background image

 

 

background image

 

 

Po wstępnym dobraniu przekroju 
trzonu słupa i sprawdzeniu jego 
nośności, następnym elementem 
wymagającym obliczeń są przewiązki. 

Jest to element postaci płaskownika, 
którego podstawowym zadaniem w 
konstrukcji jest zapewnienie 
współpracy gałęzi słupa. Przewiązki 
mają decydujący wpływ na stateczność 
gałęzi i słupa jako całości.

W przypadku słupów ściskanych 
osiowo – projektuje się przewiązki, 
natomiast w przypadku słupów 
ściskanych mimośrodowo – 
skratowania.

background image

 

 

Określenie siły poprzecznej 
występującej w pręcie o przekroju 
złożonym jest niezbędne do 
prawidłowego obliczenia przewiązek i 
skratowań. 

Teoretyczne wyznaczenie siły 
poprzecznej na podstawie całki ogólnej 
równania różniczkowego wyboczonej 
osi pręta nie jest możliwe, ponieważ 
nie znamy przemieszczenia osi tego 
pręta.

Dla uproszczenia siłę poprzeczną 
określa się z warunku istnienia 
losowych mimośrodów. Powstają one 
wskutek nieosiowego obciążenia oraz 
krzywoliniowości trzonu słupa.

background image

 

 

Siła ta występuje dopiero po 
wyboczeniu pręta. Oznacza to, że 
dopóki słup jest prosty – siła 
poprzeczna nie występuje, ale jest ona 
jakby w przygotowaniu (konstrukcja 
słupa jest zabezpieczona przed 
negatywnym działaniem sił 
poprzecznych pochodzących od 
losowych mimośrodów).

Wstępny mimośród może być 
wywołany zakrzywieniem 
kształtowników walcowanych (wada 
produkcyjna), metodami obróbki oraz 
odkształceniami powstającymi przy 
łączeniu gałęzi (naprężenia 
spawalnicze). 

background image

 

 

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

Dopóki siła działa osiowo (nie ma mimośrodów) – nie 
występują siły poprzeczne (rysunek a). Z chwilą 
pojawienia się losowych mimośrodów (rysunek b) 
następuje przemieszczenie osi pręta (rys c).

background image

 

 

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

Przemieszczenie osi powoduje z kolei powstanie w 
przekroju poprzecznym momentu zginającego (rysunek 
d) 
i siły poprzecznej (rysunek e).

background image

 

 

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

Graniczny mimośród jaki może powstać jest określony 
przez graniczny, maksymalny moment, który przejmuje 
trzon pręta i który powoduje powstanie w nim naprężeń 
równych granicy plastyczności.

Funkcją tego momentu jest tak zwana zastępcza siła 
poprzeczna.

background image

 

 

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

Jej wielkość jest proporcjonalna do strzałki ugięcia pręta 
i do siły ściskającej oraz do smukłości i przekroju pręta.

Oblicza się ją przyjmując, że moment zginający M

x

 = N · 

y

background image

 

 

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

Jeżeli założymy, że krzywa ugięcia (rysunek c) trzonu 
pręta będzie miała kształt cosinusoidy,:

to...

l

y

y

o

 x

cos

background image

 

 

l

x

y

N

y

N

M

o

x

 

cos

...po podstawieniu otrzymujemy:

Wiedząc, że siła poprzeczna jest pierwszą 
pochodną momentu zginającego 
(wytrzymałość materiałów, mechanika 
budowli), otrzymujemy:

l

x

l

y

N

dx

dM

Q

o

x

x

sin

background image

 

 

Maksymalna siła poprzeczna wystąpi dla x = 
l / 2:

o

y

N

l

Q

max

Z kolei maksymalne naprężenia w przekroju 
pręta (w pojedynczej jego gałęzi) mogą 
osiągnąć wartość granicy plastyczności:

e

o

cr

cr

R

A

e

y

N

A

N

1

1

max

2

background image

 

 

e

o

cr

cr

R

A

e

y

N

A

N

1

1

max

2

naprężenia pochodzące 
od krytycznej siły 
ściskającej mogąca 
wywołać 
uplastycznienie stali 

(stal może osiągnąć 
granicę plastyczności 
R

e

);

naprężenia pochodzące 
od krytycznej siły 
wywołującej moment, 
który może 
spowodować 
uplastycznienie stali 

(stal może osiągnąć 
granicę plastyczności 
R

e

);

background image

 

 

