Alternativní rozebíratelné spoje pásnic

• Foto

OBVYKLÁ ŘEŠENÍ
Mostní provizória, ostatně jako obecně každá ohybem namáhaná, rozebíratelná, dynamicky namáhaná konstrukce má tyto typy spojů dílců:

• Tlakový styk tlačených (horních) pasů (pásnic).
• Smykový styk stěn.
• Tahový styk tažených (dolních) pasů (pásnic).

Lze samozřejmě podle typu konstrukce a konstrukčního řešení sloučit styky přenášející normálové účinky se stykem smykovým.

Styk, který si zaslouží největší pozornost je tahový styk dolních pásnic, který je citlivý na únavu a mnohdy rozhoduje o použitelnosti konstrukce. Z hlediska montáže je nejvýhodnější, když je spoj co nejjednodušší, rychle montovatelný, umožňující zaměnitelnost dílců a je opakovaně použitelný.

Za nejjednodušší a osvědčený spoj lze považovat čepový spoj (viz obr. 1), který převádí tahové zatížení na zatížení převážně smykové s ohybem, z hlediska namáhání čepu.

Tento spoj je opakovaně použitelný, rychle montovatelný, s minimálním prokluzem (dotlačením montážních vůlí v čepu). Jednou z podstatných nevýhod je to, že se veškeré silové účinky rovnoměrně rozdělené po šířce pásnice musí na konci dílce koncentrovat do jednoho místa. V místě napojení čepu do konstrukce, může být řada kritických míst, jež ovlivní celkovou životnost a použitelnost konstrukce. Z hlediska času se v případě dodržení výrobních tolerancí jedná o jeden s nejrychleji proveditelných styků. Pokud ale dojde k nedodržení tolerancí a vůlí, případně drobnému poškození konstrukce, může se stát styk montážně neproveditelným.

Druhým typem je použití příložkových spojů (viz obr. 5) zajištěných předpjatými vysokopevnostními šrouby. Tyto spoje mají výhodu v tom, že konstrukce nevykazují prokluz, nekoncentrují síly do jednoho místa (lze je provést na celé šíři pásnice), takže rozložení napětí v pásnici je rovnoměrnější. Nevýhodou je nutnost kompletní náhrady předpjatých šroubů při dalším použití (nelze je opakovaně předpínat), dále pak nutnost úpravy třecích ploch a časová náročnost při montáži v porovnání s čepovým stykem.

Třetím typem, jenž lze hypoteticky uvažovat je styk svarový. Je sice staticky nejvýhodnější, ale je nerozebíratelný a na montáži časově náročný. Použití svářecích automatů vyžaduje velké prostorové úpravy a samotné ruční (elektrodové) svary jsou časově velmi náročné. Také zajištění silnoproudu s jištěním 63A je nutné v extravilánu zajistit.

Výše uvedené aspekty nás vedly k alternativním typům styků, které by mohly eliminovat některá negativa výše uvedených typů spojů. U těchto alternativních typů spojů lze předpokládat maximální využití soudobých výrobních technologií a materiálů, které naši předchůdci neměli k dispozici.

SAMOSVĚRNÝ STYK PÁSNIC
První alternativní styk pásnic byl veden snahou využití pouze samotného základního materiálu – ploché pásnice. Mělo se jednat o výrobně jednoduchý typ spojení, závislý jen na přesnosti výpalu a typu použité technologie dělení. Spojení samotné vzniká prostřednictvím tvarového, do sebe zapadajícího výpalu zesíleného konce pásnice. Při tomto řešení by každá strana dílce musela mít rozdílný tvar a museli bychom při zasouvání velice přesně manipulovat s dílcem o hmotnosti až šest tun. Usnadnění montáže a možnost pootočení při průhybu, přineslo vložení spojky mezi identické konce dílců (viz obr. 2). Toto řešení ale vede k dvojnásobné hodnotě vodorovného posunu, jež je nutný pro aktivaci spoje. Pro verifikaci výpočtových modelů, které byly analyzovány materiálově i geometricky nelineárními výpočty vlivem obecného kontaktu se třením, jsme vyrobili zmenšené vzorky, které jsme ověřili statickou zkouškou.

Spoj vykazoval dobrou shodu s odhadovaným modelem chování jen ve 2/3 rozsahu pružné oblasti. Jeho únosnost byla menší, než jsme předpokládali (došlo k dřívější plastizaci kontaktních ploch vlivem příčné roztažnosti oceli). Ukázalo se, že v případě překročení meze kluzu v místech kontaktních ploch zubů se styk stává spíše nerozebíratelným. Velikost posunu nutná pro „zakousnutí spoje“ je vysoká na to, aby se dal tento spoj efektivně využít pro tahový styk dynamicky namáhaných pásnic.

PŘÍLOŽKOVÝ – HLAVOVÝ STYK PÁSNIC
Další vývojový styk pásnic byl veden možností přenést převažující tahové namáhaní pásnice v celé jeho šíři s využitím tvarových příložek a jen jistého množství zajišťovacích šroubů, případně i bez nich. Základní tvar uvedený na obr. 5 je v příčném směru tvořen tvarovou úpravou konce pásnice – hlavovou částí. Hlavové části jsou překryty třmeny, a případně zajištěny spínacími šrouby. Předmětem zkoumání a následného vývoje byl tvar styčných ploch a tím vymezení místa přenesení tahových sil spojem.

Navržený spoj byl zkoumán jak pomocí analytické teorie pružnosti, tak pomocí MKP. Při MKP analýze byl požíván skutečný pracovní diagram materiálu stanovený na základě tahové zkoušky, výpočtový model byl geometricky i materiálově nelineární a respektoval tření v kontaktu. Získané hodnoty byly porovnány s výsledkem experimentálních měření.

Analyzovány byly dvě různé tloušťky střední části třmenů, sklon styčné plochy hlavy a třmenu ve variantě 90° a 85°. Na základě provedených výpočtů a testů byla zvolena výsledná varianta, jež byla posléze podrobena rozsáhlým únavovým testům.

Výhodou tohoto typu spoje je rychlost montáže, velká robustnost, je navržen na plnou únosnost pásnice. Po konstrukčních úpravách tento typ spoje vykazuje malou míru posunu nutnou pro eliminaci montážních vůlí. Příložku lze dělit po délce spoje na více dílů, je tak lépe manipulovatelná a navíc se sníží požadavky na přesnost výroby. Spínací šrouby je nutné zajistit proti samovolnému uvolnění matice (dynamicky namáhaná konstrukce) a v případě použití předpjatých vysokopevnostních šroubů, lze ještě zvýšit únosnost spoje. Byly provedeny celkem čtyři statické testy, při kterých byly měřeny kromě posunů a nazvedávání konců příložek, síla ve šroubech a poměrná protažení na 10 místech.

ZÁVĚR
V současné době se dokončují únavové testy příložkového spoje, které ověří koncepci řešení při dynamickém cyklickém zatížení. Zatím se nám jeví tento příložkový spoj jako možná alternativa, která se dá zařadit někam mezi čepový a přeplátovaný spoj s předpjatými šrouby. V tomto rozsahu využití lze také očekávat budoucí uplatnění tohoto patentově chráněného řešení.

Alternative Detachable Flange Connections
TA02030318 project “The Research of Necessary Operating Parameters of Prospective Temporary Bridges for Railway Transportation” also includes the assessment of existing types of detachable mounting connections and a design of other alternative types of connections. In this article we would like to introduce you to the alternative types of flange connections.

Autoři

• Ing. Simon Pavel
• doc. Ing. Maňas Pavel Ph.D.
• Prof. Ing. Karmazínová Marcela CSc.