Zdeněk Vejpustekdoktorand VUT FAST v Brně, Ústav kovových a

dřevěných konstrukcí

Modelování skutečného působení dřevěných spojů programem ANSYS

Karel Kubzadoktorand VUT FAST v Brně, Ústav stavební

mechaniky

Řešitelé

Děkujeme za spolupráci : Doc. Ing. Bohumil Straka, CSc.

Ing. Jiří Kytýr, CSc. Ing. Vlastislav Salajka, CSc.

Ing. Jiří Kala

Důvody proč modelovat spoje

• Příprava zkoušek spojů dřevěných konstrukcí. Určení nejvhodnějších míst pro umístění měřící techniky, sledování vlivu okrajových podmínek a předběžný odhad výsledku zkoušky.

• Přesnější analýza chování spoje a tím i celkového působení dřevěné konstrukce, protože únosnost dřevěných konstrukcí je zásadním způsobem ovlivňována právě spoji. Z tohoto důvodu detailní znalost chování spojů umožňuje jejich vhodný a objektivní návrh a tím i hospodárný návrh celé konstrukce.

• Pomocí detailních znalostí o rozložení napětí a přetvoření spoje lze lépe vystihnout konstrukční řešení navrhovaných spojů. (Hledání nejvhodnějšího umístění spojovacích prvků.)

• Zatřídění spoje do celkového výpočetního modelu konstrukce otevírá možnost kombinace více typů zatížení i zohlednění doby jejich působení (vlhkost, teplota, přetížení, creep).

• Vyhodnocení problémových míst náchylných k poškození, které bude nutno přednostně sledovat.

• Ověření vztahů vyjadřujících tuhost a únosnost spojů.

Popis spoje :Symetrické spojení dřevěného prutu ocelovým hřebem (hladkým) k dvěma prutům. Konstrukční prvek – přípoj taženého prutu.

Geometrie spoje :Rozměry středního prutu : délka 76 mm šířka 48 mm výška 46 mm

Rozměry krajních prutů : délka 38 mm šířka 48 mm výška 46 mm

Rozměry ocelového kolíku : délka 116 mm průměr 16 mm

Mezera mezi pruty : 1 mm

Uvažované materiálové charakteristiky :Dřevo : E L = 13 700 MPa   E R = 800 MPa   E T = 300 MPa

Ocel : E = 210 000 MPa

Podpory :vetknutí plošné - horní konce krajních prutů

uchycení ve směru osy z (na obrázku je směr z vodorovný- uzly na kolmém řezu ve středu kolíku

Zatížení : posun dolního konce středního prutu o 10 mm

Modelovaný spoj č.1

Popis spoje :Symetrické spojení dvou dřevěných prutů čtyřmi ocelovými kolíky (hladkými) dvěmi příložky. Konstrukční prvek - táhlo.

Modelovaný spoj č.2

Srovnání řešených modelů :

Levý model – Svislé posunutí při dokonalém spojení :

Posuny při dokonalém slepení všech částí spoje. Ideální stav, celý spoj působí jako monolit.

Pravý model – Svislé posunutí při reálném spojení kolíky :

Symetrické spojení dřevěného prutu ocelovým kolíkem (hladkým) k dvěma prutům. Konstrukční prvek – spoj dvou tažených prutů.

Geometrie :Na modelu je vidět geometrie spoje a rozdělení hmot na jednotlivé briky. Mezi plochami jsou vloženy kontaktní prvky.

Modelovaný spoj č.2

Průběh napětí ve směru y (svislý směr):Symetricky řez spojem (v podélném a příčném směru) Tlakové napětí je soustředěno v místech kontaktu ocelového kolíku s dřevem.

Modelovaný spoj č.2

Průběh napětí ve směru z (podélný směr) :Symetricky rozřízlý spoj (v podélném a příčném směru) vykazuje největší napětí v horní a dolní středové části kolíku (ohýbaný nosník)

Modelovaný spoj č.2

Detail spoje :Na obrázcích je zachycen detail spoje, symetricky rozřízlý (v podélném a příčném směru).

Obrázek 1 – posunutí ve svislém směru

Obrázek 2 – napětí ve svislém směru

Obrázek 3 – napětí v podélném směru

Obrázek 2 Obrázek 3

Obrázek 1

Modelovaný spoj č.2Pružné deformace :Na obrázcích je zachycen detail spoje, symetricky rozřízlý (v podélném a příčném směru).

Obrázek 1 – pružná deformace ve svislém směru

Obrázek 2 – pružná deformace ve vodorovném směru

Obrázek 2

Obrázek 3

Obrázek 1

Obrázek 4Plastické deformace:Na obrázcích je zachycen detail spoje, symetricky rozřízlý (v podélném a příčném směru).

Obrázek 1 – plastické deformace ve svislém směru

Obrázek 2 – plastické deformace ve vodorovném směru

Konstrukce zastřešení sportovní haly v BílovciRozpětí 60 m

Materiál rostlé dřevo, pevnostní třídy S1

Spoje typ „ocel – dřevo“, s vkládanými styčníkovými plechy

typ „ocel – dřevo“, s hřebíkovými spojovacími prvky

typ „ocel – dřevo“, s kolíkovými spojovacími prvky

Výsledky přesnějšího řešení spojů jsou důležité zejména u velkorozponových a prostorových konstrukcí

Typický styčník konstrukce :Připojení mezipásových prutů k dolnímu pásu v místě styku dolního pásu.

Jedná se o spoj typu „ocel – dřevo“, s hřebíkovými spojovacími prvky.

Podporový styčník konstrukce :Připojení dřevěných prutů k ocelovému příčníku.

Jedná se o spoje typu „ocel – dřevo“, s kolíkovými spojovacími prvky.