Sborník – Workshop s exkurzí Teorie vs. praxe v oboru kovových, dřevěnýc

Sborník příspěvků a fotodokumentace

Workshop s exkurzíTEORIE vs. PRAXE V OBORU KOVOVÝCH, DŘEVĚNÝCH A OCELOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ A MOSTŮ

FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s.Mlýnská 68, 602 00 Brno

Workshop s exkurzí

„TEORIE vs. PRAXE V OBORU KOVOVÝCH, DŘEVĚNÝCH

A OCELOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ A MOSTŮ“

11. dubna 2014

FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s.

Mlýnská 68, 602 00 Brno


Editoval Michal Štrba

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012

Název projektu: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví

Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014

Řešitel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

Workshop s exkurzí

TEORIE vs. PRAXE V OBORU KOVOVÝCH, DŘEVĚNÝCH A OCELOBETONOVÝCH

KONSTRUKCÍ A MOSTŮ


Editoval Michal Štrba

11. dubna 2014

FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s., Mlýnská 68, 602 00 Brno

Vydalo: Vysoké učení technické v Brně

Tisk: Ing. Vladislav Pokorný- LITERA BRNO, Tábor 43a, 612 00 BrnoPrvní vydání.

Náklad: 50 výtisků.

Texty neprošly odbornou ani jazykovou úpravou. Kvalita obrázků, grafů a schémat je závislá

na kvalitě dodaných materiálů.

© OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví

ISBN 978-80-214-4956-5

OBSAH:

Obsah: ......................................................................................................................................................2

Informace o projektu OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví ...........................................................3

Petr Šťasta:

MOST PŘES ÚDOLÍ POTOKA KREMLICE V KM 6,103 – SILNICE I/11 MOKRÉ LAZCE .....................4

Miroslav Bajer, Jan Barnat:

PŘÍKLADY APLIKACE VĚDY A VÝZKUMU V PRAXI .......................................................................... 10

Josef Holomek:

SPŘAŽENÉ PLECHOBETONOVÉ DESKY S PROLISOVANÝMI VÝSTUPKY ................................... 16

Kateřina Jurdová:

MEZNÍ STAV POUŽITELNOSTI TRAPÉZOVÝCH PLECHŮ VYSTAVENÝCH

LOKÁLNÍMU ZATÍŽENÍ ......................................................................................................................... 22

Martin Vild:

ZESILOVÁNÍ OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ POD ZATÍŽENÍM ............................................................ 28

Lukáš Hron:

AUTOMATIZACE VÝPOČTŮ OCELOVÝCH A BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ .................................. 34

David Franc:

MONTÁŽ MOSTU V SUNDSVALLU (SWE) ......................................................................................... 40

Jindřich Melcher, Marcela Karmazínová:

EXPERIMENTÁLNÍ VÝZKUM A SPOLUPRÁCE S PRAXÍ NA ÚSTAVU

KOVOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ (OD HISTORIE K SOUČASNOSTI) ............................. 46

Martin Horáček, Jindřich Melcher, Marcela Karmazínová:

KLOPENÍ TENKOSTĚNNÝCH NOSNÍKŮ S OTVORY SPOLUPRÁCE S FIRMOU NEDCON ........... 52

Ondřej Pešek:

NAVRHOVÁNÍ NOSNÝCH KONSTRUKCÍ ZE SKLA.

EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ ÚNOSNOSTI SKLENĚNÝCH DESEK................................................. 58

Jiří Ćmiel:

OPTIMALIZACE NÁVRHU OCELOBETONOVÝCH SLOUPŮ

Z MATERIÁLŮ VYŠŠÍCH PEVNOSTÍ ................................................................................................... 64

Milan Pilgr:

DIAGNOSTIKA A PŘEPOČET NOSNÝCH PRVKŮ STŘEŠNÍHO PLÁŠTĚ

NA PRŮMYSLOVÉM OBJEKTU PRO ZPRACOVÁNÍ TĚŽENÉHO VÁPENCE .................................. 70

Milan Šmak, Stanislav Buchta:

REKONSTRUKCE NOSNÝCH OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ ZASTŘEŠENÍ HAL ............................. 76

Pavel Simon, Štěpán Kameš, Dušan Weinstein:

MODULÁRNÍ LÁVKY PRO PĚŠÍ A CYKLISTICKOU DOPRAVU ........................................................ 82

Fotodokumentace z exkurze ................................................................................................................. 88

2

Informace o projektu:

Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012 řešení projektu „OKTAEDR –

partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním

rozpočtem České republiky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato síť bude

vzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně, významná výzkumná a

vývojová pracoviště, partnery z oblasti podnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je

umožnit rozšíření vzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro přenos teoretických i

praktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a stavební praxí.

Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou:

MOTRAN Research, s. r. o.,

Českomoravský cement, a.s.,

Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.,

OHL ŽS, a.s.,

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava,

ESOX, spol. s r.o.,

Svaz vodního hospodářství ČR.



Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014


3

OKTAEDR – partnerství a sít ě stavebnictvíRegistrační číslo projektu CZ.1.07/2.4.00/31.0012

Workshop s exkurzí

„TEORIE VS. PRAXE V OBORU KOVOVÝCH,

DŘEVĚNÝCH A OCELOBETONOVÝCH

KONSTRUKCÍ A MOSTŮ“

11. dubna 2014, FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s., M lýnská 68, 602 00 Brno

MOST PŘES ÚDOLÍ POTOKA KREMLICE V KM 6,103

SILNICE I/11 MOKRÉ LAZCEPetr Šťasta

FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby a.s., Mlýnská 68, 602 00, Brno

Základní informace• Délka přemostění: 525, 6 m• Počet polí: 11• Rozpětí polí: 33,0 + 45,0 + 2×48,0 + 4×57,0 + 48,0 + 45,0 + 33,0 m• Šířka mostu: 25,5 m• Výška nad terénem: max. 54 m• Celkem: 3.293 tun konstrukce• Dodavatel objektu: Skanska• Projektant RDS: SHP• Projektant VTD + výsun: technická skupina - Firesta• Činnosti Firesty: výroba, montáž, výsun OK, spouštění, podlití, ložisek, izolace • Finanční objem: 281.256.125 Kč bez DPH (bez izolací)• Termín realizace: 2013 – 2014• Největší použitá tloušťka plechu:95 mm• Max. hmotnost jednoho dílce: 50,7 t• Délka dílců: 13,0 – 29,0 m

Aktuální stav

4

Příčný řez• Celková šířka namontované konstrukce: 20,3 m (bez ŽB říms)• Výška truhlíku: 2,82 m

• Segmentů tvořící příčný řez: 1 - LEVÝ HLAVNÍ NOSNÍK2 - PRAVÝ HLAVNÍ NOSNÍK3 - STŘEDNÍ DOLNÍ PÁSNICE4 - STŘEDNÍ PODÉLNÍK5 - KRAJNÍ PODÉLNÍK LEVÝ6 - KRAJNÍ PODÉLNÍK PRAVÝ7 - VNĚJŠÍ VZPĚRA L, P8 - VNITŘNÍ VZPĚRA

Výroba ocelové konstrukce

Materiál pro výrobu – plechy a trubky uloženy na ploše cca 2.500 m2

5


Příprava hran


Svařování pásnic a stěn

Skládání prvků

6


Svařování, rovnání –krajní podélník

Svařování, rovnání –hlavní nosník


Dílenská přejímka

Lakovací a tryskací box

7

Montáž ocelové konstrukce

Transport na místo stavby

Zřízení staveniště a zahájení vlastní montáže


8


Další realizovaná konstrukce

Lávka přes řeku Svratku

9


Workshop s exkurzí




11. dubna 2014, FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s., Mlýnská 68, 602 00 Brno

PŘÍKLADY APLIKACE V ĚDY A VÝZKUMU V PRAXI Miroslav Bajer, Jan Barnat

VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí, Veveří 331/95, 612 00, Brno

Projekty VaV

Projekty řešené v návaznosti na praxi

• TA03010680 - Pokročilý software pro optimální návrh obecných styčníků stavebních ocelových konstrukcí

• MPO FR-TI4/332 - Nové technologie lepených obvodových plášťů budov s kotvícími prvky se zvýšenou odolností vůči korozi

• GAČR 104/11/P737 – Moderní spoje a kontakty prvků kombinovaných z oceli a betonu

10

TA03010680

• Projekt Technologické agentury České republikyProgram: TA - Podpora aplikovaného výzkumu a exp.vývoje ALFAPodprogram: 1 - Progresivní technologie, materiály a systémy

• Řešitel: IDEA RS, s.r.o.Spoluřešitelé projektu: České vysoké učení technické v Praze

Vysoké učení technické v Brně

• Projekt řeší požadavky statiků a projektantů ocelových konstrukcí na nástroj pro návrh styčníků ocelových konstrukcí včetně kotvení. Tento nástroj v současnosti na trhu neexistuje. V rámci projektu je vyvíjena obecná metodika výpočtu jednotlivých částí spoje - šroubů, svarů a štíhlých plechů ve styčníku, která je ověřována experimenty. Výsledkem bude softwarový produkt k virtuální simulaci obecných konstrukčních detailů ocelových konstrukcí.

