Dřevěný panel omezené tloušťky s průhybem kolem nuly

• Foto

Obrázek 2 ukazuje skládání normálového napětí nosníku od zatížení N a spřaženého nosníku od zatížení N + q do výsledného napětí a to na obr. 2a při oboustranné příložce, na obr. 2b při připojení příložky na horní plochu a na obr. 2c na dolní plochu nosníku (napětí příložky je třeba násobit poměrem modulů pružnosti E_o/E_d).

Nové řešení lze aplikovat na sendvičový deskový nosník s vnitřním jádrem a dvěma vnějšími plášti. U sendviče zatíženého q je nejprve samotné jádro negativně zatíženo rovnoměrně ω = (E_dI_d/E_oI_o) q obr. 3 a poté spřaženo s plášti a zbaveno zatížení. Výsledkem je nulový průhyb a nulové normálové napětí a tím nulový průhyb trvalý.

V praxi by bylo obtížné uvažovat o zavedení rovnoměrného zatížení ω při výrobě nosníku, bude patrně třeba se uchýlit k zatížení N ve čtvrtinách rozpětí, které vede k nulovému napětí jádra, likviduje vliv creepu a vyžaduje creep zohlednit pouze při změně zatížení. Vykáže to jen malý přírůstek průhybu nebo malé nadvýšení. Je to dáno příznivým působením příložek, které při snížení modulu pružnosti materiálu jádra (v daném případě dřeva) na hodnotu E_dc = E_d/c podstatně zvětší ideální moment setrvačnosti průřezu nosníku I_i na hodnotu I_ic neboť stoupne poměr E_o/E_d na c(E_o/E_d), takže E_dc.I_ic E_dI_i, jinak řečeno, při změkčení jádra se začne více prosazovat pružný neselhávající materiál plášťů (ocel). 

V důsledku náhrady zatížení za N vznikne při zanedbatelném průhybu omezené normálové napětí v jádře. Toto lze redukovat korekcí při zavádění předpětí s ohledem na skutečné poměry (např. na proměnu nahodilého zatížení v čase).

K návrhu tohoto nosníku se došlo postupným upravováním způsobů zvětšení únosnosti a tuhosti dřevěných sanovaných stropních trámů. V tomto směru bylo podáno v posledních létech několik patentů a užitných vzorů, které byly uplatněny při rekonstrukcích tisíců m2 dřevěných a betonových stropů. Všechny úpravy od prvního řešení [1] až k posledním [2] sledovaly cíl zvětšit únosnost a tuhost trámu pomocí k trámu přilepených nebo jinak připojených příložek a využít k tomu i samotný spolupůsobící trám.

Nové řešení, o němž je v tomto článku pojednáváno, sleduje stejný cíl, avšak za pomoci předem předpjatého nosníku, k němuž je posléze připojena příložka [3]. Tímto způsobem lze dosáhnout, kromě splnění uvedeného cíle, odstranění normálového napětí v jádře nosníku a tím i nezávislosti na vlivu přetváření materiálu jádra v čase.

Příklad:
Pro objasnění přínosu je dále uveden příklad sendvičového střešního panelu rozpětí 8 m (obr. 4) Dřevěné jádro tlusté 100 mm s modulem v MPa E_d = 1,2 × 10⁴ , E_dc = 0,3 × 10⁴ (creep) s ocelovými plášti tloušťky 0,6 mm E_o = 2,1 × 10⁵. Zatížení v kN/m q_n = 1,3, q_v = 1,7, p_n = 0,8, p_v = 1,2. Po ideálním negativním zatížení ω = –3,29, připojení plášťů a zatížení q = 1,3 + 0,8 + 3,29 vykáže panel průhyb y = 0 a normálové napětí v jádře v poli σ = 0, v pláštích σ = 279 MPa.

Při náhradním přitížení silami N = 12,07 kN a zatížení 1,3 + 0,8 vykáže průhyb y = 0 a normálové napětí v jádře v poli σ = 0,5 MPa, v pláštích o = 265 MPa. Při dlouhodobém zvětšení stálého zatížení z q_n na q_v dojde k průhybu 22 mm, při krátkodobém zmenšení užitného zatížení na nulu dojde k nadvýšení –26 mm.

