Proračun veza kod čeličnih konstrukcija

Veze kod čeličnih konstrukcija koriste se za povezivanje dva ili više elemenata konstrukcije od čelika. Prilikom projektovanja, vrši se analiza i proračun nosivosti i stabilnosti takvih veza kako bi sama konstrukcija mogla da ispuni zahteve u pogledu nosivosti i stabilnosti.

Projektovanje veza kod čeličnih konstrukcija može da predstavlja ogroman izazov, naročito kada se proračuni rade ručno. U takvim slučajevima, radni procesi mogu da postanu naročito naporni, čak i teški, ukoliko neophodne provere nisu pravilno izvršene u skladu sa propisanim zahtevima.

U tom smislu, većina stručnjaka se slaže da su tipski detalji, naročito kod standardnih konstrukcija, u dovoljnoj meri efikasni da je i sam proces projektovanja i detaljne razrade čeličnih konstrukcija i veza poprilično jednostavan. U nekim drugim slučajevima, pak, inženjeri ponekad previše komplikuju stvari, te veze budu složene i kompleksne i donekle redukovane trajnosti.

Ovaj članak će se pre svega baviti osnovama proračuna veza kod čeličnih konstrukcija i karakteristikama ovog procesa, kao i nekim od najboljih softverskih rešenja koja umnogome mogu da pojednostave čitav proces.

Šta su veze kod čeličnih konstrukcija?

Uopšteno govoreći, veze kod čeličnih konstrukcija mogu se podeliti u tri podkategorije. Sve ove klasifikacije mogu da pomognu pri proračunu, jer mogu da suze izbor rešenja prema mogućnostima izvođenja u praksi.

Jednostavno rečeno, veze se mogu klasifikovati prema sledećim svojstvima:

• Načinu povezivanja: U današnje vreme vijci i šavovi predstavljaju najčešća sredstva povezivanja. Vijci obezbeđuju ekonomičnost u smislu montaže, dok šavovi pružaju jednostavnost. O njima ćemo nešto više pisati u daljem tekstu.
• Uticajima koje bi veze trebalo da prenesu: Projektovanje treba da se bazira i na uticajima koji su prisutni kod same konstrukcije, tačnije, koje bi sama veza trebalo da prenese. U tom smislu, veze mogu da se podele na smičuće, aksijalne i momentne veze prema vrsti opterećenja koje treba da prenesu.
• Spojenim elementima: Ova klasifikacija se zasniva na spojenim konstrukcijskim elementima, što zapravo može da bude i polazna tačka pri proračunu veza kod čeličnih konstrukcija. Veze kod čeličnih konstrukcija mogu da budu greda-greda, greda-stub, veze montažnih nastavaka i veze sa temeljom.

O zavarenim i vijčanim vezama

Kod savremenih projekata, za povezivanje elemenata čeličnih konstrukcija najčešće se koriste vijci i šavovi. Ranijih godina, zakivci su bili glavno sredstvo veze, ali su ih šavovi i vijci zamenili iz različitih razloga.

Vijčane veze

One su gotovo u potpunosti zamenile zakivke, jer su se pokazale kao solidna alternativa kojom se mogu sniziti troškovi montaže, a i jednostavnije su za montažu i održavanje. Postoje dve glavne vrste vijaka koje se najčešće koriste pri proračunu veza kod čeličnih konstrukcija, a to su prednapregnuti i neprednapregnuti vijci, a oni se svi dele na klase prema svojoj nosivosti, pri čemu su klase 8.8 i 10.9 najrasprostranjenije. Postoje određene sprecifične situacije na koje je potrebno obratiti pažnju, kao što je mogućnost samoodvijanja usled vibracija koje se javljaju u konstrukciji, što može da ugrozi sveukupnu nosivost konstrukcije. U takvim slučajevima, treba koristiti specijalne komplete vijaka kako bi se ta pojava sprečila. Naravno, ključno je vršiti periodične provere glavnih spojeva kako bismo bili sigurni da su navrtke pravilno pričvršćene.

Zavarene veze

I ove veze su poprilično jednostavne i zahtevaju malo materijala i tek nekoliko delova. Jedan od problema koji se mogu javiti leži u tome što šavovi mogu da se skupe i to se mora uzeti u obzir prilikom proračuna, naročito kada su u pitanju masivniji zavari. Pored toga, provere takvih šavova mogu da budu problematične i zbog toga održavanje može da bude teže i skuplje. Ipak, različite vrste šavova imaju i različita svojstva, tako da je neophodno detaljno ih razmotriti pre nego što se za neku od njih odlučite pri proračunu. Zavarivanje se uglavnom vrši u radionicama pod kontrolisanim uslovima pre nego na gradilištu, jer spoljašnji faktori mogu da naruše kvalitet zavara.