TA03010680

Zatěžovací sestava –ohyb v rovině větší tuhosti

Pracovní diagram styčníku:Porovnání výsledků dvou experimentů a výpočtu dle EC

11

TA03010680

Deformace patní desky a šroubů po provedení experimentu

Srovnání výpočtovým modelem

TA03010680Nastavení tuhosti– Kotevních šroubů v tahu

• 1D pružina– Betonu v tlaku

• Winklerovo podloží• Posouzení únosnosti

– Kotevních šroubů Vliv výšky základu• ČSN EN 1993-1-8, ETAG• Přetržení šroubu (γM = 1,25), vytržení šroubu z betonu (γM = 2,16), vytržení kužele betonu (γM = 2,16)

– Betonu v tlaku• ČSN EN 1992-1-1• Místně zatížené plochy Vliv patní desky

12

MPO FR-TI4/332

• Projekt Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky

• Projekt resortního programu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje „TIP“

• Nositel projektu: DOSTING, spol. s r.o.

• Spoluřešitel na FAST: prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA

• Část projektu řešená na KDK: Detaily týkající se roštové konstrukce a jejího kotvení, optimalizace úhelníku přes něhož se realizuje kotvení nosného rastru obvodového pláště

MPO FR-TI4/332

Schéma nosného rastru obvodového pláště, rozmístění pevných a kluzných kotev

Zkušební sestava pro zatěžování kotvy tahem

13

MPO FR-TI4/332

Simulace svislého zatížení (vlastní tíhy pláště)

Zkušební sestava pro zatěžování kotvy tlakem

MPO FR-TI4/332

Deformace pevného kotevního prvku po realizaci tahové zkoušky

Numerický model – pevný kotevní prvek, globální deformace

Cíl: Optimalizace pevného a kluzného kotevního prvku

14

Chemické kotvení – analýza lepidelprojekt GAČR 104/11/P737

• Při použití vysokopevnostních materiálů je soudržnost zprostředkovaná lepidlem limitující prvek.

• Rozhodující je smyková pevnost vytvrzeného lepidla

• Pro efektivní využití betonů pevnostních tříd nad C50/60 je snaha analyzovat problém a definovat parametry, které umožní připravit lepidlo se smykovou pevností vyšší než 30 MPa

Posouzení mostu manipulátoru na únavu

Ověření dynamického souč initel e exp.měřením. Měření rozkmitu

zatížení od provozního dynamického zatížení oproti zatížení statickému.

Geometrie nosné části manipulátoru:

Zesílení profilu podélníku

Pohled na konstrukci mostu manipulátoru:

Objednatel DČ CEMBRIT, a.s. ŠumperkZhotovitel Centrum AdMaS

15


Workshop s exkurzí





SPŘAŽENÉ PLECHOBETONOVÉ DESKY

S PROLISOVANÝMI VÝSTUPKYJosef Holomek


Spřažené plechobetonové desky

Plech při výstavbě nahrazuje bednění a po zatvrdnutí betonu může kompletně nahrazovat tahovou výztuž.Výhody: snadná a rychlá montáž. Nevýhody: nutnost laboratorního testování celých desek ohybem při návrhu nových typů.

Globální způsoby porušení:• Ohyb• Podélný smyk• Vertikální smyk

Mění se v závislosti na velikosti smykového rozpětí.

16

Návrhové metody podle EC

m & k metoda metoda částečného spojení

Malé smykové testy

Levnější alternativa k obdržení smykových charakteristik plechu.Nemohou postihnout všechny vlivy ohybové únosnosti desek (zakřivení, tření nad podporou, změna smykové únosnosti plechu při protažení).V současné době je zpracováno několik návrhových metod využívající smykové testy, mezi nejvýznamnější patří New Simplified Method a Slip Block Test.

Uspořádání zkoušek pro New Simplified Method- přítlačná síla 1,6 kN- 2 vzorky spojené rámem

Uspořádání zkoušek pro Slip Block Test- proměnná přítlačná síla, více než 50 kN

aplikovaná pomocí válcového ložiska

17

Slip Block Test

Smyková únosnost pro různé velikosti přítlačné síly tvoří přímku ve V – H diagramu, jejíž sklon určuje koeficient tření m a průsečík se souřadnou osou odolnost mechanických výstupků Hrib.Rovnice přímky obdržená z testů má tvar:

Ohybová odolnost se určí z rovnováhy na segmentu desky. Tahová síla v plechu má hodnotu:

� � ��/�� μ��

� � �1�� μ�

New Simplified Method

Popisuje chování desky pomocí 3 fází:Fáze I – lineárně elastické chování bez trhlin a bez prokluzuFáze II – elastické/elasto-plastické chování s trhlinami, bez prokluzuFáze III – elasto-plastické chování s trhlinami i s prokluzem.Pro každou fázi je iterativně určen limitní ohybový moment a zakřivení.Propracovanější metoda, ale také náročnější – využití tabulkového kalkulátoru.

Náhradní průřez (fáze III)

18

Experimentální výzkum

Pro testy v laboratoři bylo použito uspořádání typu Slip Block Test.Testy proběhly v několika variantách:- bez přítlačné síly- s konstantní přítlačnou silou 1,6 kN- s proměnnou přítlačnou silou- s konstantní přítlačnou silou

a přídavnými spřahovacími prvky

Přídavné spřahovací prostředky

Experimentální výzkumVýsledky testů s konstantní přítlačnou silou

V = 0 kN V = 1,6 kN

zabetonované vruty vložené dřevěné klíny

19

Experimentální výzkumVyhodnocení experiment ů

Slip Block Test

y = 0,46x + 12,95

05

101520253035404550

0 10 20 30 40 50 60

Sm

ykov

á sí

la [k

N]

Přítlačná síla [kN]

Výsledná rovnice přímkyPro Slip Block Test

Smyková odolnost výstupků H r ib = 64,74 kN/mKoeficient třeníμ = 0,46

Tahová sí la v plechuT = 181,09 kN

Reakce nad podporouR = 26,25 kN

Maximální ohybový momentMu = 13,12 kNm

New Simplified MethodPř i využit í malých testů stejného uspořádání je výsledný moment pro fázi I I IM l im,3 = 16,58 kNmPř i uvažování tření nad podporou vzroste až na M l im,3,f = 17,76 kNm

Experimentální výzkumVyhodnocení experiment ů – přídavné spřahovací prost ředky- zabetonované vruty (12 ks/žebro)Slip Block Test

Smyková odolnost výstupků H r ib = 64,74 kN/mKoeficient třeníμ = 0,46

Tahová sí la v plechuT = 363,15 kN

Reakce nad podporouR = 49,55 kN

Maximální ohybový momentMu = 24,78 kNm

New Simplified Method

- vložené dřevěné klíny (200 mm délka)

Př i využit í malých testů stejného uspořádání je výsledný moment pro fázi I I IM l im,3,s = 24,78 kNm

M l im,3,w = 21,12 kNm

20

Numerické modelování

Problematické nastavení kontaktu v kombinaci s ohybem tenkého plechu a velkými posuny. Pro modelování ohybu je nutné použít minimálně 4 až 6 vrstev prvků.Deformovaný plech se oddaluje od betonu a mění místo kontaktu.

Modelování je prováděno programu Atena, práce v preprocesoru v programu GiD.

Posun [mm]

Sm

ykov

á sí

la [k

N]

Pomocný 2D model pro nastavení kontaktu

Numerické modelování

Pro modelování plechu jsou použity skořepinové prvky se zabudovanými vrstvami, což snižuje náročnost modelu.Pro simulování smykových testů a detailního chování výstupků je vytvářen 3D smykový model.

