Novinky v oblasti software pro dimenzování ocelových stavebních konstrukcí

• Foto

Hlavní změnou, která se promítá do všech programů, je přechod od předběžných norem k definitivním verzím Eurokódů. Po několika letech, kdy vývoj Eurokódů byl v různých stupních rozpracovanosti, a platily různé verze včetně různých odvozených norem zařazených do  systému ČSN, nastala doba, kdy všechny související a vzájemně provázané normy jsou již vydány ve své definitivní podobě. Tak i provázanost programů  mohla být dotažena do konce, kdy předávané údaje jsou spolu slučitelné a vzájemně si odpovídající.

Nejvíce patrná je změna ve filosofii zatížení konstrukcí. Norma EN 1990 přichází jednak s novým názvoslovím, novou kategorizací zatížení a hlavně s novým přístupem k tvorbě kombinací zatížení. Nově jsou zavedeny tzv. reprezentativní hodnoty zatížení, což jsou různé hodnoty jednoho zatížení, které svou velikostí vyjadřují četnost, s jakou se dané zatížení na konstrukci během její životnosti vyskytne. Jsou zde tedy hodnoty charakteristické, kombinační, časté a kvazistálé, které vstupují do kombinací zatížení. Pro kombinace zatížení je stanoveno několik předpisů, podle toho, jakou návrhovou situaci je třeba u konstrukce posoudit. Pro mezní stav únosnosti jsou zde varianty kombinací základních, kombinace mimořádné, seismické a pro mezní stav použitelnosti kombinace charakteristické, časté a kvazistálé. V nových verzích programů se už pracuje s touto novou kategorizací zatížení a jsou zde nástroje pro ruční tvorbu i automatickou generaci různých typů kombinací.

FI NEC – NOVÁ VERZE PROGRAMU OCEL
Nová verze programu Ocel, vytvořená podle normy ČSN EN 1993-1-1 obsahuje všechny změny, které tato norma obsahuje oproti předběžné verzi ČSN P ENV 1993-1-1. Nejsou to změny nikterak zásadní, spíše upřesňující některé hodnoty, nebo upravující nejasné nebo nepřesně formulované jevy předběžné normy. Takto jsou například změněny hodnoty dílčích součinitelů spolehlivosti materiálu Y_M. Drobná zpřesnění jsou provedena v klasifikaci průřezů, kde je přečnívající délka pásnic průřezů uvažována nižší hodnotou.

Ve výpočtu vzpěru je přidána nová křivka vzpěrné pevnosti a₀, která je určena pro prvky z ocelí vyšších pevností (f_y > 450 MPa). Pro průřezy tvaru úhelníku je nově přiřazena křivka vzpěrné pevnosti b, a to bez ohledu na typ vybočení a na pevnost použitého materiálu. Výpočet klopení, byť formálně stejný, přichází také s drobnými změnami. Zejména ve stanovení pomocných výpočtových hodnot jsou v normě nabízeny trochu odlišné předdefinované stavy. Jedná se o uložení konců prvku a tvary momentových ploch na prvku.

Další změnou ve výpočtu klopení je změněný postup pro stanovení pružného kritického momentu M_cr. Konkrétní vztah ve standardním Eurokódu stanoven není, proto je zde použit postup popsaný v české národní příloze normy.

Zásadnější změnou je posouzení průřezu prvku na kroucení. V předběžné normě se kroucení mlčky přešlo a zabývala se jím jen ČSN 73 1401 z roku 1998, která už filosoficky vycházela z Eurokódů. V konečné verzi EN 1993-1-1 je posudek kroucení popsán. Popis je sice poměrně stručný, ale je akceptovatelný. Zvlášť je řešeno kroucení volné a vázané, což není nijak překvapivé. Kromě standardního  posudku smykového a normálového napětí při volném a vázaném kroucení je zde ještě zavedena redukce únosnosti průřezu na smykovou sílu, což ovlivňuje i redukci ohybové únosnosti při kombinaci smyku a ohybu.

