Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Tahová zkouška. Obsah přednášky. Výroba ocelových konstrukcí. Opakování. Mezní stavy Normy pro navrhování

Sylabus přednášek 11. Úvod, Ú d historie hi t i ocelových l ý h kkonstrukcí, t k í použití, žití významné ý é stavby, t b výroba ý b ocelili 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Tlak, vzpěrný tlak y hospodárný p ý návrh 6. Klasifikace pprůřezů, ohyb, 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, spoje 11. Jednopodlažní haly 12 Haly velkých rozpětí 12. 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru

OCELOVÉ KONSTRUKCE Studijní program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ pro bakalářské studium Kód předmětu: K134OK1 4 kredity (2 + 2), zápočet, zkouška Prof. Ing. František Wald, CSc., místnost B 632

1

Obsah přednášky ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Tahová zkouška

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

2

- Mez kluzu fy - Mez pevnosti fu - Tažnost δ =ΔL L0

Access Steel, Steel Normy USA, USA 3

Výroba ocelových konstrukcí

4

Obsah přednášky

ƒ Ocelové O l é konstrukce k t k - globální l bál í kkomodita dit

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ Ve výrobně svařujeme ƒ Na N stavbě bě šroubujeme š b j ƒ Vyrábět konstrukce podle projektu, b výrobní bez ý b í ddokumentace, k t se nedoporučuje d č j

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

5

Access Steel, Steel Normy USA 6

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ

Dělení zatížení

11. Intuice I t i (podepřeno zkušeností) 2. Součinitele bezpečnosti p ((hrubé odhady) y) 3. Pravděpodobnostní metody návrhu

ƒ Původ ƒ Gravitační působení (vlastní hmotnost) ƒ Klimatická (sníh (sníh, vítr vítr, déšť déšť, námraza, námraza teplota) ƒ Užitná (zatížení stropů v budovách)

ƒ Zvláštním Z lášt í předmět ř d ět studijního t dij íh programu Stavební inženýrství

ƒ Určitost ƒ Přesně stanovitelná (např. zatížení mostů) ƒ Značně neurčitá (např. (např vítr)

ƒ Pravidelnost

ƒ Metoda dílčích součinitelů spolehlivosti ƒ Polopravděpodobnostní metoda ƒ Základ evropských norem pro navrhování konstrukcí 7

ƒ ƒ ƒ ƒ

Pravidelně Nemusí vzniknout vůbec Přírodní katastrofy (zemětřesení) Nehody (výbuch)

Klasifikace zatížení

Velikost zatížení

ƒ Podle proměny v čase

ƒ P Pomocíí statistických t ti ti ký h charakteristik

ƒ Stálá (G) ƒ Proměnná - nahodilá (Q) ƒ Mimořádná (A)

ƒ Velikost zatížení ƒ Četnost výskytu

ƒ Podle proměny v prostoru

ƒ Histogram g

ƒ Pevná (se stálým působištěm) ƒ Volná (působiště se může měnit)

ƒ Nahradit teoretickou křivkou

ƒ Z hlediska zrychlení ƒ Statická ƒ Dynamická (nezanedbatelné zrychlení)

8

9

ƒ Střední hodnotu, rozptyl ƒ Gaussovo normální rozdělení pravděpodobnosti

Zřícení střech od zatížení sněhem

Zřícení střech od zatížení sněhem

ƒ Zima 2006

ƒ Sníh S íh nadd 900 m n.m. se obtížněji btíž ěji předpovídá ř d ídá ƒ Do 900 m n. m. jje zatěžovací zkouška

ƒ Největší sníh byl 1946 ƒ V ČR 20 leté vyhodnocování ƒ Evropská E ká kkoncepce 50 llett - v ČR verze 2007

