4.13 Průřezy

Před vytvořením prutu v programu je třeba definovat průřez. Průřezové charakteristiky a vlastnosti materiálu určují tuhost prutu.

Každý průřez má přiřazenou určitou barvu, což umožňuje rozlišit na první pohled v modelu různé profily. Zobrazení lze nastavit v navigátoru Zobrazit v položce Barvy v grafice podle (viz kapitola 11.1.9).

Ne každý definovaný průřez se musí v modelu použít. Při modelování konstrukce tak lze experimentovat bez nutnosti mazat průřezy. Je ovšem třeba upozornit na to, že průřezy nelze přečíslovat.

Nosník s náběhy uživatel namodeluje tak, že definuje rozdílný průřez na počátku a na konci prutu. RFEM pak automaticky spočítá proměnnou tuhost po celé délce prutu.

Průřezové charakteristiky není třeba zadávat ručně. K dispozici je rozsáhlá databáze průřezů, kterou lze dále rozšiřovat, a průřezy lze do programu také importovat.

Uživatel může zvolit pro průřez libovolné označení. Pokud se vyplněný název shoduje s některou položkou v databázi průřezů, načte RFEM parametry průřezu. Hodnoty momentů setrvačnosti a osové plochy A průřezu nelze v tomto případě upravovat. Pokud uživatel zadá dosud neznámé označení průřezu, může v těchto polích hodnoty vyplnit ručně.

Průřezové charakteristiky se automaticky přebírají i v případě parametrických profilů. Pokud zadáme např. „Obdélník 80/140“, načtou se parametry daného profilu do příslušných polí. Výběr průřezů z databáze popisujeme níže.

Uživatel může vybrat některou položku ze seznamu již definovaných materiálů. Přiřadit požadovaný materiál je snazší díky barvám, které se standardně používají k zobrazení jednotlivých materiálů v grafickém zobrazení v renderovacím režimu.

V dialogu Nový průřez se pod seznamem materiálů nacházejí tři tlačítka. Slouží k otevření databáze materiálů, k založení nového nebo úpravě již zadaného materiálu.

Materiály jsou podrobně popsány v kapitole 4.3.

Hybridní materiál lze použít pouze v případě parametrických dřevěných průřezů. Určitým částem průřezu tak lze přiřadit specifické materiálové vlastnosti, pokud se jakost materiálu liší (např. dřevo nižší třídy stojinám).

Pomocí vlevo znázorněného tlačítka [Upravit] otevřeme dialog Upravit hybridní materiál.

Materiály přiřadíme jednotlivým částem průřezu podle grafického schématu. Můžeme je vybrat ze seznamu. Jeden ze zvolených materiálů pak stanovíme jako referenční materiál pro výpočet ideálních průřezových hodnot.

Tuhost průřezu je definována momenty setrvačnosti. Moment setrvačnosti v kroucení I_T udává tuhost při kroucení okolo podélné osy, plošné momenty 2. stupně I_y a I_z tuhost při ohybu okolo lokálních os y a z. Osa y je chápána jako hlavní - „silná“ osa. V grafickém okně v dialogu Nový průřez jsou znázorněny lokální osy průřezu.

U nesymetrických profilů se uvádějí momenty setrvačnosti okolo hlavních os u a v průřezu.

Momenty setrvačnosti a průřezové plochy můžeme pomocí součinitelů změnit v záložce Upravit. Z tabulky nám do této záložky umožňuje přístup tlačítko , které se zobrazí po kliknutí do příslušné buňky. Součinitel, kterým se upraví průřezová plocha A, přitom nebude mít žádný vliv na tíhu průřezu.

V případě zadání, které vidíme na obr. 4.126, se moment setrvačnosti zohlední pouhými 5%.

V této sekci parametrů průřezu se uvádějí následující plochy průřezu: celková osová A, smyková A_y a smyková A_z.

Smyková plocha A_y souvisí s momentem setrvačnosti I_z, smyková plocha A_z s momentem setrvačnosti I_y. Vztah mezi smykovými plochami A_y a A_z a celkovou plochou A lze pomocí korekčního faktoru κ vyjádřit následovně:

$A_y=\frac{A}{{\kappa }_y} ; A_z=\frac{A}{{\kappa }_z}$

${\kappa }_{y/z}=\frac{A}{I_{z/y}^2}·{\iint }_A\frac{S_{z/y\left(x\right)}^2}{t_{\left(x\right)}^2} dA$

kdy

• A : celková plocha průřezu
• I_z/y : momenty setrvačnosti průřezu
• S_z/y(x) : průřezové statické momenty v daném místě x
• t_(x) : šířka průřezu v daném místě x

Smykové plochy A_y a A_z mají vliv na smykové přetvoření, které je třeba zohlednit především v případě krátkých, masívních průřezů.  Pokud se smykové plochy nastaví na nulovou hodnotu, k vlivu smyku se nepřihlíží. Příslušné údaje lze nastavit v dialogu Parametry výpočtu v záložce Globální parametry výpočtu (viz obr. 7.27). Uvedeme-li u smykových ploch velmi malé hodnoty, můžou při výpočtu nastat problémy, protože smykové plochy jsou obsaženy ve jmenovateli příslušných rovnic.

