket a szerkezeti modellen; - megnyitjuk újra a csomóponti szerkesztőt [23], majd ott az aktuális csomópontot. 23

22

M2.12 ábra

Az aktuális paramétereknek megfelelő modell ellenőrző számításának eredménye a jobb alsó ablakban látható (M2.13 ábra). 24

M2.13 ábra: Szárnylemezes befogott oszloptalp ellenőrzésének eredménye

30


A piros színnel szedett hibajelzés [24] arra utal, hogy az adott nyomatékhoz az oszloptalp nem elég magas (azaz a csavarsorok túl közel vannak egymáshoz). Ekkor válasszuk a Talplemez menüpontot, majd a megjelenő paraméter táblázatban addig növeljük a Talplemez magasság paraméter értékét, amíg a fenti hibajelzés el nem tűnik. 25 27

28

29

26

M2.14 ábra: Oszloptalp paramétereinek beállítása

A következő lépésben, a „hibaüzeneteknek” megfelelően, állítsuk be a szárnylemezek [25] [26] [27], majd a varratok méreteit [28] [29], lásd az M2.14 ábrát. A paraméterek értékeit addig kell változtatni, míg el nem jutunk az „optimális” oszloptalp kialakításig (M2.15 ábra). Az oszloptalp kialakítása „optimálisnak” tekinthető, ha: • • • • • •

a legnagyobb kihasználtság értéke közel 100%, a többi (nem-mértékadó) kihasználtság értéke a lehető legmagasabb, a szárnylemezek magassága a lehető legkisebb, a talplemez vastagsága a lehető legkisebb, a talplemez magassága és szélessége a lehető legkisebb, a lekötő csavarok átmérője a lehető legkisebb.

M2.15 ábra: „Optimálisan” megtervezett befogott oszloptalp ellenőrzésének eredménye

M2.4 Kiékelt oszlop-gerenda csomópont tervezése A programindítás után (M2.1.2 szakasz) megjelenik az oszlop-gerenda csomópont típusának kiválasztását biztosító panel, ahol nyomjuk meg a Gerenda csatlakozás az oszlop övére blokk Jobb öv vagy Bal öv gombját, aminek következtében megjelenik a kapcsolat típusát meghatározó menü. Válasszuk a Nyomatékbíró homloklemezes kapcsolat [30] típust (M2.16

31


ábra), majd nyomjuk meg a Rendben gombot. Amikor a program visszatért az előző ablakhoz, akkor nyomjuk meg a Létrehozás… gombot, mivel adott esetben nincs további választási lehetőségünk.

30

M2.16 ábra: Nyomatékbíró homloklemezes kapcsolat típus kiválasztása

A művelet hatására megjelenik a tervező ablak a program által létrehozott kezdeti kialakítással. A megoldáshoz az alábbi műveletekkel jutunk: • az Oszlop menüpont alatt az Lsr paraméter értékét válasszuk 15-20 mm-re (az oszlop végének visszavágása); • a Merevítők menüpont alatt kapcsoljuk be a Felső- és Alsó keresztborda opciókat [31] [32] (M2.17 ábra); 31

32

M2.17 ábra: Gerincmerevítők alkalmazása

•

a Csomóponti terhek menüpont [33] alatt írjuk be a táblázatba a tervezésre mértékadó igénybevételeket [34], ügyelve az ábrán látható előjelszabályra, vagy importáljuk azokat a szerkezeti modellből (2.3 szakasz) (M2.18 ábra);

33

34 M2.18 ábra: Tervezési terhek megadása

32


•

a Homloklemez menüpont alatt állítsuk be a Homloklemez helyzete (ep) paramétert 15-20 mm-re, a Homloklemez magasság paraméter értékét úgy, hogy alul a külső sarokvarratnak legyen helye, majd a Csavar táblázatban, a Módosít… gomb megnyomásával, a megjelenő táblázatban állítsuk be az alkalmazott csavar paramétereinek értékeit (M2.19a ábra).

M2.19a ábra: Csavar paraméterei

M2.19b ábra: Csavarkép megadása

•

a paraméterek beállítását folytassuk a Csavarsorok függőleges elhelyezése táblázat megfelelő értékeinek megadásával (M2.19b ábra).

•

a paraméterek beállításának első köre után értékeljük ki az ellenőrző számítás eredményét [35] (M2.20 ábra). Jelen esetben a 3%-os túllépés elfogadható, mert a kézi számítás hibahatárán belül van.

35

M2.20 ábra: Ellenőrzés eredményének kiértékelése

33


A tervezés sikerének érdekében el kell végeznünk a csomóponti paraméterek „finomhangolását”. Ehhez az alábbi tanácsokat tudjuk megfogalmazni: • a Varratok menüpont alatt állítsuk be a megfelelő varratméreteket úgy, hogy a pirosan szedett hibaüzenetek eltűnjenek; • ellenőrizzük, hogy a nyomatéki teherbírás növekszik-e a homloklemez vastagságának növelésével; • ellenőrizzük, hogy a húzott csavarsorok számának növelése növeli-e a nyomatéki teherbírást; • ellenőrizzük, hogy az Lb gerendahossz az oszloptól oszlopig mért távolsággal egyenlő-e (a beállítás a Gerenda menüpont alatt lehetséges). Amennyiben a fenti műveletek nem vezetnek eredményre, akkor a program által meghatározott mértékadó komponensek méreteit kell megváltoztatni. A jelen példa esetén, a program üzenete [36] szerint, a csomópont gyenge pontja az oszlop gerincvastagsága: 36

A gerinc teherbírásának növelése hengerelt szelvény esetén nyírási merevítővel, hegesztett szelvény esetén a gerinclemeznek a csomópont környezetében vastagabb lemezzel történő kiváltásával lehetséges. Gerinchizlaló lemezzel történő nyírási merevítés [37] alkalmazását mutatja az M2.21 ábra. A fenti beállítások után jó esély van arra, hogy a csomópont megfeleljen.

