KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Materiály    Experimentálně stanovená tuhost rámového rohu tenkostěnné ocelové konstrukce

Experimentálně stanovená tuhost rámového rohu tenkostěnné ocelové konstrukce

Publikováno: 26.10.2009, Aktualizováno: 20.11.2009 16:31
Rubrika: Materiály, Zajímavosti

Nosné konstrukce průmyslových hal se navrhují z ocelových válcovaných nebo svařovaných průřezů. Pro ohybově tuhé spojení příčle a sloupu bylo vyvinuto několik vhodných detailů, viz materiály projektu AccessSteel [1]. Pro haly s menším rozpětím nebo zatížením se osvědčily nosné prutové konstrukce z tenkostěnných průřezů, které vynikají nízkou hmotností, snadnou dopravou, jednoduchou a rychlou montáží, nízkou cenou a minimalizovanými negativními dopady na životní prostředí. Sloupy se obvykle řeší ze dvou tenkostěnných profilů tvaru C, které se k sobě spojují stojinami. Stejné profily se volí i na rámové příčle. Ekonomie výroby a montáže závisí na vhodném řešení rámového rohu, viz [2]. Společně s kolegy z AGE s. r. o. a Skála & Vít s. r. o. měli pracovníci ČVUT v Praze příležitost pracovat na vývoji tohoto detailu tenkostěnné prutové konstrukce, která je určena na zateplené halové zemědělské objekty. Cílem návrhu byl styčník, který konstrukčním řešením umožňuje jednoduchou výrobu i montáž a splňuje statická kritéria použitelnosti a únosnosti.

NÁVRH
Při sklonu příčle je rámový roh kromě ohybového momentu a posouvající sily namáhán i normálovou silou. Nejjednodušším řešením je vložení tlustého styčníkového plechu, viz např. [1]. S touto variantou se i při vyztužení plechu v tlačené části pásnicí dosahuje výrazně nižší únosnosti, než mají připojované pruty. Tuhost styčníku se zvyšuje lepením. Řešení neumožňuje využít dolní pásnici příčle k montáži zateplení. Navržený rámový roh je tvořen dvojicí rohových vložek tvaru U, které se zasunují do průřezu sloupu a příčle, viz obr. 1 a 2. Vložky jsou v rohu přivařeny na šikmou čelní desku, která vyztužuje panel stěny ve smyku. K profilům sloupu a příčle a mezi sebou jsou vložky spojeny šrouby. Ohybovou tuhost styčníku zajišťuje čelní deska a vhodná geometrie rozmístění šroubů. Detail se osvědčil pro konstrukce se stejnými profily sloupů i rámových příčlí ze dvou profilů tvaru C. Řešení s vložkou nevyžaduje výrobu složitějších svařených prvků. Spojovací části lze snadno připravit na ohraňovacím lisu. Vlastní svaření přípravku s využitím čelní desky neklade zvláštní nároky na přesnost montáže nebo na polohovací přípravek pro výrobu vložky.

Předběžný návrh vycházel z rozboru zatížení a z globální analýzy prutové konstrukce Skála & Vít s. r. o. Hala je určena pro druhou sněhovou oblast. V rámovém rohu při mezním stavu únosnosti působí ohybový moment 101 kNm a normálová síla –54 kN. Při návrhu spoje byla podle [4], [5] a [6] ověřena únosnost vložek třídy 4 při namáhání ohybem za tlaku, momentová únosnost šroubovaného spoje na základě otlačení šroubů a plechů a boulení plechů mezi šrouby. Konstrukční svar na čelní desku má větší účinnou výšku než je tloušťka spojovaných materiálů. Navržené řešení bylo vyzkoušeno v laboratoři Kloknerova ústavu ČVUT v Praze.

