PDF 10
Stručný opis
1 TECHNIKY UPEVNENIA 10.1 FASTENERY 10.1 Spojovacie prvky Odolnosť proti vytrhnutiu z lepenia na lepené lepené drevo.
Popis
EMPA20090310 BUDÚCNOSŤ H O L Z
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
10.1 Spojovacie prvky Odolnosť proti vyťahovaniu oceľových tyčí so závitom lepených do lepeného lamelového dreva
René Steiger 1 Prehľad S rovnobežkou alebo v pravom uhle so zrnom v doske-
2 Správanie pri zaťažení 2.1 Ovplyvňujúce parametre Nosný odpor rovnobežný alebo zvislý
Tyčinky nalepené do vlákna sú z fol-
preglejky nalepené závitové tyče-
v závislosti na parametroch:
Na malej ploche pôsobia v drevených komponentoch veľké sily-
le sú predstavené. Pri použití ocele-
- Pomer plochy drevo/lepený spoj/tyče-
výsledkom sú tyče s metrickými závitmi
obzvlášť jednoduché a praktické spojenia
- Pomer dĺžky kotvenia k vŕtaniu-
Betónové a oceľové diely. Póly sú ent-
priemer otvoru, tj. predstavovaný
ani axiálne namáhané (vyťahované), ani vertikálne-
doprava do smeru hriadeľa (strih).
- Okraj a rozstup medzi tyčami - počet pruhov
Už viac ako 30 rokov ver-
- Uhol sily na uhol vlákna (vrátane neplánovaného
Preskúmané väzby s nalepenými tyčami a úspešne ich použiť v praxi drevárskeho priemyslu, hlavne pre lepené vrstvené drevo.
z tyče, dreva a lepidla
v základoch, tuhé spojenia
- Pomer modulu pružnosti k šmykovému modulu pružnosti
drevených komponentov (trámové spoje, rohy rámu)
jednotlivé materiály (najmä v prípade dreva, keďže-
a spojenia s nosníkmi vertikálne alebo diagonálne (šmyk, priečny ťah) a lokálny úvod veľký-
jeho správanie sa vyslovuje ortotropicky) -
z dreva - lepiaca/súdržná pevnosť
Najčastejšie sa oceľové tyče vyrábajú vo forme Ar-
- Pevnosť tyčí (pre oceľ: prietoková štiepka-
železné alebo závitové tyče s metrickým použitím z plastových tyčí vystužených vláknami sú známe, najmä ak existuje riziko korózie pre oceľ alebo ak sú-
Zlomí mechanické vlastnosti dreva a lepidla
Typ pôsobenia sily - axiálny alebo vertikálny vzhľadom na tyč
hmotnosť konštrukcie sa dá udržať na nízkej úrovni
ktoré sa dajú ľahko aplikovať a majú vysoký výkon z hľadiska pevnosti, tuhosti a životnosti.
- Expozičný čas (statický, dynamický)
Boli vyvinuté lepidlá optimalizované pre závitové tyče v dreve (hlavne 1- a 2-kom-
Lepiaci priemysel bol špeciálne navrhnutý pre Einkle-
Pevnosť použitých materiálov - šmyková pevnosť, priečna pevnosť v tlaku a v tlaku
ßer sily kolmé na vlákno (priečny tlak).
Použitá závitová niť. Ale sú aj také
Tuhosť použitých materiálov - pomer pružnosti a šmykových modulov
[1], [2]. Oblasti použitia sú kotvenie stĺpov-
na vlákno, ale aj vystuženie nosníkov
- Konštantné zaťaženie alebo striedavé zaťaženie -
Ďalšie parametre - druh dreva - hustota dreva - typ spojenia (kalenie)-
čas lepidla, povrchové vlastnosti atď.).
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
Všetky ovplyvňujúce parametre sa môžu meniť-
tet. Tieto variácie, ale aj ďalšie možné nedokonalosti musia byť adekvátne zachytené dizajnovými prístupmi.
