V minulom článku, ktorý nájdete na ask.hilti.sk https://ask.hilti.sk/article/hilti-riesenia-na-prochytavanie-k-oceli/3z39tr , sme sa zaoberali aplikáciou upevňovacích prvkov na oceľ, výzvami spojenými s tradičnými metódami upevnenia a riešeniami spoločnosti Hilti na riešenie týchto výziev. V tomto článku sa zameriame na statický návrh klincov Hilti na upevnenie na oceľ s príkladom návrhu vyriešeným "ručným výpočtom".

príklad návrhu konzoly s bodovým zaťažením

Tento príklad má nasledujúce podmienky (pozri obrázok 1):
§ Konzola z oceľového profilu s rozpätím 600 mm;
§ 1,5 kN zaťaženie v extrémnom bode (živé zaťaženie);
§ Základným materiálom je oceľový profil s povrchovou úpravou IPE 270;
§ Upevnenie konzoly na oceľový profil pomocou 2 hlavových klincov.

Obrázok 1 - Príklad návrhu - Konzola s bodovým zaťažením na konci. 3D zobrazenie (vľavo) a 2D zobrazenie (vpravo).

Pokiaľ ide o návrh klincov, prvým krokom by bol výpočet návrhového zaťaženia a reakcií na spojenie medzi konzolou a oceľovým profilom (pozri obrázok 2). Pri výpočte návrhového zaťaženia uplatňujeme koncepciu návrhu pomocou parciálnych súčiniteľov podľa Eurokódu [1].

Obrázok 2 - Reakcie v spojení medzi konzolou a oceľovou konštrukciou.

Po kontrole reakcií pristúpime k návrhu za predpokladu použitia klinca F-BT, pretože máme do činenia s aplikáciou s vysokými reakciami. Predpokladaný klinec je M10 pre aplikácie s už upravenou oceľou: F-BT-MR M10x50 SN (10). Čo sa týka názvoslovia klinca, riadi sa logikou uvedenou na obrázku 3.

Obrázok 3 - Logika pomenovania klincov F-BT.

Takže klinec vopred vybraný pre tento príklad má priemer 10 mm, dĺžku 50 mm, používa sa oceľovou a neoprénovou podložkou na ochranu proti korózii a základný materiál by mal mať hrúbku minimálne 10 mm. Profil IPE 270 má hrúbku príruby 10,2 mm, takže môžeme pokračovať. V prípade, že by základný materiál mal hrúbku menšiu ako 10 mm (pre klinec M10), malo by sa na zníženie únosnosti klinca použiť súčiniteľ zníženia zaťaženia podľa technickej príručky [2].
Po získaní reakcií by sme mali rozložiť zaťaženie na dva klince. Na tento účel predpokladáme nasledovné: 

• § Ohybový moment je rozdelený na dve sily, ťahovú a tlakovú. Horný klinec bude ťahaný a spodný klinec bude pod tlakovou silou. Pokiaľ ide o rameno páky na ohyb, konzervatívne zvážime vzdialenosť medzi stredom klincov. V prípade F-BT je v prípade pripojenia pomocou 2 klincov (ako v tomto príklade) potrebné na tesniace podložky namontovať nosnú platňu, aby sa zvýšil odpor kolmý na smer šmykového zaťaženia. Kvôli týmto nosným platniam nie je v tomto prípade prítlačná sila relevantná, ale upozorňujeme, že na príklade 4 klincov by sa mali overiť aj tesniace podložky z hľadiska stlačenia;
• § Ak máme viac ako jeden klinec (skupinové správanie), rozloženie šmykového zaťaženia je ovplyvnené ťažnosťou klinca a skutočnou vôľou – pozri [2]. Na pokrytie nepriaznivej polohy klincov v rade sa preto pre celkové šmykové zaťaženie radu berie do úvahy jeden klinec v rade. V tomto prípade má konzola montážneho systému Hilti oválne otvory – pozri obrázok 4. Horný otvor má teda vertikálnu orientáciu, vďaka čomu spodný klinec prenáša všetky šmykové zaťaženia a zabráni tomu, aby sa horný klinec dostal do oboch namáhaní v ťahu aj šmyku. V prípade, že bola konzola nainštalovaná v opačnom smere (zvislý otvor na spodnej strane), upozorňujeme, že horný klinec by prevzal všetky šmykové a ťahové zaťaženia a návrh by nebol optimalizovaný. Upozorňujeme tiež, že v prípade kruhových otvorov nemusí byť rozloženie šmyku na skupinových upevneniach rovnaké pre všetky klince. Ak by to tak bolo, šmyková únosnosť klincov by mala byť ovplyvnená parametrom – α redukčným súčiniteľom, ktorý závisí od typu klinca a počtu klincov v spoji, a je uvedený v Technickej príručke a/alebo ETA výrobkov [2] [3] [4].

