Rámový roh – návrh a skúšanie

Datum: 22.5.2017  |  Autor: doc. Ing. Jaroslav Sandanus, PhD., doc. Ing. Kristián Sógel, PhD., Ing. František Lužica, Ing. Tomáš Klas, PhD., Katedra kovových a drevených konštrukcií SvF STU v Bratislave  |  Recenzent: Ing. Martin Hataj, ČVUT v Praze, pracoviště UCEEB

Moderné spojovacie prostriedky otvárajú nové možnosti v navrhovaní drevených nosných konštrukcií. Tradičné kĺbové pôsobenie prípojov pri navrhovaní drevených konštrukcií je postupne nahrádzané polotuhým pôsobením prípojov. Priama spätná väzba reálnej stavby, resp. prípoja na statický výpočet je zriedkavá. Preto sa autori článku rozhodli odskúšať jeden prípoj a porovnať s výpočtovými modelmi. Článok predstavuje experimentálne overenie prípoja rámového rohu, v ktorom sa kombináciou hliníkovej koncovky od firmy Sherpa a celozávitových skrutiek Rothoblaas vytvoril polotuhý prípoj. Drevené vzorky boli dodané firmou Latti Extra.

1. Úvod

Obr. 1: Prípoje s použitím vlepovaných oceľových tyčí (Duchoň 2016)
Obr. 1: Prípoje s použitím vlepovaných oceľových tyčí (Duchoň 2016)

Nosné drevené konštrukcie sa dnešnej dobe bežne navrhujú s polotuhým pôsobením prípojov (Obr. 1). Na jednej strane je za touto snahou cítiť ekonomické hľadisko, na strane druhej je zámer architektov, pretože dochádza k možnosti vytvárania tuhých, resp. polotuhých rámových rohov, čím sa môže dosiahnuť redukcia počtu diagonálnych vystužovadiel. Pri snahe o vytvorenie tuhých prípojov v drevených konštrukciách sa donedávna často argumentovalo ekonomickou stránkou. Popri úspešných experimentoch a zároveň realizáciách prípojov s vlepovanými oceľovými tyčami (Duchoň 2016; Mikolášek a kol. 2015) sú v hre aj novodobé spojovacie prostriedky kolíkového typu vo forme celozávitových skrutiek, ktoré môžu túto snahu posunúť znova dopredu.

Celozávitové skrutky so širokým závitom majú výbornú odolnosť pri namáhaní v smere osi drieku. Táto vlastnosť prispieva aj k odolnosti pri namáhaní kolmo na os skrutky, aj napriek malému priemeru jadra drieku skrutky, ktorá vychádza z lanového efektu pôsobenia spojovacieho prostriedku (Obr. 2). Príspevok z lanového efektu je pri mnohých spojovacích prostriedkoch obmedzený v STN EN 1995-1-1 (kapitola 8.2.2 [2]). S plnou hodnotou odolnosti na vytiahnutie Fax,Rk pri namáhaní kolmo na os drieku skrutky je možné uvažovať jedine pri skrutkách.

Obr. 2: Lanové pôsobenie spojovacích prostriedkov (foto: Rothoblaas)Obr. 2: Lanové pôsobenie spojovacích prostriedkov (foto: Rothoblaas)Obr. 2: Lanové pôsobenie spojovacích prostriedkov (foto: Rothoblaas)

2. Testovaný prípoj

Overovaný prípoj bol navrhnutý podľa reálneho projektu, ktorého autorom je Ing. František Lužica. Ide o prípoj stĺp-prievlak, pričom prenos priečnych síl mal zabezpečovať prvok firmy Sherpa a ohybové momenty oceľový plech a kombinácia celozávitových skrutiek. Rozmery prvkov sú uvedené v Tab. 1.

Celozávitové skrutky aplikované pod uhlom 45°, mali úlohu prenášať ťahové sily pri hornom okraji nosníka (Obr. 3).

Obr. 3: Obrázok rámového rohu
Obr. 3: Obrázok rámového rohu
Tab 1: Rozmery jednotlivých častí vzorky
PrvokRozmery [m]
PrievlakVýškahgir0,400
Šírkabgir0,100
DĺžkaL1,050
StĺpVýškahcol0,400
Šírkabcol0,100
Spojka SHERPA L50DĺžkaLsh0,210
Šírkabsh0,080
Hrúbkatsh0,018
PlechDĺžkaLpl0,510
Šírkabpl0,080
Hrúbkatpl0,020
Skrutky Rothoblaas VGSPriemerdscr0,009
DĺžkaLscr0,240
 

Prenos tlakovej sily, ktorá vznikla pri spodnom povrchu nosníka, mala zabezpečiť hliníková koncovka. Keďže plocha hliníkovej koncovky nebola dostatočná pre prenos tlakových síl pôsobiacich kolmo na vlákna stĺpa, bolo potrebné pod koncovku umiestniť ďalšie celozávitové skrutky, ktoré zabezpečovali priaznivejší prenos tlakových síl kolmo na vlákna (Obr. 4).

Obr. 4: Hliníková koncovka Sherpa a skrutky Rothoblaas zosilňujúce stĺp v mieste namáhania tlakom kolmo na vláknaObr. 4: Hliníková koncovka Sherpa a skrutky Rothoblaas zosilňujúce stĺp v mieste namáhania tlakom kolmo na vláknaObr. 4: Hliníková koncovka Sherpa a skrutky Rothoblaas zosilňujúce stĺp v mieste namáhania tlakom kolmo na vlákna

3. Realizácia skúšky

Experimentálne overovanie prípoja bolo realizované v zrekonštruovanom laboratóriu Katedry kovových a drevených konštrukcií Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Prípoj rámového rohu bol dimenzovaný na prenos vertikálnej sily 33 kN na ramene 1,3 m, teda na ohybový moment 42,9 kNm (Obr. 5 a Obr. 6). Postup zaťažovania bol určený v súlade s normou STN EN 380. Rovnakým spôsobom boli odskúšané tri vzorky.