Aj keď medzi lepidlom a tyčou existuje určitá adhézia, spoľahlivý prenos sily je možný len pomocou mechanického blokovania medzi lepidlom a tyčou.
Použité tyče preto musia mať profil, napríklad rebrá (výstužná oceľ) alebo valcované alebo rezané Ge-
2.2 Typy porúch S možnými typmi porúch niektorých-
Obrázok 1: Rôzne druhy stresu
lepené tyče treba rozlišovať medzi-
zalepené závitové tyče (tj. = vyvŕtaný otvor-
medzi jednotlivými tyčami a spojmi-
priemer, d = vonkajší priemer tyče)
pozostávajúci zo skupín prútov. Pripojenia jedného pruhu môžu zlyhať z dôvodu:
Typ pôsobenia sily má hlavný vplyv
Zlomenie/porucha tyče v dôsledku: - prekročenia limitu prietoku alebo napätia-
odolnosť ložiska. Zmysluplné výsledky je možné preto získať iba v experimentoch,
pevnosť pri axiálnom zaťažení v ťahu (obr. 2)
ak experimentálne nastavenie situácie v
- Vzpieranie mimo ukotvenia v osi osi-
Zodpovedá stavebnej praxi. Napríklad výsledky skúšky z ťah-kompresia-ver sa líšia-
Vytiahnutím tyče z jej ukotvenia
hľadanie s priamym pôsobením sily do dreva
(Obr. 1c) v dôsledku výskytu krížového tlaku-
jasne hovoria o výsledkoch experimentov s
- Zlyhanie spojenia pri prechode na drevo
kontinuálne zavádzanie reakčnej sily
- Porucha lepiaceho kĺbu pri prechode na tyč
Ťah v celom priereze dreva podľa modelu
- Lámanie dreva v blízkosti lepiacej linky (obr. 5)
(Obr. 1d). Nevhodné sú aj skúšky tlakovej kompresie podľa obr. 1c, chovanie spoja-
predpoveď v prípade ťahových lúčov. Tu sa dodáva testovacie usporiadanie podľa obr. 1d-
Vytrhnutie tyče vrátane časti
Štiepanie dreva, pretože vzdialenosti od okrajov sú príliš malé (obr. 7), keď sú rovnobežné s vláknami
zalepené tyče alebo v dôsledku prekročenia priečnej pevnosti v ťahu kolmo na
Pre správne štatistické vyhodnotenie Da-
Vlákno lepené tyče
sady z testov na symetrických testovacích telieskach (obr. 1a) alebo s rôznymi typmi zlomenín sú potrebné špeciálne štatistické metódy [3].
Zlomenina v ťahu drevenej súčasti (obr. 8).
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
Obrázok 5: Lámanie dreva v blízkosti lepiacej linky
Obrázok 2: Prasknutie oceľovej tyče v ťahu
Obrázok 3: Prestávka lepidla medzi lepidlom a drevom
Obrázok 6: Vytrhnutie tyčí vrátane časti okolitého dreva
Obrázok 7: Štiepanie dreva
Obrázok 4: Prestávka lepidla medzi lepidlom a oceľou
Obrázok 8: Ťahová zlomenina dreva
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
spojenia a spojenia sa vyskytujú aj fol-
nasledujúce typy porúch:
Štiepanie dreva v dôsledku nedostatočného Ab-
stáť medzi jednotlivými prútmi, vytrhali by sa celé skupiny prútov.
2.3 Vplyv štíhlosti/povrchu Pri hodnotení testov na vláknach-
Odolnosť proti vyťahovaniu Rax, 90 [kN]
V prípade spojenia pozostávajúceho z niekoľkých tyčí-
tyče s priemermi M12, M16 a M20
ktoré podľa systému GSA® [4] s epoxidom-
živicové lepidlo sa lepilo na lepené vrstvené drevo rovnobežne a kolmo na vlákno
Povrch kotviacej zóny A g = d h [mm2]
Vplyv dĺžky ukotvenia l a vyvŕtaného otvoru-
Obrázok 10: Odolnosť proti vyťahovaniu (stredná hodnota) z
priemer tj. najjednoduchší s jedným
Niť prilepená do glulamu kolmo na vlákno-
Popíšte parameter štíhlosti = /dh. v
7.5 15 možno vplyv štíhlosti na strednú hodnotu šmykovej pevnosti pre tyče lepené paralelne s vláknom určiť prístupom -1/3 (obr. 9).