Wiedząc, że naprężenia krytyczne to 
stosunek siły krytycznej i pola przekroju 
trzonu słupa, możemy zapisać:

Podstawiając powyższe równanie do 
równania na σ

max 

otrzymujemy:

1

A

N

A

N

cr

cr

cr

2

1

e

R

y

cr

e

o





background image

 

 

W teorii plastyczności współczynnik 
wyboczeniowy określany jest jako stosunek 
naprężeń krytycznych do granicy 
plastyczności stali:

I ostatecznie wzór na y

o

 wygląda następująco:

e

cr

R

2

1

1

e

y

o





background image

 

 

Podstawiając y

o

 do wzoru na Q

max

 

otrzymujemy:

2

1

1

e

y

o





o

y

N

l

Q

max





1

1

2

max

N

e

l

Q

background image

 

 

Wynika z tego, że siła poprzeczna wzdłuż osi pręta ma 
charakter zmienny (zbliżony do sinusoidy  rysunek 

e), ale w celu uproszczenia obliczeń przyjmuje się 
stałą wartość tej siły równą Q

max.

N

N

N

N

N

cr

N

cr

M

Q

x

M

x

M

max

a)

b)

c)

d)

e)

background image

 

 

W przepisach różnych krajów występują 
różnice we wzorze na siłę poprzeczną. 

Norma do obliczania i projektowania 
konstrukcji metalowych PN90/B-03200 
zakłada, że siła poprzeczna na całej długości 
słupa jest stała i przyjmuje się ją w zależności 
od obciążenia.

Jeżeli konstrukcja jest obciążona tylko osiowo 
siłą N, wówczas: 

Q ≥ 0,012 ·A ·f

d

A – pole przekroju poprzecznego pręta;

background image

 

 

Jeżeli obok siły osiowej działa również 
odciążenie zewnętrzne wywołujące siłę 
poprzeczną V (o wartości maksymalnej), 
wówczas zastępczą siłę poprzeczną 
obliczamy:

Q = 1,2·V ale nie miej niż Q ≥ 0,012 ·A ·f

d

background image

 

 

Ogólne wytyczne do projektowania przewiązek.

1. Przewiązki skrajne powinny mieć wysokość nie 

mniejszą niż 140 mm (i nie mniej niż 150% 
szerokości przewiązek pośrednich);

N

N

background image

 

 

Ogólne wytyczne do projektowania 

przewiązek.

2.  Przewiązki pośrednie powinny mieć 

wysokość nie mniejszą niż 100 mm.

N

N

background image

 

 

Ogólne wytyczne do projektowania 

przewiązek.

3. Ilość przewiązek musi być parzysta.

N

N

Q

x

Przy parzystej 

liczbie przwiązek, 

każda pracuje na 

siłę poprzeczną w 

słupie Q

x

background image

 

 

N

N

Q

x

Przy nieparzystej 

liczbie przwiązek, 

przewiązka środkowa 

nie pracuje na żadną 

siłę i jest niepotrzebna.

background image

 

 

Ogólne wytyczne do projektowania 

przewiązek.

3. Osiowy rozstaw przewiązek nie jest 

ograniczony, ale ograniczona jest smukłość 
pojedynczej gałęzi – powinna być mniejsza 
od smukłości całego pręta. 

Jak podaje prof. Żółtowski w książce 
„Konstrukcje metalowe – cześć I” – 
doświadczenia projektowe wykazały, że 
smukłość pojedynczej gałęzi λ

1

 powinna 

spełniać warunek:

y

8

,

0

1

background image

 

 

W przypadku niezachowania istnieje ryzyko 
wyboczenia słupa w takiej formie:

N

N

N

N

background image

 

 

Rozwiązania konstrukcyjne przewiązek w 
słupie o przekroju złożonym są następujące:

Przewiązka znajduje się

w płaszczyźnie półek gałęzi

słupa i jest przymocowana 
spoiną czołową    

1

2

 V

background image

 

 

Rozwiązania konstrukcyjne przewiązek w 
słupie o przekroju złożonym są następujące:

Przewiązka 

wykonana z 

płaskownika w 

sposób 
nakładkowy.
Przywierdzona jest 

do gałęzi słupa 

spoinami 

pachwinowymi.

a

a

background image

 

 

Rozwiązania konstrukcyjne przewiązek w 
słupie o przekroju złożonym są następujące:

Przewiązki można mocować do gałęzi słupa także za 

pomocą łączników punktowych (śruby, nity), ale to 

rozwiązanie jest stosowane rzadko z powodu większej 

pracochłonności wykonania niż w przypadku spawania. 

background image

 

 

background image

 

 

Wymiarowanie przewiązki należy 
rozpocząć od obliczenia sił 
przekrojowych w przewiązce. 