Pro simulaci ohybu je modelováno jedno žebro desky s hladkým plechem. Působení výstupků je nahrazeno funkcemi zpevnění materiálu kontaktu. Při využití symetrie je plánované modelovat desku v ohybu včetně působení výstupků na polovině rozpětí.

21


Workshop s exkurzí





MEZNÍ STAV POUŽITELNOSTI TRAPÉZOVÝCH PLECH Ů

VYSTAVENÝCH LOKÁLNÍMU ZATÍŽENÍKateřina Jurdová


TémaSe zavěšováním břemen do trapézových plechů se můžeme setkat téměř

v každé průmyslové či občanské stavbě halového typu.

Z důvodu požadavků na rychlou a snadnou montáž se využívají systémové

kotevní prvky: - závěs tvaru písmene „V“

- sklopná kotva tvaru písmene „T“.

Nejčastěji se setkáme se závěsem tvaru písmene „V“, který se kotví přímo do

vlny trapézového plechu.

22

Montáž

Použité trapézové plechy- typ TR 92/275 (Arcellor Mittal)

- ocel S320

- tloušťka zkušebního vzorku

- 0,88mm,

- 1,0 mm

- 1,25 mm

- rozměry zkušebního vzorku:

- délka 2000 mm

- šířka 825 mm

trapézový plecht

(mm)m

(kg/m2)Aeff

(mm2/m)Ieff

(mm4/m)Weff

(mm3/m)

TR 92/2750,88 10,12 1011,35 1,2E+06 2,3E+041,00 11,49 1168,86 1,4E+06 2,6E+041,25 14,37 1489,44 1,7E+06 3,3E+04

23

Experiment

Provedení zkouškySchéma zatížení

- cílem bylo najít skutečné přetvoření trapézového plechu a chování

jednotlivých částí konstrukce pod vnášeným zatížením

- optimalizace zkušební sestavy

- nahrazení počáteční napjatosti

- zatěžování vnášeno do úrovně 50, 70 a 100% únosnosti trapézového

plechu – působení stálého zatížení shora (F1) a zatížení simulující

zavěšené břemeno (F2)

Experiment – 1. fáze- počáteční napjatost

- rozpětí L = 1.75 m

- roznášecí vrstva – polystyrenové desky EPS, překližka tl. 25 mm

- měření průhybů – úchylkoměry uprostřed rozpětí

- hydraulický válec KGF - simulace zatížení do úrovně 50, 70 a 100%

únosnosti plechu (stanoveno dle podkladů výrobce)

- hodnota počátečního průhybu u3

Měření průhybu u3Schéma zatížení

24

Experiment – 2. fáze- osazení závěsu do již zatíženého plechu

- vytvoření otvorů pro závlač pomocí speciálních kleští

- umístění závitové tyče a osazení závěsu do požadované polohy

- závěsu typu “V” vespod opatřen závitem pro připojení závitové tyče M10

- tyč M10 je připojena k hydraulickému válci KGF T- T10-150S

- osazení úchylkoměry

Stanovení MSP - experiment- deformační kritérium pro MS použitelnosti L/200, tj. ulim= 8.75mm

- po vnesení počátečního napětí (1. fáze) změřen průhyb u3

- vertikální průhyb od zavěšeného břemene (2. fáze) u2 odpovídá průhybu

vyvolaného přírůstkem zatížení od zavěšeného břemene F2 ( v okamžiku

dosažení deformačního kritéria L/200)

trapézový plech tl. 0, 88 mmL = 1 750 mm ulim = L/200 = 8.75 mm

50% únosnosti tr. plechupočáteční u3 = 3.10 mmu2 = ulim - u3 5.65 mmodpovídající síla F2 = 4.69 kN



25

Stanovení MSP - analyticky

eff

4

q IE

Lq

384

5u

⋅⋅⋅=

eff

32

F IE

LF

48

1u

2 ⋅⋅

⋅=

- analytický výpočet průhybu podle teorie pružnosti

- celkový průhyb u = uq + uF2

L = 1750 mm q = 9,01725 kN/m

uF2 = 2,58 mm

uq = 2,72 mmu = 5,30 mm

uF2 = 2,33 mm

uq = 3,80 mmu = 6,14 mm

uF2 = 1,96 mm

uq = 5,43 mmu = 7,39 mm

70% únosnosti trap. plechu



trapézový plech tlouš ťky 0,88 mm

Vyhodnocení- srovnání analytických výpočtů a experimentálních výsledků

- průhyb od plošného zatížení uq – shoda více jak 87%

- průhyb od osamělého břemene uF2 – shoda více jak 46 %

- Pozn.: Záporná hodnota v % znamená rezervu v analytickém výpočtu oproti

experimentu ( tj. výpočet na straně bezpečné)

trapézový plech tloušťky 0,88 mm

výsledky pro experiment analyticky rozdíl (%)


průhyb od spojitého zatížení uq = 3,10 2,72 mm 12

průhyb od osamělé síly uF2 = 5,65 2,58 mm 54

celkový naměřený průhyb u = uq+ uF2 = 8,75 5,30 mm 39


průhyb od spojitého zatížení uq = 3,80 3,80 mm 0




průhyb od spojitého zatížení uq = 5,17 5,43 mm -5



26

Závěr

- v praxi projektanty běžně používaný převod bodového zatížení na

ekvivalentní plošné zatížení může vést k zavádějícím výsledkům.

- stejně tak zjednodušené použití vzorce pro výpočet průhybu nosníku

od osamělé síly vede k nepřesným výsledkům.

Fotodokumentace

- Trapézový plech po ukončení experimentu:

- Deformace základního materiálu v okolí umístění závěsu

- Vyčerpání lokální ztráty stability

27


Workshop s exkurzí





ZESILOVÁNÍ OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ POD ZATÍŽENÍMMartin Vild


Obsah

• Úvod• Přehled literatury• Pruty bez stabilitních problémů

– Analytické řešení– MKP model

• Pruty se stabilitními problémy– Analytické řešení– MKP model

• Připravovaný experiment• Závěr

28

Úvod

• Důvody pro zesilování– oslabení korozí– přenesení vyšších zatížení přes most– zvýšení počtu podlaží

• Zesilování pod zatížením pomocí přivaření ocelových plátů– jednoduchý a rychlý způsob– nejsou potřeba dodatečné podpěry– krátké přerušení provozu

JE ODOLNOST PRUTU OSLABENA?

Přehled literatury

• 1963 – NAGARAJA RAO, TALL– experimenty na zesilování masivních prutů– vliv reziduálních napětí

• 1968 – SPAL– efektivita různých způsobů zatěžování

• 1988 – RICKER– svařování oslabuje jen malou oblast v blízkosti svaru

• 2009 – LIU, GANNON– experimenty a MKP modelování ohýbaných prutů

Téměř žádné oslabení vlivem prvotního zatížení, ALEPOZOR NA ŠTÍHLÉ PRUTY!

29

Analytické řešení

• Elastické:

– nepoužitelné pro vyšší prvotní zatížení– nejvýhodnější ocel pro zesílení:

• Plastické:

– lze vždy použít?

Pruty bez stabilitních problémů

30

Pruty bez stabilitních problémů

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0,5 1 1,5 2

Axi

al fo

rce

[kN

]

Deformation [mm]

Parametrická studie – hodnota prvotního zatížení

Prvotní zatížení 100 kN



Nezesílený I profil

Nezesílený T profil

Pruty se stabilitními problémy

• Prověřeno – elastická teorie:

– neefektivní a drahé• Přerozdělí se napětí?• Použití A2,eff namísto A1,eff

– boulí původní průřez pod prvotním zatížením?– spadá zesílený průřez do jiné třídy?

• Použití χ2 namísto χ1– zesílený průřez má vyšší počáteční imperfekce– jakou křivku vzpěrnosti použít?

