8 Tesárske spoje. 8.1 Všeobecne. Tesárske spoje. Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb Gerhard Schickhofer - Jaroslav Sandanus

Transcript

1 8 8.1 Všeobecne Tesárskymi spojmi označujeme spoje, v ktorých sú vo všeobecnosti sily prenášané kontaktným tlakom v mieste spoja a trením v mieste spoja. Nie sú v nich použité iné spojovacie materiály ako drevo. Spojovacie (mechanické) prostriedky sú použité iba na zaistenie polohy spájaných častí alebo na prenos dodatočných síl. Tieto spoje boli často navrhované len na základe niekoľkostoročných skúseností tesárov a konštrukčných predpisov. Zriedkakedy boli spoje navrhované (alebo počítané) inžiniermi. Ako bolo uvedené vyššie, sú sily v tesárskych spojoch prenášané tlakom a šmykom. Možné pôsobenie ťahových síl a kombinácie šmyku s tlakom kolmo na vlákna, príp. šmyku a ťahu kolmo na vlákna bolo takisto vysvetlené v predchádzajúcich odsekoch. sa vo všeobecnosti vyznačujú malou účinnosťou a malou tuhosťou spoja, čo je spôsobené pomerne veľkými oslabeniami prierezov v spoji. Zároveň sa však vyznačujú pomerne veľkou duktilitou. Vzhľadom na objemové zmeny v dreve vplyvom zmien vlhkosti je pri tesárskych spojoch dôležité, aby pri zhotovovaní spojov boli dodržané predpokladané vlhkosti spájaného materiálu. Pri posudzovaní spojov na medzný stav používateľnosti so zohľadnením poddajnosti spojov sa vo výpočte uvažuje s počiatočným popustením (preklzom) spoja o veľkosti 1-2 mm. Výroba tesárskych spojov je náročná najmä na čas a presnosť. Z tohto dôvodu sa používanie tesárskych spojov v 70-tych a 80-tych rokoch minulého storočia výrazne obmedzilo. V súčasnosti sa v nových konštrukciách ešte používajú najznámejšie typy spojov (základné spoje sú na obr. 8.1 preplátovanie, zapustenie, čapovanie, kampovanie) vyrobené tesármi, ostané typy spojov sú používané zriedkakedy. Medzi tesárske spoje patria tiež záchytkové spoje s drevenými záchytkami. Preplátovanie Zapustenie Čapový spoj Kampovanie Obr. 8.1 Základné typy tesárskych spojov Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 1 -

2 Renesanciu v používaní tesárskych spojov prišla asi pred dvadsiatimi rokmi s vývojom CNCstrojov, na ktorých sa dajú tesárske spoje veľmi presne, rýchlo a efektívne vyrobiť. Odvtedy sa záujem o tieto typy spojov opäť zvýšil. Iná situácia je v oblasti rekonštrukcií stavieb, kde najmä pri pamiatkových objektoch sa snažíme o zachovanie všetkých pôvodných materiálov a tiež techník spájania. 8.2 Zapustenie Úlohou zapustenia je preniesť tlakové sily pomocou šikmých prútov (označenie vzpery, pásiky alebo diagonály závisí od konkrétneho umiestnenia prvku v konštrukcii) do ďalších častí konštrukcie cez kontaktné plochy. Kontaktné plochy sú namáhané tlakom šikmo k vláknam, pričom okrem priečneho tlaku vzniká v zhlaví aj šmykové namáhanie. Z rôznych možností zapustenia sa aj v súčasnosti používa najčastejšie jednoduché zapustenie. jednoduché zapustenie jednoduché zapustenie s čapom dvojité zapustenie zadné zapustenie Obr. 8.2 Zapustenie varianty Pri nedostatočnej dĺžke (alebo odolnosti) zhlavia sa používa riešenie uvedené na obr. 8.2 dolu dvojité alebo zadné zapustenie alebo na obr. 8.3 a 8.4 drevené príložky. Zadné zapustenie musí byť zhotovené s medzerou 1-2 mm, aby nedošlo k prenosu síl aj v prednej časti šikmého prúta, čím by vzniklo nebezpečenstvo rozštiepenia prierezu obr Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 2 -