10

ƒ Kolapsy jiné příčiny než sníh

11

12

Pravděpodobnost p

Návrhové zatížení Fd Fmax = γF Fk

β = 3,8 3 8 pro mezníí stav t úúnosnostiti β = 1,5 pro mezní stav použitelnosti

Fmin = γF Fk

ƒ Fk charakteristická hodnota ƒ p výsledná pravděpodobnost

13

ƒ pro návrhovou životnost konstrukce (obvykle 50 let) Index spolehlivosti β = μz /σz ƒ μz průměr ů ě ƒ σz směrodatná odchylka náhodné veličiny Z Z=R-S R únosnost S zatížení

Kombinace většího počtu zatížení

ÚNOSNOST

ƒ Zmírňující Z í ň jí í součinitel či it l kkombinace bi zatížení tíž í ψ

M t iál proměnná Materiál ě á kkvalita lit

R (resistance)

Únosnost nahodile proměnnou veličinou

ƒ Dynamickýý součinitel č δ ƒ Dynamické y účinkyy

Příklad taženého prutu pr t ƒ Rk = A fy

ƒ Dynamický výpočet ƒ Kvazistatickýý výpočet ýp

ƒ A plocha ƒ fy charakteristická hodnota meze kluzu ƒ Histogram výsledků 15

Návrhová únosnost Rd (design resistance) ƒ

14

16

Princip spolehlivosti

Rd = Rk / γM

ƒ Sd ≤ Rd ƒ Sd největší j možnýý návrhovýý účinek zatížení ƒ Rd nejmenší možná návrhová únosnost konstrukce

ƒ Rk charakteristická hodnota ƒ γM dílčí součinitel spolehlivosti materiálu

17

18

Obsah přednášky ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

MEZNÍ STAVY ƒ Mezní stav konstrukce – při překročení přestanou být splněna kritéria stavu

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

ƒ Mezní stavy únosnosti ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Access Steel, Steel Normy USA

ƒ Mezní stavy použitelnosti (v provozním stavu konstrukce)

Pevnost Vzpěrná pevnost Pevnost na únavu Kř hký lom Křehký l Stabilita polohy

ƒ Deformace ƒ Pružné, ƒ Trvalé ƒ celkové

ƒ Kmitání ƒ Estetika

19

Příklad - Mezní stav stability polohy

Mezní stav použitelnosti

Ed,dst ≤ Ed,stb

ƒ V běžném běž é provozu ƒ Běžné zatížení (γF = 1) ƒ Nominální rozměry konstrukce

ƒ Ed,dst návrhové účinky destabilizujících zatížení Ed,ds= H h ƒ Ed,stb d b návrhové účinky stabilizujících zatížení Ed,stb = G b

ƒ Pro únosnost konstrukce ƒ Charakteristické hodnoty meze kluzu (γM = 1)

ƒ Při mezním stavu únosnosti ƒ E Extrémní t é í zatížení tíž í (γF > 1,0) 1 0) Fd = Fk * γF ƒ Minimální únosnost (γM > 1,0) 1 0) Rd = Rk / γF

ƒ Materiálové charakteristiky (E, G) ƒ Nominální hodnotou (průměr) 21

MSÚ

235

200

235 / γM

100

MSP

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Napětí, MPa

300

Poměrné protažení

E = 2,06 *E5 0 0

0 05 0,05

01 0,1

0 15 0,15

02 0,2

0 25 0,25

22

Obsah přednášky

Příklad - Spolehlivost na pracovním diagramu σ

20

ε

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

23

Access Steel, Steel Normy USA 24

Navrhování ocelových konstrukcí po 2010

Evropské normy ƒ Většina Větši výrobkové ý bk é normy ƒ Návrhové normyy ((Eurokódy) y)

EN 1990 Zásady

EN 1991 zatížení EN Materiál

ƒ Evropské normy od 1980 ƒ Evropská normalizační komisi (CEN) od 1990

EN 1090 Výroba

ƒ ČR člen od 1998

ƒ Předběžné Př dběž é normy (ENV)

EN 1993 EN 1997 Zakládání

ƒ Národní aplikační dokument (NAD) - národní odlišnosti ƒ Rámečkové hodnoty národní odlišnosti ve spolehlivosti