ZKOUŠKY
K ověření ohybové tuhosti, únosnosti a deformační kapacity při statickém a opakovaném zatížení bylo uskutečněno šest zkoušek ve dvou sériích. Zkoušela se vždy dvojice výřezů z konstrukce. Každý výřez sestával z části sloupu, příčle, a z vložky rámového rohu. Pro stabilizaci ve vodorovném směru byl výřez při zkoušce opatřen vnějším i vnitřním pláštěm ze sendvičových panelů. První série o třech zkouškách byla provedena na vzorcích s vložkou o tloušťce 4 mm a druhá na vzorcích o tloušťce 3 mm. Výřezy konstrukce se styčníky byly na koncích opatřeny kloubovém uložením z kulatiny Ø 12 a zatěžovány osovou silou. Geometrie výřezů konstrukce byla navržena tak, aby byl zkušební prvek namáhán stejnou kombinací ohybu a normálové síly jako při rozhodující kombinaci zatížení na skutečné konstrukci, viz obr. 3 a 4 . Pro jednotlivé zkoušky byla volena odlišná historie zatěžování.

První zkouška z každé série byla zatížena rostoucím zatížením. Do požadované únosnosti se postupovalo po krocích s ustálením deformací na každém kroku. Na předpokládané mezi použitelnosti byl vzorek odtížen na 10 % očekávané únosnosti. Poté byl vzorek zatěžován až do dosažení největší únosnosti. Tyto zkoušky jsou označeny jako 4-1S, resp. 3-1S, kde první číslice uvádí tloušťku vložky v mm, druhá číslice značí číslo zkoušky v sérii a písmeno S značí, že vzorek byl zatěžován rostoucím zatížením. Druhý vzorek v sérii byl zatěžován při odtěžování. Předpokládaná únosnost, která byla zjištěna již první zkouškou, byla rozdělena na sedm úrovní. Po dosažení každé úrovně zatížení byl vzorek odtížen na 15 % únosnosti. Zkouška lépe umožnila sledovat počáteční tuhost a průběh nelineárního chování při plastifikaci a boulení tenkých plechů. Vzorky byly označeny 4-2C a 3-2C, kde C značí, že vzorek byl zatěžován s odlehčením. Při třetí zkoušce v každé sérii bylo zatěžováno třikrát opakovaně na každé úrovni zatížení, viz [7]. Průběh zatížení vycházel opět z únosnosti zjištěné při předchozí zkoušce.

Deformace během zkoušky byly měřeny průhyboměry v místě zatěžování a u vložky. Velikost působící síly byla určována kalibrovaným zatěžovacím členem. Během zkoušky byla geometrie vzorků zaznamenávána fotogrammetricky. Záběry dvěma kalibrovanými fotoaparáty s konstantní základnou umožňují během zatěžování vytvořit 3D obraz vzorku. Z naměřených dat průhyboměrů byly sestaveny pracovní diagramy. Na obr. 5 a 6 jsou znázorněny závislosti momentu na natočení pro obě série zkoušek. Důležitou informaci přináší tvary porušení vzorku. Vzorky s vložkou o tloušťce 4 mm se porušily lokální ztrátou stability pásnice spojovaného prvku, viz obr. 7. Styčník u těchto vzorků dosáhl větší únosnosti než spojované prvky konstrukce. Vzorky s vložkou o tloušťce 3 mm se porušily lokální ztrátou stability pásnice a stojiny vložky rámového rohu viz obr. 8 a 9.

MATERIÁLOVÉ ZKOUŠKY
Ze zkušebních vzorků obou sérii byly provedeny tři materiálové zkoušky z připojovaných profilů i z vložky. U první série byly u připojovaných profilů průměrné hodnoty meze pevnosti fu,obs = 328 MPa, meze kluzu fy,obs = 244 MPa a tažnosti 50,4 % a u plechu vložky 387 MPa, 320 MPa a 36,8 %. U druhé série byly u připojovaných profilů průměrné hodnoty meze pevnosti 415 MPa, meze kluzu 355 MPa a tažnosti 37,9 % a u plechu vložky 550 MPa, 454 MPa a 28,1 %.

VYHODNOCENÍ EXPERIMENTŮ
Naměřené hodnoty momentů a natočení při porušení a v lineárním stavu, viz [8], jsou shrnuty v tab. 1 kde Mu,obs je moment ve vzorku při zatížení silou na mezi únosnosti, ðu,obs je natočení od momentu Mu,obs, Sj,obs sečná tuhost vztažená k mezi únosnosti, Mel,obs moment ve vzorku v elastickém stavu, ðu,obs je natočení od momentu Mel,obs a Sj,ini,obs je počáteční tečná tuhost spoje.

