Univerza v Ljubljani

Fakultetadb išza gradbeništvo

in geodezijo

Katedra za metalne konstrukcije

JEKLENE KONSTRUKCIJE I

6.0 SPOJI

prof. dr. Darko BegSodelavec: Blaž Čermelj

Spoji• Spoji so v jeklenih konstrukcijah zelo pomembni konstrukcijski elementi;

• so najdražji elementi nosilne konstrukcije (množica detajlov, zvari, vijaki –več vloženega dela);več vloženega dela);

• ključna je pravilna in čim bolj racionalna zasnova;

-Sprememba smeri elementa;

-montažni spoji p j(transport, montaža);

-sprememba nosilnega elementa: velikost prereza, material.

• kot vezna sredstva uporabljamo zvare in vijake, redkeje zakovice.

Glede na obliko in namen ločimo več vrst spojev:

• Spoji v stebrih

p j

• Priključki na temelj

• Členkasti priključki greda - steberČlenkasti priključki greda steber

• Momentni priključki greda - steberMomentni priključki greda steber

• Členkasti priključki greda - gredap j g g

• Momentni priključki greda - gredap j g g

• Priključki horizontalnih povezijj p j

• Priključki vertikalnih povezij

• Diagram obtežba pomik za preizkušanec iz jekla in za spoj• Diagram obtežba – pomik za preizkušanec iz jekla in za spoj

Glede na mehanske lastnosti spoje delimo po:• TOGOSTI• NOSILNOSTI

Glede na mehanske lastnosti spoje delimo po:

• DUKTILNOSTI

• Delitev po togosti

togi

E Idelno-togi

p

p

E IK

l=

členkasti

• Delitev po nosilnosti

- členkasti: M < 0,25 Mpl ;

l il i: M > M- polno nosilni: M > Mpl .

• Rotacijska kapaciteta• Rotacijska kapaciteta

Delitev spojevDuktilnost – rotacijska kapaciteta

• Polnonosilni – duktilnost ni potrebnap

Poškodbe se tvorijo v prečki in ne v spoju

• Delnonosilni - obvezno duktilni

Poškodbe se tvorijo v spojuoš odbe se vo jo v spoju

Spoji in priključkiMehanizmi prenosa obtežbe:

• Osnovna pravila:

- predpostavljeni razpored notranjih sil v spoju mora biti v ravnotežju z delujočimi obremenitvami;

k i d l j bi i ž ki d d- vsak sestavni del spoja mora biti sposoben prevzeti obtežbo, ki odpade nanj;

- deformacije v spoju ne smejo presegati deformacijske kapacitete –j p j j p g j pduktilnosti – posameznih elementov spoja (zvari, vijaki, vezne pločevine).

P i l tič i li i bt žb d li l t jPri elastični analizi obtežbo delimo na posamezne elemente spoja v razmerju togosti.

Primer:

Razdelitev obtežbe:

- pasnica → upogib

Obtežba

pasnica upogib

- stojina → strig Shema konstrukcije

Spoj

Notranje sile

Sile v komponentah

spoja

Komponente spoja

1. Vijaki < bočni pritisk/prestrig2 Neto prerez pločevine

p j

ZvariVijaki2. Neto prerez pločevine

3. Zvar4. Stojina nosilca

VijakiPločevine

Primer: Preklopni ↔ čelni spojp p j

Čelni spoj

Preklopni spoj

Osnovni primeri obtežbe: nateg, tlak, strigp g, , g

Natezna sila Tlačna silaNatezna osna oz tlačna silaNatezna sila Tlačna silaNatezna osna oz. tlačna sila

Panel v strigu T - stik Strig

Natezni elementi v spoju

• Čelni zvari

DetajlDetajl

Natezni elementi v spoju• Preklopni spoj – varjen, vijačen

Enostranska preklopna pločevina: varjena

Enostranska preklopna pločevina: vijačena

Natezne palice• Preklopni spoj – vijačen

Obojestranska preklopna pločevina: vijačena

Natezne palice• Čelni spoj – vijačen

Tlačene palice• Čelni in preklopni spoj

A B C

• Čelni in preklopni spoj (prenos s kontaktom – obdelane p p p j (ppovršine)

• Zaradi nevarnosti uklona in vplivov teorije drugega reda je potrebno zagotoviti upogibno togost in nosilnost.zagotoviti upogibno togost in nosilnost.