Primena MKE

Metoda konačnih elemenata (MKE) služi za dobijanje uticaja i deformacija koje se kasnije koriste za proveru nosivosti i stabilnosti konstrukcije, pa samim tim i veza, i upravo zbog toga je postala okosnica proračuna i analize veza kod čeličnih konstrukcija.

Analiza primenom MKE pomaže inženjerima da utvrde kako različiti materijali i elementi veze reaguju na opterećenja.

Softverski alati za proračun veza kod čeličnih konstrukcija

Stručnjaci uglavnom preporučuju korišćenje sveobuhvatnih softvera koji mogu da se koriste za projektovanje i nestandardnih veza. Iako Limcon, Ram i PROKON predstavljaju alate solidnog kvaliteta koje svi najčešće koriste za proračun i analizu veza kod čeličnih konstrukcija, oni mogu da se koriste samo za veze koje su već predefinisane u bibliotekama samih alata. To znači da inženjeri moraju kreiraju dodatne modele u alatima za primenu MKE kako bi proračunali nosivost, a to je jedan dugotrajan proces i može postati komplikacija, zbog komplikovanog modeliranja šavova, materijalnih nelinearnosti, nelinearnih kontakata između elemenata veze itd.

Zbog svega navedenog, naši proračuni su prevashodno rađeni u softveru IDEA StatiCA, koji predstavlja softver vrhunskog kvaliteta za proračun veza između čeličnih elemenata u kome se mogu proveriti gotovo sve moguće konfiguracije veza i s lakoćom vršiti proračuni kako jednostavnih, tako i prilično komplikovanih i složenih projekata.

Ovaj alat daje slobodu inženjerima da projektuju širok spektar veza čeličnih konstrukcija, bilo da rade sami sve od početka ili da koriste predefinisane šablone.

Dodatno, IDEA StatiCa lako može da izvodi široku lepezu analiza, kao što su analize napona i krutosti, provera ukupne iskorišćenosti i analiza stabilnosti.

Takođe, inženjeri na raspolaganju imaju mogućnost uvoza geometrije i opterećenja u spojevima iz drugih alata za globalnu analizu konstrukcije, tako što se automatski uvezu potrebni podaci o spoju i primene na bilo koju analizu.

Na kraju, kompanija koja je izradila ovaj softver obezbedila je na svojoj platformi i opsežnu dokumentaciju kao ispomoć inženjerima koji žele da nauče nešto više. Redovno organizuju i vebinare, na kojima se prikazuju stvarni primeri modela izrađenih u ovom softveru.

Šta raditi, a šta izbegavati pri proračunu veza

Kao što je već spomenuto, standardne konstrukcije sa već poznatim i isprobanim elementima predstavljaju poprilično jednostavan zadatak za proračun i izradu. Međutim, često se čini da inženjeri previše zakomplikuju veze kod čeličnih konstrukcija koje su zapravo dosta jednostavne, a to sve može da donese nepotrebnu glavobolju, propuštene rokove i dodatne troškove.

Stoga, nabrojaćemo nekoliko primera najbolje prakse koje bi se inženjeri trebalo pridržavati pre/tokom, pa čak i posle samog projektovanja:

• Odgovorite na svaki zahtev za informacije što je brže moguće. Odlaganja mogu da uspore čitav proces izrade detalja.
• Navedite sve standarde i propise za proračun veza kod čeličnih konstrukcija.
• Sarađujte sa inženjerom koji radi proračun veza i poslušajte njegove sugestije i iskustvo koje podeli sa vama.
• Unesite stvarne uticaje koji se javljaju u čvoru/vezi i izbegavajte uniformne kriterijume projektovanog opterećenja.
• Pokušajte da izbegnete situaciju da grede različite visine dele istu momentnu vezu, jer se time mogu stvoriti veće sile na stubu, pošto su limovi na donjim nožicama u različitim nivoima.
• Izbegavajte mešanje vijaka tipa 8.8 i 10.9, jer to može da dovede do grešaka pri montaži.
• Ukoliko je potrebno koristiti vijke različitih prečnika na istom projektu, treba između njih ostaviti najmanje dve serije prečnika kako ne bi došlo do greške prilikom montaže na terenu.
• Veličina šava ne bi trebalo da prelazi 8mm. Ukoliko moraju da budu veći, probajte da koristite duže i manje alternativne opcije.
• Pri proračunu proverite plastifikaciju rebra, izbočavanje rebra i lokalno savijanje nožica kod stubova širih nožica kod momentnih veza. To će vas manje koštati nego da naknadno morate da ugrađujete neophodna ojačanja.

I to nije sve o proračunu veza…

Ovo su samo neki od osnovnih aspekata koje inženjeri moraju uzeti u obzir prilikom projektovanja različitih veza kod čeličnih konstrukcija. Iskreno govoreći, potrebno je mnogo više vremena da se nabroje primeri najbolje prakse i svi uslovi, a i sam članak bi bio mnogo duži. Stoga, ukoliko imate bilo kakvih pitanja ili dilema, uvek nam se možete javiti za dodatne informacije.