Modelování a posouzení přeplátovaného spoje

Geometrie

Pultová střecha má rozměry 9,5 m x 15 m. Výškový rozdíl mezi okrajem střechy a hřebenem je 1,6 m, což odpovídá sklonu 9,56°. Vzdálenost mezi hlavními nosníky je 5 m. Na ně se mají položit ZL vaznice pro sendvičové prvky s roztečí 3 m. Za tímto účelem se hlavní nosníky rozdělí pomocí vnitřních uzlů typu "Na prutu".

Vaznice by měly být uspořádány střídavě. To znamená, že průřez vaznice musí být v každém druhém poli pootočen o 180° tak, aby do sebe vaznice při přeplátování zapadly. V připojeném souboru je místo natočení prutu použit nový průřez, u kterého jsou rozměry pásnic zadány opačně.

Nejprve se jednoduše protáhnou vaznice od uzlu k uzlu. Jako průřez by měl být použit ZL-profil s následujícími rozměry.

Překrytí průřezů musí být provedeno již v RFEM-modelu. Několik výrobců vaznic pro ně doporučuje následující: První sdružená vaznice se do prvního vnitřního pole prodlouží o 0,15 x L, druhá vaznice se prodlouží do obou sousedních polí o 0,1 x L. Přes podporu a zadaná prodloužení se umístí vždy dvě vodorovné řady šroubů. Na volném konci sdružené vaznice je zadána vzdálenost od okraje 32 mm. Výsledkem jsou délky překrytí 532 a 782 mm. Jakmile jsou namodelována tato prodloužení, je třeba ještě zadat příslušné klouby na koncích prutu.

Všechny sdružené vaznice mají v uzlu s hlavním nosníkem nůžkový kloub. Tím je zajištěno, že se ohybový moment nepřenáší na nosník jako kroucení. Konec sdružené vaznice má k tomu kloub, který přenáší pouze posouvající síly. Ztužení sendvičovými panely se modeluje jako prutová podpora s cu,y = 1000 kN/m² a Cφ,x = 1,70 kNm*rad^-1*m^-1.

Aby bylo možné při napojení zohlednit a posoudit i patky vaznice, modelují se také s celkovou délkou 13 cm.

Excentricity

Pro posouzení ocelového přípoje se vždy používá přesná poloha namodelovaných těžišťových os. Proto musí být excentricity zadány již v hlavním modelu. Zejména v případě nesymetrických průřezů s nerovnoměrnými vzdálenostmi mezi těžišti se jako velmi užitečné ukazuje použití relativních excentricit. Protože mezi dolní pásnicí vaznice a horní pásnicí nosníku je nutná mezera minimálně 6 mm, mají vnější vaznice relativní a absolutní excentricitu ve směru lokální osy z -6 mm vůči horní pásnici nosníku. Prostředním vaznicím je přiřazeno příčné odsazení vůči vnějším vaznicím a navíc e_y = -4 mm a e_z = -2 mm. Stejný typ excentricity je přiřazen také patkám vaznice, ale ještě s přídavným odsazením e_y = -80,5 mm a e_z = 6 mm.

Zatížení

Zatěžovací stav Vlastní tíha Přídavné zatížení od sendvičových panelů 0,15 kN/m² Zatěžovací stav Sníh: 0,68 kN/m² Zatěžovací stav Sání větru: zjednodušeně -0,45 kN/m² na celou plochu střechy

Všechna zatížení se vnesou na sdružené vaznice pomocí generátoru zatížení "Zatížení na pruty z plošného zatížení"

Zatěžovací stavy se skládají do 2 kombinací zatížení takto:

• KZ1 = 1,35 x ZS1 + 1,5 x ZS2
• KZ2 = 0,9 x ZS1 + 1,5 x ZS3

Zadání ocelové přípoje

Vzorově je přípoj zadán v uzlu, ve kterém je zohledněno všech sedm prutů.

U všech prutů se nastaví typ prutu "Spojitý" a oba konce prutu hlavního nosníku jako podepřené. U sdružených vaznic může v oblasti překrytí dojít k tlakovému kontaktu. Ten lze namodelovat pomocí komponenty "Spojovací prostředek" s nastavením počtu šroubů na 0 tak, aby působil pouze kontakt plochy s neúčinností při tahu. Celkem je tedy v tomto příkladu zapotřebí 5 komponent stejného typu "spojovací prostředky".

• Šroubové spojení patky vaznice k pásnici nosníku
• Šroubové spojení patky vaznice s oběma sdruženými vaznicemi
• Vnější řady šroubů na koncích překrytí
• Kontakt mezi dvěma horními pásnicemi sdružených vaznic
• Kontakt mezi dvěma dolními pásnicemi sdružených vaznic

V případě tenkostěnných prvků se nedoporučuje provádět posouzení s přednastaveným mezním plastickým přetvořením 5 %. Mezní hodnota se proto snižuje na 1 %. Dále je třeba provést posouzení boulení.

Výsledky

Výsledek posouzení napětí vypadá následovně:

V tabulce nosnosti od výrobce Wirth GmbH je dané přípustné rovnoměrné zatížení 3,43 kN/m. Na rozdíl od toho však na model působí zatížení 3,75 kN/m. Je tedy třeba zmenšit vzdálenost mezi vaznicemi, zvolit vyšší pevnost materiálu nebo pevnější profil. V modelu byla použita třetí možnost a tloušťka plechu průřezu byla zvýšena na 2,5 mm. Excentricitu č. 2 je pak třeba změnit na e_y = -3,5 mm a e_z = -2,5 mm a excentricitu č. 3 na e_y = -80,25 mm a e_z = 6 mm.

Zjednodušená analýza boulení vykazuje problém se stabilitou. První dva vlastní tvary leží mimo uzel spoje, ale vlastní tvary č. 3 a 4 se nacházejí v oblasti spoje, a proto vyžadují bližší prozkoumání.

Toho lze dosáhnout například pomocí analýzy GMNIA (Geometricky a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi) na podmodelu, což však není součástí tohoto článku.

3D model

• 3D prohlížeč | Google
• 3D prohlížeč | Babylon
• Virtuální realita

Model | Z-vaznice na pultové střeše