Charakteristická hodnota tuhosti se uvažuje podle A.6.3.3 [4] jako 95 % změřené hodnoty. Vložka o tloušťce 4 mm má počáteční tuhost Sj,ini = 16.720 kNm/rad. Sečná tuhost vztažená k mezi únosnosti nabývá hodnoty Sj = 4.750 kNm/rad. Vložka o tloušťce 3 mm má počáteční tuhost Sj,ini = 18.800 kNm/rad. Sečná tuhost vztažená k mezi únosnosti nabývá hodnoty Sj = 4.370 kNm/rad. Pro dané rozpětí konstrukce lze styčník klasifikovat podle tuhosti na tuhý, polotuhý a kloubový. Pru tuhý styčník nevyztuženém rámu se vychází z požadavku na přesnost výpočtu vodorovné deformace mezní stav použitelnosti 20 %, viz [10]. Pokud se tento požadavek neporovná samostatným posouzením, požaduje se poměrná tuhost styčníku ku příčli nejméně 25. Pro příčli 18 m má být tuhost ohybně tuhého styčníku nejméně:

viz. Obr. 5 – Pracovní diagramy vzorků s vložkou tl. 4 mm

viz. Obr. 6 – Pracovní diagramy vzorků s vložkou tl. 3 mm

SHRNUTÍ
U zkoušených vzorků s vložkou o tloušťce 4 mm s roztečí vnějších šroubů 200 mm byla ze zkoušky stanovena charakteristická hodnota počáteční tuhosti styčníku 16.720 kNm/rad. Podle ČSN EN 1993-1-8:2005, viz [5], se doporučuje při globální analýze tuhost spoje zohlednit. Rámový roh s vložkou o tloušťce 3 mm byl navržen s větší vnější roztečí šroubů 240 mm, viz obr. 3, a charakteristická hodnota počáteční tuhosti styčníku 18.800 kNm/rad podle [5] odpovídá pro danou konstrukci tuhému spoji. Ve výsledném řešení byla použita vložka tl. 4 mm s podélnou roztečí vnějších šroubů 240 mm. Tuhost styčníků se ve výpočtu zohledňovala.

Příprava, provedení a vyhodnocení zkoušek bylo podpořeno výzkumným záměrem MŠMT Udržitelná výstavba MSM 6840770005. Výsledky práce jsou u Úřadu průmyslového vlastnictví České republiky chráněny užitným vzorem č. 18977.

LITERATURA:
[1] Materiály AccessSteel, viz URL:
www.access-steel.com, výklad viz www.access-steel.cz
[2] Klich, R., Wojnar, A., Kozłowski, A.: Badania doświadczalne węzłów narożnych ram wykonanych z profili cinkościennych, Officyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, ISSN 0209-2646, Rzeszów 2008
[3] Dunai, L., Foti, P.: Experimental behaviour mode sof cold-formed frame-corners, Connections in Steel Structures V., pp. 234–525, Amsterdam, 2004, ISBN 90-9019809-1
[4] ČSN EN 1993-1-3: 2008: Navrhování ocelových konstrukcí, Obecná pravidla – Doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované prvky a plošné profily, ČNI, Praha, 2008
[5] ČSN EN 1993-1-8: 2006: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-8: Navrhování styčníků, ČNI, Praha, 2006
[6] ČSN EN 1993-1-5: 2008: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-5: Boulení stěn, ČNI, Praha, 2008
[7] ECCS, Recomended testing procedure for assessing the behaviour of structural steel elements under cyclic loading. European convention for constructional steelwork, TC1 TWG 1.3. Brussels, 1986
[8] Wald, F., Žižka, J.: Únosnost ocelových rámových šroubovaných spojů, vyhodnocení experimentu, ČVUT v Praze, Praha 2008
[9] ECCS, European recommendations for steel construction, the design and testing of connections in steel sheeting and sections, Publication No. 21, Brussels, 1983
[10] Sokol, Z., Wald, F.: Navrhování styčníků, ČVUT v Praze, Praha 1999, 144 s. ISBN 80-01-02073-8.