31

Připravovaný experiment

• 3 m dlouhé sloupy• břitová ložiska• 3 typy zkušebních těles

– (A) T průřez• třída 4• náchylný k boulení a ke vzpěru (zω)

– (B) I průřez• třída 2• náchylný ke vzpěru (zω)

– (C) T průřez zesílený pod zatížením na I průřez


Přetvoření Strain-Hardening

Napětí při 100 kN Napětí při 200 kN

32


0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Oso

vá s

íla [k

N]

vybo čení v L/2 [mm]

T profile

I profile

yield T

yield I

Preload 50 kN

Yield 50 kN

Preload 100 kN

Yield 100 kN

Preload 150 kN

Yield 150 kN

Závěr

• Pruty bez stabilitních problémů– plastický výpočet

• Pruty se stabilitními problémy– přerozděluje se napětí?– využití plastické rezervy

• Připravovaný experiment– vliv lokálních a globálních stabilitních

problémů

• Svařováním ovlivněná oblast– návrh na projekt GAČR

33


Workshop s exkurzí





AUTOMATIZACE VÝPOČTŮ OCELOVÝCH A BETONOVÝCH

KONSTRUKCÍLukáš Hron


Spolupráce a využití v praxi

• Projektanti ocelových konstrukcí• Návrh a posouzení ocelových prutů• Návrh a posouzení ocelových styčníků

• Projektanti betonových konstrukcí• Železobetonové konstrukce• Předpjaté betonové konstrukce• Spřažené konstrukce (beton - beton)

34

Ocelové konstrukce

Návrh a posouzení ocelových prutů• EN 1993-1-1, EN 1993-1-2• Vzpěr, klopení, interakce vnitřních sil

Ocelové konstrukce

Návrh a posouzení ocelových přípojů

• Modelování pomocí „výrobních“ operací• Plasticitní výpočet• Posouzení jednotlivých komponent

styčníku – mezní přetvoření, svary, šrouby, kotvy

35

Ocelové konstrukce

Kotvení sloupu

Ocelové konstrukce

K styčník

36

Ocelové konstrukce

Rámový styčník

Betonové konstrukce

Časová analýza betonových konstrukcí

• Časová analýza se provádí již na úrovni průřezu

• Redistribuce odezvy je v průřezu• Zatížení MKP modelu poměrným přetvořením

a křivostmi

• Prutová rámová soustava v prostoru• Nemění se v závislosti na počtu fází průřezu• Předpětí – ekvivalentní zatížení

Model konstrukce

Model průřezu

37


Časová analýza betonových konstrukcí

εnm1

εnm2

φtot

εtot


Historie zatíženíOdezva konstrukce na zatížení v čase

38


Reologické modely betonuČasově závislý vztah napětí a deformace materiálu

SmršťováníAutogenníVysýcháním

DotvarováníOd mechanického zatíženíSoučinitel dotvarování

)(tcaε)(tcdε


Reologické modely betonu

[dny]

Součinitel dotvarování

39


Workshop s exkurzí





MONTÁŽ MOSTU V SUNDSVALLU (SWE)David Franc

PIS Pechal, s.r.o., Lidická 42, 602 00 Brno

Základní informaceInvestor: Trafikverket (švédské ředitelství silnic a dálnic)Projekt NK: ISC Consulting engineers (Dánsko)Výroba, montáž OK: Max Bögl Stahl- und Anlagenbau GmbH & Co. KG Hmotnost OK: 23 000 tDélka mostu: 1420 mŠířka mostu: 26,8 m – 38,2 mMax. rozpětí: 170 m

40

Členění z hlediska montáže11 montážní sekcí (cca. jedno pole)

64 segmentů (4-7 v rámci sekce)

452 montážních dílců (6-10 dílců v rámci segmentu)

max. 2620 tdélka 90 – 161 m

délka 16 - 24 m

max. 98tmax. 5 x 6,3 x 24 m

Předmontáž

„Off-shore“ sekce S2 až S10 - předmontáž ve Št ětíně v Polsku:

• důvod: krátká stavební sezóna v Sundsvallu, zamrzání zálivu• přeprava dílců z výroby lodní dopravou• sekce předmontovány do plné délky až 160 m• sekce osazeny na vysouvací dráhu a „zaparkovány“• vysunutí sekce nad vodu a přeložení na ponton• doprava sekce na pontonu těsně před montáží v Sundsvallu

41

Fáze montáže v Sundsvallu

Zavaření styku mezi sekcemi, montáž vzpěr, zavaření horního montážního styku

Výšková rektifikace na opěře

Předepnutí vzpěr, zavaření dolního montážního styku

Přesun derricku do další pracovní polohy

Montáž opěrových sekcí na skruži, montáž derricku

Odskružení, výšková rektifikace na opěře

Přesun derricku na konec sekce

Montáž ocelových sloupů vč. zavětrování a příčníku

Zdvih sekce z pontonu derrickem a plovoucím jeřábem, zavaření montážního styku sloupů, zakrácení sekce

Posun sekce včetně sloupů

Fáze 1 - 3

Fáze 3 – Přesun derricku na konec sekce po lyžinách na válcových ložiscích, tažen elektrickými navijáky (240t)

Fáze 1 - Montáž opěrových sekcí na skruži, montáž derrickuFáze 2 - Odskružení, výšková rektifikace

42

Fáze 4 Montáž ocelových sloupů Předmontované sloupy včetně zavětrování osazeny plovoucím jeřábem

Fáze 5 a 6 Montáž sekce• sekce zaplavena na pontonu a převzata jeřábem a derrickem• zdvižena a narotována nad osazený pilíř• osazena na dočasné ohybově tuhé spojení s ocelovou částí pilíře

43

Fáze 7 – 9 Montáž vzpěr• zdvižení jedním párem hydraulických zdviháků• podélné navlečení na styčník a trn - pomocí změny délky elektrických řetězových zdviháků a vyvěšením na další dvojici zdviháků z hlavy sloupů

• zarotování do konečné polohy, předepnutí, zavaření

Komplikace:• vzhledem ke složité geometrii mostu musel být zdviha každé vzpěry

prověřen zvlášť• postup citlivý na stanovení správné polohy těžiště (z modelu pro

výrobní výkresy)

Fáze 7 – 9 Montáž vzpěr

44

• montáž sekcí probíhá symetricky od obou opěr• závěrečná sekce 6 zdvižena pomocí dvou derricků na začátku tohoto

roku• montáž „off-shore“ sekcí v Sundsvallu proběhla od června 2013 do

února 2014

Průběh montáže

statické posudky, projek ční podklady a výrobní výkresy pro- úpravu derricku pro změnu výškové polohy pomocí hydraulických

lisů- úpravu derricku pro pohyb po mostě po lyžinách, roznos zatížení

do mostní konstrukce- montážní podepření a ohybově tuhé spojení mezi ocelovými sloupy

a zdviženou sekcí, naváděcí zarážky - montáž vzpěr včetně všech pomocných konstrukcí- prodloužení sekce 6 pro uložení na vysouvací dráhu

výrobní výkresy pro většinu ostatních montážních konstrukcí a pomůcek

přehledné výkresy montážních postupů (zejména během naší přítomnosti na montáži v Sundsvallu)

Podíl fy. PIS Pechal na projektu montáže:

45


Workshop s exkurzí





EXPERIMENTÁLNÍ VÝZKUM A SPOLUPRÁCE S PRAXÍ NA

ÚSTAVU KOVOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍJindřich Melcher, Marcela Karmazínová


Výzkum a spolupráce s praxí

1958Pavilon Z v areálu BVV

Ověření postupu montáže mřížové kopule

1966Výzkum p ůsobení systému p říhradové desky

Lepený model z organického skla (methyl-methakrylát)

46


1965Únosnost kulových tenkostěnných sty čníků

Reálná svařovaná tělesa s procházející a neprocházející trubkou

1975 - 1979Výzkum vzp ěru tlačených ocelových prutů

102 ks těles prutů členěného průřezu 109 ks těles z trubek

Skutečné působení členěných prutů složených ze dvou úhelníků s vloženým styčníkovým plechem.

Odzkoušeno celkem 102 zkušebních těles. Analyzován problém prostorového vzpěru a byly vyhodnoceny poměrné počáteční excentricity zahrnující komplexní vliv počátečních imperfekcí.


