Modelování skutečného působení dřevěných spojů programem ANSYS

1. Modelování skutečného působení dřevěných spojů programem ANSYS Řešitelé Karel Kubza doktorand VUT FAST v Brně, Ústav stavební mechaniky Zdeněk Vejpustek doktorand VUT FAST v Brně, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí Děkujeme za spolupráci : Doc. Ing. Bohumil Straka, CSc. Ing. Jiří Kytýr, CSc. Ing. Vlastislav Salajka, CSc.Ing. Jiří Kala

2. 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.

3. Modelovaný spoj č.1 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

4. Modelovaný spoj č.2 Popis spoje : Symetrické spojení dvou dřevěných prutů čtyřmi ocelovými kolíky (hladkými) dvěmi příložky. Konstrukční prvek - táhlo. Geometrie : Na modelu je vidět geometrie spoje a rozdělení hmot na jednotlivé briky. Mezi plochami jsou vloženy kontaktní prvky. 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.

5. 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.

6. 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)

7. Modelovaný spoj č.2 Obrázek 1 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

8. Modelovaný spoj č.2 Pružné 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 1 Obrázek 2 Plastické 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 Obrázek 3 Obrázek 4

9. Výsledky přesnějšího řešení spojů jsou důležité zejména u velkorozponových a prostorových konstrukcí Konstrukce zastřešení sportovní haly v Bílovci Rozpětí 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 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.