6.2 Zatížení na prut

Prut lze zatížit silami, momenty, teplotními účinky, předpětím nebo vynucenými deformacemi.

Před zadáním zatížení na prut je třeba definovat prut.

Číslo zatížení na prut se v dialogu Nové zatížení na prut vyplní automaticky. Uživatel ho však může změnit. Pořadí čísel nehraje žádnou roli.

V tomto sloupci v tabulce, resp. v příslušné sekci v dialogu může uživatel vybrat, na které prvky konstrukce má zatížení působit. Volit lze mezi následujícími možnostmi:

Zatížení působí na prut nebo na několik prutů jednotlivě.

Zatížení působí v tomto případě na celou skupinu prutů, které jsou uvedeny v seznamu. Rozdíl oproti první možnosti je pak v případě lichoběžníkového zatížení značný, protože parametry zatížení se neuvažují u každého jednotlivého prutu zvlášť, nýbrž u všech prutů ze seznamu jako celku (pro celkovou délku). Lichoběžníkové zatížení vztažené na několik jednotlivých prutů a na seznam prutů lze porovnat na obr. 6.17.

Možnost vztáhnout zatížení na seznam prutů dovoluje uživateli zadat zatížení přesahující jeden prut, aniž by bylo třeba definovat nový sled prutů. Zatížení lze pak snadno změnit na zatížení působící na jednotlivé pruty.

Zatížení působí na určitou sadu prutů nebo na několik sad prutů. I v tomto případě se parametry zatížení budou uvažovat u prutů z dané sady jako celku.

Sady prutů se dělí na sledy prutů a skupiny prutů (viz kapitola 4.21). Zatímco zatížení lze ke sledům prutů vztahovat neomezeně, v případě skupin prutů by měl uživatel postupovat opatrně: vztáhnout lichoběžníková zatížení ke skupinám prutů je většinou problematické.

V tomto poli se uvedou čísla prutů, popř. sad prutů, na které má zatížení působit. Pruty lze vybrat i graficky pomocí příslušné funkce.

Pokud jsme zvolili grafické zadání, vyplníme nejdříve údaje o zatížení. Po kliknutí na [OK] postupně vybereme příslušné pruty nebo sady prutů v grafickém okně.

V případě lichoběžníkového nebo proměnného zatížení vztaženého k seznamu prutů lze v dialogu upravit pořadí čísel prutů pomocí tlačítka [Otočit orientaci prutů].

V této sekci se stanoví typ zatížení. V závislosti na označené volbě se mohou deaktivovat určité části dialogu, popř. sloupce v tabulce. Uživatel může vybrat některý z následujících typů zatížení:

Tabulka 6.1 Typy zatížení

Síla	Osamělé, konstantní nebo lichoběžníkové zatížení silou. Pomocí tlačítka je možné zadat excentricitu zatížení.
Moment	Osamělé, konstantní nebo lichoběžníkové zatížení momentem.
Teplota	Zatížení teplotou rovnoměrně rozložené po celém průřezu prutu nebo teplotní rozdíl mezi horní a dolní stranou prutu. Zatížení může mít po délce prutu konstantní nebo lichoběžníkový průběh. Kladná hodnota zatížení znamená, že se prut, resp. jeho horní strana zahřívá.
Protažení	Vynucené protažení nebo zkrácení prutu ε. Kladná hodnota zatížení znamená, že se prut prodlužuje. Předpětí je tak třeba definovat jako záporné protažení prutu. Míru smršťování lze stanovit pomocí vlevo znázorněného tlačítka na základě parametrů pro autogenní smršťování a smršťování od vysychání (viz obr. 6.25).
Podélný posun	Vynucené protažení nebo zkrácení prutu posunem koncového uzlu o Δ l.
Zakřivení	Vynucené zakřivení prutu.
Počáteční předpětí	Předpínací síla, která působí na prutu před výpočtem. Kladná hodnota zatížení znamená, že se prut prodlužuje.
Konečné předpětí	Normálová síla, která má působit na prut po výpočtu (vyloučeno v případě tuhých a lanových prutů). Kladná hodnota zatížení znamená, že se prut prodlužuje.
Posun	Vynucený posun o vzdálenost Δ pro výpočet příčinkových čar.
Pootočení	Vynucené pootočení o úhel φ pro příčinkové čáry.
Obsah trubky - plný	Konstantní zatížení v důsledku úplného naplnění trubky. Je třeba zadat objemovou tíhu γ obsahu trubky.
Obsah trubky - částečný	Konstantní zatížení v důsledku částečného naplnění trubky. Kromě objemové tíhy obsahu trubky γ je třeba zadat výšku plnění d.
Vnitřní tlak v trubce	Rovnoměrný vnitřní tlak v trubce.
Rotační pohyb	Odstředivá síla hmoty a úhlová rychlost ω působící na prut. Osu rotačního pohybu lze zadat po kliknutí na tlačítko .