1978Experimentální ov ěření skutečného

působení výseku rámového systémupříčné vazby halového systému STH 24

od r. 1984Metoda zatěžování nosných dílců vakuováním

Lokální boulení deskových dílců při ohybuVlnitý a trapézový panel

47

Výzkum a spolupráce s praxíSimulace zatížení v ětrem sklen ěné výpln ě zábradlí

mostu Vyso čina (Velké Mezi říčí)

Selhání skla akvária v expozici zooTlakové napětí ve stěnové sekci

Spolup ůsobení nosníků s neseným pláštěm

- vázané klopení

Výzkum a spolupráce s praxíOvěření modulu pružnosti lan pro

zastřešení haly Rondo v Brn ě

Statické a dynamické zatěžovací zkoušky

ocelových kotev do betonu

1988Zkoušky únosnosti nového

typu rohového spoje dřevěného okenního rámu

48

Výzkum a spolupráce s praxí2003

Dynamická zatěžovací zkouška upevn ění kolejnice

Únavový lom svaru kolejnice

1997Zatěžovací zkoušky konstrukce

stěnových panelů dřevěného rodinného domu


1994 - 2003Zkoušky únosnosti suchých podlahnosná vrstva: desky CETRIC, izolace:

desky ORSIL

2004Zkoušky únosnosti a p řetvo ření prutů

z kompozitů vyztužených skelným vláknemsloupky protipovodňové zábrany

49

Výzkum a spolupráce s praxíZkoušky únosnosti šroubových přípojů ocelových sty čníkových

desek k tabuli z konstrukčního skla

2001Zkoušky šroubových spoj ů

zkorodovaných sty čníků stožár ů z oceli ATMOFIX

1999 - 2004Zatěžovací zkoušky podlahových roštůz kompozitů vyztužených skelným vláknem


Vzpěr tlačených ocelobetonových prutů

1995 - 2004Zatěžovací zkoušky dílců z konstrukčního skla

pro fasády a zastřešení

50


Dvouvrstvé laminované kalené sklo s mezilehlou fólií

2004Dvouvrstvé laminované nekalené

sklo (float) s mezilehlou fólií


2011Experimentální ov ěření napjatosti a p řetvo ření

ocelové konstrukce mostního provizoria(spoluautoři: Pavel Simon, František Superata)Klopení tenkostěnných nosníků s otvory

51


Workshop s exkurzí





KLOPENÍ TENKOSTĚNNÝCH NOSNÍKŮ S OTVORY

SPOLUPRÁCE S FIRMOU NEDCON Martin Horáček, Jindřich Melcher, Marcela Karmazínová


NEDCON- mezinárodní firma patřící mezi přední světové výrobce a dodavatele

regálových systémů- hlavní sídlo firmy ve městě Doetinchem (Nizozemí)- výrobní závod v Pardubicích- obchodní zastoupení v Evropě a USA- od roku 2004 součástí nadnárodního koncernu voestapline

52

Klopení tenkostěnných ocelových nosníků s otvory ve stěně

Spolupráce s firmou NEDCON byla navázána v rámci řešení problematiky klopení tenkostěnných ocelových Sigma nosníků s otvory ve stěně.

Nosníky profilu Sigma- tenkostěnné za studena tvářené profily- vyráběny z oceli S355MC- výška profilu 260 mm, šířka pásnice 50 mm, tloušťka 2,5 mm- perforace ve stěně nosníku (otvory Ø 65 mm v osové

vzdálenosti 200 mm; 4 řady otvorů Ø 11 mm)

Vestavná podlažíTenkostěnné ocelové Sigma nosníky se používají jako stropní nosníky u vestavných podlaží ve skladovacích prostorech. Otvory ve stěně nosníků

slouží pro vedení inženýrských sítí.

Konstrukční řešení vestavného podlaží

Ukázka realizovaného vestavného podlaží

53

Stanovení únosnosti dle ECNorma ČSN EN 1993-1-1 a národní příloha NB.3 udávají postup výpočtu únosnosti ohýbaného nosníku se zřetelem na ztrátu stability při klopení. Platnost postupu je pro alespoň jednoose symetrické profily zatížené v

rovině kolmé k ose symetrie, zatížení prochází středem smyku.

Stanovení průřezových charakteristikPro stanovení průřezových charakteristik byla použita analogie na

prolamované nosníky. Průřezové charakteristiky nosníku s otvory jsou vypočteny na základě váženého průměru charakteristik pro plný a

oslabený průřez.

ba

XbXaX BA

n +⋅+⋅

=

Stanovované charakteristiky Xn :

- momenty setrvačnosti Iy, Iz- moment tuhosti v prostém kroucení It- výsečový moment setrvačnosti Iw

54

Experimentální ověření průřezových charakteristik

1. Experimentální ověření ohybových tuhostí Iy, Iz2. Experimentální ověření torzních tuhostí

a) při prostém kroucení Itb) při složeném kroucení Iw

Verifikace skutečného působeníExperimentální ověření únosnosti Sigma nosníků při klopení bylo provedeno na prostě podepřených zkušebních tělesech délek 2 m, 3 m 4m zatíženích

dvěma soustředěnými břemeny ve třetinách rozpětí nosníku.

Nosníky byly zatěžovány v opačném směru (horní pásnice

byla tažená, dolní pásnice tlačená)

55

Způsob vnášení zatíženíZvláštní pozornost byla věnována způsobu vnášení zatížení, který umožňuje volné klopení nosníku bez vazeb zabraňujících posunutí a pootočení v poli.

Deformace nosníkůV průběhu zatěžování byly zaznamenávány svislé a vodorovné průhyby

zkušebního tělesa uprostřed a ve čtvrtinách jeho rozpětí.

Záznam svislého průhybu a úhlu natočení příčného řezu uprostřed rozpětí v závislosti

na velikosti působícího ohybového momentu

56

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

Souči

nite

l klo

pení

χLT

Poměrná štíhlost λLTKřivka klopení bKřivka klopení cKřivka klopení dVýsledky pro průřezové charakteristiky náhradního průřezuVýsledky pro experimentálně stanovené průřezové charakteristiky

Výsledky experimentůMezní únosnosti dosažené při jednotlivých testech jsou přepočteny a

dosazeny do grafu vyjadřující závislost součinitele klopení na poměrné štíhlosti prutu.

Další příklady spolupráce s firmou NEDCON

Verifikace únavové pevnosti tenkostěnného za studena tvářeného profilu

57


Workshop s exkurzí



KONSTRUKCÍ A MOSTŮ“11. dubna 2014, FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s., Mlýnská 68, 602 00 Brno

NAVRHOVÁNÍ NOSNÝCH KONSTRUKCÍ ZE SKLA.

EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ ÚNOSNOSTI SKLENĚNÝCH DESEKOndřej Pešek


Sklo jako materiál nosných konstrukcí• Sklo je za pokojové teploty prakticky

dokonale pružný materiál• Nedochází k přerozdělení napětí v místech

lokálních extrémů nap. (např. v uložení)• Křehké chování – k porušení dojde

křehkým lomem v tažených vláknech• Poměrně nízká hodnota modulu pružnosti

v tahu a tlaku → mezní stav použitelnosti

Veličina Symbol Jednotka Hodnota

Objemová hmotnost ρ kg/m3 2500

Youn gův modul E MPa 70 000

Poisson ův součinitel υ - 0,23*

Tab. 1 Materiálové charakteristiky sodnovápenatokřemičitého sklaNormálová napětíσ

1,- [MPa]

45.324

40.937

36.550

32.163

27.775

23.388

19.001

14.614

10.226

5.839

1.452

-2.935

Max : 45.324Min : -2.935

KV1: MSÚ (STR/GEO) - stálá / přechodná - rovn. 6.10Sigma-1,-

58

Temperování skla a jeho pevnost• Temperováním

(tepelným či chemickým) vznikají na povrchu skla reziduální tlaková napětí

• Rozložení reziduálních napětí závisí na druhu temperování

• Sklo: Plavené ANG, tepelně zpevněné HSG, tvrzené FTG

Pevnost v tahu (5% kvantil):• plavené sklo.....................45 MPa• tepelně zpevněné sklo.....70 MPa• tvrzené sklo....................120 MPa• chemicky temperované..150 MPa

Vrstvené sklo a jeho chování• Vrstvené sklo = min 2 skleněné tabule + mezivrstva → spolupůsobení• Materiály mezivrstev:

Polyvinyl butyralová folie PVBSentryglass plus® SGPEtyl vinyl acetát EVASAFE®

materiály na bázi pryskyřice

Zbytková („postbreakage“) odolnost

• Visko-elastické chování → časová a teplotní závislost Gint→ koeficient smykového přestupu Γ = (0,1)

59

Experimentální a numerické ověření odolnosti skleněných desek

Vzorek Tloušťka Popis

T1 2 * 4 Vrstvené sklo z 2*FLOAT sklo + 1 PVB folie

T2 2 * 4 Vrstvené sklo z 2*FTG sklo + 2 PVB folie

T3 2 * 4 Vrstvené sklo z 1*FLOAT sklo (horní) + 1*FTG sklo (spodní) + 2 PVB folie