Obrázok 4 - Orientácia oválnych otvorov a vplyv na šmykové zaťaženie.

Pre horný klinec máme:

A pre dolný klinec máme: 

Po zaťažení na klinec by sme ho mali porovnať s publikovanými odolnosťami [2]. V tabuľke 1 nižšie vidíme, že klinec F-BT s priemerom 10 mm má odolnosť v ťahu 11,2 KN a šmykovú odolnosť 5 KN. 

Tabuľka 1 - Návrhová odolnosť F-BT klincov na základe metódy parciálnych súčiniteľov

Preto by sme teraz mali pokračovať v overovaní návrhu. Na tento účel by sme mali nezávisle porovnať pôsobiaci ťah a šmyk a potom interakciu medzi týmito dvoma typmi zaťaženia. Súčiniteľ interakcie ťah-šmyk (v tomto prípade je 1,2) je uvedený v technickej príručke [2] a závisí od technológie (X-BT, S-BT a F-BT). 

Pre horný klinec:


Pre dolný klinec:

Ako je uvedené vyššie, horný aj dolný klinec sú vhodné na návrh, pretože boli dodržané všetky požiadavky. Upozorňujeme, že pri ostatných riešeniach upevnenia na oceľové klince (S-BT HL a X-BT) by bol postup návrhu podobný, až na už uvedené výnimky. 

K dispozícii pre vašu podporu - návrhové tabuľky (typicals)

V predchádzajúcej časti článku sme urobili príklad "ručného" výpočtu, ale poskytujeme vám návrhové tabuľky pre rýchlejší návrh klincov. Tieto návrhové tabuľky pokrývajú štandardné prípady upevnenia na oceľových konštrukciách, ktoré nazývame "typické". Tieto prípady sú znázornené na obrázku 5.

Obrázok 5 – Štandardné prípady zahrnuté v návrhových tabuľkách (typické).

Existuje niekoľko predpokladov návrhových tabuliek, na ktoré sa treba odvolávať, a to:
§ Pre rozloženie zaťaženia na klince sa predpokladá najhorší scenár, čo znamená, že šmykové zaťaženie sa predpokladá iba v hornom závitovom klinci, ktorý tiež preberá ťahové zaťaženie (v príklade "ručného" výpočtu sme mali iný predpoklad);
§ Neberú sa do úvahy žiadne zaťaženia v osi od káblových žľabov alebo potrubí v dôsledku tepelnej rozťažnosti alebo iných javov. 

Na základe toho si môžete stiahnuť súbor pre návrh F-BT a súbor pre návrh S-BT HL a X-BT tu. [AM1] 
V tabuľkách môžeme identifikovať rôzne parametre, a to rozmer ramena páky zaťaženia (L1), vzdialenosť medzi spojovacími prvkami (x) a pôsobiace zaťaženie (F, ktoré zahŕňa vlastné zaťaženie aj dodatočné zaťaženie). Tieto parametre sú znázornené na obrázku 6.

Obrázok 6 – Parametre z návrhovej tabuľky.

Návrhové tabuľky sa zobrazujú pre situácie s 2 alebo 4 klincami a dajú sa čítať rôznymi spôsobmi v závislosti od neznámeho parametra. V tomto prípade urobíme rovnaký príklad ako predtým (konzola upevnená dvoma klincami s bodovým zaťažením na konci) pre iný klinec (S-BT MR HL) v dvoch rôznych scenároch:
§ Scenár 1: Aké je maximálne zaťaženie konzoly 600 mm?
§ Scenár 2: Aká je maximálna dĺžka konzoly pre zaťaženie 150 kg?

Pre scenár 1 je návrhový príklad znázornený na obrázku 7. V stĺpcoch máme dĺžku konzol (v tomto prípade 600 mm) a na radoch vzdialenosť medzi klincami. Keďže v príklade sme mali vzdialenosť 122 mm, v tomto prípade sme analyzovali 125 mm, čo je najbližšia hodnota. V tejto situácii je maximálne zaťaženie, ktoré sa má aplikovať, 75 kg. 

Obrázok 7 – Návrhový príklad podľa tabuľky - scenár 1.

Pre scenár 2 je návrhový príklad znázornený na obrázku 8. V stĺpcoch máme zaťaženie a na radoch máme vzdialenosť medzi klincami. Tu vidíme, že pri zaťažení 150 kg by maximálna dĺžka konzoly bola 250 mm. 

Obrázok 8 – Návrhový príklad podľa tabuľky - scenár 1.

Odkazy:

[1] EN 1990:2002: Eurocode – Basis of Structural design, European Standard, December 2008
 
[2] Hilti, Hilti Cordless Stud Fusion Technical Manual, Version 05/2023
 
[3] Deutsches Institut fuer Bautechnik, European Technical Assessment ETA-20/1042, issued April 2021
 
[4] Deutsches Institut fuer Bautechnik, European Technical Assessment ETA-23/0001, issued February 2023