Díky zobrazení v grafickém okně v dialogu vpravo nahoře si uživatel ihned lépe představí zvolený typ zatížení a také vliv znamének sil a protažení.

V sekci Průběh zatížení lze vybírat z několika různých možností. Také průběh zatížení se v dialogu graficky znázorní v okně vpravo nahoře.

Tabulka 6.2 Průběhy zatížení

Průběh zatížení	Diagram	Popis
Osamělé P		Osamělé zatížení, osamělý moment. V sekci Parametry zatížení na prut se určí velikost osamělého zatížení resp. osamělého momentu a vzdálenost bodu, v němž zatížení působí, od počátku prutu.
Osamělé n x P		Vícenásobná osamělá zatížení resp. momenty. V seznamu je obsaženo několik možností uspořádání dvojic zatížení nebo vícenásobných osamělých zatížení jako např. osových zatížení. Zatížení je možné definovat také jako uživatelsky definovaná zatížení v samostatném dialogu, který lze vyvolat tlačítkem . Vlevo znázorněná možnost je vhodná pro stejně velké síly, které působí v konstantní vzdálenosti. V sekci Parametry zatížení na prut se zadá velikost osamělého zatížení, vzdálenost bodu působení prvního zatížení od počátku prutu a vzdálenost mezi jednotlivými zatíženími.
Konstantní		Konstantní spojité zatížení, konstantní spojitý moment. V sekci Parametry zatížení na prut se určí velikost konstantního spojitého zatížení na prut resp. konstantní moment v prutu.
Licho- běžníkové		Lichoběžníkové zatížení, lichoběžníkový moment. Pro lineárně proměnný průběh zatížení se v sekci Parametry zatížení na prut určí obě velikosti zatížení a vzdálenosti podle grafického znázornění v dialogu. Vytvořit lze i trojúhelníková zatížení, pokud jednu velikost zatížení nastavíme na nulu. Vzdálenosti lze zadat i v poměru k délce prutu, zaškrtneme-li políčko Poměrná vzdálenost v %.
Čtyřúhelníkové		Čtyřúhelníkové zatížení. U zatížení s lineárně proměnným průběhem v jednotlivých úsecích zadáme v sekci Parametry zatížení velikosti a vzdálenosti zatížení podle obrázku vpravo .
Parabolické		Parabolické zatížení, parabolický moment. Zatížení má po celé délce prutu parabolický průběh. V sekci Parametry zatížení zadáme velikost zatížení na počátku, konci i ve středu prutu.
Proměnné		Polygonové spojité zatížení. Pomocí tlačítka se otevře dialog znázorněný na obr. 6.18. Tam je možné zadat parametry průběhu zatížení nebo je naimportovat.

Při zadání proměnného zatížení lze libovolně definovat místa x na prutu s příslušnými pořadnicemi zatížení p. Je ovšem třeba dávat pozor na vzestupné řazení míst x. Interaktivní grafické zobrazení umožňuje ihned zkontrolovat zadání.

Tlačítka v tomto dialogu mají následující funkce:

Tabulka 6.3 Tlačítka v dialogu Upravit proměnné zatížení

Tlačítko	Funkce
	Export tabulky do MS Excelu.
	Import tabulky z MS Excelu.
	Vložení prázdného řádku nad řádkem, v kterém se nachází kurzor myši.
	Smazání aktuálního řádku.
	Smazání všech zadaných údajů.