Experimentally Determined Strength of Frame Corner of Thin-wall Steel Structure
The article introduces flexible strength of new geometry of frame corner of thin-wall steel bar structure with poles and front sides made of a pair of shape C profiles. The behaviour of node which was designed for insulated agricultural buildings was experimentally tested for the impacts of static and seismic load.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Vložka tloušťky 3 mmObr. 2 – Vložka tloušťky 4 mmObr. 3 – Uspořádání zkouškyObr. 4 – Diagram zatěžování vzorkuObr. 5 – Pracovní diagramy vzorků s vložkou tl. 4 mmObr. 6 – Pracovní diagramy vzorků s vložkou tl. 3 mmObr. 7 – Porušení příčle při zkoušce 4-1SObr. 8 – Porušení vložky při zkoušce 3-2CObr. 9 – Porušení vložky při zkoušce 3-3C

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

ČVUT hostilo seminář Požárně bezpečnostní řešení stavby a návrhové normyČVUT hostilo seminář Požárně bezpečnostní řešení stavby a návrhové normy (245x)
Na dvě stovky posluchačů z řad odborníků na požární ochranu si našly 2. února 2012 cestu do Atelieru D na Stavební fakul...
Příčiny koroze titanzinkových prvků stavebních objektů (99x)
Správné použití titanzinku je předpokladem pro zajištění dlouhodobé životnosti materiálu bez dalších požadavků na údržbu...
Proč havarovala střecha zimního stadionu v Mariánských Lázních?Proč havarovala střecha zimního stadionu v Mariánských Lázních? (89x)
Říká se, že z chyb se člověk učí. Tento druh výuky je o to složitější, když v rámci chyby nebo selhání umírají lidé. V n...

NEJlépe hodnocené související články

„Největší systémový nedostatek vidím v neošetřeném problému tzv. geotechnického rizika, které je součástí počátku stavebního záměru,“„Největší systémový nedostatek vidím v neošetřeném problému tzv. geotechnického rizika, které je součástí počátku stavebního záměru,“ (5 b.)
uvedl v rozhovoru pro časopis KONSTRUKCE Ing. Jindřich Řičica, předseda Asociace dodavatelů speciálního zakládání staveb...
Co jste hasiči, co jste dělali, že jste si takovou krásnou hasičárnu zasloužili?Co jste hasiči, co jste dělali, že jste si takovou krásnou hasičárnu zasloužili? (5 b.)
Autoři v článku popisují architektonické, konstrukční a materiálové řešení nové hasičárny v Krásné Studánce. Ta neslouží...
V mnoha směrech rekordní Bauma 2019V mnoha směrech rekordní Bauma 2019 (5 b.)
Po třech letech a tour v Indii a Číně se veletrh Bauma vrátil na výstaviště v bavorské metropoli – do Mnichova. Největší...

NEJdiskutovanější související články

Chemická kotva funguje v jakémkoliv stavebním materiáluChemická kotva funguje v jakémkoliv stavebním materiálu (15x)
Připevnění umyvadla, zábradlí nebo ocelové konstrukce chemickou maltou je dnes tak snadné jako aplikace silikonového tme...
Dřevostavby a cenové ukazatele nosných obvodových zdíDřevostavby a cenové ukazatele nosných obvodových zdí (9x)
Koncept „dřevostavba“ není zatím přesně definován. Tímto pojmem budeme rozumět stavební dílo, pro jehož nosnou konstrukc...
Analýza efektivity vytváření a využití antikorozních systémů na bázi materiálů obsahujících zinekAnalýza efektivity vytváření a využití antikorozních systémů na bázi materiálů obsahujících zinek (5x)
Zinkové povlaky tvoří nejefektivnější antikorozní ochranu ocelových výrobků. V práci je představena analýza nákladů...

Server Vodohospodářské stavby

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice