6.0 SPOJI. prof. dr. Darko Beg Sodelavec: Blaž Čermelj. Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Katedra za metalne konstrukcije JEKLENE KONSTRUKCIJE I 6.0 SPOJI prof. dr. Darko Beg Sodelavec: Blaž Čermelj

Spoji Spoji so v jeklenih konstrukcijah zelo pomembni konstrukcijski elementi; so najdražji elementi nosilne konstrukcije (množica detajlov, zvari, vijaki več vloženega dela); ključna je pravilna in čim bolj racionalna zasnova; -Sprememba smeri elementa; -montažni spoji (transport, montaža); -sprememba nosilnega elementa: velikost prereza, material. kot vezna sredstva uporabljamo zvare in vijake, redkeje zakovice.

Glede na obliko in namen ločimo več vrst spojev: pj Spoji v stebrih

Priključki na temelj

Členkasti priključki greda - steber

Momentni priključki greda - steber

Členkasti priključki greda - greda

Momentni priključki greda - greda

Priključki horizontalnih povezij

Priključki vertikalnih povezij

Diagram obtežba pomik za preizkušanec iz jekla in za spoj

Glede na mehanske lastnosti spoje delimo po: TOGOSTI NOSILNOSTI DUKTILNOSTI

Delitev po togosti togi delno-togi K = EI l p p členkasti

Delitev po nosilnosti - členkasti: M < 0,25 M pl ; - polno nosilni: i:m>m M pl.

Rotacijska kapaciteta

Delitev spojev Duktilnost rotacijska kapaciteta Polnonosilni duktilnost ni potrebna Poškodbe se tvorijo v prečki in ne v spoju Delnonosilni - obvezno duktilni Poškodbe odbe se tvorijo v spoju

Mehanizmi prenosa obtežbe: Osnovna pravila: Spoji in priključki - predpostavljeni razpored notranjih sil v spoju mora biti v ravnotežju z delujočimi obremenitvami; -vsak sestavni del spoja mora biti sposoben prevzeti obtežbo, ki odpade nanj; - deformacije v spoju ne smejo presegati deformacijske kapacitete duktilnosti posameznih elementov spoja (zvari, vijaki, vezne pločevine). Pi l tič i li i bt žb d li l t j Pri elastični analizi obtežbo delimo na posamezne elemente spoja v razmerju togosti.

Primer: Razdelitev obtežbe: - pasnica upogib Obtežba - stojina strig Shema konstrukcije Notranje sile Spoj Sile v komponentah spoja Komponente spoja 1. Vijaki < bočni pritisk/prestrig 2. Neto prerez pločevine 3. Zvar 4. Stojina nosilca Zvari Vijaki Pločevine

Primer: Preklopni čelni spoj pj Čelni spoj Preklopni spoj

Osnovni primeri obtežbe: nateg, tlak, strig Natezna sila Natezna osna oz. tlačna sila Tlačna sila Panel v strigu T - stik Strig

Natezni elementi v spoju Čelni zvari Detajl

Natezni elementi v spoju Preklopni spoj varjen, vijačen Enostranska preklopna pločevina: varjena Enostranska preklopna pločevina: vijačena

Preklopni spoj vijačen Natezne palice Obojestranska preklopna pločevina: vijačena

Čelni spoj vijačen Natezne palice

Čelni in preklopni spoj Tlačene palice A B C

Čelni in preklopni spoj (prenos s kontaktom obdelane p p p j(p površine)

Zaradi nevarnosti uklona in vplivov teorije drugega reda je potrebno zagotoviti upogibno togost in nosilnost. Spoj v tlačeni palici je potrebno dimenzionirati še na: M > 025 0,25 M ( palice ) V Ed Ed Rd pl, Rd ( ) > 0,025N palice

Torzijska obremenitev Vijaki Toga šipa: M F n = r F T i i i= 1 i M T = F max F ri r max n max r max i= 1 = r 2 i F M max = r max n i= 1 M r 2 i T

Če na grupo vijakov deluje N, M, V: 2 2 N F M vrd max α n FbRd, V N M, REd = + Fmax sinα + + F cos min n

Torzijska obremenitev Zvari M = e F = r() s f () s ds T f () s = f M w T f s w,max = w,max 2 r max s w rs () r max r ds f M max f M T r r max max = a r rds2 ds M T max 2 s s

Upogibni spoji a) S čelno pločevino b) S podaljšano čelno pločevino c) Z vuto d) T spoj s prednapetimi e) Preklopni f) Varjen g) Varjen in vijačen vijaki ob pasnici

h) Čašast temelj j) Neojačana ležiščna pločevina k) Ojačana ležiščna pločevina

Stikovanje prečk a) S čelno pločevino b) S preklopno c) S preklopno pločevino, vijaki pločevino, varjeno d) S čelnim zvarom

Vnos koncentriranih sil

Upogibni spoji -ojačitve a) Horizontalne ojačitve b) ''K'' ojačitev c) Ojačitev tipa ''Morris'' (z ojačitvijo v tlaku) d) Dodatna pločevina ob stojini

a) Neojačan stik b) Ojačan stik

Upogibni spoji - Industrijske hale a) Spoj steber strešni nosilec b) Spoj v slemenu