EN Průřezyy EN Šrouby EN Svařování

EN 1998 Zemětřesení

ƒ Definitivní evropské normy (EN) v 2005 - 2006

- Zatížení - Navrhování

ƒ Národní příloha, velmi omezená

26

25

NORMY PRO NAVRHOVÁNÍ

Zavádění Eurokódů v Evropě

ƒ Nejsou zákonem (dány zákonem) ƒ Respektovány jako doklad posledních poznatků vědy a techniky

ƒ Opouštění národních norem bolestivé (BS, DIN atd.) ƒ Národní ppřílohyy v 2007 a ppozdějij

Česká harmonizovaná soustava ƒ ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí

ƒ Například pro 1991-1-2, vydána od 2002, má NA asi jen ČR

ƒ Česká norma - mezní stavy od 1968

ƒ V roce 1998 obdobná jako evropská předběžná norma

ƒ V ČR jedna z obtíží při zavádění - spolehlivost zatížení X materiálu

Evropská harmonizovaná soustava ƒ ČSN P ENV 1993-1-1 1993 1 1 Navrhování N h á í ocelových l ý h kkonstrukcí t k í ƒ Předběžná evropská norma (P, V) p Českým ý národním aplikačním p dokumentem ƒ doplněna ƒ končí 2008

1. Systém ČSN 2 Systém 2. S té ENV 3. Systém EN Př há t mezii systémy Přecházet té nelze. l

ƒ ČSN EN 1993-1-1 Navrhování ocelových konstrukcí ƒ Evropská norma ƒ Doplněna národní přílohou (přeložena, lze koupit pro ostatní evropské země 27

Ocelové konstrukce

Evropské návrhové normy ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

EN 1990 Eurokód 0 EN 1991 Eurokód 1 EN 1992 Eurokód 2 EN 1993 Eurokód 3 EN 1994 Eurokód 4 EN 1995 Eurokód 5

Zásady navrhování Zatížení staveb Navrhování betonových konstrukcí Navrhování ocelových konstrukcí Navrhování spřažených ocelobet. konstrukcí Navrhování dřevěných konstrukcí

28

od 2004 ČSN od 2004 ČSN od 2005 ČSN odd 2005 ČSN od 2005 ČSN od 2005 ČSN

ƒ EN 1996 Eurokód 6 Navrhování zděných konstrukcí ƒ EN 1997 Eurokód 7 Geotechnické navrhování ƒ EN 1998 Eurokód 8 Navrhování konstrukcí na účinkyy zemětřesení ƒ EN 1999 Eurokód 9 Navrhování hliníkových konstrukcí

EN 1993-1-1 EN 1993-1-2 EN 1993-1-3 EN 1993-1-4 EN 1993-1-5 EN 1993-1-6 EN 1993-1-7 EN 1993-1-8 EN 1993-1-9 EN 1993-1-10 EN 1993-1-11 EN 1993-1-12 EN 1993-2 EN 1993-3-1 EN 1993-3-2 EN 1993-4-1 EN 1993-4-2 EN 1993-4-3 EN 1993-5 EN 1993- 6 EN 1994-1-1 EN 1994-1-2 EN 1994-2

29

EUROKÓD 3 – Ocelové konstrukce Ocelové konstrukce – Obecná pravidla Ocelové konstrukce – Navrhování konstrukcí na účinkyy ppožáru Ocelové konstrukce – Tenkostěnné 04/07 Ocelové konstrukce – Korozivzdorné oceli Ocelové konstrukce – Boulení stěn 04/07 Ocelové konstrukce – Pevnost a stabilita ocelových ý skořepin p Ocelové konstrukce – Příčně zatížené deskostěnové konstrukce Ocelové konstrukce – Spoje Ocelové konstrukce – Únava Ocelové konstrukce – Křehkýý lom Ocelové konstrukce – Navrhování ocelových tažených prvků Ocelové konstrukce – Doplňující pravidla pro oceli vysoké pevnosti do třídy S700 Ocelové konstrukce – Mosty 04/07 Ocelové konstrukce – Stožáryy 05/07 Ocelové konstrukce – Komíny 05/07 Ocelové konstrukce – Zásobníky Ocelové konstrukce – Nádrže Ocelové konstrukce – Potrubí Ocelové konstrukce – Piloty a štětové stěny Ocelové konstrukce – Jeřábové dráhy EUROKÓD 4 – Ocelobetonové konstrukce Ocelobetonové konstrukce – Obecná pravidla Ocelobetonové konstrukce – Navrhování konstr. na účinky požáru Ocelobetonové konstrukce – Mosty

