Tento článok je zhrnutím vypracovaným spoločnosťou Hilti, ktorá porovnáva dve alternatívne riešenia upevnenia prvkov k oceli:

• závitové klince a
• nosníkové svorky (viď Obr.1).

Tieto riešenia sú alternatívou k tradičným metódam, ako je zváranie či skrutkovanie. Porovnanie sa uskutočnilo len pre riešenia závitových klincov a nosníkových svoriek z portfólia Hilti a zahŕňa technickú analýzu a tiež štúdiu týkajúcu sa celkových nákladov na inštaláciu (vrátane nákladov na náradie a nákladov na prácu).


Obrázok 1 - Niektoré z porovnávaných riešení: S-BT HL (vľavo), MQT-21-41 R (v strede) a MAB (vpravo). Zrealizované porovnanie a výsledky zahŕňajú ďalšie riešenia

Porovnanie technických parametrov

V tejto kapitole porovnávame obe technológie upevnenia z technického hľadiska, vrátane základového materiálu, únosnosti, korózie prostredia, schválení, odolnosti voči vibráciám, únavovej, seizmickej a požiarnej odolnosti.
Pokiaľ ide o požiadavky na základový materiál, závitové klince ponúkajú celkovo širšiu kompatibilitu, vrátane ocele s náterom (bez nutnosti dodatočného náteru), ocele ošetrenej protipožiarnym náterom, nevyžadujú prístup na obe strany základového materiálu a môžu byť aplikované na oceľové profily bez príruby (ktoré sú potrebné na upevnenie nosníkových svoriek). Nosníkové svorky však môžu byť dobrým riešením, ak podpera nie je kolmá na základový materiál a keď sú potrebné väčšie priemery (napríklad M16).

Výsledky oboch technológií pri zaťažení v šmyku môžu byť porovnateľné, ale nosníkové svorky majú vyššiu odolnosť pri ťahových zaťaženiach. Napriek tomu je však dôležité poznamenať, že na odolnosť nosníkových svoriek sa môžu vzťahovať niektoré redukčné faktory, najmä preto, aby sa zabránilo poškodeniu povrchovej úpravy (redukčný faktor až 50 % [1] trenie o oceľový povrch s náterom) a v dôsledku straty predpätia v čase.

Pokiaľ ide o koróziu, nosníkové svorky sa zvyčajne používajú v prostredí s nižšou koróziou (do C4) [2], zatiaľ čo závitové klince sa môžu používať aj v agresívnejších prostrediach (do C5 alebo dokonca CX). Závitové klince majú v týchto prostrediach dlhšiu životnosť, kedy 2 zo 4 klincov poskytujú až 40-ročnú odolnosť proti korózii. Závitové klince majú taktiež širšiu škálu schválení. Nosníkové svorky, aj keď sú obmedzenejšie vo svojich certifikáciách, majú schválenia, ktoré by mohli byť relevantné pre aplikácie SHZ (ako napríklad schválenie FM) [3] alebo schválenia pre automobilový priemysel (potvrdenie PWIS / LABS) [4].

V testoch vyvinutých spoločnosťou Hilti pre aplikácie vystavené vibráciám preukázali závitové klince značný výkon, pri ktorých nebolo pozorované žiadne uvoľnenie či otočenie matice/skrutky. V prípade nosníkových svoriek by mal byť pre aplikácie vystavené vibráciám vykonaný technický posudok (EJ – engineering judgement). Pre únavové zaťaženie by sa závitové klince mali taktiež hodnotiť pomocou EJ, zatiaľ čo použitie nosníkových svoriek sa neodporúča.

Závitové klince boli testované aj pre seizmické aplikácie, kde taktiež vykazujú veľký výkon a sú teda vhodné pre seizmický návrh. Čo sa nosníkových svoriek týka, Hilti poskytuje seizmicky schválené riešenie pre sprinklerové aplikácie pomocou nosníkových svoriek s vystužením - MQS-IB. Napokon, závitové klince Hilti boli testované na požiarnu odolnosť so sľubnými výsledkami, ktoré sú podrobnejšie na vyžiadanie u spoločnosti Hilti.

Analýza celkových nákladov na inštaláciu

Okrem technického porovnania medzi týmito dvoma technológiami spoločnosť Hilti vykonala aj analýzu celkových nákladov na inštaláciu, (s ohľadom na náklady na závitové klince/nosníkové svorky, náklady na potrebné náradie a náklady na prácu).
Opäť je dôležité poukázať na to, že táto analýza porovnáva iba riešenia Hilti portfólia. Pre náklady na prácu a materiál (ďalej len hardvér) sa predpokladali priemerné hodnoty pre nemecký trh. V prípade náradia boli náklady na bod upevnenia odhadnuté na základe životnosti náradia. Na kvantifikáciu času potrebného na inštaláciu bol používateľ vyškolený v centrále Hilti a vykonal štyri rôzne konfigurácie: (i) aplikácia roznášacieho nosníka, (ii) hrazda na závitových tyčiach, (iii) rámová konštrukcia a (iv) konzola – viď. Obr.2.



Obrázok 2 - Porovnávané konfigurácie: roznášací nosník (vľavo hore), hrazda na závitových tyčiach (vpravo hore), rámová konštrukcia (vľavo dole) a konzola (vpravo dole).


Nosníkové svorky Hilti sa ukázali ako najekonomickejšie riešenie pre aplikáciu závesu hrazdy na závitových tyčiach. Pokiaľ ide o roznášací nosník a konzolové aplikácie, závitové klince sú tie, ktoré vychádzajú ako ekonomicky najlepšie riešenia. Čo sa týka rámovej konštrukcie, náklady na obe technológie sú vyvážené. Na Obr. 3 je možné vidieť výsledky pre rôzne aplikácie s nákladmi rozdelenými podľa kategórií (náradie, materiál, práca) – tieto výsledky sa vzťahujú na uvedené predpoklady, čo znamená, že rôzne trhové podmienky budú viesť k rôznym výsledkom.

Zhrnutie

Účelom tohto článku je pomôcť čitateľovi pri výbere najvhodnejšej technológie na upevnenie prvkov k oceli, medzi závitovými klincami a nosníkovými svorkami. Výber závisí najmä od technických parametrov (základový materiál, zaťaženie, korózia, schválenia...) a od nákladov. Závitové klince sú vo všeobecnosti univerzálnejšou možnosťou, najmä pre náročné prostredie a oceľ s náterom. Nosníkové svorky však ponúkajú výhody pri niektorých aplikáciách, a to napríklad pri hrazdách na závitových tyčiach a pri závesoch pod uhlom.

Odkazy:

[1] CEN (European Committee for Standardization), “NP-EN 1993-1-8:2005 Eurocode 3: Design of SteelStructures – Part 1-8: Design of joints,” 2005.
[2] ISO (International Organization for Standardization), “ISO 12944-9:2018 Paints and varnishes – Corrosionprotection of steel structures by protective paint systems – Part 9: Protective paint systems and laboratoryperformance test methods for offshore and related structures,” 2018.
[3] FM Global, "About us," Retrieved from FM Global Website, [Accessed: Jul. 8, 2024].
[4] VDMA (Verband Deutscher Maschinen – und Anlagenbau – German Mechanical Engineering IndustryAssociation), "VDMA 24364 – 2018-05 Hydraulic Fluid Power – Fluids – Method for coding the level ofcontamination by solid particles," 2018.

Autor: Alexandre Marques