Obliczenie siły ścinającej 
przewiązce przeprowadza się przy 
następujących założeniach:

-siła poprzeczna Q jest stała w 
rozpatrywanym przedziale słupa;

-przewiązka jest nieskończenie 
sztywna;

-przemieszczenie gałęzi ma postać 
antysymetryczną;

background image

 

 

Przy takich założeniach możemy przystąpić 
do

 

obliczania sił przekrojowych w 

przewiązce.

Słup z przewiązkami oblicza się jak belkę 
bezprzekątnikową (belkę Vierendeela).

Przyjmuje się w przybliżeniu, że w gałęziach 
w środku odstępu między przewiązkami l

oraz w środku przewiązki (w osi słupa) 
znajdują się przeguby. W każdym z 
przegubów dwóch gałęzi zaczepia się siłę 
Q / 2. W przegubach przewiązek z kolei 
zaczepia się siłę T.

Wygląda to następująco:

background image

 

 

e

T

T

N

l

1

2

l

1

2

Rama Vierendeela.

background image

 

 

Mając siły możemy naszkicować wykres sił 
poprzecznych w rozpatrywanym ustroju...

e

T

T

N

l

1

2

l

1

2

background image

 

 

Aby obliczyć siły wewnętrzne w przewiązce 
przyjmujemy punkt i układamy względem 
tego punktu równanie równowagi momentów 
zaczepionych sił.

e

T

T

N

l

1

2

l

1

2

A

A

background image

 

 

e

T

T

N

l

1

2

l

1

2

A

4

Q l

1

0

2

2

2

2

2

 

 

0

1

1

n

e

T

l

Q

l

Q

M

A

background image

 

 

e

l

n

Q

1

 

T

Po przekształceniu otrzymujemy wzór na siłę 
poprzeczną w przewiązce. 

Q – siła poprzeczna w trzonie słupa (Q ≥ 
0,012 ·A ·f

d

);

l

1

 – rozstaw przewiązek;

e – osiowy odstęp gałęzi słupa;

n – liczba płaszczyzn przewiązek przeciętych 
osią y-y

background image

 

 

Skoro występuje w przekroju przewiązki siła 
poprzeczna – występuje także moment, 
zwany również momentem zamocowania.

z – odległość między środkami ciężkości 
spoin lub nitów łączących przewiązki słupa.

2

z

T

M

background image

 

 

Norma PN90/B-03200 w punkcie 4.7.3. 
podaje następujące wzory na siłę poprzeczną i 
moment w przewiązkach:

a

m

n

l

Q

V

Q

)

1

(

1

n

m

l

Q

M

Q

1

gdzie:

Q – siła poprzeczna w trzonie słupa (Q ≥ 
0,012 ·A ·f

d

);

l

1

 – rozstaw przewiązek;

a – osiowy odstęp gałęzi słupa;

n – liczba płaszczyzn przewiązek;

m – ilość gałęzi trzonu słupa;

background image

 

 

background image

 

 

Obliczanie przewiązek rozpoczyna się 
od wstępnego przyjęcia wymiarów.

Zgodnie z tym co mówi norma, 
wysokość przewiązek pośrednich 
powinna mieć minimum 100 mm, 
natomiast skrajne minimum 140 mm 
(czasem można w literaturze spotkać 
150 mm). 

Grubość przewiązek przyjmuje się z 
reguły 
6 - 12 mm lub też w granicach od 1/10 
– 1/25 długości przewiązki.

Długość przewiązki powinno się 
dobierać w granicach 0,5 – 0,75 
szerokości trzonu słupa.

background image

 

 

Odstępy pomiędzy przewiązkami 
powinny być równe lub prawie równe.