Obr. 5: Skúšobná zostavaObr. 5: Skúšobná zostavaObr. 5: Skúšobná zostava
Obr. 6: Rámový roh pri maximálnom namáhaníObr. 6: Rámový roh pri maximálnom namáhaníObr. 6: Rámový roh pri maximálnom namáhaní

Pri dosiahnutí navrhovanej odolnosti 33 kN boli pozorované priehyby 55,8; 53,9 a 41,2 mm, teda priemerne 50,3 mm. Z nameraných údajov bolo možné odvodiť tuhosť skúšaného styčníka, čo predstavovalo 1130 kNm/rad.

Pri skúškach boli dosiahnuté maximálne sily 44,3 kN; 45,5 kN a 43,3 kN, teda priemerne 44,4 kN. Pri porušení boli namerané deformácie 75,1 mm; 74,2 mm; 51 mm, teda priemerne 66,8 mm.

Počas skúšky sa konzola správala veľmi pružne. Po porušení a následnom odľahčení vzorky sa cca 60 % deformácií vrátilo. Trvalá deformácia konzoly zostala na priemernej úrovni 26 mm, čo predstavuje asi 40 % najväčšej deformácie (Obr. 5 a Obr. 6).

V prípoji boli pozorované stlačenia pri spodnom okraji nosníka a roztvorenie pri hornom povrchu, ktoré vykazovali veľmi podobné hodnoty. Aj napriek zosilneniu tlačenej oblasti celozávitovými skrutkami boli deformácie pomerne veľké.

Po rozobratí vzoriek nebolo pozorované poškodenie celozávitových skrutiek. Pri veľkých deformáciách konzoly došlo k ohnutiu hrubého plechu v ťahanej zóne. Porucha prípoja nastala v dreve, hlavne pôsobením priečneho ťahu. Tento efekt je možné eliminovať použitím ohnutého plechu za vonkajší okraj stĺpa.

4. Záver

Pri testovaní vzoriek rámového rohu bola pozorovaná veľká pružnosť a duktilita prípoja (duktilita predstavuje pomer medzi deformáciou na medzi porušenia a deformáciou pružnou). Vhodnou duktilitou je možné zabezpečiť rovnomerné prerozdelenie zaťaženia na jednotlivé spájacie prostriedky a zabrániť náhlym, krehkým porušeniam prípojov na medzi odolnosti. Získaná odolnosť prípoja s 30percentnou rezervou splnila očakávania. Problémom zostávajú väčšie deformácie a tuhosť prípoja.

Realizované skúšky je možné považovať za jeden z prvých krokov vo vývoji novodobých polotuhých prípojov. Poznatky získané pri meraniach budú použité v ďalších skúškach vylepšených vzoriek.

Literatúra

  1. Duchoň, V. – Klas, T. – Katona, O.– Brodniansky, J. – Balcierák, Ľ, – Sandanus, J. – Sógel, K. (2016): Experimental Tests of Timber Connections with Glued-in Rods in Bending. Wood Research,Vol. 61, No. 4, 2016
  2. Mikolášek, D. – Vavrušová, K. – Sucharda, O. – Pařenica, P. – Fojtík, R. – Hurta, J. (2015): Numerické modely lepených kotev doplněné experimentálním měřením. Vysoká škola báňská, Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, 2015
  3. STN EN 1995-1-1 + A1. Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-1: Všeobecne – Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy. SÚTN, 2008
  4. STN EN 380. Drevené konštrukcie. Skúšobné metódy. Všeobecné zásady skúšania statickým zaťažením. SÚTN, 1998
 
Komentář recenzenta
Ing. Martin Hataj, ČVUT v Praze, pracoviště UCEEB
Autoři v článku uvádějí řešení spoje rámového rohu. Prezentované výsledky experimentů jsou přínosné pro další zkoumání spoje i pro projekční praxi. Hodnota tuhosti styčníku je důležitý vstupní údaj pro návrh rámové konstrukce. Článek je po obsahové i formální stránce zpracován kvalitně, přehledně a srozumitelně. Doporučuji ke zveřejnění.
English Synopsis

The Paper deals with experimental verification of timber semi-rigid connection, where the combination of aluminium Sherpa connector and total threaded Rothoblaas screws were applied. The timber samples provided Latti Extra. The experimentation took place in the renovated laboratory of Department of Steel and Timber Structures of SUT in Bratislava.

 

Hodnotit:  

Datum: 22.5.2017
Autor: doc. Ing. Jaroslav Sandanus, PhD., Katedra kovových a drevených konštrukcií SvF STU v Bratislave   všechny články autoradoc. Ing. Kristián Sógel, PhD., Katedra kovových a drevených konštrukcií SvF STU v Bratislave   všechny články autoraIng. František Lužica   všechny články autoraIng. Tomáš Klas, PhD., Katedra kovových a drevených konštrukcií SvF STU v Bratislave   všechny články autoraRecenzent: Ing. Martin Hataj, ČVUT v Praze, pracoviště UCEEB



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcích 


 
 

Aktuální články na ESTAV.czÚstecký kraj rozdělí dalších 156 milionů korun na výměnu kotlůMech v bytě. Živý nebo umělý?Prodej renesančního zámku ze 16. století v Branticích u Krnova na BruntálskuNa náměstí Curieových by mohla vyrůst až sedmipatrová budova