3 Obr. 8.3 Zapustenie príklady Obr. 8.4 Drevený most - prípoj diagonály na spodný pás princíp zapustenia bez oslabenia spodného pása Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 3 -

4 medzera 1-2 mm Obr. 8.5 Nesprávne (bez medzery) a správne (s medzerou) zadné zapustenie Zabezpečenie polohy prúta sa v minulosti robilo čapom s kolíkom obr. 8.7, prípadne oceľovými príložkami, v súčasnosti sa používajú svorníky, drevoskrutky, prípadne oceľové príložky obr zaisťovací svorník zaistenie pásovinou zaistenie pásovinou Obr. 8.6 Spôsoby zaistenia zapustenia Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 4 -

5 Obr. 8.7 Zaistenie zapustenia drevenými kolíkmi Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 5 -

6 Obr. 8.8 Geometria zapustenia a rozklad sily N sin sin Obr. 8.9 Výpočet zložiek síl F 1 a F 2 Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 6 -

7 Obr Výpočet napätí a posúdenie zadného zapustenia Odolnosť zapustenia závisí od uhlu pripojenia α, hĺbky zapustenia (zárezu) a dĺžky zhlavia. Maximálna hĺbka zapustenia t v je závislá od uhlu pripojenia prípadne od výšky h pripájaného prúta. Pri posúdení zapustenia posudzujeme: - odolnosť zhlavia na účinky sily F 1, - odolnosť otlačovanej plochy na účinky sily F 2 (podľa obr. 8.8 a 8.9). V STN EN nie sú uvedené pravidlá pre návrh zapustenia. V ČSN sú pravidlá pre návrh zapustenia uvedené v odseku 15.1 (časti vybraté z normy ČSN sú v modrých rámikoch): Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 7 -

8 Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 8 -

9 8.3 Čapovanie Čapové spoje sú určené na prenos priečnych síl v prípojoch stropov, stien a striech a tiež sú určené na zaistenie polohy jednotlivých prvkov konštrukcie. Vzhľadom na pomerne veľkú prácnosť výroby čapového spoja, sa v súčasnosti používajú tie čapové spoje, ktoré sa dajú vyrobiť pomocou vhodných strojových zariadení. Najčastejšie používaný je symetrický čap v strede prúta. Pri návrhu čapu je potrebné zohľadniť: - namáhanie dreva kolmo na vlákna otlačovaná plocha je konštrukciou čapu zmenšená, - možnosť vzniku trhlín dôsledkom priečneho ťahu. Pri posudzovaní čapového spoja je potrebné zohľadniť, v ktorej časti konštrukcie je prierez v spoji umiestnený vzhľadom na určenie súčiniteľa tlaku kolmo na vlákna k c,90. V norme ČSN (čl uvedený nižšie) a takisto v STN EN (čl ) sú uvedené vzťahy pre posúdenie otlačovanej plochy. Zatiaľ čo charakteristické pevnosti reziva v tlaku rovnobežne s vláknami f c,0,k sú pre triedy C14 až C 50 v intervale MPa, charakteristické pevnosti reziva v tlaku kolmo na vlákna f c,90,k sú pre triedy C14 až C 50 takmer 10-krát nižšie - v intervale 2,0 3,2 MPa. Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb - 9 -

10 Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

11 V STN EN sú uvedené pravidlá pre návrh nosníkov s výrezom, ktoré sa dajú použiť aj pre návrh čapového spoja. V ČSN sú pravidlá pre návrh čapových spojov uvedené v odseku 15.2: 8.4 Preplátovanie Preplátovaním sa spájajú dva alebo viacero prvkov rovnakej výšky, pričom v celom spoji je zachovaná rovnaká výška prierezu. Podľa smeru spájaných prvkov rozoznávame priame, šikmé a pravouhlé preplátovanie, podľa ukončenia prvkov rozoznávame pravouhlé a šikmé (v smere hrúbky a tiež výšky prvku) preplátovanie. Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