37

M2.21 ábra: Hizlaló lemezzel történő nyírási merevítés

Amennyiben a nyírási merevítés ellenére nem felel meg a csomópont, mert például a következő leggyengébb komponens az oszlopszelvény öve, akkor hengerelt szelvény esetén célszerű övlemez hizlalást alkalmazni. Hegesztett szelvény esetén azonban inkább gerinc- és övlemez kiváltást alkalmazzunk (kérje konzulense véleményét)!

34


M2.5 Oszlop-gerenda csomópont változó gerincmagasságú szerkezeti elemek esetén A programindítás után (M2.1.2 szakasz) megjelenik az oszlop-gerenda csomópont típusának kiválasztását biztosító panel, ahol nyomjuk meg a Gerenda csatlakozás az oszlop övére blokk Jobb öv vagy Bal öv gombját, aminek következtében megjelenik a kapcsolat típusát meghatározó menü. Válasszuk a Nyomatékbíró homloklemezes kapcsolat típust (M2.16 ábra), majd amikor a program visszatért az előző ablakhoz, akkor nyomjuk meg a Létrehozás… gombot, mert adott esetben nincs további választási lehetőségünk. A művelet hatására megjelenik a tervező ablak, és benne a program által létrehozott kezdeti csomóponti kialakítás (M2.23 ábra).

M2.23 ábra: Program által generált kiindulási csomópont (szelvényméretek: övlemez 260-16; a gerinclemez 900-8)

A viszonylag nagy gerincmagasság miatt alul és felül színelő homloklemezes kialakítást tervezünk (kiékelést nem alkalmazunk). A megoldáshoz az alábbi műveletekkel jutunk: • • • •

• •

az Oszlop menüpont alatt az Lsr paraméter értékét válasszuk 15-20 mm-re (az oszlop végének visszavágása); a Merevítők menüpont alatt kapcsoljuk be a Felső- és Alsó keresztborda opciókat (M2.17 ábra); a csomóponti terhek menüpont alatt írjuk be a táblázatba a tervezésre mértékadó igénybevételeket kézzel, vagy válasszuk az automatikus importálást a szerkezeti modellből; a Homloklemez menüpont alatt állítsuk be a Homloklemez helyzete (ep) paramétert 15-20 mm-re, a Homloklemez magasság paraméter értékét pedig annyira, hogy alul a külső sarokvarratnak legyen helye, majd a Csavar táblázatban a Módosít… gomb megnyomásával a megjelenő táblázatban állítsuk be az alkalmazott csavar paramétereit (M2.4 szakasz); a paraméterek beállítását folytassuk a Csavarsorok függőleges elhelyezése táblázat beállításával; a paraméter-beállítás első köre után értékeljük ki az ellenőrző számítás eredményét.

A tervezés sikerének érdekében el kell végeznünk a csomópont paramétereinek „finomhangolását”. Ehhez az alábbi általános tanácsokat tudjuk adni: • •

a Varratok menüpont alatt állítsuk be a pirosan szedett üzenetet eltüntető varratméreteket; ellenőrizzük, hogy a nyomatéki teherbírás növekszik-e a homloklemez vastagságának növelésével;

35


•

ellenőrizzük, hogy a húzott csavarsorok számának növelése növeli-e a nyomatéki teherbírást; • ellenőrizzük, hogy az Lb gerendahossz az oszloptól oszlopig terjedő távolságra van-e felvéve. Amennyiben a fenti műveletek nem vezetnek eredményre, akkor a program által meghatározott mértékadó komponensek méreteit kell megváltoztatni. A jelen példa esetén, a program üzenete alapján, a csomópont gyenge pontja az oszlop gerinc- és övvastagsága:

Nyírási merevítő és övhizlaló lemez alkalmazása helyett alkalmazzunk vastagabb kiváltó lemezeket. Ennek érdekében vegyünk fel egy új oszlop keresztmetszetet, ahol az övek szélessége és a gerinc magassága azonos az eredeti szelvénnyel, de az övek és a gerinc vastagsága 1,5÷2-szer nagyobb az eredetinél (jelen esetben az új övvastagság 25 mm, az új gerincvastagság 14 mm). Az oszlopszelvény cseréje [38] (M2.24 ábra), 38

M2.24 ábra: Megerősített oszlopvéghez tartozó szelvény megadása

és a megfelelő varratméretek beállítása (M2.4 szakasz) után jó esélyünk van arra, hogy a csomópont megfelelő lesz. Nem kizárt, hogy a vastagabb kiváltó gerinclemez ellenére merev kategóriába eső csomópontot csak nyírási merevítő alkalmazásával kapunk (M2.25 ábra).

M2.25 ábra: Nyírási merevítővel tervezett csomópont

36

Papp Ferenc Ph.D., Dr.habil. Szerkezetépítés II. TERVEZÉSI SEGÉDLET. 4. gyakorlat KAPCSOLATOK. Szakmai lektorok: Bukovics Ádám Ph.D

Recommend Documents