Tab. 2 Výpis zkušebních těles

Předpoklady studie:• Spojité rovnoměrné plošné zatížení• Liniové kloubové uložení po všech čtyřech stranách

Metody řešení:• Experimentální ověření• Numerické modelování• Analytický přístup

Dimenze:• 1000 / 1500 mm• tloušťka 2 * 4 mm = 8 mm

Metody měření:• digitální úchylkoměr Mitutoyo

Absolute Digimatic ID-C• digitální manometr DM 9200

Popis experimentu

Popis Schéma

a) zkušební vzorekTestová sestava

b) ocelový nosný rám

c) dřevěný bo x

d) nezávislý ocelový rámUložení dílce a rozmístění snímačů

e) PE folie

f) snímač

g) vývěva

Tab. 3 Schéma a popis zkušební sestavy

60

Výsledky experimentu

Vzorek Popis porušení Obrázek

T1:

Porušení při zatížení 13,6 kN.m-2

velké (5 až 10 cm) střepy

PVB folie přetržena v rozích

Nalezen bod prvotního selhání

T2:


(v prvním testu zatíženo 54 kN.m-2)

malé (3 až 5 mm) střepy

PVB folie přetržena fošnou

T3:


(tabule plaveného skla porušena při

zatížení 26 kN.m-2)

rozdílná velikost střepů dvou tabulí

Tab. 4 Mechanismus porušení

Výsledky experimentu

05

101520253035404550

0 10 20 30 40 50

Prů

hyb

[mm

]

Zatížení [kN.m-2]

2*ANG

2*ESG test 1

2*ESG test 3

ANG+ESG

Snímač 5

0123456789

10

0 10 20 30 40 50

Prů

hyb

[mm

]


2*ANG2*ESG test 12*ESG test 3ANG+ESG

Snímač 2 a 8

Snímač 4 a 6

02468

1012141618

0 1 2 3 4 5

Prů

hyb

[mm

]


2*ANG

2*ESG test 1

ANG+ESG

Deformace uprostřed rozpětí

Deformace uprostřed podpor

Průběh zatěžování

61

Modelování experimentuModel Popis Detail

M1:

ANSYS objemový model

tabule skla + PVB folie → SOLID45

skutečné tloušťky tabulí skla i mezivrstvy

M2:

ANSYS objemový model

modelována jedna tabule skla s účinnou tloušťkou teff

→ SOLID45

M3:

ANSYS skořepinový model

modelována jedna tabule skla s účinnou tloušťkou teff zadanou

jako reálná konstanta → SHELL181

M4:

RFEM

tabule skla + PVB folie → přídavný modul RF-GLASS

skutečné tloušťky tabulí skla i mezivrstvy

Tab. 5 Popis numerických modelů

Účinná tloušťka vrstveného skla3 3

231 12 seff Ittt ⋅Γ⋅++=• Bennison a Calderon (Wölfel)

• Galuppi a Royer-Carfagni (EET)

• Haldimann

( )( )( )

3

32

31

32

31

1

12

1

ttItt

tg

s

geff

+−

+⋅++

= ηη

( )( )3

2

2

1

112

βπβαπα

+++=

b

It S

eff

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,01 0,1 1 10 100

Sm

ykov

ý ko

efic

ient

pře

stup

u Γ

[-]

Modul pružnosti mezivrstvy ve smyku Gint [MPa]

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

0,01 0,1 1 10 100

Efe

ktiv

ní tl

oušť

ka t e

ff[m

m]

Modul pružnosti mezivrstvy ve smyku Gint [MPa]

Bennison

Haldimann

Galuppi

Monolithic limit

Layered limit

62

Výsledky modelování

05

1015202530354045

0 10 20 30 40 50

Prů

hyb

[mm

]


Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

Gint = 1,0 MPa

05

101520253035404550

0 10 20 30 40 50

Prů

hyb

[mm

]


Gint = 4,0 MPa

Gint = 1,0 MPa

Gint = 0,05 MPa

Gint = 0,01 MPa

Model 1

Podmínky řešení• Symetrie úlohy: modelována 1/4

desky• Lineární materiálové modely• Geometricky nelineární analýza• modul pružnosti mezivrstvy ve

smykuGint = 4; 1; 0,05 a 0,01 MPa

Srovnání výsledků experimentů a numerického modelování

Gint ≈ 1 MPa

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50

Prů

hyb

[mm

]


Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

Test 1; 2*ANG

Test 2.1; 2*ESG

Test 2.3; 2*ESG

Test 3; ANG+ESG

Gin

t=1

MP

a

Podmínky při experimentech• Teplota ≈ 18°C • Zatěžování ≈ 40 min

Kompletní model včetně kontaktů

63


Workshop s exkurzí





OPTIMALIZACE NÁVRHU OCELOBETONOVÝCH SLOUP Ů

Z MATERIÁLŮ VYŠŠÍCH PEVNOSTÍJiří Ćmiel


Současná situace• Současný trend navrhování nosných konstrukcí je především zaměřen na

hospodárnost a na optimalizaci návrhu konstrukce. • K tomu může významně přispět použití materiálů vysokých pevností i u tlačených

ocelobetonových konstrukčních prvků. • U reálných tlačených prutů jsou nevyhnutelné imperfekce a právě u těchto konstrukcí

může užití kombinace oceli a betonů vyšších jakostí vést ke zvýšení vzpěrné pevnosti a únosnosti prutu.

• Dalším z aspektů, který zvyšuje efektivitu návrhu, je především snížení hmotnosti konstrukce a vzájemné spolupůsobení betonu a oceli při ochraně před jinými negativními vlivy, které snižují únosnost a použitelnost, jako např. koroze oceli nebo vliv požáru.

OBECNĚ• U tlačených konstrukcí má rozhodující roli štíhlost, v důsledku níž se redukuje vzpěrná

únosnost dle ČSN EN 1993 a velikost kritické síly, a proto je třeba optimalizovat návrh konstrukce s ohledem na plné využití vlastností materiálů vyšších pevností.

• Jedním z rozhodujících faktorů návrhu těchto konstrukcí je cena materiálů, která se zvyšuje s rostoucí jakostí; je tedy nutné formulovat zásady pro optimalizaci návrhu z hlediska ceny, ale i z hlediska např. environmentálních aspektů konstrukce.

64

Studie

• Studie únosnosti s důrazem na optimální využití materiálů a s ohledem na cenu i aspekty prostředí byla provedena pro vybraný typ ocelobetonového sloupu obvyklého uspořádání. Vzhledem k praktickému provádění kompozitního sloupu byl jako reprezentativní volen částečně obetonovaný H-průřez. Stojina sloupu je kryta betonem ze dvou stran, zatímco pásnice, které tvoří bednící formu, jsou obetonovány pouze z jedné strany

• Oceli S235 – S690• Betony C16/20 – C90/105

Navrhování podle EC

• Dvě metody podle ČSN EN 1994-1-1– Obecná metoda návrhu

Imperfekce

Ohybová tuhost��,� 0,5�� 0,9��

65


– Zjednodušená metoda

Poměr příspěvku oceli0,2 � � � 0,9


• Plastický výpočetRelativní štíhlost

�̅ � 0,2

�̅ ��,��/��

• Vliv vzpěru��,��

• Plastická návrhová únosnost��,�� ! 0,85��

• Kritická síla�� #$% �� /&��

$'

66


• Ohybová tuhost�� 0,6��

• Poměr příspěvku oceli� �� !��/��,��

• 18 zkušebních těles– Kruhové trubky– Obetonované profily HEA

• 9 těles HEA 140 z oceli S420• 6 těles s obetonovanou stojinou

– 3 tělesa z betonu C20/25– 3 tělesa z betonu C80/95

• 3 tělesa bez obetonování

Experiment

• Zatěžování ve svislé poloze• Délka prvku 3070mm• Kloubové uložení

67

Experiment

• Výsledky zkoušek– Návrhové hodnoty dle normy výrazně nižší než dle experimentu– Míra imperfekce dle normy )* &/150

– Míra imperfekce dle experimentu )* &/1500

– ��,� příliš na stranu bezpečnou

Experiment

• Výsledky zkoušek

68

Experiment

• Ekonomické zhodnoceníVliv ekonomického faktoru poskytuje ekonomická studie. Tato studie byla zaměřena na nalezení optimálního poměru ceny sloupu a vzpěrné únosnosti dle EN 1994-1-1. Byl hledán takový typ sloupu, který má nejvyšší vzpěrnou únosnost a současně nejnižší cenu. Pro každou třídu betonu byl vybrán ocelobetonový profil s nejlepším poměrem únosnosti a ceny. Ve studii byla vynechána třída betonu C 12/15, protože tato třída betonu nepřináší výrazné zlepšení vlastností ocelobetonového sloupu.