• Spoj v tlačeni palici je potrebno dimenzionirati še na:

( )0 25 palice>M M ( )0,25 palice>Ed RdM M

( ),0,025 palice>Ed pl RdV N

Torzijska obremenitev• Vijaki

Toga šipa:

1

n

T i ii

M r F=

= ⋅∑maxM Tr MF ⋅

maxmax

ii

rF Fr

= ⋅

nF

maxmax

2

1

Tn

ii

Fr

=

=

∑2max

1maxT i

i

FM rr =

= ⋅∑

Če na grupo vijakov deluje N M V:Če na grupo vijakov deluje N, M, V:

2 2 FV N ⎧⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ,max max

,

sin cos min v RdM MEd

b Rd

FV NR F FFn n

α α⎧⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + ⋅ + + ⋅ ≤ ⎨⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎩

Torzijska obremenitev• Zvari

( ) ( )f d∫ ( ) ( )T ws

M e F r s f s ds= ⋅ = ⋅∫

max( )( )w wr sf s f= ⋅,max

max

( )w wf fr

,max 2wT

fM r ds

r= ⋅ ∫

maxM TM rf ⋅

max sr

⋅TM rMf maxmaxmax 2M T

s

fr ds

=∫ ∫⋅

=

s

T

dsraf

2max

max

Upogibni spoji

a) S čelno pločevino b) S podaljšano čelno pločevino

c) Z vuto

d) T – spoj s prednapetimi e) Preklopni f) Varjen g) Varjen in vijačenvijaki ob pasnici

h) Čašast temelj j) Neojačana ležiščna pločevina

k) Ojačana ležiščna pločevina

• Stikovanje prečk• Stikovanje prečk

a) S čelno pločevino b) S preklopno pločevino, vijaki

c) S preklopno pločevino, varjeno p , j p , j

d) S čelnim zvarom

• Vnos koncentriranih silVnos koncentriranih sil

Upogibni spoji - ojačitve

a) Horizontalne ojačitve b) ''K'' ojačitev

c) Ojačitev tipa ''Morris'' (z ojačitvijo v tlaku) d) Dodatna pločevina ob stojini

b) Ojačan stika) Neojačan stik ) j

Upogibni spoji - Industrijske hale

b) Spoj v slemenua) Spoj steber – strešni nosilec

• Preklopni spoj• Preklopni spoj

NpF

TpF

− razdelitev obremenitve (v razmerju togosti)

pA A AAp p sp s

AN NA A

= =

obe pasnici

NAANN

AN s

sp

p ⋅=⋅=

2(2) 3

2 12T

p s p sh dI I I A h= + = ⋅ + ⋅

obe pasnici

(2)pM

pT

MF

h=

(2)(2)

2 12

pp

IM M

I= ⋅

TN Mp p p

T Mp p p

F N F

F N F

= +

= −

ss

IM MI

= ⋅

p p p

razdelitev obremenitve (nadaljevanje)− razdelitev obremenitve (nadaljevanje)

0p

s

V

V V

=

=

Pasnica: natezni stik,N Tp pF F

Stojina: s s

s

M M MV

= + Δ strig (prečna sila + torzijski moment)

sN nateg

Čelni spojČelni spoj

− razporeditev sil med vijaki

a) b)

Čelni spoj: PRIMER 1Čelni spoj: PRIMER 1

Težišče xT:

( )2

2 2 22

n n nč T

s i T s i s Ti m i m i m

b x A a x A a A x= = =

= − = −∑ ∑ ∑ ; 1n

i mn m

=

= − +∑

β α

( )( )2 1sA n mα = − +

2n

s ii m

A aβ=

= ∑ ( )3

223

nč T

sp s i Ti m

b xI A a x=

= + −∑

02

α β

β

+ − =č TT

b x x spzg

n T

IW

a x=

−sp

spT

IW

x=

2

β

α→ =

+T

čx b

pločevina: ,0

yEdp d

p M

fMW

σγ

= ≤

vijaki: , , , ,Ed

b d t Ed b d s t Rdzg

M F A FW

σ σ= → = ⋅ <

Čelni spoj: PRIMER 2Čelni spoj: PRIMER 2

maxM aF ⋅=max

2

1

2n

ii

Fa

=∑

n

∑

Fi

Fmax

12c i

iF F

=

=∑

iaF F= ⋅

Fc

maxmax

iF Fa

= ⋅

2ThM M N= + ⋅

n

∑1

2c ii

R F N=

= −∑Rc

Čelni spoj – VNOS KONCENTRIRANIH SILp j

( )2 2 5ef ps pb t a K= + +

0 5efb l K= +

stF

b dσ =st

efb d⋅

psK r t= + 2 psK a t= +

Členkasti spoji

Prenašajo samo strižno silo in nimajo znatnejše rotacijske togosti.