Ilość przewiązek – parzysta – ilość 
odstępów pomiędzy przewiązkami – 
nieparzysta!!!

background image

 

 

Obliczamy zastępczą siłę poprzeczną 
wg wzoru:

Q ≥ 0,012 ·A ·f

d

A – pole przekroju poprzecznego pręta;

f

d

 – wytrzymałość stali na ściskanie [MPa];

background image

42

Znając zastępczą siłę poprzeczną 
obliczamy siły i momenty działające na 
przewiązki według wcześniej podanych 
wzorów.

a

m

n

l

Q

V

Q

)

1

(

1

n

m

l

Q

M

Q

1

gdzie:

Q – siła poprzeczna w trzonie słupa (Q ≥ 0,012 ·A 
·f

d

);

l

1

 – rozstaw przewiązek (przyjęty podczas 

sprawdzania nośności trzonu);

a – osiowy odstęp gałęzi słupa;

n – liczba płaszczyzn przewiązek;

m – ilość gałęzi trzonu słupa;

background image

 

 

Następny krokiem jest sprawdzenie 
klasy przekroju. 

Sprawdzenie wykonujemy dla zginania 
i ścinania, ponieważ na takie siły 
pracuje przewiązka.

background image

 

 

Klasa przekroju przewiązki ze względu 
na zginanie:

...

....

w

w

t

b

Klasa .......

background image

 

 



1

2

Przyjmujemy następujący charakter 
podparcia i wykres momentów:

Graniczne wartości smukłości podaje 
tabela 6 PN90/B-03200 

background image

 

 

Ponieważ nasza przewiązka jest także 
ścinana – należy sprawdzić, czy jest 
ona odporna na miejscową utratę 
stateczności przy czystym ścinaniu. 

Wykonuje się to poprzez sprawdzenie 
smukłości przy ścinaniu. Jednocześnie 
tabela 7 podaje pole przekroju 
czynnego przy ścinaniu.

Dla przewiązki, która jest 
płaskownikiem pole przekroju 
czynnego przy ścinaniu wg tab.7 PN 
wynosi A

ν

 = 0,9·h·t, gdzie to... 

background image

 

 

V

i

i

...wymiary jak na rysunku (h – 
wysokość przewiązki; t – grubość 
przewiązki)

background image

 

 

15

....

t

h

Smukłość przewiązki dla ścinania:

Jeżeli powyższy warunek jest 
spełniony – wówczas możemy 
uznać, że element jest 
zabezpieczony przez miejscową 
utratą stateczności. Przy czym ε – 
wskaźnik smukłości według 
wzoru:

d

f

215

background image

 

 

W przypadku nie spełnienia 
poprzedniej nierówności (obliczona 
smukłość jest większa od granicznej 
podanej w tabeli 7), wówczas przekrój 
przewiązki kwalifikuje się do klasy 4 
pod względem ścinania i jest on 
podatny na miejscową utratę 
stateczności.

Będzie to miało wpływ przy dalszych 
obliczeniach dotyczących obliczeniowej 
nośności przekroju ze względu na 
ścinanie.

background image

 

 

Sprawdzenie nośności przewiązki ze 
względu na moment oraz na siłę 
poprzeczną.

- jeżeli przekrój przewiązki został 
zakwalifikowany pod względem 
zginania do klasy I lub II, wówczas 
nośność obliczeniową obliczmy:

d

p

R

f

W

M

α

p

 – obliczeniowy współczynnik rezerwy plastyczności, 

wg załącznika 4 – rozdział 2 PN

α

p

>1  - tylko dla przekrojów obciążonych statycznie i 

zginanych w płaszczyźnie symetrii przekroju; w 
pozostałych przypadkach należy przyjmować α

= 1;

background image

 

 

W naszym przypadku norma zezwala 
na α

p

>1 (nasz przekrój jest obciążony 

statycznie i zginany w płaszczyźnie 
symetrii przekroju).

Obliczenie α

wg załącznika

 

polega na 

obliczeniu współczynnika rezerwy 
plastycznej przekroju przy zginaniu 
wg wzoru:

W

S

S

W

W

t

c

pl

pl

)

(

α

pl 

– współczynnik rezerwy plastycznej przekroju przy 

zginaniu; 

W

pl

 – wskaźnik oporu plastycznego przy zginaniu, 

równy sumie bezwzględnej wartości mom. statycznych 
ściskanej (A

c

) i rozciąganej (A

t

) strefy przekroju 

względem osi obojętnej

Zakłada się, że : 

A

c

= A

t

=0,5A

background image

 

 

W naszym przypadku przyjmujemy 
także, że zasięg strefy ściskanej jest 
równy zasięgowi strefy rozciąganej.

