Pilotlekcija Rīgā 2007.g. 23. maijā

1. LLU Būv – kons- trukciju katedra LR Ekonomikas ministrijas Būvniecības departaments ES Pārejas programma Deutsches Institut für Bautechnik Twinning Contract LV/2005/EC-01 Eirokoda ieviešana nesošo konstrukciju projektēšanas praksē Latvijā KOKA KONSTRUKCIJU PROJEKTĒŠANA SASKAŅĀ AR LVS EN 1995-1-1 Lilita Ozola, Dr.Sc.ing Latvijas Lauksaimniecības universitāte, Lauku inženieru fakultāte, Būvkonstrukciju katedras doc. Pilotlekcija Rīgā 2007.g. 23. maijā

2. Robežstāvokļu metodes pamatprincipi koka konstrukciju projektēšanā INestspējas jeb galīgie robežstāvokļi Ultimate Limit States II Ekspluatācijas (lietojamības, servisa) robežstāvokļi Serviceability Limit States

3. Nestspējas robežstāvokļapārsniegšana raksturojas ar konstrukcijas vai tās atsevišķo elementu stiprības vai noturības zaudēšanu, kā rezultātā tās sabrūk vai bojājumu dēļ turpmāka ekspluatācija nav iespējama. Statiskā līdzsvara(noturības) nosacījums: Ed,dst Ed,stb kur Ed,dst- noturības zaudēšanu veicinošo (destabilizējošo) spēku faktors, Ed,stb- noturošo (stabilizējošo) spēku faktors. Stiprības nosacījums: Sd fd, kur Sd - iekšējā spēka intensitāte elementa šķēlumā, fd - materiāla aprēķina pretestība. Ģeometriskās nemainības nosacījums: konstrukcija nedrīkst pārvērsties par mehānismu, kamēr iekšējie spēki nepārsniedz to aprēķina vērtības.

4. Funkcionālās atbilstības nosacījums: nodrošināt konstrukcijas funkcionālo atbilstību normālas ekspluatācijas prasībām, sevišķi attiecībā uz deformācijām: wfin≤ δmax; komforta nosacījums: cilvēki nedrīkst tikt pakļauti nepieļaujami lielu konstrukciju vibrāciju ietekmei;servisa kvalitātes nosacījums: konstrukcijām jābūt pietiekoši ugunsdrošām, ar pietiekamu nodilumizturību un izturību pret koroziju;vizuālā efekta nosacījums: konstrukciju ārējais izskats nedrīkst izraisīt cilvēkos negatīvas emocijas (bailes, nedrošības sajūtu). Ekspluatācijas robežstāvokļiraksturojas ar visas koka konstrukcijas vai tās atsevišķo elementu pārmērīgi lielām deformācijām vai vibrācijām

5. Lai droši izvērtētu visus iespējamos robežstāvokļu iestāšanos ietekmējošos faktorus un paredzētu nepieciešamās drošuma rezerves, jāņem vērā sekojošas projektā ievērtējamās situācijas: • ilgstošā (pastāvīgā) situācija, kas raksturojas ar neizdevīgāko slodžu kombināciju normālā ekspluatācijā un atbilstošām konstrukcijā pielietoto materiālu īpašībām; • īslaicīgā situācija, piemēram, no iedarbēm montāžas vai rekonstrukcijas laikā; • avārijas situācijas, piemēram, ugunsgrēka, sprādziena vai citas sevišķas iedarbes.

6. Ēkas vai būves koka nesošo konstrukciju projektēšana ietver šādus svarīgākos etapus: • konstrukcijas tipa un aprēķina shēmas izvēle; • materiāla veida un kvalitātes izvēle; • slodžu (iedarbju) noteikšana; • sistēmas statiskais aprēķins; • aprēķini nestspējas robežstāvokļos- konstrukcijas elementu šķērsgriezuma formas izvēle un izmēru noteikšana (dimensionēšana) vai esošo šķērsgriezumu pārbaude; • savienotājlīdzekļu izvēle, nestspējas aprēķini un mezglu konstruēšana; • servisa robežstāvokļu pārbaudes; • konstrukcijas deformētās shēmas analīze

7. Konstrukcijas tipa un aprēķina shēmas izvēle

8. Pārseguma kopņu tipi: ass spēku diagramas (laidums L, slodze q un augstums h vienādi) h L q

9. Pārseguma kopnes aprēķina shēmas Vienkāršota shēma: statiski noteicama šarnīrkopne Precizēta stingā shēma: statiski nenoteicama kombinēta sistēma