• Uporaba

- okvir podprt na togi nosilni element

a) Okvir z diagonalnim povezjem Idealizacija konstrukcije

A – priključek stebra na temeljp j j

B – spoj prečka – steber

C – spoj v povezju

D – spoj na stebru

Členkasti spoji - uporaba

b) Okvir podprt z betonsko konstrukcijoIdealizacija konstrukcije

E – spoj z betonskim delom

- členkasti spoji prečka - prečkačlenkasti spoji prečka prečka

- členkasti spoji prečka – prečka (nadaljevanje)členkasti spoji prečka prečka (nadaljevanje)

- členkasti spoji steber – prečkap j p

- možni načini porušitvep

a) pretrg vijaka b) porušitev na bočni pritisk

c) porušitev neto prereza d) iztrg vijaka

- možni načini porušitve (nadaljevanje)p ( j j )

e) plastifikacija vezne pločevine f) porušitev zvarae) plastifikacija vezne pločevine f) porušitev zvara

- priklujčki na temelj

b) c) d)a)Nominalno členkast

priključek

• Delitev

a) toga podpora:

Delitev

b) podajnapodpora:podpora: podpora:

Členkasti spoj z vezno pločevino

Načela projektiranja:

• dovolj velika rega g →• kontrola komponent spoja: • zagotovitev duktilnega obnašanja (preprečene neduktilne porušitve)

,raz potr p bh dφ φ> <,Ed Ed EdV M e V= ⋅

• zagotovitev duktilnega obnašanja (preprečene neduktilne porušitve)

Zagotavljanje duktilnega obnašanja:

• preprečene neduktilne porušitve (zvari, vijaki);

• polnonosilni zvari med stebrom in vezno pločevino;

• nosilnost na bočni pritisk v horizontalni smeri za vezno pločevino ali stojino nosilca mora biti manjša od strižne nosilnosti vijaka (morebitna preobremenitev zaradi upogibnega momenta).

Zadnji kriterij se uravnava z debelino vezne pločevine ali stojine nosilca (vsaj ena od debelin ustrezno majhna).

Členkasti spoj z delno čelno pločevino

Načela projektiranja:

• Debelina čelne pločevine t in dimenzija h omogočata h dφ φ> <• Debelina čelne pločevine tp in dimenzija he omogočata • kontrola komponent spoja samo na prečno silo• zagotovitev duktilnega obnašanja → polnonosilni zvari ob čelni

,raz potr p bh dφ φ> <

EdV

pločevini, upogib čelne pločevine izven lastne ravnine.

Upogib čelne pločevine izven lastne ravnine → natezne sile v vijakihp g p j

Preprečitev natezne porušitve vijakov:

• 80 % izkoriščena strižna nosilnost;• kontrola debeline čelne pločevine (omejitev upogibne nosilnosti):

2,8 yp

p ub

fdt f≥ ⋅

p ubf

Kombiniranje različnih veznih sredstev

V istem spoju lahko kombiniramo le taka vezna sredstva, ki imajo pribljižno enako deformabilnost:

D lj ZVARI PREDNAPETI VIJAKIDovoljeno: ZVARI + PREDNAPETI VIJAKI

Prepovedano: ZVARI + OBIČAJNI VIJAKI

Skupine veznih sredstev• Skupina vijakov

, , , ,,b Rd i v Rd jF F

Če je: → duktilno obnašanje>Rd b RdF FČe je: → duktilno obnašanje, , , ,>v Rd j b Rd iF F

Nosilnost: F F= ∑

( ), , , ,min ,Rd b Rd i v Rd iF n F F= ⋅V nasprotnem primeru je nosilnost:

Nosilnost: , ,Rd b Rd iF F= ∑

• Skupina zvarov

Čelni zvar je b lj !

Ed w vwdN A f≤ ⋅

bolj tog!