Analýza únosnosti spojů s ocelovými styčníkovými plechy

ROZDĚLENÍ SPOJŮ
Spoje s vkládanými styčníkovými plechy jsou mechanické spoje. Ocelový styčníkový plech je vložen do výřezu ve dřevěném masivu a připojen ocelovými kolíky respektive hřebíky.
Spoje lze v zásadě rozdělit do dvou skupin:

• Spoje s tenkými plechy tloušťky 1,00-1,75 mm připojené hřebíky průměru zhruba 3 mm, příkladem je systém Greimbau,
• Spoje s plechy větší tloušťky 5 až 10 mm připojené kolíky průměru 6 až 12 mm. Například švýcarský systém BSB firmy Steiner Jucker Blumer AG.

ÚNOSNOST SPOJŮ
Únosnost spojů závisí zejména na únosnosti jednotlivých kolíkových spojovacích prostředků a hustotě dřeva. Při praktickém návrhu podle normativních dokumentů je zjednodušeno skupinové působení spojovacích prostředků. Návrhová únosnost spoje je obvykle získána součtem únosností jednotlivých spojovacích prostředků [3]. V reálně namáhaném spoji s větším počtem spojovacích prostředků však dochází k nepravidelnému rozložení zatížení na jednotlivé prvky spoje [4]. Dalšími faktory, významně ovlivňujícími únosnost spoje, jsou účinky vlhkosti, délky trvání zatížení, teploty, struktury a vad dřeva, eventuelně výrobní imperfekce [5]. Některé detaily v konstrukcích vyžadují přesnější vyjádření těchto vlivů. Zvláště nebezpečné jsou trhliny ve dřevě od objemových změn, zasahující do oblasti spoje, které podstatně ovlivňují únosnost spoje. Při vyhodnocování použitelnosti dřevěných konstrukcí je také důležitý objektivní výpočet přetvoření, založený na základě reálného působení spoje. Získané údaje o přetvoření spojů jsou zásadní pro správně zvolenou hodnotu a křivku nadvýšení konstrukce.

ŘEŠENÍ MODELY
Pro analýzu chování kolíkového spoje byly použity dvě teoretické metody. První metoda, vycházející z teorie pružnosti a plasticity, popisuje rozdělení napětí ve dřevěném masivu od působení kolíkového spojovacího prostředku. Výpočet je proveden jako iterace jednotlivých tenkých vrstev dřeva. Druhá metoda do výpočtu zahrnuje vzájemné spolupůsobení kolíku a dřevěného masivu. Pro tuto numerickou metodu byl použit programový systém ANSYS. V něm byl vytvořen model popisující chování jednoho kolíkového spoje. Po vyhodnocení výsledků této analýzy se navrhl model spoje taženého prutu použitím dřevěných příložek a čtyř kolíků [6]. V další fázi výzkumu bude model rozšířen na spoj s velkým počtem spojovacích prostředků, zohledňující jejich skupinové působení i reálné chování styčníkových plechů. Teoretické závěry budou ověřeny zkouškou vzorového spoje, navrženého dle realizované konstrukce. Před provedením zkoušky je nutné odhadnout únosnost a extrémní hodnoty přetvoření daného spoje. Výsledky teoretické modelace nám poslouží, jak k určení neznámých hodnot zatížení a přetvoření spoje, tak i k vhodnému rozmístění měřící techniky na zkušebním vzorku. Celý proces analýzy spoje je ve stádiu přípravy a hodnocení jejich dílčích částí.

přetvoření ve směru osy y

průběh napětí ve směru osy z

ZÁSADY NAVRHOVÁNÍ
Teoretické závěry i praktické zkušenosti s návrhem spojů nás vedou k zdůraznění správného rozmístění spojovacích prostředků. Hledisko skupinového působení je třeba zohlednit v počtu řad kolíkových spojovacích prostředků. Nejvíce jsou namáhány spojovací prvky na okraji spoje (obr. č. 3). Pokud je počet řad velký, není část spojovacích prostředků využita efektivně a výpočet předpokládající stejné využití všech prvků neodpovídá skutečnému působení spoje. Vzhledem k bezpečné únosnosti skupinového spoje je nutné dodržet určité minimální vzdálenosti mezi spojovacími prvky. Vliv těchto vzdáleností vyšetřují výše zmíněné matematické modely.

Rozmístění spojovacích prostředků kolíkového typu na části zkušebního vzorku.

ZÁVĚR
Při výstavbě moderních konstrukcí velkých rozpětí a složitých geometrických tvarů se i přes mnohé objektivní potíže bez nových druhů spojů neobejdeme. Cílem naší práce je přesnější popis chování spoje uvedeného typu, s ohledem na skupinové působení spojovacích prostředků, rozdělení napětí v jednotlivých prvcích spoje a jeho přetvoření. Zkoušky na vzorcích (obr. 3), vyrobených podle spojů užitých v realizovaných konstrukcích, ověří výsledky teoretické analýzy a prokazatelně určí reálnou únosnost daného spoje.

Práce vznikla v rámci doktorského studia.
Recenzoval Doc. Ing. Bohumil Straka, CSc., Vysoké učení technické v Brně, Stavební fakulta

Autor

• Ing. Vejpustek Zdeněk