plocha kotviacej zóny. Odolnosť proti vyťahovaniu tyčí lepených kolmo na vlákno bola asi o 20 až 40% vyššia ako odolnosť tyčí lepených rovnobežne s vláknom a závisí od povrchu plášťa-
tyče (systém GSA®) vo funkcii zvršku-
povrch kotviacej zóny (obr. 10).
Nízka hustota Vysoká hustota
2.3 Vplyv hustoty Vplyv hustoty na únosnosť
v prípade stresu pri vyťahovaní Li-
kontroverzne diskutované. Počas európskeho výskumného projektu GIROD [5] no Ein-
Bol zistený tok hustoty, ukážte nové švajčiarske experimenty [6], [7] na závitových tyčiach-
prípojky podľa systému GSA® [4], ktoré si vyžadujú vytiahnutie nosného odporu-
8 10 12 Štíhlosť dier = /d h
desať zalepených oceľových tyčí s metrickým závitom za predpokladu, že je rozhodujúce rozbitie dreva
Obrázok 9: Šmyková pevnosť (stredná hodnota) na veráne-
závisí od hustoty dreva. The
kerungszone paralelne so zrnom v glulame-
Autori kvantifikujú vplyv hustoty
lepené závitové tyče (systém GSA®) v rádiu-
Tyče lepené do glulamu rovnobežne s vláknom
riedkosti vrtu.
s exponentom od 0,5 do 0,6. Menší vplyv je pri tyčiach prilepených kolmo na vlákno. Môže sa zanedbávať alebo zaznamenávať s exponentom 0,25.
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
3 Filozofia dimenzovania Zabezpečiť primeranú nosnosť-
4.1 Prístup z ENV 1995-2: 1997 V predštandarde Eurokódu 5, časť 2 Mosty je
stav nalepených závitových tyčí
nasledujúci prístup k výpočtu Ausziehwi-
(Jednotlivé póly alebo skupiny) všetky
jediná oceľová tyč pre každý prípad
vyššie spomenutých poruchových režimov-
šmykového lomu uvedeného v dreve:
hľadá alebo je dokázané. V stavebníctve-
Uprednostňujú sa komponenty, pripojenia a pripojenia xis, ktoré sú predmetom nadmerného používania
čo najväčšie deformácie pred Versou-
= kotviaca dĺžka tyče
gen „display“, teda správať sa tvárne. Odv
0,2 fv, k 1,2 103 d ekv 1,5 k
V prípade nalepených závitových tyčí vykazuje drevo aj lepidlo krehké lomové vlastnosti, spojenie a spojenie s nalepenými tyčami by sa malo najlepšie vykonať pomocou oceľových tyčí (závitové tyče alebo výstužná oceľ). Spojenie je potom možné dimenzovať tak, aby oceľová tyč bola najslabším článkom reťaze a začala tiecť, keď sa dosiahne nosnosť spoja, skôr ako dôjde k porušeniu krehkého dreva alebo lepidla. Táto filozofia dizajnu si zatiaľ nenašla cestu do všetkých štandardov.
fv, k a k sú charakteristické hodnoty šmykovej pevnosti a hustoty. 4.2 GIROD prístup Ako súčasť rozsiahleho európskeho fóra for-
Vo výskumnom projekte GIROD bol vyvinutý koncepčný prístup založený na kvazilineárnej lomovej mechanike [5]: f
= stredné šmykové napätie pozdĺž tyče
f = lokálne šmykové napätie v lepenom spoji = parameter ako funkcia spojenia geo-
Ako mechanické vlastnosti ocele
metria, tuhosť dreva/lepidlo /
rozptyľujú menej ako lepidlá a lepidlá
Tyč a energia prerušenia lepiacej linky.
Drevo, ak je spojenie určené na porušenie ocele, je možné presnejšie predpovedať nosnosť-
Na základe veľkého množstva experimentov-
byť povedané. Pre vlakové spojenie s niekoľkými
z nasledujúceho hodnotiaceho prístupu pre kal-
súčasne pôsobiace tyče je uniforma-
vývoj odolnosti proti vyťahovaniu:
Veľké rozloženie síl v jednotlivých tyčiach je možné dosiahnuť iba pri dostatočnej ťažnosti spojenia jednotlivých tyčí a pri optimalizovaných pomeroch tuhosti tyč/drevo [8]. 4 Príklady koncepčných prístupov Všetky nasledujúce určené dimenzie-
d equ Min (d h, 1,25 d) fax, k = 5,8 N/mm2.
Prístupy k riešeniu sú platné, iba ak sú dodržané určité okrajové a stredné vzdialenosti tyčí. Okrem toho je ložiskový odpor tyčí-
4.3 Riberholtov prístup Riberholt navrhuje koncepčný prístup (k
skupiny sú zvyčajne menej ako n-násobky
Úroveň strednej hodnoty) pre odolnosť proti vytiahnutiu
Odolnosť proti zaťaženiu jednej tyče [8].
predtým, ktoré medzi tyčami s krátkym a
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
5 Zabezpečenie kvality Veľké množstvo ovplyvňujúcich parametrov a podstielky-
dlhé ukotvenia rozlišuje [9]:
To isté umožňuje objasniť s ohľadom na zabezpečenie kvality-
je hodnota hustoty dreva, ktorá sa stanoví z črevnej hmoty a objemu vo vlhkom stave. Silové parametre fws a
fwl sú 520 a 650 N/mm1,5 a 37, respektíve 2
46 N/mm pre krehké alebo nelámavé, zlyhávajúce lepidlá.
Na zistenie chovania pri zaťažení sa vykonávajú predbežné skúšky. Musí sa preukázať, že správanie sa lepidla a jeho spojenia s profilovanou tyčou a drevom je trvalo spoľahlivé počas plánovanej životnosti konštrukcie v predpokladaných teplotných a vlhkostných medziach. Čo
Podľa Riberholta patrili rezorcinolové živice a niektoré epoxidové živice do skupiny krehkých lepidiel, zatiaľ čo dvojzložkové PUR lepidlá sa považovali za krehké. V súčasnosti je známe, že reologické vlastnosti rôznych lepidiel je možné do značnej miery „upraviť“ bez ohľadu na typ lepidla.
Pokiaľ ide o vlhkosť prostredia, väčšina súčasných konštrukčných noriem obmedzuje použitie zalepených profilovaných tyčí v komponentoch, ktoré sú zaradené do prevádzkových tried 1 a 2. Na zabezpečenie dostatočnej kvality spojenia alebo spojenia s nalepenými tyčami sa odporúča systém-
4.4 Prístup od DIN 1052: 2004 Podľa súčasnej nemčiny
dať myšlienky do popredia. Na erNorm
DIN 1052: 2004 možno charakteristickú odolnosť proti vytrhnutiu v prípade poruchy v lepiacom spoji vypočítať pomocou:
Úspešné systémy sú založené na rozsiahlych sériách testov a teoretických úvahách, ovplyvňujúcich parametroch drevo (najlepšie lepené laminované drevo), lepidlo, tyč (y) (najlepšie
konečná geometria (štíhlosť, hrana a stredné vzdialenosti) a aplikačná technológia (centrická-
Charakteristická hodnota pevnosti spoja lepidla-
tyčí vo vyvŕtanom otvore, lisom na lepidlo-
rýchlosť fk1, k závisí od ukotvenia-
sen) tak optimalizované, že s týmito systémami
Vysokovýkonné pripojenia a konektory
Model je založený na experimentoch Blassa [10] a je založený na modeli Riberholta [9] (pozri časť 3.3).
môžu byť vyrobené.
