Tuhost přípoje a její využití v globální analýze

Jedním z výstupů aplikace IDEA StatiCa Connection je diagram závislosti rotace na momentu. Udává poměrně přesné chování konkrétního přípoje při určitém statickém zatížení. Co se však stane, pokud se jedná o různé typy zatížení? Co když je toto zatížení překročeno a dojde k výrazným plastickým deformacím? Co když existují poměrně velké výrobní tolerance?

Klasifikace

Nejdůležitější je vliv tuhosti na:

1. Vnitřní síly v konstrukci v prutech i v přípojích (mezní stav únosnosti)
2. Deformace (mezní stav použitelnosti)

Eurokód EN 1993-1-8:2005 se touto problematikou zabývá v kapitole 5. Spoje nosníku se sloupem jsou klasifikovány podle počáteční tuhosti jako:

• Kloubové - přípoj nepřenáší žádné ohybové momenty
• Polotuhé - přípoj přenáší část ohybových momentů a jeho chování je třeba zohlednit v globální analýze
• Tuhé - přípoj nemá na analýzu žádný vliv, pruty jsou navzájem pevně spojeny

Možná jste si všimli, že v normě nejsou zmíněny konzolové přípoje. To je způsobeno tím, že zde klasifikace není důležitá. Konzolový přípoj musí vždy přenášet plný ohybový moment.

Přípoje v globální analýze

Žádný přípoj není v ideálním případě kloubový nebo tuhý, ale klasifikační hranice v Cl. 5.2.2.5 byly navrženy tak, aby omezovaly chybu na:

• 5 % pro vnitřní síly 
• 20 % pro deformace

Tato možná chyba je zobrazena na následujícím obrázku na příkladu nosníku připojeného na obou koncích ke sloupu. Modrá křivka ukazuje ohybový moment v přípojích a červená křivka ohybový moment v polovině rozpětí nosníku. Vnitřní síly se téměř nemění v oblasti kloubu nebo tuhého přípoje, ale rychle se mění v polotuhé oblasti. Všimněte si také logaritmické stupnice pro ohybovou tuhost. Znamená to, že tuhost se může změnit i stokrát a bude mít velmi malý vliv, pokud přípoj zůstane v tuhé nebo kloubové oblasti.

To vše znamená, že v globální analýze můžeme použít tuhý nebo kloubový přípoj a nemusíme se starat o jeho skutečnou tuhost.

Co ale dělat u polotuhých přípojů?

IDEA StatiCa zobrazuje chování přípoje, jako by byl zcela nový a zatížený pouze jednou konkrétním zatěžovacím stavem. Existuje však mnoho nejistot. Přípoj mohl v minulosti projít nějakými plastickými deformacemi, může být zrezivělý a dělníci mohli při montáži kloubu použít některé nepěkné metody, které ho zbavily výrobních tolerancí. U polotuhých spojů se počáteční tuhost v globální analýze použije pouze tehdy, pokud Mj,Ed nikdy nepřekročí 2/3 Mj,Rd za celou dobu životnosti konstrukce. To se stává jen zřídka, ale může to být první krok ke stanovení Mj,Ed. Pokud návrhový ohybový moment překročí 2/3 Mj,Rd v jakémkoli zatěžovacím stavu, měla by se v globální analýze použít počáteční tuhost snížená o součinitel \(\eta\) z tabulky 5.2:

Shrnutí

V globální analýze by se většinou měla používat počáteční (nikoli sečná tuhost), která je výstupem z programu IDEA StatiCa Connection. Pro klasifikaci přípoje se používá počáteční tuhost předpokládaná ve výši 2/3 Mj,Rd.

• Tuhý přípoj - použij průběžné pruty
• Kloubový přípoj - vlož dokonalý kloub
• Polotuhé přípoje:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - použíj S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - použij S_j,ini / \(\eta\)

Přiložené soubory ke stažení

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)