12/06 12/06 01/08 07/07 11/07 12/06 09/06 12/06 01/08 09/07

09/07 09/07 09/07 09/07 08/06 12/06 01/07 30

Dvě harmonizované soustavy (v současnosti)

Součinitele γF; γM v evropských normách EN

Podle dvou norem (liší se nastavením spolehlivosti)

ƒ Ocelové profily –

ƒ ČSN 73 1401 ƒ ČSN P ENV 1993-1-1 a ČSN EN 1993-1-1

ƒ Válcování - kladné tolerance ƒ Materiál - kladné tolerance

Zatížení

ƒ Česká Č cesta (normy ČSN Č 73 0035 a ČSN Č 73 1401) γF = (1,20; 1,40)

ƒ

γM = (1,15 až 1,50)

ƒ Evropská cesta (normy ČSN EN 1991 a ČSN EN 1993) ƒ Předběžná norma ( s českým zatížením, s evropským zatížením) ƒ Evropská norma γF = (1,35; 1,50) γM = (1,00 až 1,25) ƒ Přeskakování mezi oběma systémy nelze/nedoporučuje se

Únosnost průřezů kterékoliv třídy Únosnostt průřezů Ú ůř ů přiři posuzování á í stability t bilit prutů tů Únosnost průřezů při porušení oslabeného průřezu v tahu Únosnost šroubů; nýtů; čepů; svarů Únosnost čepů v mezním stavu použitelnosti

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

31

γM0 = 1,00 γM1 = 1,00 1 00 γM2´ = 1,25 γM2´ = 1,25 1 25 γM3,ser ´ = 1,25 32

Obsah přednášky

Dílčí součinitele bezpečnosti

ƒ ČSN EN

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ γM = 1,00 Druh zatížení

Účinek

Provozní zatížení

Extrémní zatížení

Stálé

příznivý

γG = 1,0 10

γG,min 10 G i = 1,0

Nepříznivý

γG = 1,0

γG,max = 1,35

γQ = 1,0 10

γQ = 1,50 1 50

Proměnné

ƒ γF = (1,35; (1 35 11,50) 50) ƒ γM = (1,00 až 1,25)

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

Access Steel, Steel Normy USA

33

34

Úrovně programů pro OK

Úrovně statické analýzy

ƒ Zakázky

ƒ Předběžná Př dběž á

ƒ Předběžný návrh

ƒ Tabulky ƒ Doporučení

ƒ Statika

ƒ Inženýrské modely

ƒ Kreslení

ƒ Analytické modely (vzorečky)

ƒ Komunikace mezi systémy ƒ Databáze ƒ Ucelené systémy ƒ Jednoúčelové nástroje

ƒ Diskrétní analýza ƒ MKP 35

36

Statické řešení

Kreslení

ƒ Zatížení ƒ Globální analýza ƒ Stabilita St bilit

ƒ Grafické ƒ např. AutoCad, Archicad ƒ Nadstavby pro OK

ƒ Objektové

ƒ Štíhlé pruty – imperfekce ƒ Teorie T i ddruhého héh řádu řád

ƒ např. např Bocad, Bocad Strucad Strucad, Xsteel

ƒ Výstupy

ƒ Posouzení průřezů ƒ Posouzení detailů ƒ Další D lší ((za požáru) žá )

ƒ Výk Výkresy pro kkontrolu t l ƒ Data pro NC stroje a polohovadla

ƒ Programy pro správu objektů

ƒ Např. RStab, SCIA.ESA, FINE

ƒ Objektů/technologii 37

38

39

40

Obsah přednášky ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Programy pro OK Tažený prut Shrnutí ƒ Aktuality –