10 ZASTAVOVACÍCH TECHNIIEK - 10.1 ZASTAVOVAČE OCHRANNÁ ODOLNOSŤ OD ZÁVITOVÝCH PRÚTOV
Zdroje [1] Aicher S., Reinhardt H.-W. (Editor)
[7] Widmann R., Steiger R., Gehri E. 2006: Pull-
2001: Spoje v drevených konštrukciách. Pokračovať-
pevnosť axiálne zaťažených oceľových tyčí
iny PRO 22. RILEM Publications S.A.R.L.
viazané v lepenom lamele kolmo na zrno.
[2] Zborník pracovnej komisie
Materiály a konštrukcie 40: 8. 827-839.
W18 „Drevené konštrukcie“ vnútorných priestorov-
[8] Gehri E. 2001: Tvárne správanie a skupina
Rada pre výskum a inovácie v
efekt nalepených oceľových tyčí. In: Zborník referátov
Stavebníctvo CIB.
PRO 22 medzinárodného sympózia RILEM-
[3] Steiger R., Köhler J. 2005: Paper CIBW18/38-17-1: Analysis of censored data examples in timber engineering research. In: Zborník referátov
Karlsruhe, Nemecko. [4] www.neueholzbau.ch
sium o spojoch v drevených konštrukciách, Stuttgart, Nemecko. [9] Riberholt H. 1988: Príspevok CIB-W18/21-7-2: Lepené svorníky v glulame - návrh kódu CIB. In: Zborník referátov zo CIB-W18 21, Parksville, ostrov Vancouver, Kanada.
[5] Gustafsson P.-J., Serrano E., Aicher S., Jo-
[10] Blass H. J., Eberhart O., Ehlbeck J., Gerold M.
hansson C.-J. 2001: Pevnostný návrh ekv-
1996: Spôsob pôsobenia lepeného Ge-
pre nalepené tyče. In: Zborník PRO
tyče navijaka pri priečnom zaberaní-
22 medzinárodného sympózia RILEM o
ťahové sily v zakrivených nosníkoch a
Spoje v drevených konštrukciách, Stuttgart, Nemecko-
Časť 3. Výskumný ústav pre oceľ, drevo a
[6] Steiger R., Gehri E., Widmann R. 2006: Pevnosť v ťahu axiálne zaťažených oceľových tyčí viazaných v glulame rovnobežne so zrnom. Materiály a konštrukcie 40: 1. 69-78.
Kamene. Univerzita v Karlsruhe.
STAVOVÁ SPRÁVA O SÚČASNOM STAVE POUŽÍVANIA DREVA A DREVENÝCH VÝROBKOV V STAVEBNOM PRIEMYSLE A HODNOTENIE POTENCIÁLU BUDÚCEHO ROZVOJA
BUDÚCNOSŤ DREVA Prierezová správa a rozvojový potenciál Názov projektu Zukunft Holz - Správa o stave súčasného stavu používania dreva a výrobkov z dreva pri stavbe a hodnotenie budúceho rozvojového potenciálu
Financované nadáciou Landesstiftung Baden-Württemberg ako súčasť súboru Future Offensive III číslo spisu 54-8214.07 IV/59-15 Inštitút spracovania dreva Univerzita Biberach Karlstrasse 11 88400 Biberach Tel: 07351/582-521 Fax: 07351/582-529 [chránený e-mailom] Redaktor prof. Dipl.-Ing. Kurt Schwaner Zamestnanec Dipl.-Ing. (FH) Johannes Sessing Dipl.-Ing. (FH) Karen Spanninger Dipl.-Ing. (ZF) Stefanie Roßbach Dipl.-Ing. (ZF) Timo Beutel Dipl.-Ing. (FH) Volker Knopp Peter Merk Peter Kaufmann Úpravy Dipl.-Ing. Arnim Seidel, absolvent správy dreva Stephan Klein
Správa o stave súčasného stavu používania dreva a výrobkov z dreva v stavebníctve a hodnotenie potenciálu budúceho rozvoja