Další informace o smykových plochách najdete v následujícím odborném článku:
https://www.dlubal.cz/cs/podpra-a-školení/podpora/databáze-znalostí/000966

Hlavní osy u symetrických průřezů se označují jako y a z, u nesymetrických průřezů jako u a v (viz výše). Úhel sklonu hlavních os α udává polohu hlavních os vzhledem ke standardnímu osovému systému symetrických průřezů. U nesymetrických průřezů se jedná o úhel, který svírá osa y a osa u (viz obrázek výše na okraji). Úhel je definován jako kladný ve směru hodinových ručiček. Pro symetrické průřezy platí α = 0°. Sklon hlavních os u průřezů z databáze nelze měnit.

Úhel natočení hlavních os se počítá pomocí následující rovnice:

$\tan 2\alpha =\frac{2 I_{yz}}{I_z-I_y}$

Úhel natočení α' udává úhel, o který jsou natočeny profily všech prutů s daným průřezem. Jedná se tak o globální úhel natočení průřezu. Každý prut zvlášť pak může být dále natočen o úhel β.

V záložce Pootočení (viz obr. 4.127) může uživatel dále vybrat v případě nesymetrických průřezů volbu Zrcadlit. Tímto způsobem můžeme například uvést do správné polohy průřez L.

Pokud přebíráme průřez z databáze průřezů nebo z modulu SHAPE-THIN, nemusíme se o úhel α' starat. RFEM načte tento úhel spolu s ostatními průřezovými hodnotami automaticky. V případě uživatelsky definovaných průřezů musí ovšem uživatel úhel vypočítat sám a ručně zadat do programu.

Šířka b a výška h průřezu mají význam pro zatížení teplotou.

Databáze obsahuje značný počet průřezů.

Vpravo v horní části dialogu Nový průřez i v tabulce 1.13 Průřezy se nacházejí tlačítka, která nabízí přímý přístup k často používaným řadám průřezů.

Celou databázi průřezů vyvoláme kliknutím na tlačítko [Převzít průřez z databáze...]. V tabulce můžeme dále databázi otevřít tak, že umístíme kurzor myši do sloupce A a následně klikneme na tlačítko nebo stiskneme klávesu [F7].

Databáze průřezů je rozdělena do několika částí, o kterých se blíže zmíníme na následujících stránkách.

Tabelované hodnoty mnoha válcovaných průřezů jsou uloženy v databázi.

Kliknutím na některé z příslušných 12 tlačítek nejdříve vybereme typ průřezu. Otevře se okno, v jehož střední části stanovíme řadu průřezů a z ní pak vybereme vhodný průřez.

V sekci Filtr lze nastavit filtrování položek v databázi podle kritérií Skupina výrobců/norem, Výrobce/norma, Tvar profilu a Poznámka pro profil. Nabídka řad a jednotlivých průřezů se tím zpřehlední. Průřezy lze roztřídit po kliknutí na nadpisy sloupců.

Jestliže potřebujeme zobrazit průřezy ze starších norem, zaškrtneme v sekci Filtr políčko Včetně neplatných...

Určité průřezy může uživatel označit za oblíbené. Dialog, v němž můžeme založit oblíbené průřezy, vyvoláme kliknutím na tlačítko [Vytvořit novou skupinu oblíbených…]. Tlačítko se nachází v pravé dolní části sekce Filtr. Po pojmenování nové skupiny oblíbených průřezů se otevře následující dialog:

Dialog má stejnou strukturu jako databáze průřezů. Po levé straně máme k dispozici filtry, které jsme již popsali výše. V sekcích Vybrat oblíbené můžeme háčkem označit preferované řady a průřezy.

Jakmile tento dialog zavřeme a v databázi průřezů aktivujeme zaškrtávací políčko Skupina oblíbených…, bude seznam průřezů mnohem přehlednější.

Tímto způsobem můžeme vytvářet různé skupiny oblíbených průřezů, které pak budeme mít k dispozici v seznamu v dolní části sekce Filtr.

Několik válcovaných profilů lze spojit příslušným nastavením parametrů.