Preklopni spoj N F p T F p

razdelitev obremenitve (v razmerju togosti) AA p p As As N p = p = N Ns = Ns = AA A A obe pasnici N 2 (2) ht 3 d I = Ip + Is = Ap + hs 2 12 (2) I (2) p M p = M I I s Ms = M I F M p = M h (2) p T F = N + F N M p p p F = N F T M p p p

razdelitev obremenitve (nadaljevanje) V V p s = 0 = V Pasnica: F N p, F T p natezni stik Stojina: M s = Ms +ΔM V s N s strig (prečna sila + torzijski moment) nateg

Čelni spoj razporeditev sil med vijaki a) b)

Čelni spoj: PRIMER 1 Težišče x T : bč x 2 2 T n n n 2As( ai xt) 2As ai 2AsxT ; = n m+ 1 = = i= m i= m i= m β α n i= m

( ) α = 2As n m+ 1 n β = 2 As ai bč x 2 T i= m + α x β = 0 T x = T bč 2 β + α b x I A a x 3 n č T sp = + 2 s i T 3 i= m W zg = a n I sp x T W ( ) sp = I x sp T 2 pločevina: σ, pd M W Ed = p γ f y M0 M Ed vijaki: σ, = F, = σ, A < F, W bd ted bd s trd zg

Čelni spoj: PRIMER 2 F c F max F i F F max c = n i= 1 M a max 2 n i= 1 = 2 Fi a 2 i F i = F max a a i max R c h M = M + N T 2 n R = 2 F N c i= 1 i

Čelni spoj pj VNOS KONCENTRIRANIH SIL ( ) b = t + 2 2a + 5K ef ps p b = l + K ef 0 5 σ = st F b d ef K = r+ t ps K = a 2 + tps

Členkasti spoji Uporaba Prenašajo samo strižno silo in nimajo znatnejše rotacijske togosti. - okvir podprt na togi nosilni element a) Okvir z diagonalnim povezjem Idealizacija konstrukcije A priključek stebra na temelj B spoj prečka steber C spoj v povezju D spoj na stebru

Členkasti spoji - uporaba b) Okvir podprt z betonsko konstrukcijo Idealizacija konstrukcije E spoj z betonskim delom

- členkasti spoji prečka - prečka

- členkasti spoji prečka prečka (nadaljevanje)

- členkasti spoji steber prečka

- možni načini porušitve a) pretrg vijaka b) porušitev na bočni pritisk c) porušitev neto prereza d) iztrg vijaka

- možni načini porušitve (nadaljevanje) j e) plastifikacija vezne pločevine f) porušitev zvara

- priklujčki na temelj a) Nominalno členkast priključek b) c) d)

Delitev a) toga podpora: b) podajna podpora:

Členkasti spoj z vezno pločevino Načela projektiranja: dovolj velika rega g φ kontrola komponent spoja: > φ, h < d raz potr p b V, M = e V Ed Ed Ed zagotovitev duktilnega obnašanja (preprečene neduktilne porušitve)

Zagotavljanje duktilnega obnašanja: preprečene neduktilne porušitve (zvari, vijaki); polnonosilni zvari med stebrom in vezno pločevino; nosilnost na bočni pritisk v horizontalni smeri za vezno pločevino ali stojino nosilca mora biti manjša od strižne nosilnosti vijaka (morebitna preobremenitev zaradi upogibnega momenta). Zadnji kriterij se uravnava z debelino vezne pločevine ali stojine nosilca (vsaj ena od debelin ustrezno majhna).

Členkasti spoj z delno čelno pločevino Načela projektiranja: Debelina čelne pločevine t p in dimenzija h e omogočata φ > φ, h < d kontrola komponent spoja samo na prečno silo zagotovitev duktilnega obnašanja polnonosilni zvari ob čelni pločevini, upogib čelne pločevine izven lastne ravnine. V Ed raz potr p b

Upogib čelne pločevine izven lastne ravnine natezne sile v vijakih Preprečitev natezne porušitve vijakov: 80 % izkoriščena strižna nosilnost; kontrola debeline čelne pločevine (omejitev upogibne nosilnosti): d t p 2,8 f f yp ub

Kombiniranje različnih veznih sredstev V istem spoju lahko kombiniramo le taka vezna sredstva, ki imajo pribljižno enako deformabilnost: Dovoljeno: ZVARI + PREDNAPETI VIJAKI Prepovedano: ZVARI + OBIČAJNI VIJAKI

Skupina vijakov Skupine veznih sredstev F, F brdi,, vrd,, j Čeje: F > F duktilno obnašanje v, Rd, j brdi,, Nosilnost: FRd = F,, b Rd i V nasprotnem primeru je nosilnost: (,,,, ) F = n min F, F Rd brdi vrdi

Skupina zvarov N A f Ed w vwd Čelni zvar je blj bolj tog!