Momentové přípoje - spočítejte jakýkoli!

Obecně lze říct, že momentový přípoj je konstrukční spoj, který kromě osových a smykových sil umožňuje také přenos ohybových momentů mezi dvěma konstrukčními prvky nebo přenos momentu z konstrukce do základu.

Některé typy momentových přípojů můžeme najít téměř v každé konstrukci, ale jejich typické použití nalezneme u:

• příčných rámů ocelových hal,
• rámů vícepodlažních konstrukcí,
• výztužných rámů ztužidlových polí.

Existuje několik způsobů jejich třídění:

Podle použitého průřezu:

• Otevřené profily
• Uzavřené profily
• Kombinované

Podle způsobu připojování prvků:

• Svařované (pouze)
• Šroubované (pouze)
• Kombinované

Podle použití v konstrukcích odolávajících seismicitě:

• Seismické
• Neseismické

Podle typologie:

• Koncová deska s plnou hloubkou
• Prodloužená čelní deska
• Vyztužená prodloužená čelní deska
• Přípoj s náběhem
• atd.

Když mluvíme o momentových přípojích, nejčastěji si představujeme tuhé přípoje. Ale neměli bychom zapomenout na polotuhé přípoje, které dokážou také přenášet významné ohybové momenty. Tuhost momentového přípoje je v návrhu konstrukce často zásadní. Další užitečné informace související s tímto tématem najdete v tomto příspěvku na našem blogu.

Z pohledu navrhování stavebních konstrukcí dělíme oblasti na naší planetě na seismicky aktivní a seismicky neaktivní.

Lokalita navrhované konstrukce je rozhodující pro možnosti a limity, které musí projektant zvážit. Pokud se konstrukce nachází v seismicky aktivní oblasti, statik musí velice přesně vyladit globální statický model podle očekávaného chování při seismickém zatížení. Horizontální tuhost konstrukce musí být zajištěna vhodnou typologií nosných prvků. A za tímto účelem projektanti - statici využívají zejména diagonální ztužidlová pole, smykové stěny nebo momentové rámy.

AISC seismické přípoje

Pro tyto rámy je k dispozici seznam vhodných přípojů, daný americkými konstrukčními manuály. Známe je jako "Prequalified Connections" (Předschválené přípoje) specifikované v ANSI/AISC 358-16.

Některé příklady najdete na obrázcích níže:

1. Nosníky s redukovaným průřezem (RBS)
2. Šroubovaná nevyztužená prodloužená čelní deska (BUEEP)
3. Šroubovaná vyztužená prodloužená čelní deska (BSEEP)
4. Šroubované příložky na přírubách (BFP)
5. Svařovaná nevyztužená příruba - svařovaná stojina (WUF-W)
6. Přípoje se šroubovanou konzolou typu Kaiser (KBB)
7.  Momentové přípoje Simpson Strong-Tie typu Strong Frame
8. Momentové přípoje s dvojitou T-příložkou

Momentové přípoje pro HSS (uzavřené ocelové profily)

Jak jsme již zmínili dříve, momentové spoje nejsou vhodné pouze pro otevřené průřezy. Velmi často chcete nebo potřebujete použít také uzavřený profil. Máme tedy nějaké možnosti? Ano, máme:

• Kontinuální paprsek přes připojení HSS sloupu
• Momentové připojení přes desku
• Momentové připojení výřezu / límce
• Přivařená momentová připojení příruby T-kusu
• Momentová připojení koncových desek
• Momentové připojení membránové desky
• Napřímo svařované spoje

Někdo by mohl říci: Ano, ale uzavřené průřezy nejsou povolené pro Předschválené seismické přípoje. To je pravda, pokud je nepoužíváte v momentových přípojích typu SidePlate. 

