Styčníkový plech - je ještě vůbec co řešit?

Jak budete postupovat, když máte za úkol rychle vytvořit přípoj ocelových prvků přes styčníkový plech? Jednoduše vezmete obdélníkový kus plechu, připevníte jej k hlavnímu nosníku a k němu připojíte vedlejší prut. A vše je hotové. Takže, kde je vlastně problém?

Žádný velký problém nenastane, pokud připojíte jen jeden prut s tahovým zatížením, máte dostatek místa pro všechny komponenty a nemusíte řešit estetiku přípoje. Pomyslná "legrace" začíná až se zvyšující se složitostí přípoje, s tlačenými pruty a s důrazem na nákladovou a vizuální stránku věci.

Základní typy uspořádání styčníkových plechů

Na následujícím obrázku vidíte typické příčné uspořádání styčníkových plechů ve spojích ocelových konstrukcí. 

Nejčastěji se používají u příhradových nosníků a v systémech vodorovného zavětrování, kde jsou přes styčníkové plechy připojeny diagonální pruty.

Co je vlastně styčníkový plech a co není

Pro  oko laika může být obtížné najít styčníkový plech (nebo žiletku) mezi všemi ocelovými prvky přípoje. Někoho by mohlo napadnout, zda se nejedná pouze o další výztuhu. Opravdu to tak ale není. 

• Styčníkové plechy jsou důležitými částmi konstrukce, přes které jsou přenášeny všechny vnitřní síly ze spojovaných prvků. 
• Na druhou stranu výztuhy jsou důležitými prvky, které jsou potřeba pro správnou tuhost spoje a pro zamezení příčného vybočení plechů.
• Zjednodušeně řečeno, pokud styčníková deska selže, nastane problém. Bez výztuh konstrukce může vydržet (alespoň po nějaký čas).

Pojem styčníkový plech se často dostává do popředí zájmu až po zřícení konstrukce nebo její části. Jednou z takových nešťastných událostí bylo zřícení mostu přes řeku Mississippi na mezistátní silnici 35W v Minneapolis v roce 2007.

V tomto případě byl za hlavního viníka označen nevyhovující návrh styčníkových plechů příhradových nosníků a nedostatečná kontrola těchto přípojových částí i přes nesčetné množství mostních prohlídek. Jednoduše se předpokládalo, že tyto plechy nebudou nejslabším místem konstrukce, a že přípoje se styčníkovými plechy jsou pevnější než nosníky, které do přípoje vbíhají. Bohužel tomu tak v tomto případě nebylo.

Normy nám poskytují několik návodů, jak posuzovat návrhy přípojů styčníkových desek. Pro názornost můžeme uvést některé příklady předpisů se specifikacemi pro styčníkové plechy:

• AISC 360-16 (Spojené státy)
• CSA-S16-09 (Kanada)
• EN 1993-1-8 (Evropské prostředí)

Tyto manuály jsou založeny na analytickém přístupu, který je poměrně snadno použitelný, ale s rostoucím počtem typů nebo variant přípojů může být časově velmi náročný.

Tažené prvky

Přípoje tažených prvků jsou, z pohledu návrhu, méně náročné. Konstruktér ale i tak musí provést řadu posouzení styčníkových plechů. Jako příklad můžeme uvést kontrolu Whitmoreova průřezu pro tahové síly.

Jak to vypadá na papíře:

A jak na skutečné konstrukci:

Další posudek se týká blokového smykového porušení v přípoji, který zahrnuje smykovou i tahovou složku. Tento posudek je specifikován v oddílu J4.3 normy AISC 360. Jako konstruktér spoje musíte zkontrolovat všechny možné trasy smykového porušení ve skupinách šroubů tak, jak je zobrazeno na příkladu uvedeném níže.

Jeden povedený příklad posouzení blokové smykové únosnosti najdete také v tomto verifikačním článku.

Tlačené prvky

Pokud se jedná o tlačené prvky, návrh styčníkového plechu přípoje může být postup zcela odlišný. Stále musíme posoudit všechny smykové poruchy, ale problém vzpěru a boulení začíná hrát mnohem důležitější roli. 

Klíčovým parametrem při návrhu tlačeného přípoje je, zda se prut může nebo nemůže vyhnout z roviny styčníkového plechu. Tento faktor ovlivňuje chování mechanismu porušení a vzniku plastických kloubů v deskách. V aplikaci IDEA Connection můžete takové chování nastavit pro každý konkrétní prut jednoduše výběrem správného Modelového typu.