• Uvážíme-li též dostupnost materiálu, jako nejvýhodnější typ průřezu se jeví profil HEA 180 z oceli S 420 a betonu třídy C 70/85. Při použití vysokohodnotného betonu C 70/85 je cena o 4,3 % vyšší než při použití běžného betonu C 16/20, avšak vzpěrná únosnost prutu se zvýší o 19,45 %. Sloup z běžných materiálů o stejné únosnosti (HEA 220, S 275, C 16/20) se prodraží o 23,57 %. Za předpokladu, že ocelobetonový prut HEA 240 bude tvořen kombinací oceli třídy S 235 a betonu C 90/105 (tedy nejhorší kombinace), pak pouze 16 % z celkové ceny prutu představuje beton. Vzhledem k tomu, že použitím betonu třídy C 90/105 místo betonu C 16/20 se kritická síla zvýší o 34 %, je použití vysokohodnotného betonu výhodné.

Experiment

69


Workshop s exkurzí





DIAGNOSTIKA A P ŘEPOČET NOSNÝCH PRVKŮ STŘEŠNÍHO PLÁŠTĚ

NA PRŮMYSLOVÉM OBJEKTU PRO ZPRACOVÁNÍ TĚ ŽENÉHO VÁPENCEMilan Pilgr

VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí, Veveří 331/95, 602 00 Brno

Pohled na průmyslový objekt

70

Havárie části zastřešení

Havárie části zastřešení

71

Střešní panel DART

Střešní panel DART

72

Vizuální prohlídka

Vizuální prohlídka

73

Tahová zkouška odebraného vzorku

Vzorky podrobené tahové zkoušce

74

Výsledky tahových zkoušek

Závěry

• Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů neodpovídaly parametrům uvedeným v přiložené dokumentaci.

• Nosné části střešního pláště byly vyrobeny nekvalitně – na rozdíl od údajů uvedených v přiložené dokumentaci u nich nebyl splněn předpoklad spolupůsobení ocelových a dřevěných prvků.

• Panely střešního pláště nebyly plnohodnotně připojeny k pásům ocelových příčlí.

• S ohledem na tvar zastřešení může na části střechy docházet ke zvětšení tíhy sněhu vlivem návěje – na tento přírůstek zatížení nebyly konstrukční prvky dimenzovány.

75


Workshop s exkurzí





REKONSTRUKCE NOSNÝCH OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ

ZASTŘEŠENÍ HALMilan Šmak, Stanislav Buchta


Rekonstrukce nosných systém ů zastřešení hal a areálu AGROSTROJ Pelh řimovSanace NOK stř ech a sv ětlíků + zateplení stř ešních plášťů hal Doplňková činnost ÚKDK

� hala skladu hutního materiálu� hala lisovny a přípravny� 4x hala obrobny a svař ovny

� Stavebně – technický průzkum� Statické ověření základních nosných prvků zastřešení, základních nosných spojů� Návrh konstrukčních úprav - zesílení konstrukce

Základní údaje

76

Hala skladu hutního materiálu

Jednolodní hala, rozpětí 16m, délka 120m, výška cca 11.1m. Střecha sedlová s podélným hřebenovým sedlovým světlíkem.

Hlavní p říčné vazby objektu

• osová vzdálenost 12m • vetknuté plnostěnné ocelové sloupy • plnostěnná rámově připojená příčel

Mezivazby

• osová vzdálenost 12m • plnostěnné ocelové sloupy • kloubově uložená plnostěnná příčel.

Střešní vaznice

• plnostěnné kloubové po 3m.

Konstrukční systémy objektů

Hala lisovny a přípravny

• dvojlodní hala o rozpětí 2x21m, délka 60m, výška cca 11.25m. • nýtovaná ocelová nosná konstrukce. • příhradové střešní vazníky po 12m uloženy na středních

železobetonových sloupech a po obvodu budovy jsou podporovány betonovými sloupy nebo ocelovými příhradovými průvlaky.

• střešní vaznice plnostěnné zavěšené po 3m. • jsou osazeny příčné světlíky.


77

Haly obroben a svařoven

• komplex 4 jednolodních hal o rozpětí 18m délky 132m • nýtovaná ocelová nosná konstrukce • příhradové střešní vazníky po 12m podporovány betonovými sloupy• jsou osazeny podvěsné jeřábové drážky o nosnostech do 2.5t • střešní vaznice plnostěnné zavěšené po 3m • na střechách osazeny světlíky


ČSN 73 0035, ČSN EN 1993-1-3, ČSN 73 1401 (1998)Využití programového systému NEXIS

Hala obrobny a svařovny - vazník

Statické ověření nosných prvkůNávrh úprav

78

Příklady navržených úprav- zesílení základních nosných prvků systémů

Úpravy NOK

Příklady navržených úprav- zesílení základních nosných prvků systémů

Úpravy NOK

Zesilovaná konstrukce střešního vazníku

79

Hala lisovny a přípravny – zesílená NOK střechy a sloupů

Úpravy NOK

Statické ov ěření nosných prvk ů a přípojů, návrh úpravČSN 73 1401 (1998)

Hala obrobny a svařovny – posuzované spoje vazníku

Přípoje prvků

80

ČSN 73 0035, ČSN EN 1993-1-3, ČSN 73 1401 (1998)Využití programového systému NEXIS

Rekapitulace:

• nosné pruty až na výjimky vyhověly na původní zatížení • přitížení zateplením pláště : + 0.20 kN/m2

• zatížení sněhem dle ČSN EN 1991-1-3 : 1.5 kN/m2

• na zvýšené zatížení nevyhovělo cca 80 % vaznic a 70 % vazníků• překročení únosnosti cca do 50 %• základní nosné spoje vyhověly i na přitížení – nebyly nutné úpravy• zesílení vaznic a vazníků

Statické ověření nosných prvků a přípojů

Návrh úprav

Primární cíl rekonstrukce:

• Zateplení střešních plášťů • Výměna krytiny • Výměna zasklení světlíků

Závěr:

• Reálný stav konstrukcí neodpovídal jejímu stáří• Nejstarší ocelové konstrukce vyžadovaly méně úprav a zesílení,

než konstrukce novějšího data• Rezerva v únosnostech byla u nejstarších konstrukcí více

rovnoměrná• Při běžné údržbě kvalitně vyrobená konstrukce nemusí vykazovat

závažné defekty a opotřebení ani po desítkách let provozování

Poznatky z provedené rekonstrukce

81


Workshop s exkurzí





MODULÁRNÍ LÁVKY PRO P ĚŠÍ A CYKLISTICKOU DOPRAVUPavel Simon, Štěpán Kameš, Dušan Weinstein

Vladimír Fišer, Mlýnská 68, 602 00, Brno

ÚČEL A CÍL• Vývoj modulárních lávek proběhl ve spolupráci s VUT FAST

(doc. Ing. Marcela Karmazínová, CSc. a prof. Ing. Jindřich Melcher, DrSc.).

• Jednalo se o vývoj samostatného lávkového provizória, jež efektivně umožní převést pěší dopravu při rekonstrukcích pozemních staveb a zachování pěšího provozu po živelných pohromách. Samotné parametry Modulárních Lávek ML18 a ML36 splňují prostorová kritéria pro trvalou lávku tak, aby je bylo možné využívat po delší časové období, případně z nich realizovat stavbu trvalou.

• Zvýší se tím bezpečnost a komfort peších, realizační firmy získají výrobek, který nemusí vždy pro jednotlivé zakázky vyvíjet a krajům a obcím bude umožněno budovat dočasné i trvalé lávky s vysokou mírou bezpečnosti.

• Cílem bylo vyvinout a uvést na trh lávkové provizórium požadovaných parametrů a vlastností a při jeho vývoji si ověřit chování materiálu na únavu a vliv konstrukčních detailů na životnost. Vyvinout lávkové provizórium, které bude systémové, modulárně členěné, lehce skladovatelné, smontovatelné, provozně bezpečné a bude navržené v souladu s novým souborem Evropských norem a stávajících národních předpisů.