Novinka, se kterou přichází program Ocel, je posouzení prutů s obecnými tvary průřezu. Obecné tvary průřezu jsou rozděleny do dvou skupin. Na průřezy masivní a na průřezy složené z relativně tenkých stěn. Posudek obecných průřezů je proveden v lehce zjednodušené formě, protože není k dispozici řada údajů, které norma poskytuje pro průřezy přesně definované topologie (např. průřezy I, U, úhelníky). Vždy je však dbáno na to, aby použitý postup výpočtu byl ve prospěch bezpečnosti konstrukce. Proto je třeba mít na zřeteli, že pokud je tvar průřezu topologicky shodný nebo nahraditelný některým z definovaných tvarů, je lépe použít definovaný tvar průřezu, než tvar obecný.

Výsledky na obecném tvaru mohou být konzervativní s ohledem na nejistoty v chování obecného průřezu, který může být i staticky ne zcela výhodný. Všechny výše popsané změny, které se objevují v programu Ocel, jsou stejným způsobem zapracovány i do programu Ocel-Požár pro posouzení požární odolnosti ocelových prutových prvků. Posouzení požární odolnosti prvku má dvě samostatné části výpočtu. Tou první je stanovení tzv. kritické teploty prvku a druhou je určení doby, za níž bude v prvku kritické teploty dosaženo.

Norma EN 1993-1-2 udává vztah mezi teplotou a pevnostními parametry oceli f_y a E_a. Opakovaným výpočtem posouzení při různých teplotách se hledá teplota, při níž jsou hodnoty meze kluzu f_y a modulu pružnosti E_a takové, že je právě dosaženo únosnosti prvku, tedy že hodnota využití je rovna přesně 100 %. Tuto teplotu pak považujeme za kritickou teplotu prvku.

Stanovení doby požární odolnosti, tedy doby, za níž je dosaženo v prvku kritické teploty, má dva důležité aspekty. Prvním z nich je určení modelu požáru. Používají se tzv. teplotní křivky, což jsou křivky určující závislost teploty plynů uvnitř požáru na čase. Běžně používané teplotní křivky jsou popsány v normě EN 1991-1-2 Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. Podle charakteru požáru a podle vstupních dat, které jsou k dispozici je možno použít nominální křivky nebo křivku parametrickou. Nominální křivky jsou popsány jednoduchou matematickou formulí a citovaná norma uvádí celkem tři nominální křivky: normovou teplotní křivku, křivku vnějšího požáru a uhlovodíkovou křivku.

Parametrická křivka, popsaná též v uvedené normě, je dokonalejším modelem požáru, zahrnuje vliv okolní konstrukce, vliv otvorů, rozměrů požárního úseku a materiálů použitých v konstrukcích ohraničujících požární úsek. Na rozdíl od nominálních křivek popisuje parametrická křivka i fázi chladnutí, kdy po určité době začne teplota klesat, a to vlivem vyhoření veškerého paliva nebo vlivem nedostatečného přísunu kyslíku do požárního úseku. Použití parametrické křivky vyžaduje bohatší a náročnější množinu vstupních dat, ale za to dává dokonalejší výsledky o průběhu teploty během požáru. Druhým aspektem je stanovení závislosti teploty materiálu prvku na teplotě plynů uvnitř požáru. Teplota prvku narůstá pomaleji, než vlastní teplota plynů.

A tento rozdíl je závislý jednak na geometrickém uspořádání prvku (hlavně na podílu povrchu a objemu prvku) a jednak na použité požární ochraně prvku. Program umožňuje posouzení prvků s několikerými druhy požární ochrany. Jedná se o různé nástřiky, intumescentní nátěry, obklady a ochranné truhlíky. Připojena je i databáze požárně ochranných materiálů. V té části výpočtu, kde se počítá požární odolnost prvku, se nová verze programu Ocel-Požár neliší od předchozí verze, protože ta již byla zpracována podle definitivního znění normy ČSN EN 1993-1-2.

Přechod k používání Eurokódů jako jediné platné soustavy norem je pro naši statickou veřejnost zásadní změna, která proběhne v březnu příštího roku. K tomuto datu má být, podle zatím dostupných informací, zrušena platnost zbylých norem bývalé soustavy ČSN.

News in the area of software for dimensioning steel engineering constructions
Along with the development which has recently been in practise and the state of standards for engineering constructions statics, there has been a development in software depending on these standards. In the near future, new software versions will be released for dimensioning steel, wooden and concrete constructions. Along with these dimensioning programmes, also the programme FIN EC calculating statics of bar constructions will be updated.

Autoři

• Ing. Starý Jan
• Ing. Vodolan Miloš