Problémy návrhu a posouzení vysokých ocelových stožárů záchytných sítí

• Foto

U vysokých ocelových stožárů záchytných sítí je často přehlížen jejich návrh a dimenzování. Pro názornost je analyzován příklad takového podcenění (včetně podrobného přepočtu a fotografií). Jedná se o oplocení hřiště, složeného z ocelových stožárů výšky až 9,0 m, pokrytých záchytnou sítí. Při působení větru, velikosti nepřevyšující normové hodnoty, se konstrukce zhroutila. Štíhlé ocelové stožáry, nesoucí síť, se zlomily. Ke konstrukci nebyla k dispozici žádná výkresová dokumentace, rozměry konstrukce a jejich detaily byly ověřeny měřením a dokumentovány fotograficky [1, 4 až 6]. Konstrukce je neznámého stáří.

POPIS ANALYZOVANÉ KONSTRUKCE

Konstrukce byla postavena z ocelových pozinkovaných stožárů (obr. 1) – trubek délky 9,0 m (délka trubky měřena nad terénem) průměru ∅ 89 mm se stěnou tloušťky 4 mm (obr. 4).

Jednotlivé stožáry byly umístěny ve vzdálenostech 4,50 m od sebe. U části delších stožárů došlo nejprve k deformacím (obr. 2) a později k jejich zlomení (obr. 3) tam, kde končilo vnitřní vyztužení další vnitřní trubkou průměru ∅ 76 mm se stěnou tloušťky 7 mm [2]. Konstruktivně bylo toto uspořádání provedeno tak, že na vnitřní trubku byla zřejmě nasazena vnější trubka (bez vzájemného propojení obou trubek viz obr. 3). O založení stožárů není nic známo, sondy nebyly z provozních důvodů provedeny. Mezi stožáry byla pak natažena záchytná síť. Z vnějšího vzhledu stavby bylo zřejmé, že byla již dříve opravována. Rozsah a způsob provedené opravy však není známý.

PORUŠENÍ KONSTRUKCE

Před časem došlo k havárii stožárů. Směr zlomení odpovídá předpokládanému směru převládajícího působení větru (obr. 1 a obr. 2). Lze vyloučit, že by výklon a havárie mohly být vyvolány působením sněhu, námrazy či jiné vnější akce.

Přepočet stožárů však prokázal, že i běžný „normový“ vítr nebyla konstrukce schopna bez poškození přenést. To, že konstrukce tak dlouho odolala účinkům větru lze přisoudit tomu, že jeho intenzita byla do doby havárie menší, než požaduje norma.

Je ovšem zvláštní, že k poruše konstrukce nedošlo již v prvých zimních měsících po jejím postavení, kdy síť byla jistě pokryta námrazou a zachyceným sněhem.

PŘEPOČET KONSTRUKCE STOŽÁRŮ

Konstrukce stožárů byla staticky přepočítána. Byl vytvořen prutový model (obr. 5) obou trubek programu SCIA ENGINEER 15.1.100, který byl zatížen vlastní tíhou a větrem dle normy ČSN EN 1991-1-4 „Zatížení konstrukcí větrem“. Materiál trubek byl předpokládán třídy S235, síť pak dle podkladu [3] polyethylenová PET, s oky 20 × 20 mm a provazci ∅ 1,1 mm (vypočítaný součinitel plnosti 11 %). 

Protože v normě pro zatížení větrem není zatížení na síť jasně stanoveno, bylo uvažováno jako zatížení na vlajky, násobené výše uvedeným součinitelem plnosti.

Výpočet byl proveden lineárně a nelineárně pro kombinace mezního stavu únosnosti (obr. 6) a použitelnosti (obr. 7). Pro nelineární analýzu byl použit výpočet pomocí Newton-Rhapsonovy modifikované metody.

ZÁVĚR

Analýza prokázala, že konstrukce stožárů pro normové zatížení větrem překračovala mezní stav únosnosti 4,36× a zároveň bylo dosaženo průhybu volného konce 2,099 m (od nelineární charakteristické kombinace obr. 7).

Staticky se u konstrukce záchytné sítě jednalo o konstrukci pochybnou, její stabilita na vodorovné zatížení (vítr) byla zásadně podceněna. I mírný vítr mohl vyklonění konstrukce výrazně negativně ovlivnit.

Na tomto příkladu je vidět, že havárie konstrukce byla vyvolána především její problematickou konstrukcí; pečlivý návrh podobných konstrukci není tedy možné podceňovat. Je třeba vždy zohlednit působení větru, příp. sněhu a námrazy. Namáhání stožárů je do značné míry závislé na propustnosti záchytné sítě (v příkladu 11 %) a jejímu uložení (kde jsou volné konce). V normě ČSN EN 1991-1-4 „Zatížení konstrukcí větrem“ není stanoven postup výpočtu těchto konstrukcí; nicméně podobnost s vlajkami se nabízí.

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP – Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

LITERATURA:
[1] Měření a fotodokumentace zřícené konstrukce
[2] Fuchs, J., Rec, M., Šefl, E.: Statické hodnoty kovových válcovaných průřezů. SNTL Praha 1989
[3] http://www.dobes-site.cz/katalog/site-na-golf.html 
[4] Černohorský, V.: Rozlítávací voliéra. http://docplayer.cz 
[5] Pume, D., Čermák, F.: Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí. ARCH Praha 1993
[6] Bažant, Z., Klusáček, L.: Statika při rekonstrukcích. 6. vydání (upravené) CERM Brno, 01/2015

Problems of Design and Assessment of High Steel Poles for Safety Nets
Concerning poles of safety nets, the design and dimensioning are often underestimated. The contribution is focused on the design and calculation of thin high steel poles of safety nets. The example of built and crashed structure is provided and analysed, including the calculation and photographs of the damage.

Autoři

• doc. Ing. Bažant Zdeněk CSc.
• Ing. Koláček Jan PhD.