Access Steel, Steel Normy USA

F

Příklad ƒ Zatížení F d = γF F k

F

ƒ Únosnost R d = R k γ M = Af y γ M = Af yd

f yd = f y γ M

41

42

TAŽENÝ PRUT

Únosnost taženého prutu

ƒ Rozložení R l ž í napětí ětí

ƒ Plného Pl éh průřezu ůř Npl,Rd pl Rd = A fy / γM0 ƒ Oslabeného průřezu (dírami) Nu,Rd = 0,9 0 9 A net fu / γM2

σ = N/A

43

44

Účinná plocha Anet

Excentricita

ƒ Zalomený Z l ý řez ř

ƒ Vžd Vždy respektovat kt t momentt M ƒ Možno zjednodušeně j

45

46

Mezní stav použitelnosti

Lano

ƒ Průhyb P ůh b taženého t ž éh vlákna lák ƒ Kmitání

ƒ Tenké T ké dráty d át ƒ Vysokopevnostní ocel (1500 MPa)

ƒ Splétaná ƒ nižší modul pružnosti - dotlačování drátů ƒ E ≅ 140 000 MPa

ƒ S rovnoběžnými ý drátyy ƒ Výroba na stavbě

ƒ Kmitání ƒ Lávky nižší než 1-2 1 2 Hz 47

48

Obsah přednášky ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Shrnutí – spolehlivost návrhu Metoda mezních stavůů ƒ metoda dílčích součinitelů spolehlivosti

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Tažený prut Shrnutí

ƒ Mezní stavy únosnosti ƒ Mezní stavyy ppoužitelnosti ƒ Dílčí součinitele spolehlivosti: ƒ součinitel či it l materiálu t iál γM ƒ součinitel zatížení γF ƒ Princip spolehlivosti

γ F Sk ≤ Rk γ M

ƒ Aktualita 49

Shrnutí – spolehlivost návrhu

50

Dvě harmonizované soustavy (v současnosti) Zatížení

Zatížení ƒ stálá (G) ƒ proměnná - nahodilá (Q) ƒ mimořádná p y materiálu: Zatížení,, parametry ƒ charakteristické ƒ návrhové K bi Kombinace zatížení tíž í

Materiál

ƒ Česká cesta (normy ČSN 73 0035 a ČSN 73 1401) ƒ

γF = (1,20; (1 20; 1,40) 1 40)

γM = (1 (1,15 15 až 11,50) 50)

ƒ Evropská cesta (normy ČSN EN 1991 a ČSN EN 1993) ƒ Předběžná norma ( s českým zatížením, s evropským zatížením) ƒ Evropská norma γF = (1,35; (1 35; 1,50) 1 50) γM = (1 (1,10 10 až 11,25) 25)

Normy pro navrhování ƒ ČSN ƒ ČSN P ENV ƒ ČSN EN

ƒ Na vysoké škole se vyučují principy ƒ V praxi je třeba příslušné součinitele dostudovat /zvolit ƒ Znalost zásad a EN může být výhoda 51

Únosnost taženého prutu

52

Obsah přednášky

ƒ plného l éh průřezu ůř Npl.Rd pl Rd = A fy / γM0 ƒ průřezu oslabeného dírami Nu.Rd = 0,9 0 9 A net fu / γM2

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Opakování Spolehlivost konstrukcí Mezní stavy Normy pro navrhování Tažený prut Shrnutí

ƒ Aktuality – 53

Access Steel, Steel Normy USA Nejlepší OK 2007

54

Sylabus přednášek 11. Úvod, Ú d historie hi t i ocelových l ý h kkonstrukcí, t k í použití, žití významné ý é stavby, t b výroba ý b ocelili 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Tlak, vzpěrný tlak y hospodárný p ý návrh 6. Klasifikace pprůřezů, ohyb, 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, spoje 11. Jednopodlažní haly 12 Haly velkých rozpětí 12. 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru

Děkuji za pozornost

55

56