12 Existuje veľký počet variácií ukončenia prvkov v preplátovaní, čo je znázornené na nasledujúcich obrázkoch. Obr Možnosti spájania drevených prvkov preplátovaním Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

13 8.5 Kampovanie Kampovanie je podobný spoj ako preplátovanie, pričom rozdiel vzhľadom na preplátovanie je v tom, že spájané prvky neležia v tej istej rovine. Výhoda kampovania spočíva v menšom oslabení prierezov v porovnaní s preplátovaním. Kamp môže byť plný, stredný, rybinovitý alebo krížový, pričom podobne ako pri preplátovaní existujú aj kombinácie jednotlivých typov kampovania. Obr Možnosti spájania drevených prvkov kampovaním Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

14 8.6 Osedlanie Osedlanie je jednoduchý tesársky spoj, ktorý je v súčasnosti pravdepodobne najčastejšie používaný. Pripája sa ním vedľajší šikmo prebiehajúci prvok na hlavný nosný prvok. Typickým príkladom je osedlanie krokvy na väznicu (alebo pomúrnicu). Obr Osedlanie krokvy na väznicu Obr Zadrapnutie krokvy do väznice 8.7 Zadrapnutie Zadrapnutím sa väčšinou pripája vedľajší šikmo prebiehajúci prvok na hlavný nosný prvok. Príkladom je zadrapnutie krokvy do väznice. 8.8 Záchytkové spoje s drevenými záchytkami Záchytkové spoje predstavujú prechod medzi tesárskymi a inžinierskymi spojmi. Záchytka je spájací prostriedok, ktorý je namáhaný najmä na tlak a šmyk (v prípade záchytiek z dreva a prstencových oceľových záchytiek) alebo iba na šmyk (v prípade ostatných oceľových záchytiek). Drevené záchytky sa vkladajú do pripravených výrezov v spájaných častiach dreva. Môžu byť osadené rovnobežne so spájanými prierezmi alebo v miernom uhle. Sú zhotovené vo väčšine prípadov z tvrdého dreva. Vlhkosť dreva musí byť prispôsobená predpokladanej vlhkosti v konštrukcii, aby sa zabránilo zosychaniu a zmene rozmerov záchytky. Záchytka aj spájané drevené časti sú osadené tak, aby boli namáhané v smere vlákien, pretože pevnosť v tlaku v smere vlákien je výrazne vyššia, ako pevnosť kolmo na vlákna dreva. Takisto prípadné dĺžkové zmeny sú v smere vlákien zanedbateľné. Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

15 zaisťovací svorník záchytka z tvrdého dreva Obr Prípoj ťahaných prvkov pomocou záchytiek z tvrdého dreva šmyková plocha Obr Namáhanie záchytiek Odolnosť záchytky závisí od hĺbky osadenia t d, dĺžky záchytky l d, osovej vzdialenosti záchytiek e a od únosnosti zaisťovacích svorníkov. Na zachytenie klopiaceho momentu M k, ktorý vzniká excentrickým pôsobením horizontálnej tlakovej sily H, sa používajú zaisťovacie prvky, napr. svorníky. Sily v svorníkoch sa dajú určiť z podmienok rovnováhy. Proti momentu pôsobí dvojica síl V: M k = H. t d = V. 2/3. l d V = 3/2. H. t d / l d Ostatné posúdenia, t.j. tlak rovnobežne s vláknami, tlak kolmo na vlákna a šmyk v záchytke sa určujú podľa postupov uvedených v norme. Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

16 Obr Zložený prierez - prievlak s drevenými záchytkami Obr Väzný trám zhotovený ako zložený prierez so šikmými drevenými záchytkami Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

17 Obr Plnoautomatizované stroje opracujú prvok podľa predlohy CAD s vysokou presnosťou Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb