Klopení

Co je klopení a co je jeho příčinou?

Klopení (LTB) je deformace nezajištěného nosníku v důsledku působícího zatížení mimo jeho podélnou osu – jde jak o boční posun, tak o zkroucení.

Nezajištěné ocelové nosníky jsou nosníky, jejichž tlačená pásnice se může volně pohybovat (posouvat) v příčném směru a také se natáčet. Pokud tuto teorii aplikujeme na prostě podepřený nosník, pak je tlačenou pásnicí horní pásnice. Jak se tato pásnice bočně vychyluje, tažená pásnice se snaží udržet nosník rovný a vytváří „vratné“ síly v důsledku příčného ohybu nosníku. Tyto síly však samy o sobě nemohou udržet nosník rovný. Odolnost nosníku proti klopení je určena vratnými silami a příčnou složkou tahových sil v tažené pásnici.

Vzájemné působení tlačené a tažené pásnice nutí nezajištěný nosník ke zkroucení. Odolnost proti tomuto zkroucení závisí na torzní tuhosti průřezu nosníku. Nosníky s velkou tloušťkou pásnic mají například větší torzní odolnost než nosníky s menší tloušťkou pásnic při stejné výšce průřezu. Existují i další průřezy, které poskytují větší odolnost (RHS/SHS), a ty se často používají v situacích, kde je potřeba překlenout (relativně) velká rozpětí pro přenos svislého zatížení (např. otvory se skládacími dveřmi), které jsou náchylné na účinky sil mimo rovinu.

Jak se porušení klopením šíří, se můžete podívat v tomto videu.

Jaké faktory ovlivňují klopení?

Existují tři hlavní faktory:

1. Umístění působícího zatížení
2. Rozložení ohybového momentu
3. Podmínky koncového podepření

Umístění působícího zatížení

Vliv klopení je určen vzdáleností mezi místem působení zatížení a smykovým středem průřezu nosníku. Průřez je náchylnější k klopení, pokud je zatížení působeno nad smykovým středem. Vliv je menší, pokud je zatížení působeno v úrovni smykového středu, a pokud je působeno pod ním, má nosník malou šanci na klopení.

[Vysvětlení] Smykový střed je bod na průřezu nosníku, ve kterém působící zatížení nezpůsobuje jeho zkroucení. Závisí na tvaru průřezu. Smykový střed a těžiště na symetrickém průřezu jsou totožné. Na nesymetrickém průřezu se nemusí shodovat. Výpočet smykového středu pro daný průřez vyžaduje určitou matematiku, ale inženýři naštěstí používají software a mají k dispozici tabulky, ze kterých mohou vycházet!

Rozložení ohybového momentu

Průřez s konstantním ohybovým momentem po celé délce má menší odolnost proti boulení ve srovnání s jiným rozložením ohybového momentu.

Podmínky koncového podepření

Odolnost nosníku proti klopení se zvyšuje s tím, jak jsou koncové podpory více zajištěné. Uvažujme nosník uložený na podkladní desce ve srovnání s nosníkem zabetonovaným do betonové stěny. Ten druhý má na koncích větší zajištění než ten první. Jeden se může volně natáčet a druhý nemůže.

Návrhové úvahy

Zajištění účinného bočního zabránění klopení může výrazně přispět ke zmenšení velikosti nosníku. Zabránění může být plně dosaženo spolupůsobením betonové desky. Částečného zabránění lze dosáhnout pomocí mezilehlých nosníků. Lze také použít ztužení – dostatečně velké a vhodně umístěné.

To vše je v pořádku pro návrh prvku, ale co se stane, když jde o návrh přípoje?

Skutečné reakce zůstávají stejné bez ohledu na zabránění klopení, ale prvek má díky tomuto zabránění dodatečnou tuhost. Pokud bychom to ignorovali, byl by návrh přípoje nadhodnocený.

V nové verzi IDEA StatiCa (verze 22.0) jsme zavedli novou operaci – Zabránění klopení – aby naši uživatelé mohli toto zohlednit, pokud chtějí.

Další informace o funkci Zabránění klopení naleznete zde. Tato operace zabraňuje zkroucení prvku v přípoji a umožňuje hospodárnější návrh při zachování požadované bezpečnosti.