Proč řešit tuhost přípojů

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:
Na mnoha projektech se tuhostí přípojů projektanti nezabývají, i když by tento aspekt mohl být použit jako skvělý nástroj pro zvýšení efektivity návrhu.

V průběhu analýzy statického modelu musí statik definovat typ každého spojení mezi prvky. Protože by měl model reprezentovat skutečné chování konstrukce, statik musí předvídat, jaký typ spojení realitu nejlépe vystihuje.

Dobrá aproximace modelu ke skutečné konstrukci je důležitá zejména v oblasti ocelových konstrukcí, kde se nejčastěji používají prutové prvky. Ocelové konstrukce jsou široce používány pro svou efektivitu.

Pro dosažení co možná nejlepších výsledků jsou projektanti často tlačeni do optimalizace nejen průřezů prutů, ale také návrhů přípojů.

Statik si musí vybrat některý ze 3 základních typů přípojů klasifikovaných podle tuhosti přípoje:

  • Kloubový – přípoje, které nepřenáší ohybové momenty
  • Tuhý – přípoje s nevýznamnou změnou původních úhlů mezi pruty 
  • a nekonečné množství hodnot mezi nimi 
tuhost přípojů - výsledky

Ve výpočetních modelech se nejčastěji používají první dvě možnosti. Paradoxně, většina přípojů skutečných konstrukcí patří do  skupiny třetí.

Tato klasifikace má oporu  jak v Eurokódu, tak i v americké AISC normě. Sice se jejich názvosloví mírně liší, význam je však stejný.

Eurokód:Americká norma AISC:
(EN 1993-1-8 sec. 5.2.2)(AISC 360-16 Cl. B3.4)

           - Tuhé

           - Polotuhé

           - Kloubové

          

     Momentové přípoje:

          - S plnou únosností

          - S částečnou únosností

     Jednoduché přípoje

Pro obě normy je předepsaná skupina požadavků pro konkrétní klasifikaci. Pokud vás zajímají bližší detaily, můžete si na našich stránkách jednoduše projít teoretické základy jak pro  Eurokód, tak i pro AISC normy. Před tím, než se vrhnete přímo na posuzování, nějaká základní  i pokročilejší teorie by pro vás mohla být velice užitečná.

Dvě hlavní problematické situace

  • Přípoje, které jsou ve statickém modelu uvažované jako kloubové, se ve skutečné konstrukci chovají jako polotuhé (přenáší ohybové momenty do připojených prvků)
  • Přípoje, které jsou uvažované jako tuhé, nejsou ve skutečnosti tuhé dostatečně

Hlavně z výrobních a montážních důvodů se s první z těchto situací setkáváme častěji.

Někdo by mohl říct, že tyto nepřesnosti jsou na stranu bezpečnou a nezpůsobují žádné skutečné problémy. A ano, ohybové momenty v poli nosníku jsou, ve skutečnosti, redukovány přípojovými momenty na okrajích.

Je ale potřebné jít dál: Tato nepřesnost sice není nebezpečná pro samotný nosník, ale pro konstrukční prvek, ke kterému je nosník připojen!

Rychlá ukázka

Ukažme si důležitost výběru správného přípoje pro správný účel. (A také následků nesprávného přípoje na globální statický model.)

Pokud řešíte standardní přípoj stropního nosníku k průvlaku, máte k dispozici mnoho možných variant přípoje. Já jsem vybral tři velice běžné typy.

Varianty přípoje


S aplikací IDEA StatiCa Connection jste schopni spočítat tuhost přípoje za několik sekund. Pro lepší srovnání přidáme i okrajové případy s Tuhým a Kloubovým přípojem. 

  • Tuhý přípoj
  • Přípoj 1 (Sj,ini = 6.7 MNm/rad)
  • Přípoj 2 (Sj,ini = 1.3 MNm/rad)
  • Přípoj 3 (Sj,ini = 0.5 MNm/rad)
  • Kloubový přípoj

Náhled výpočetního modelu

Vliv tuhosti na ohybové momenty

Vliv tuhosti na srovnávací (von Mises) napětí

Jak můžete vidět, zatímco se zvyšující tuhostí přípoje využití trámu klesá, hlavní nosník může být v některých případech snadno přetížen.

Běžný způsob, jak to provést

Když se statik rozhodne, že by měl vzít reálnou tuhost přípoje v potaz (co by měl poměrně často), existuje několik možností jak to udělat.

  • manuálně
  • s připravenou Excelovskou šablonou
  • výpočtem ve speciálním programu 

Ukázkový posudek

  • řešíte jednoduchou ocelovou konstrukci se 100 prutovými prvky,
  • to znamená 200 konců na připojení.
  • takováto konstrukce může obsahovat 20 různých typů přípojů,
  • máte 10 zatěžovacích stavů a 100 vygenerovaných zatěžovacích kombinací.

Posoudit všechny přípoje pro každou rozhodující zatěžovací kombinaci by bylo noční můrou. Právě proto budete počítat pouze ty důležité. Pořád se ale může jednat o 10 kritických přípojů se dvěma až šesti připojenými prvky. Váš pracovní postup může vypadat následovně:

 1 ) Sice bude zpracování výpočetních modelů a spočítání tuhostí přípojů časově hodně náročné, může být pořád reálně proveditelné. Alespoň v prvním kole.

 2 ) Po provedení tuhostní analýzy, můžete zadat hodnoty rotačních tuhostí do kloubů v modelu pro globální statickou analýzu. Tu můžete zadat jako:

                    jednu číselnou hodnotu:

      • pokud bude návrhový ohybový moment MEd nižší než 2/3 Mj,Rd, můžete zadat přímo hodnotu počáteční tuhosti přípoje 
      • pokud bude ale návrhový ohybový moment MEd vyšší než 2/3 Mj,Rd, budete muset postupovat iteračním procesem

                   nebo pomocí nelineární funkce:

 3 ) S upravenými hodnotami tuhosti kloubů můžete provést výpočet globálního statického modelu, kde budou, samozřejmě, spočítané nové vnitřní síly. Vliv nového nastavení může být marginální, ale v některých případech také obrovský. Podobné případy jsme již pro vás v minulosti řešili, takže se můžete podívat na naše FAQ články (angl.) k tomuto tématu. 

 4 ) Teď potřebujete zkontrolovat a případně upravit návrh dimenzí prvků a jejich přípojů. Pokud vše vyhoví tak jak je, máte štěstí a můžete pokračovat k dalším částem projektu. Pravděpodobněji však budou zapotřebí nějaké změny původního návrhu, takže se musíte vrátit k bodu 1) a opakovat iterační proces do té doby, pokud všechny komponenty návrhu  nevyhoví všem požadavkům.


Chytrý způsob, jak to provést

Nejlepším nástrojem pro výpočet tuhosti přípoje je v dnešní době aplikace IDEA StatiCa Connection. Pro maximální zjednodušení pracovního postupu a úsporu množství drahocenného času, můžete výhodně využít funkce BIM-link pro export navrženého přípoje z CAD aplikace do IDEA Connection.

Pak už jenom nastavíte typ analýzy na Tuhostní analýzu a v několika vteřinách obdržíte tuhostní parametry vašeho přípoje. Abyste dokázali být tak efektivní, jak jen to je možné, spoustu užitečných tipů k tuhostní analýze můžete najít v našem Centru podpory.


Každá tuhostní analýza poskytuje okamžitě tyto cenné výstupy:

Všechny důležité hodnoty v jedné tabulce

Tabulka rotační tuhosti

Grafické zobrazení spočtených hodnot

Diagram rotační tuhosti


Chtěli byste si sami spočítat tuhost přípoje s aplikací  IDEA StatiCa Connection? Jednoduše postupujte dle připravených tutoriálů pro Eurokód nebo pro AISC normu

Proces verifikace nové aplikace byl úspěšně dokončen a společně s univerzitními týmy byly její výstupy publikovány. Díky tomu si můžete projít několik verifikačních příkladů.

Důležitá fakta

  • Je důležité si pamatovat, že stejný přípoj může být klasifikován různě v závislosti na délkách připojených prvků
  • Počáteční tuhost (Sj,ini) není ovlivněna návrhovým ohybovým momentem (MEd), protože ten má vliv pouze na sečnou tuhost (Sj,s)
  • Změny rotačních parametrů přípoje vždy ovlivní vnitřní síly spočtené v globálním výpočetním modelu 
  • V přístupu dle Eurokódu je potřebné rozlišovat mezi ztuženým a neztuženým konstrukčním systémem, protože v závislosti na tomto ztužení může být stejný přípoj klasifikován jako tuhý i jako polotuhý


Byl tento článek užitečný?