10. Precizēta shēma: statiski nenoteicama kombinēta sistēma, ņemot vērā ekscentritātes mezglos un elementu savstarpējo nobīdi

11. Mezglu stinguma ignorēšana, projektējot koka kopnes var novest pie nelabvēlīgām sekām! Kopnes aprēķina shēmas un atbilstošās spēku diagrammas: - kombinētai sistēmai ar taisnu apakšjoslu - lieces momenti joslās shēmai ar apakšjoslas konstruktīvo pacēlumu - lieces momenti joslās sistēmai ar stingiem mezgliem un konstruktīvo pacēlumu - sistēmas deformētā shēma

12. Koksnes materiāli un to īpašību raksturlielumi

13. Koka būvmateriāli Dēļi, brusas Līmētā koksne Skujkoku zāģmateriāli Saplāksnis OSB plātnes Kokskaidu plātnes Kārtaini līmētā koksne (LVL)

14. Agrīnā koksne Skujkoku koksnes mikrostruktūra (egle) Vēlīnā koksne 1- vēlīnā koksne; 2- agrīnā koksne 3- serdes stari; 4- sveķu aile 5- apmalota pora (traheja)

15. Koksnes materiālu blīvuma, lieces pretestības un elastības moduļa raksturlielumu salīdzinājums C24- skujkoku zāģmateriāls GL24h- skujkoku līmētā koksne Kerto – kārtaini līmētā koksne (LVL) OSB/4 – orientēto šķiedru plātne MDF.LA- vidēja blīvuma kokšķiedru plātne normāliem mitruma apstākļiem

16. Koksnes īpašību izkliede Koksnesstiprība, stingums un saistītā mitruma saturs 100 Dēļi Brusas Elastības modulis liecē 30 Stiprība stiepē Latas 80 20 Eo/Ew, Eo/Ew, % Stiprība skaldē Apaļkoki (fo/fw), % 60 10 Biežums, % Stiprība spiedē, liecē 40 0 10 20 30 Mitrums W, % 0 20 40 60 80 100 Stiprības robeža liecē, MPa Koksnes prestestības raksturvērtības noteikšana saskaņā ar LVS EN 14358 pēc testa datiem, kuru izkliede atbilst logaritmiski normālā sadalījuma funkcijai: fk

17. Koksnesanizotropija !!! Anizotropija !!! Anizotropija !!! c,,d  Sakarībastarpkoksnespretestību spiedē un spēka virzienu attiecībā pret šķiedru garenvirzienu

18. Šļūdes efekti koksnes materiālos skaidu plātne uz urīnvielas- formaldehīda sveķiem 2 1 skaidu plātne 0.5 uz melamīna-urīnvielas- formaldehīda sveķiem Noslodze- 30% no stiprības robežas OSB 9 (malējās šķiedras šķērsām spriegumu virzienam) 3 OSB 0.4 (malējās šķiedras spriegumu virzienā) 4 5 saplāksnis Relatīvā šļūdes deformācija (% no elastīgās) skujkoki (priede) 6 6 Laiks zem slodzes- 1000 min. 0.3 7 3 0.2 Relatīvā šļūde(absolūtā šļūdes def-ja pret elastīgo def-ju) Laiks, nedēļas 0.1 0 10 20 Noslodze, % no stiprības robežas 0 0 30 0 45 60 75 1- skaidu plāksne uz fenolformaldehīda sveķiem 2- šķiedru plāksne; 3- saplāksnis; 4- skaidu plāksne; 5- skujkoks (priede); 6- skaidu plāksne uz melamīna-urīnvielas- formaldehīda sveķu bāzes; 7- mīkstās skaidu plāksnes (waferboard)

19. Pieņemtā apzīmējuma atšifrējums: Piemēram: fc,0,d– pretestība spiedē šķiedru garenvirzienā Indeksi: t – stiepe c – spiede m – liece v – skalde 0 – spēka intensitāte šķiedru virzienā 90 – spēka intensitāte šķērsām šķiedrām k – raksturvērtība d – aprēķina vērtība Koksnes aprēķina pretestība Koksnes aprēķina pretestībufd : fd = kmodfk/M, kur fk – koksnes materiāla pretestības raksturvērtība, kas atkarīga no koksnes materiāla stiprības klases vai markas; kmod– modifikācijas faktors, kas ievērtē slodzes ilgstošās darbības un ekspluatācijas apstākļu (mitruma) ietekmi; M - parciālais faktors materiāla īpašībai jeb materiāla drošuma koeficients.