Způsoby porušení v obou těchto odlišných situacích jsou znázorněny na následujícím obrázku.

Tento problém je možné vyřešit analytickým přístupem. Touto cestou však statik stráví spoustu času posuzováním každého jednotlivého přípoje. Je velmi pravděpodobné, že konstruktér raději uspoří drahocenný čas tak, že se této situaci jednoduše vyhne přidáním výztuhy. Je to efektivní, ale nákladné řešení.

Další možností je použití chytého nástroje, které nám zajistí efektivní posouzení stability podobných přípojů. Analýza boulení je základní součástí aplikace IDEA StatiCa Connection. Výpočet nabízí vlastní tvary vybočení a jejich součinitele zatížení pro uživatelem definovaný počet.

Výzkum

Při vývoji aplikací v IDEA StatiCa není místo pro přístup typu pokus-omyl. Všechny metody použité v aplikacích a výpočetních modelech jsou ověřovány testováním na reálných konstrukcích a dále analyzovány ve spolupráci s renomovanými univerzitami.

Jeden z těchto výzkumů byl věnován i tlačeným prvkům s přípojem přes styčníkovou desku. Výsledky zkoušek byly porovnány s CBFEM modelováním s velmi dobrou korelací. Zde najdete náš verifikační článek s výsledky tohoto výzkumu.

Jak být efektivní a konkurenceschopný

Jak tedy při návrhu a posouzení přípoje postupovat co nejefektivněji? Zohlednit zároveň normy, ale také časové hledisko projektu, kdy je nutné provést vše ne v řádu měsíců, ale týdnů? Navíc když je třeba být flexibilní pro revize v průběhu projektu a když je nutné porovnávat několik různých návrhů v odpovídajícím čase. Zároveň také zůstat efektivní i v rovině nákladů.

Správnou cestou je využití některého z nástrojů 21. století, který většinu nekreativní práce udělá za vás. Pokud chcete mít při návrhu opravdu volné ruce, počet možností se výrazně zužuje.

Vyzkoušejte IDEA StatiCa Connection a zjistěte, že je to vše, co pro práci potřebujete. V záloze však stále zůstává i standardní cesta učení se: 

• Nejprve stačí použít některé předpřipravené tabulky Excelu 
• Poté vyzkoušet některý další sofistikovanější software pro posouzení připojení založený na tabulkách 
• Pak, až budete na hranici svých možností, věnujte nějaký čas experimentům s něčím ještě sofistikovanějším
• Možná vytvoříte podrobné modely skořepin v aplikacích pro konečnou analýzu 
• A po všech pokusech se zcela jistě rozhodněte pro aplikaci IDEA StatiCa Connection .

Po absolvování této cesty plně doceníte všechny její výhody.  

Krátký videonávod pro návrh přípoje se styčníkovým plechem

Pokud jde o odhad nákladů, může být dnes opravdu složité vypočítat je za každý přípoj. Aplikace IDEA StatiCa Connection vám tuto informaci nabízí sama jako příjemný vedlejší efekt. V tomto článku najdete všechny potřebné tipy, jak tuto funkci využívat.

Další typické použití styčníkových plechů

Díky nástupu CNC obrábění i do dílen výrobců pozemních staveb, jsou styčníkové plechy jedním z hlavních způsobů spojování nejen ocelových, ale i dřevěných prutových prvků. Místo toho, abychom složitě opracovávali tvary konců prutů, můžeme jednoduše použít ocelový plech s otvory. Dřevěné pruty jsou upraveny pomocí CNC stroje s připravenými otvory a drážkami. Přípoj se nakonec sestaví s pomocí ocelových čepů a šroubů. 

Dalším stupněm ve vývoji navrhování konstrukcí je kombinování stavebních materiálů a využití jejich nejlepších vlastností na správném místě. Tak vznikly i hybridní dřevo-ocelové konstrukce. Kromě jejich vizuální krásy existuje mnoho dalších důvodů pro jejich použití, jako je např. snížení nákladů, nižší potřeba protipožární ochrany nebo snížení uhlíkové stopy.

Ti z vás, kteří se zajímají o dřevo-ocelové konstrukce, si mohou v našem centru podpory přečíst více informací o dřevěných spojích řešených v aplikaci IDEA StatiCa Connection.

IDEA StatiCa je hrdá na to, že je v první linii při navrhování přípojů a konstrukčních prvků. Pokud máte nápad, jak by bylo možné návrh styčníkových plechů ještě vylepšit, dejte nám o tom vědět.