V případě klasického řešení, tj. dřevěný panel bez předpínání, by musel být tento panel tlustý 300 mm, tj. třikrát tlustší. Pro rozpětí 12,00 m postačí tloušťka panelu 150 mm s příložkami tlustými 1,0 mm. Při klasickém řešení je potřebná tloušťka 470 mm.

Opláštění ocelovým plechem také chrání dřevěné jádro před nepříznivým kolísáním vlhkosti. Provedené analýzy prokazují i nepodstatný vliv změn teploty. U uvedeného příkladu při změně teploty t = ±20 °C vzniká u podpory přídatný smyk 0,4 MPa, normálové napětí v jádře 0,5 MPa a změna napětí v pláštích 42 MPa.

Zde uváděný konstrukční princip lze aplikovat na deskové nosníky i z jiných konstrukčních materiálů. Jádro nosníku lze vytvořit z plastové či kovové voštiny, pláště z kovu či plastů odpovídajících konstrukčních parametrů. Takovýmto aplikacím by ovšem musely předcházet potřebné ověřovací zkoušky jak výsledných parametrů nosníků, tak i možností výroby nosníku.

Nosník, představený v článku, lze vyrábět např. následujícím způsobem ve čtyřech krocích znázorněných na obr. 5.

1 – ohnutí základního prvku 1 nosníku pomocným přípravkem pro ohnutí obsahujícím kolíky 4a a 4c, trubky 4b a kotvy 4d,
2 – připojení poddajných plochých příložek 2a a 2b na horní a spodní plochu základního prvku 1 nosníku,
3 – spřažení základního prvku 1 s příložkami 2a a 2b,
4 – odstranění pomocného přípravku ze základního prvku 1 nosníku.

Základní prvek 1.1 nosníku je uložen na krajní podpory 5 bez příložek a ukotven ve čtvrtinách rozpětí do podlahy, aby vzniklo žádané prohnutí.

Základní prvek 1.1 je opatřen na bocích výřezy, k nimž se na každé straně připojí pomocí kolíku 4a.1 trubka 4b.1 s vnitřními závity, do kterých se otáčením kolíku 4c.1 upevní kotva 4d.1 kotvená do trubky 4b.

Pomocný přípravek pak vyvozuje na základní prvek 1.1 síly N a způsobí jeho potřebný průhyb. 

Poté následuje krok 1 a 2 pro druhý základní prvek 1.2 nosníku.

Krok 1. – k základnímu prvku 1.2 opatřenému příložkou 2b s lepidlem a na bocích výřezy, se na každé straně připojí pomocí kolíku 4a.2 trubka 4b.2 s vnitřními závity, do kterých se otáčením kolíku 4c.2 upevní kotva 4d2 kotvená do 4b.1.

Krok 2. – po prohnutí základního prvku 1.2 do žádaného tvaru je na jeho horní plochu naneseno lepidlo a příložka 2a. 

Poté následují obdobné kroky 1 a 2 pro další základní prvky 1.3 a 1.4 nosníku zakončené uložením lepidla a příložky 2a na horní plochu základního prvku 1.4.

Krok 3. – spřažení základních prvků 1.1.,1.2.,1.3. a 1.4. s příložkami 2a 2b spočívá v zatvrdnutí lepidla v celém souvrství najednou pro všechny základní prvky 1.1.,1.2.,1.3. a 1.4.

Krok 4. – následně se odpojí kotvy 4d.1, 4d.2, 4d.3 a 4d.4. Jednotlivé prohnuté sendvičové panely 1.2,1.3 a 1.4 se uskladní nakoso mimo podpory.

ZDROJE INFORMACÍ:
[1] Nosník se zvětšenou únosností – PV 2001‑4359, ÚPV Praha patent č. 295097
[2] Ztužený stropní trám a způsob ztužení – PV 2013 – 130, ÚPV Praha, patent č. 304822
[3] Způsob omezení průhybu a zvětšení únosnosti nosníku PV 2016 – 279

Wooden Panel of a Limited Thickness with Deflexion Close to Zero
The proposed element consists of a wooden board coupled with metal splice plates. This coupling makes the construction principle described below possible and reduces flexion to negligible values. The coupling is carried out by a method consisting in bending the beam first (lift-up) by means of a special appliance and by attaching a metal splice plate to the upper or lower surface of the beam by glueing. After coupling the beam with metal splice plates, the facilitating appliance is removed.

Autoři

• prof. Ing. Rojík Václav DrSc.
• doc. Ing. Brabec Václav CSc.