82

VÝHODY PRO PĚŠÍ A CYKLISTY• Unikátní systém rozebíratelných lávek pro rozpětí prostého pole od 3 do 36 m, v kroku

3,0 m přináší chodcům i cyklistům vyšší komfort a bezpečnost, než bylo dosud obvyklé.

• Průchozí šířka 2000 mm splňuje požadavky trvalé stavby a je o 500 mm větší než u ostatních dočasných konstrukcí.

• Povrch mostovky z plných kompozitových desek s protiskluznou úpravou poskytuje komfort všem účastníkům provozu. Je bezúdržbový a na rozdíl od roštů nehrozí omezení pohybu ženám na podpatcích či osobám se sníženou schopností pohybu.

• Vysoká bezpečnost provozu chodců a cyklistů je zajištěna nejen madlem ve výši 1300 mm nad mostovkou, okopovou lištou, ale poskytuje i zvýšený komfort pěším dalším madlem umístěným v ideální výši 900 mm nad mostovkou.

• Bezpečný nástup a sestup z lávky je řešen sklonitelnou rampou v rozsahu spádu ± 8,33%. Do rampy lze integrovat sloupek, jenž zabraňuje přejezdu vozidel.

VÝHODY PRO STÁTNÍ SPRÁVU• Systémové provizorium je vhodné nejen po živelních pohromách, ale i při

rekonstrukcích stávajících mostů ve městech a obcích kde umožní zachovat pěší a cyklistický provoz.

• Efektivní řešení, jež svým rozsahem rozpětí pokrývá 99,5% jednopolových mostů I -III. třídy v evidenci ŘSD a 97% vícepolových mostů I. - III. třídy. Pro zbylé je možné lávky spojit na mezipodpoře, např. ze systému PIŽMO.

• Ekonomickým řešením je rozdělení typu provizorních lávek na Malé (3 - 18 m) ML18 a Velké (3 – 36 m) ML36 kde použití Malé lávky představuje v rozpětí 9 – 18 m výrazně nižší pořizovací náklady, než použití prvků Velké lávky pro totéž rozpětí. Ze statistiky vyplývá, že jednopolových mostů do 18 m je 92,3% a z celkového počtu jedno i vícepolových mostů, je mostů do 18 m 81,1%.

Zpracování statistických údajů mostů ŘSD(1-polové mosty I. – III. tříd) (všechny pole mostů I. – III. tříd)

83

VÝHODY PRO STÁTNÍ SPRÁVU• Ocelové díly lávky jsou žárově zinkovány ponorem, mostovkové díly jsou kompozitové.• Výborná skladovatelnost v rozloženém stavu.• Pro přepravu lávek v rozloženém stavu není potřeba nadrozměrné dopravy• Rychlá montáž - montáž jednoho pole malé lávky se pohybuje od 15 - 25 minut v

závislosti na uložení materiálu na staveništi a rychlosti pohybu jeřábu. Montáž Velké lávky se dá provést během jednoho dne, záleží na místních podmínkách a použité mechanizaci.

• Osazení přes překážku jeřáby. Velkou Lávku je alternativně možno přes překážku vysouvat po výsuvné dráze.

• Garantovaná životnost konstrukce min. 30 let (jako provizorní konstrukce) ověřená únavovými testy. Jedná se o první lávku, kde byly klíčové styčníky v reálných rozměrech cyklicky zatěžovány a byla tak stanovena životnost na základě testů.

• Po lávce je možný mimořádný přejezd vozidla integrovaného záchranného systému se šířkou vozidla do 1,85 m a zatížením na kolo do 7,5kN.

• Lze zaměnit a kombinovat některé prvky z ML18 a ML36, což vede ke skladovacím a investičním úsporám.

• Lehké konstrukce lávek nevyžadující masivní spodní stavbu.• Bezúdržbová konstrukce provizória.

ŘEŠENÍ - PARAMETRYML18

Průchozí šířka: 2,0 mDélka: 3, 6, 9, 12, 15, 18 mPočet typů dílců lávky : 4 + 3

HL1 Hlavní nosníkPR1 Příčný rámMR1 Mostovkový roštOP1 Přítlačný okopný plechLožiskoNájezdová rampaMostovka

ML36

Průchozí šířka: 2,0 mDélka: 3 -36 m po 3,0mPočet typů dílců lávky : 8+3

MR1 Mostovkový roštDP1 Dolní pas HP1 Horní pasR1 Rám R2 RámHD2 Horní diagonála BD1 Bo ční diagonálaZD1 ZábradlíLožiskoNájezdová rampaMostovka

84

PROTOTYPY - DETAILY, ŽIVOTNOST

STANOVENÍ ŽIVOTNOSTIIntenzita pěší dopravy:Velmi hustá doprava TC4 q= 1,0*P/m 2 = 0,75 kNm2

Zatížení je stanoveno dle průměrného chodce P s hmotností 74,4 kg

ML 18 (18,0 m)

85

ML 36 (36,0 m)

PODPORATECHNICKÉ PODMÍNKY• Jsou v počáteční fázi, žádost je na MD odboru silniční dopravy. Měly by se, pokud vše

dobře dopadne, během roku 2014 projednat a schválit.• Budou obsahovat popis prvků, zatížitelnost, způsoby montáže, podmínky povolení

provozu a údržbu.

PODPORA PROJEKTŮ UMOŽŇUJÍCÍ TAKŘKA OKAMŽITÉ NASAZENÍ• Dispoziční výkresy jednotlivých typů ve všech rozpětích 3 - 36m včetně detailů kotvení

a silových účinků na spodní stavbu• Technické zprávy• Statický výpočet

PODPORA MONTÁŽNÍCH ORGANIZACÍ• Technologický předpis

montáže• Výkresy sestav• Požadavky na jeřáby• Výsuvná dráha pro ML36

86

Popis „EASY“ řešení• Lávka většinou na jedno použití• Průchozí šířka jen normových 1,5m (není pro cyklisty)• Prostý nosník z plnostěnných profilů s dřevěnou mostovkou, pro rozpětí do 18m, bez

nájezdových ramp• Montážní styky buď žádné či svařované• Od rozpětí 18m příhradový nosník

SROVNÁNÍ ML18 s „EASY“ ŘEŠENÍM pro 18,0 mNáklady na pořízení ML18-18 a EASY na 18m, bez ceny jeřábu a dopravy

SROVNÁNÍ S „EASY“ ŘEŠENÍM

EASY

ML18-18m0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

ML18-18m EASY na 18m Pronájem ML18-18 na 5 měsíců

SROVNÁNÍ ML36 s „EASY“ ŘEŠENÍM pro 24,0 a 36,0 mNáklady na pořízení ML36-24 a EASY na 24m, bez ceny jeřábu a dopravy (grafy vlevo)Náklady na pořízení ML36-36 a EASY na 36m, bez ceny jeřábu a dopravy (grafy vpravo)

SROVNÁNÍ ML18 a ML36 s „EASY“ ŘEŠENÍMDoba výstavby:

ML18 a ML36 Zahájení : 2 dny po potvrzení objednávky ML18 : 1 denML36 : 1-3 dny Bez spodní stavby ( panelové rovnaniny)

SROVNÁNÍ S „EASY“ ŘEŠENÍM

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Dodávka ML36-36 Dodávka EASY Pronájem ML36-36-5měsíců

1,3x

12x

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Dodávka ML36-24 Dodávka EASY Pronájem ML36-24-5 měsíců

4x

10x

EASY ŘEŠENÍ (pro 18m)Zahájení : 2 dny po potvrzení objednávky Projekt: 3 dnyVýroba + PKO (pokud je mat. na skladě): 13 dnůObjednávka materiálu 21 dní Výroba + PKO (příhradová varianta + mat.) 15 dnůDoba výstavby : 4 dny

Celkem: min. 20 dn ů až 45 dnů

87

Fotodokumentace z exkurze

ve výrobních a skladovacích prostorách

FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a.s.

v areálu Královopolská, a.s., Křižíkova 68a, 612 00 Brno



Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014


88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

Editor: Ing. Štrba Michal, Ph.D. Duben 2014ISBN 978-80-214-4956-5

Date post:	01-Apr-2016
Category:	Documents
Upload:	oktaedr
View:	230 times
Download:	10 times

Sborník – Workshop s exkurzí Teorie vs. praxe v oboru kovových, dřevěnýc

Documents