Styčníky ocelových konstrukcí - doporučení pro numerické modelování a stanovení únosnosti vybraných typů styčníků

Abstract

Práce se zabývá problematikou navrhování a posuzování styčníků ocelových příhradových konstrukcí. Současné návrhové postupy, které jsou uvedeny v normě ČSN EN 1993-1-8, jsou komplikované a mají pouze omezený rozsah použití. Ve stavební praxi se však často vyskytují styčníky, které nespadají do podmínek udávaných normou a nelze je tedy přesně posuzovat na základě normových vztahů pro výpočet únosnosti styčníků. Objevuje se tedy stále častěji potřeba ověřit chování takových styčníků, což vede k neustálému vývoji nejen této oblasti navrhování ocelových konstrukcí.

V disertační práci byly řešeny dva okruhy problémů posuzování styčníků ocelových příhradových konstrukcí. Vybrány byly typické styčníky příhradových konstrukcí – svařované styčníky dutých průřezů a šroubované styčníky s čelní deskou. V každé části byly shrnuty současné metody posuzování ocelových styčníků, přičemž hlavní náplní práce bylo numerické modelování řešených styčníků se zaměřením na možnosti využití numerických modelů pro posouzení těchto spojů.

U svařovaných styčníků byly mimo jiné ověřeny nové návrhové postupy doporučené v zahraniční publikaci, které nejsou zavedeny v normě a nejsou rozšířeny v praxi. Dále byla ověřena možnost využití MPC algoritmu při numerickém modelování pro spojování různých typů konečných prvků a zadávání okrajových podmínek. Ověřeno bylo také využití deformačních limitů k vyhodnocování výsledků numerických modelů.

V rámci výzkumu byly provedeny experimentální zkoušky vybraných typů šroubovaných styčníků s čelními deskami (spoje CHS, resp. L profilů), které sloužily k verifikaci vytvořených numerických modelů a dostupných analytických metod (v případě spoje CHS profilů). Základní výsledky numerického modelování byly s ohledem na reálné laboratorní podmínky upraveny zohledněním vlivu tuhosti čelistí lisu v prokluzu a počátečním prokluzem. Hlavním cílem disertační práce je shrnutí současných metod a dalších možností posuzování styčníků ocelových příhradových konstrukcí, verifikace méně známých návrhových metod, návrh možných úprav platných vztahů pro stanovení únosností styčníků a doporučení pro tvorbu a vyhodnocování numerických modelů ocelových styčníků. Základní zhodnocení je provedeno na konce každé kapitoly, konečné návrhy a doporučení jsou uvedeny v závěrech disertační práce.

Ph.D. thesis deals with design and assessment of steel truss structure joints. The current design procedures, given in ČSN EN 1993-1-8, are complicated and have only a limited scope of use. In practice, however, joints that do not fall under the conditions specified by Eurocode and therefore cannot be clearly assessed on the basis of the standardized formulas for calculation load bearing capacity of joints often occur. That is why need arises to verify the behavior of such joints, which results in the constant development not only in the field of designing of steel structures. Two main problems in design of steel truss structure joints were solved in this thesis. Typical types of joints, namely welded hollow section joints and the end plate bolt connections, were selected. In each part of the thesis current analytical methods which can be used for design of selected joints were summarized. The main task of the work was numerical modeling of joints under consideration, focusing on possibilities of using numerical models for the advanced assessment of these joints. Besides, the new design procedures for welded joints were verified in the thesis. These procedures, which are recommended in the foreign publication, are not implemented in the codes and also are not widespread into practice. The possibility of using MPC algorithm in the numerical modeling for connecting various types of finite elements and for boundary conditions input was verified. The use of deformation limits for evaluation of numerical models results was checked. Some experiments of selected types of end plate bolted joints have been performed (CHS joints, or L profiles joints respectively). These tests were primarily carried out to verify numerical models and also available analytical methods (for CHS joints). The direct numerical model outputs were modified. This modification was made with respect to real laboratory conditions taking into account the effect of the trial press machine slip stiffness and the initial slip. The main aim of the Ph.D. thesis is summarization of current analytical methods and other design possibilities of the steel truss structure joints, verification of little known design methods, proposal of possible modifications of current formulas for determination of joints load bearing capacity and recommendations for creation and evaluation of numerical models of steel joints. A primary (concrete) founding is summarized at the end of each section. Final (overall) proposals and recommendations are presented in the conclusions of the thesis.