Některé z našich nedávných článků v databázi znalostí se zaměřily na modelování prutů s kruhovými dutými průřezy a jejich spojů pomocí programu RFEM 6 a příslušného addonu Ocelové přípoje. Dva z nich, konkrétně KB 1887 a KB 1899, vám ukázali, jak modelovat některé z těchto přípojů.
- KB 1887 | Modelování jednoduchého spoje s čelní deskou v programu RFEM 6
- KB 1899 | Modelování vyztužených trubkových přípojů v addonu Ocelové přípoje
V prvním příspěvku jsme ukázali, jak lze modelovat jednoduchý spoj dvou prvků s kruhovými dutými průřezy s čelní deskou (tzn. spoj s prstencovou pásnicí), zatímco ve druhém jsme ukázali, jak lze modelovat stejné přípoje, ale vyztužené žebry. Na obrázku 1 jsou znázorněny oba přípoje, první pod a) a druhý pod b).
Při modelování a posouzení takových přípojů je ovšem třeba zohlednit některé důležité aspekty, které mohou ovlivnit jejich výkonnost. Jedním z nich je páčení spojovacích prostředků vlivem tahových sil. Tato síla je způsobena ohybem čelní desky a může vést ke zvýšenému namáhání šroubů a plastickým deformacím. Výše uvedené přípoje jsou příklady ocelových přípojů, které jsou náchylné k tomuto páčení, protože se jedná o přípoje s čelní deskou, kde jsou šrouby mimo připojený průřez.
Dlubalův addon Ocelové přípoje dokáže přesně zachytit páčení a zahrnout ho do výsledků numerického modelu (tzn. síly působící na šrouby, plastickou deformaci připojených desek, celkovou deformaci spoje). Bylo by proto zajímavé prozkoumat a porovnat tento účinek ve výše zmíněných pásnicích, jak to provedeme v našem příspěvku.
Nejdříve se ale podíváme na to, jak je tento problém řešen v návrhových normách; konkrétněji v Eurokódu 3 [1]. Podle EC.3, čl. 6) článku 6.2.4.1 by se v případech, kdy se mohou vyskytnout páčení, měla uvažovat návrhová únosnost v tahu pásnice T-profilu jako nejmenší hodnota pro tři možné druhy porušení:
- Režim 1: Úplná plasticita pásnice
- Režim 2: Neúčinnost šroubu s tečením pásnice
- Režim 3: Neúčinnost šroubu
Každý z těchto tvarů je popsán v tabulce 6.2 v EC 3 [1]. Stručný popis konceptu je znázorněn na obrázku 2, kde:
| Q | Tlaková síla, tj. kontaktní síla, která může vzniknout mezi volným okrajem a řadou šroubů, působící jako výslednice plošného tlaku v kontaktní mezeře v hraničním bodě pásnice |
| FT,Rd | Návrhová únosnost T-profilu v tahu |
| dw | Průměr podložky nebo šířka v bodech hlavy šroubu nebo matice |
| n, m | Vzdálenosti podle obrázku |
Než budeme pokračovat, je třeba také stanovit, jaké faktory ovlivňují účinek páčení. Jedná se o vzdálenost šroubu od průřezu, tuhost a geometrii čelní desky, deformaci šroubu a způsob svařování.
Na základě těchto skutečností nyní můžeme zohlednit páčení u obou variant spojů pásnic profilu CHS, které jsme zmínili na začátku tohoto textu. Pro rozšíření úvah k tématu k nim přidáme další variantu: konkrétně zohledníme také páčení v plné čelní desce bez otvoru, jak je znázorněno na obrázku 3.
Jak již bylo zmíněno, addon Ocelové přípoje společnosti Dlubal může realisticky zachytit účinek páčení a zahrnout ho do výsledků numerického modelu. Proto můžeme tyto přípoje (obrázky 4, 5 a 6) vytvořit v programu RFEM 6 a vystavit model tahové síle 300 kN, jak je znázorněno na obrázku 7.
Poté můžeme spustit výpočet a získat síly ve šroubech, jak je znázorněno na obrázku 8.
Pro porovnání chování těchto tří variant se používají součinitele páčení, které se vyjadřují jako poměr celkové síly ve šroubech k působící síle. Jakmile je první z nich stanovena, jak je znázorněno na obrázku 8, lze snadno vypočítat páčení pro každou z variant, jak je znázorněno v tabulce 1.
| Varianta | Použitá tahová síla [kN] | Celková síla [kN] | kRFEM,1 |
|---|---|---|---|
| 1. Prstencová pásnice | 300 | 515,3 | 1,72 |
| 2. Plná čelní deska | 300 | 423,8 | 1.41 |
| 3. Vyztužená prstencová pásnice | 300 | 300 | 1 |
Součinitele páčení stanovené v tabulce 1 jasně ukazují, že při použití prstencových pásnic je páčení největší ve spoji. Můžeme také vidět, že čelní deska bez otvoru poskytuje určité odlehčení, zatímco výztuhy spolehlivě odlehčují šrouby od páčivých sil a snižují plastickou deformaci čelní desky. Vzhledem k tomu, že jsme již stanovili, které parametry ovlivňují páčení, můžeme dojít k závěru, že pro omezení/eliminaci tohoto účinku by u první varianty s prstencovými pásnicemi byla zapotřebí silná čelní deska a větší průměry šroubů.
Naproti tomu čelní deska s vyztuženou prstencovou pásnicí (tj. varianta 3) by zůstala tenčí, musíme ovšem zohlednit, že by se musely přivařit výztuhy, což zvyšuje náklady na spoj. Pokud je páčení malé, nemusí se přivařit výztuhy. Pokud je však tento účinek významný, nemusí být jiná možnost než styčník vyztužit. Vzhledem k tomu, že oba scénáře mají vliv na výrobní náklady, musíme být schopni vybrat optimální řešení pro minimalizaci výrobních nákladů při zachování dobrých vlastností spoje.
Závěr a výhled
Optimální posouzení styčníků hraje důležitou roli při posouzení ocelových konstrukcí. Proto je velmi důležité porozumět a pečlivě zvážit aspekty relevantní pro posouzení spojů v těchto konstrukcích. Páčení je jedním ze škodlivých jevů, který nelze při posouzení šroubových spojů přehlédnout. Ve většině případů se u typů spojů náchylných k páčení, jako jsou ty, o nichž pojednáváme v tomto příspěvku, určují parametry jako tloušťka desky, počet a průměr šroubů atd. Tyto parametry totiž ovlivňují páčení a je třeba je volit tak, aby na jedné straně tento účinek omezovaly, ale na druhé straně také přispěly k optimálnímu posouzení spoje (např. výrobní náklady).
Databáze znalostí