     (a) jednostranná sestava se širokopřírubovým nosníkem a sloupem;

     (b) oboustranná sestava se širokopřírubovým nosníkem a sloupem;

     (c) nosník se širokými přírubami připojen ke sloupu z uzavřeného průřezu;

     (d) uzavřený nosník bez krycích desek připojen na širokopřírubový sloup;

     (e) uzavřený nosník s krycími deskami připojen ke sloupu se širokou přírubou; 

     (f) uzavřený nosník s krycími deskami připojen ke sloupu z uzavřeného průřezu

IDEA StatiCa Connection má připravené šablony i pro tyto poměrně zřídka používané a komplikované typy přípojů. Jejich použitím můžete ušetřit spoustu času.   

EN seismické přípoje - Equaljoints

Již značnou dobu trvá úsilí o zavedení seismických přípojů také v Evropských normách pro ocelové konstrukce.

Projekt s názvem Equaljoints v současné době probíhá na půdě ECCS (Evropská úmluva pro ocelové konstrukce) v rámci aktivit zaměřených na stanovení požadavků pro návrh seismických přípojů při normalizaci Eurokódů.

     a) Styčníky s náběhem

     b) Styčníky s vyztuženou čelní deskou

     c) Styčníky s nevyztuženou čelní deskou

     d) Styčníky s oslabeným průřezem nosníku

Tento projekt poskytne předkvalifikační kritéria ocelových spojů pro další verzi EN 1998-1: Navrhování konstrukcí pro odolnost proti zemětřesení. IDEA StatiCa se účastní tohoto projektu a experimentální výsledky byly porovnány s výsledky z CBFEM analýzy zaintegrované do aplikace Connection. Zde se můžete podívat na to, jak jsou experimenty a verifikace prováděny v praxi.

Výztuhy 

Pokud potřebujete přenést obrovský ohybový moment z jednoho prutu na druhý, musíte často přidat několik výztužných plechů, aby byla zachována kontinuita silového toku. Ale kam a jak je správně navrhnout?

V některých případech omezuje možnosti návrhu samotná konstrukce a my musíme přizpůsobit návrh dalším konstrukčním prvkům. Na druhou stranu, pokud máte ten luxus navrhnout výztuhy podle svého nejlepšího vědomí a svědomí, měli byste si být vědomi dostupných možností.

Některé z příkladů uspořádání výztuh:

Optimalizace nákladů

Momentové přípoje nejsou nejlevnější. Ve skutečnosti, když se vezme v úvahu výroba, přeprava a montáž, mohou být tou nejdražší částí celé konstrukce.

Možností, jak navrhnout konkrétní přípoj, je vždy spousta, ale zkušenosti z praxe nám pomáhají vybrat to správné. Jednou ze skvělých funkcí, která vám může pomoci s výběrem nejvhodnějšího a nejefektivnějšího návrhu, je kalkulačka výrobních nákladů, která vám okamžitě ukáže, jak změny v návrhu ovlivní cenu.

Výpočet a posouzení

Existuje mnoho způsobů a nástrojů pro výpočet a posouzení konkrétního typu momentového přípoje. Najdete mnoho aplikací, které umožňují normové posouzení pro konkrétní sestavu přípoje. Pokud však chcete posoudit doslova kterýkoli z nich, seznam vašich možností se zužuje. Pokud váš přípoj není součástí pouze solitérních prvků, ale je vložen do prostorové konstrukce s připojenými dalšími prvky, zbývají vám pouze dvě možnosti:

1) První je vymodelovat celou sestavu přípoje jako deskostěnový nelineární model v některé z pokročilých FEA aplikacích bez možnosti normového posudku podle konkrétního standardu.

2) Druhou možností je použití aplikace IDEA StatiCa Connection. V tomto případě nemáte při modelování a analýzách žádná omezení. Za pár minut připravíte posudky šroubů, svarů, napětí a přetvoření přímo podle zvolené návrhové normy.

Stačí si vybrat šablonu, upravit ji, zoptimalizovat návrh podle průběžných výsledků a během několika minut můžete vyhodnotit všechny potřebné posudky: