Klopení

Co je klopení a co je jeho příčinou?

Klopení (LTB) je deformace nepodepřeného nosníku v důsledku působících zatížení mimo jeho podélnou osu – dochází jak k bočnímu posunu, tak ke zkroucení.

Nepodepřené ocelové nosníky jsou nosníky, jejichž tlačená pásnice se může volně posouvat (nebo vychylovat) v příčném směru a rovněž se natáčet. Pokud tuto teorii aplikujeme na prostě podepřený nosník, pak tlačenou pásnicí je horní pásnice. Jakmile se tato pásnice vychýlí v příčném směru, tažená pásnice se snaží udržet nosník rovný a vytváří „obnovující“ síly v důsledku příčného ohybu nosníku. Tyto síly však samy o sobě nedokážou udržet nosník rovný. Odolnost nosníku proti klopení je určena obnovujícími silami a příčnou složkou tahových sil v tažené pásnici.

Interakce tlačené a tažené pásnice nutí nepodepřený nosník ke zkroucení. Odolnost proti tomuto zkroucení závisí na torzní odolnosti 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 nabízejí větší odolnost (RHS/SHS), a ty se často používají v situacích, kdy je zapotřebí (poměrně) velkých rozpětí pro přenos svislého zatížení (např. otvory se skládacími dveřmi), které jsou náchylné k účinkům sil mimo rovinu.

Podívejte se na toto video, které ukazuje, jak se porušení klopením šíří.

Jaké faktory ovlivňují klopení?

Existují tři hlavní faktory:

1. Umístění působícího zatížení
2. Rozdělení ohybového momentu
3. Podmínky koncových podpor

Umístění působících zatížení

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

[Poznámka] Smykový střed je bod na průřezu nosníku, v němž působící zatížení nezpůsobuje jeho zkroucení.  Závisí na tvaru průřezu. Smykový střed a těžiště u symetrického průřezu splývají.  U nesymetrického průřezu se nemusí shodovat. Výpočet smykového středu pro daný průřez zahrnuje určitou matematiku, ale naštěstí inženýři používají software a mají k dispozici tabulky, na které se mohou odvolat!

Rozdělení ohybového momentu

Průřez s konstantním ohybovým momentem po své délce má nižší odolnost proti boulení ve srovnání s jiným rozdělením ohybového momentu.

Podmínky koncových podpor

Odolnost nosníku proti klopení roste s tím, jak jsou koncové podpory více vetknuté. Porovnejte nosník uložený na podkladní kámen s nosníkem zabetonovaným do betonové stěny. Ten druhý má na koncích větší vetknutí než ten první. Jeden se může volně natáčet, druhý ne.

Zásady návrhu

Zajištění účinného bočního zajištění může výrazně ovlivnit velikost nosníku. Zajištění lze plně dosáhnout spolupůsobením s betonovou deskou. Částečného zajištění lze dosáhnout pomocí mezilehlých nosníků.  Lze také použít ztužidla – dostatečně dimenzovaná a vhodně umístěná.

To vše je v pořádku z hlediska návrhu prvku, ale co se stane v případě návrhu přípoje?

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

V nové verzi IDEA StatiCa (verze 22.0) jsme zavedli novou operaci – Zajištění proti klopení – aby naši uživatelé mohli toto zohlednit, pokud si to přejí.

Více informací o funkci Zajištění proti klopení naleznete zde. Tato operace zabraňuje kroucení prvku v přípoji a umožňuje hospodárnější návrh při zachování požadované bezpečnosti.