20. Koka konstrukciju ekspluatācijas (servisa) apstākļu klases 1. klase, kas raksturojas ar temperatūru 20°C un gaisa relatīvo mitrumu līdz 65%, pieļaujot palielinājumu virs 65% tikai dažas nedēļas gadā. Koksnes līdzsvara mitrums šādos apstākļos nepārsniedz 12%; 2. klase, kas raksturojas ar temperatūru 20°C un gaisa relatīvo mitrumu līdz 85%, pieļaujot palielinājumu virs 85% tikai dažas nedēļas gadā. Koksnes līdzsvara mitrums šādos apstākļos nepārsniedz 20%; 3. klase, kas raksturojas ar lielāku mitrumu kā 1. un 2. klasei. Parasti 3. klasei atbilst konstrukcijas, kas kalpo ārgaisā. Segtām konstrukcijām 3. klases apstākļi piemērojami tikai sevišķos gadījumos,- ja telpā ir mitruma avots.

21. Slodžu noteikšana un sistēmas statiskais aprēķins

22. Slodžu kombinācijas nestspējas robežstāvokļiem Slodžu pamatkombinācija Vienkāršots slogojuma modelis, pazeminātās γf vērtības Vienkāršots slogojuma modelis, normālās γf vērtības Precizēta slogojuma shēma Slodžu sevišķā kombinācija

23. Iekšējo spēku epīras slodžu pamatkombinācijās

24. Koka elementu aprēķini nestspējas robežstāvokļos liecē slogoti elementi

25. Stiprības nosacījumi normālā liecē Normālspriegumu stiprības nosacījums: Tangenciālspriegumu pārbaude:

26. Šķēluma slogojums maksimālā šķērsspēka posmā: A- tangenciālspriegumu sadalījums pilna augstuma sijai pie balsta, B- tangenciālspriegumu sadalījums taisna piezāģējuma gadījumā, C- stiepes spriegumu šķērsām šķiedrām sadalījuma grafiks h/2 h h/2 max V=Q hef hef t, h h a a x V=Q x V=Q Z max A B C

27. Sijas aprēķina nosacījumi ekspluatējamības robežstāvokļiem wfin wo y h wnet,fin b L Koka sijai izlieces galīgo lielumu ufin nosaka kā atsevišķo slodžu izraisīto pārvietojumu summu: wfin = wfin,g + wfin,q,1 + wfin,q,i Galīgais pārvietojums, ko izraisa pastāvīgā slodze: wfin,g = winst,g + wcreep,g = winst,g·(1 + kdef); Galīgais pārvietojums, ko izraisa galvenā mainīgā slodze: wfin,q,1 = winst,q,1 + wcreep,q,1 = winst,q,1•(1 + ψ2,1kdef); Galīgais pārvietojums no vienlaicīgi darbojošās (pavadošās) mainīgās slodzes: wfin,q,i = winst,q,i + wcreep,q,i = winst,q,I•(1 + ψ2,Ikdef)

28. Nepieciešamais elementa šķērsgriezuma augstums pēc stiprības nosacījuma liecē LBN 206-99 LBN 206-99 LBN 206-99 Sevišķi mitra vide Normāla vide Vidēji mitra pastāvīgā slodze vidēja ilguma slodze īslaicīga slodze fm,k= 24 MPa; h= 2b;šķēluma augstums:

29. Koka elementu aprēķini nestspējas robežstāvokļos Centriski stiepti un stiepti liekti elementi

30. Centriski stieptu koka elementa stiprības aprēķins Jebkurā projektā ievērtējamā aprēķina situācijā neizdevīgākajā slodžu kombinācijā stiepes normālspriegumi aprēķina šķēlumā nedrīkst pārsniegt koksnes materiāla aprēķina pretestības vērtību stiepē

31. Ekscentriski stieptu koka elementa stiprības nosacījumi

32. sN sMy sMz s Telpiskais slogojums liecē ar ass spēku z x My Mz y N

33. Ekscentriski stiepta elementa stiprības aprēķins Jebkurā projektā ievērtējamā aprēķina situācijā neizdevīgākajā slodžu kombinācijā summārie stiepes normālspriegumi aprēķina šķēlumā nedrīkst pārsniegt materiāla aprēķina pretestību stiepē:

34. Nepieciešamais koka elementa (ar vājinātām šķautnēm) šķērsgriezuma laukums atbilstoši 5.Eirokodeksam un LBN LBN 206-99 LBN 206-99 LBN 206-99 Normāla vide Vidēji mitra Sevišķi mitra vide pastāvīgā slodze vidēja ilguma slodze īslaicīga slodze

35. Koksnes iznmantošanas efektivitāte stiepēc= 100%(1-A_EN/A_LBN) LBN 206-99 LBN 206-99 LBN 206-99 Sevišķi mitra vide Normāla vide Vidēji mitra pastāvīgā slodze vidēja ilguma slodze īslaicīga slodze

36. Koka elementu aprēķini nestspējas robežstāvokļos Spiedē vienmērīgi slogoti elementi

37. c,,d  a ℓ1 ℓ ℓ c,90,d dmax h Koksnes stiprības pārbaudes lokālā spiedē Leņķī pret šķiedru garenvirzienu: Šķērsām šķiedru garenvirzienam: Šķiedru virzienā: Šķērsām šķiedru garenvirzienam daļējam malas laukuma slogojumam: h  60 mm

38. z y y z Centriski spiesta koka elementa noturības nosacījums: c= 0.2 parastai koksnei c= 0.1 līmētai koksnei

39. Koka elementa efektīvā garuma noteikšanai ļodzē Koeficienti spiestās koka joslas elementa efektīvā garuma noteikšanai lieces plaknē: N N N N ℓef= ℓ ℓef ℓ ℓef ℓ ℓef= 2ℓ N N N N ℓef= ℓ/2 ℓef= 0.7ℓ - lieces momenti galos samērā lieli ℓ - lieces momenti galos nelieli

40. Nepieciešamais centriski spiesta elementa šķēluma laukums (lokanums l= 80) LBN 206-99 LBN 206-99 LBN 206-99 Sevišķi mitra vide Normāla vide Vidēji mitra pastāvīgā slodze vidēja ilguma slodze īslaicīga slodze

41. Koka elementu aprēķini nestspējas robežstāvokļos Spiesti liekti jeb ekscentriski spiesti elementi

42. Fd,max Fd,max Kolonnas slogojums ekscentriskā spiedē Fd,min Fd,min no un

43. Escentriski spiesta masīva koka elementa stiprības nosacījumi

44. Escentriski spiesta lokana koka elementa noturības nosacījumi

45. Spiesti liekta elementa noturības aprēķinarezultātu salīdzinājums:LBN 206-99 LVS EN 1995-1-1 Noturības zaudēšana– bīstamākais no nestspējas robežstāvokļu pārsniegšanas gadījumiem ! M N

46. KOKA ELEMENTU SAVIENOJUMI • Savienojumi ar mehāniskajiem savienotājlīdzekļiem • tapveida savienojumi • savienojumi ar pretbīdņiem • konektoru jeb perforēto metāla plākšņu savienojumi • Līmētie savienojumi • Koka elementu sējumi Nesošās koka konstrukcijas efektivitāte ir atkarīga no veiksmīgi izvēlēta savienojumu veida!

47. Simetriski tapveida savienojumi Nesimetriski tapveida savienojumi N N N N N/2 N/2 N/2 N/2 d d d t1 t2 t1 t1 t2 t1 t1

48. Naglota savienojuma nestspējas robežstāvokļu pārsniegšanas gadījumi plastiskā sabrukšana trauslā sabrukšana skaldē

49. Lokanas tapas darbība liecē P P t1 t2 t1 d u t1 t2 t1 u P/2 P/2 P/2 P/2 phd z n phd n P phd t1 t2 t1 u x x z z z z x x Q M phd Tapas slogojuma shēmas simetriskā savienojumāStinga tapa virsmas spiedē ar plāniem malējiem elementiem Stinga tapa virsmas spiedē ar līdzīga biezuma elementiem;Johansena teorija, 1949. g.

50. Tapas nestspēja vienā nobīdes plaknē simetriskā savienojumā t1 t1 t1 t1 Fv,Rk,2 d d Fv,Rk,2 Fv,Rk,1 t2 t2 t1 t1 Fv,Rk,3 t2 t1 t1 Fv,Rk,4 t2 Tapas nestspēja virsmas spiedē vidējā elementā Tapas nestspēja virsmas spiedē malējos elementos Fv,Rk,1= fh,1,kt1d Fv,Rk,2= 0.5  fh,2,kt2d Tapas nestspēja liecē ar diviem plastiskiem šarnīriem robežstāvoklī: Tapas nestspēja liecē ar vienu plastisko šarnīru robežstāvoklī :