Kliknutím na tlačítko [Uložit průřez jako uživatelsky zadaný] lze spojený průřez uložit pod přesným označením (na obrázku výše se například uloží jako 2IK HE-B 300 + HE-A 340). Průřez se zařadí do kategorieUživatelské, z které ho lze později načíst.

U průřezů složených z plechů lze parametry ve vstupních polích zadávat libovolně. Průřezové hodnoty se vypočítají podle teorie pro tenkostěnné průřezy. Platí to ovšem pouze u průřezů, jejichž jednotlivé prvky vykazují podstatně menší tloušťku než délku. Pokud tato podmínka není splněna, měl by být průřez pokud možno definován jako masivní (viz obr. 4.134).

Parametr a udává rozměr kořene svaru, ne poloměr zaoblení (viz obr. 4.133). Rozměry svarů mají vliv pouze na délku c/t částí. Neovlivňují však průřezové charakteristiky.

Pomocí tlačítka vlevo lze převzít parametry určitého válcovaného průřezu a poté případně některé údaje upravit. Často se tak můžeme vyhnout zdlouhavému zadávání mnoha parametrů.

Kliknutím na tlačítko [Uložit průřez jako uživatelsky zadaný] se parametrizovaný průřez uloží pod přesným označením (na obrázku výše se například uloží jako IS 330/160/8/12/0). Kliknutím na tlačítko [Načíst uložené parametry průřezu ze souboru...] ho lze znovu načíst.

Parametry pro zadání masivních průřezů (např. železobetonových průřezů) lze ve vstupních polích definovat libovolně. Hodnoty těchto průřezů se spočítají podle teorie pro tlustostěnné profily. Předpokladem jsou prvky s výraznou tloušťkou stěn.

Parametry pro zadání dřevěných průřezů lze ve vstupních polích definovat libovolně. Průřezové hodnoty těchto masivních nebo také složených průřezů se spočítají podle teorie pro tlustostěnné profily.

Pokud se průřez skládá z polotuhých spojů, je možné použít účinné tuhosti ohýbaného prutu podle normy EN 1995-1-1 Příloha B.2. Je třeba zadat příslušné redukční součinitele γ.  Pro modelování platí omezení podle přílohy B.1.2. Složené tlakové pruty podle Přílohy C tato volba nezahrnuje!

Pokud je typ materiálu hybridní, můžeme použít tlačítko [Upravit hybridní materiály...] a přiřadit příslušné vlastnosti jednotlivým částem průřezu (viz obr. 4.125).

V dialogu Normované dřevěné průřezy můžeme vybírat ze standardních obdélníkových průřezů - prken, fošen, hraněného či plného dřeva. K dispozici tu jsou také normované americké dřevěné průřezy pro posouzení podle AWC či CSA.

• Načtení uloženého průřezu

Po kliknutí na tlačítko [Načíst uložené uživatelské průřezy...] se otevře dialog, v němž se zobrazí všechny průřezy, které vytvořil uživatel.

• Zadání vlastního průřezu uživatelem

Po kliknutí na tlačítko [Vytvořit nový uživatelský průřez...] se otevře dialog, v němž lze libovolně definovat průřezové hodnoty.

Nejdříve zadáme řadu, do které bude průřez náležet, a ve vstupním poli Název uvedeme označení nového průřezu. Následně v příslušných vstupních polích stanovíme průřezové charakteristiky a vzpěrné křivky.

Průřezy lze importovat i z programů SHAPE-THIN a SHAPE-MASSIVE od naší firmy Dlubal Software.

Program umožňuje importovat kompletní řady průřezů ze souborů ASCII. Slouží k tomu tlačítko v levé dolní části databáze průřezů. Soubor však musí být ve formátu CSV. Jedná se o textový soubor, v němž jsou jednotlivé sloupce tabulky odděleny středníkem (;). Každý soubor Excel může být uložen v tomto formátu. Důležité ovšem je, aby se syntax řady v souboru ASCII shodovala se zadáním příslušné řady průřezů v RFEMu.

Příklad: Chceme importovat dvouosé symetrické průřezy I.

Tyto průřezy jsou vedeny v programu jako řada IS (srov. obr. 4.133). Pro IS průřezy je potřeba zadat tyto parametry: h, b, s, t, a. Tabulka v souboru Excel tedy musí vypadat takto:

V dialogu pro import průřezů nejdříve uvedeme složku souboru CSV. Poté vybereme v seznamu řadu průřezů, do které budou importované průřezy zařazeny.

Importované průřezy budou následně k dispozici v kategorii Uživatelské průřezy (viz obr. 4.137).

Při importu se spočítají průřezové hodnoty a napěťové body. Bude tak možné provádět i posouzení napětí na průřezech.