Zatížení může působit ve směru globálních os X, Y, Z nebo lokálních os prutu x, y, z resp. u, v (viz kapitola 4.13). Na výpočet podle teorie I. řádu nemá vliv, zda je zatížení definováno lokálně nebo globálně. V případě geometricky nelineárního výpočtu ovšem mohou lokálně či globálně definovaná zatížení vést k rozdílům: pokud zatížení působí ve směru globální osy, pak si tento směr i při natočení konečných prvků zachová. Jestliže zatížení působí ve směru lokální osy prutu, pootočí se v závislosti na natočení konečných prvků i směr zatížení na prutu.

Pokud jsme v základních údajích modelu konstrukce vybrali rovinnou konstrukci, nezpřístupní se pro zadání směru zatížení všechny možnosti.

Orientace os prutu je popsána v kapitole 4.17, oddíl Natočení prutu. Lokální osa x je vždy podélnou osou prutu. V případě symetrických průřezů představuje osa y takzvanou ‚silnou‘ osu, osa z pak ‚slabou‘ osu průřezu prutu. U nesymetrických průřezů lze zatížení vztáhnout buď k hlavním osám u a v daného průřezu nebo ke standardním osám pro zadání y a z.

Příkladem lokálně definovaných zatížení je zatížení střešní konstrukce větrem, zatížení teplotou nebo předpětí.

Pokud zatížení působí ve směru některé osy globálního souřadného systému XYZ, nemusíme se již zajímat o orientaci lokálních os prutu.

Příkladem globálně definovaných zatížení je zatížení nástavbou nebo zatížení střešní konstrukce sněhem či zatížení stěn nebo štítu větrem.

Působení zatížení může být vztaženo na různé referenční délky :

• Vztaženo na skutečnou délku prutu

• Zatížení bude působit na celkovou, skutečnou délku prutu.

• Vztaženo na průmět délky prutu v X / Y / Z

• Zatížení působí na průmět prutu ve směru příslušné osy globálního souřadného systému. Tato volba se zaškrtne například při působení zatížení sněhem na průmět půdorysné plochy střechy.

V této sekci dialogu, resp. v příslušných sloupcích v tabulce se určují velikosti zatížení a případně další parametry. Pole jsou přístupná a opatřena odpovídajícím popisem v závislosti na předešlém nastavení.

V těchto polích se zadávají velikosti zatížení. Znaménka se řídí orientací vzhledem k osám globálního, popř. lokálního souřadného systému. V případě předpětí a změny teploty nebo délky znamená kladná hodnota zatížení, že se prut prodlužuje.

V případě lichoběžníkového zatížení je třeba zadat dvě hodnoty zatížení. V grafickém okně v dialogu vpravo nahoře jsou příslušné parametry zatížení dobře znázorněny.

V případě osamělých nebo lichoběžníkových zatížení se v těchto polích zadávají vzdálenosti míst působení zatížení od počátku prutu. Vzdálenosti lze zadat i poměrně k délce prutu po zaškrtnutí políčka Poměrná vzdálenost v % (viz níže).

Grafické okno vpravo nahoře daného dialogu a tlačítko ve spodní části grafického okna jsou užitečné při zadávání parametrů.

Pokud je toto políčko aktivováno, stanoví se vzdálenosti osamělých nebo lichoběžníkových zatížení poměrně k délce prutu. V opačném případě se zadají absolutní hodnoty v polích pro vzdálenost A a B.

Toto pole lze aktivovat pouze v případě lichoběžníkových zatížení. Lineárně proměnné zatížení pak působí od počátku po konec prutu. Parametry zatížení A / B nemají v tomto případě význam, a proto nejsou daná políčka přístupná.

Pro lepší představu uvedeme příklad zadání zatížení na pruty v rovinné příhradové konstrukci. Jak vidíme, pruty není třeba pro zadání osamělých břemen dělit mezilehlými body.