S

c

=S

t

=S

W

S

W

W

pl

pl

)

2

( 

background image

 

 

Dla przypomnienia:

MOMENT STATYCZNY, WYRAŻANY W 
[cm

3

] lub w [m

3

] TO ILOCZYN 

ROZPATRYWANEGO POLA PRZEKROJU I 
ODLEGŁOŚCI JEGO ŚRODKA CIĘŻKOŚCI 
OD OSI OBOJĘTNEJ CAŁEGO 
PRZEKROJU.

S = A·a 

[cm

3

]

A – pole przekroju;
a – odległość środka ciężkości rozpatrywanej 
strefy od osi

background image

 

 

Mając obliczony współczynnik rezerwy 
plastycznej α

pl

 przekroju możemy 

przystąpić do wyznaczenia 
obliczeniowego współczynnika rezerwy 
plastyczności określonego wzorem:

Mając wszystkie dane – wyznaczamy 
nośność obliczeniową przekroju ze 
względu na ścinanie.

)

1

(

2

1

pl

p

background image

 

 

-w przypadku, gdy nasz przekrój jest 
klasy 3 lub 4:

-ψ – współczynnik redukcyjny (dla 
klasy 3 ψ=1), dla klasy 4 (ψ<1  wg 

pkt 4.2.2.3 PN ψ=φ

p

). 

-W

c

 – wskaźnik wytrzymałości strefy 

ściskanej;

d

c

R

f

W

M

background image

 

 

Współczynnik redukcyjny ψ ustala się 
według punktu 4.2.2.3 PN, który 
pozwala nam przyjąć w stanie 
krytycznym:

ψ=φ

p

Współczynnik niestateczności φ

p 

należy 

przyjmować w

 

zależności od smukłości 

względnej

      . 

p

background image

 

 

215

56

d

p

f

K

t

b

Smukłość względną ścianki przewiązki  
dla zginania:

b, t – odpowiednio szerokość i grubość 
ścianki przewiązki  (wg tabeli 6 PN);

K – współczynnik podparcia i 
obciążenia ścianki wg tabeli 8 PN; 

background image

 

 

W naszym przypadku ν = 0, ponieważ:

σ

g

= -σ

β – stosunek długości przewiązki do 
wysokości;

g

d

g

2

background image

 

 

Po obliczeniu współczynnika podparcia 
i obciążenia K, obliczamy smukłość 
względną w stanie krytycznym       i 
przyjmujemy współczynnik 
niestateczności φ

p

.

Przyjmujemy ψ= φ

i obliczamy M

R

;

p

background image

 

 

Następnym krokiem podczas 
sprawdzania nośności przewiązki jest 
konieczność ustalenia, czy występująca 
siła poprzeczna Q (V) w przewiązce 
wpływa na redukcję M

R,V 

.

W tym celu musimy policzyć nośność 
obliczeniową przy ścinaniu V

R

 .

Jeżeli nasz przekrój spełnia warunek 
określony w tablicy 7 (ścianka 
kształtownika jest odporna na 
miejscową utratę stateczności):

wówczas...

15

....

w

w

t

h

background image

 

 

d

v

R

f

A

V

 58

,

0

gdzie:

 

A

ν

 = 0,9·h·t 

(tablica 

7 PN)

Jeżeli przewiązka jest klasy 4, 
wówczas:

 

d

v

pv

R

f

A

V

58

,

0

gdzie:

 

 A

ν

 = 0,9·h·t 

(tablica 

7 PN)

p

pv

1

smukłość względna 
dla ścinania wg. 
wzoru (7) PN

p

background image

 

 

215

56

d

p

f

K

t

b

b, t – odpowiednio wysokość i grubość 
przewiązki;

K – współczynnik podparcia i obciążenia 
ścianki wyznaczany wg tabeli 8 dla ścinania;

dla β ≥ 1 

dla β < 1 

8

,

0

1

2

65

,

0

K

2

65

,

0

K

background image

 

 

Jeżeli występująca siła poprzeczna 

V

Q

>V

= 0,3 V

wówczas redukcję nośności 

obliczeniowej ze zginania wykonuje się 

według wzoru:







2

)

(

,

1

R

Q

v

R

V

R

V

V

I

I

M

M

background image

 

 







2

)

(

,

1

R

Q

v

R

V

R

V

V

I

I

M

M

-gdzie:

I

(v)

 – moment bezwładności części przekroju 

czynnej przy ścinaniu względem osi obojętnej 
(czynną część przekroju przy zginaniu 
otrzymujemy z tabeli 7 PN odpowiednio do 
rozpatrywanego przekroju);

I – moment bezwładności całego przekroju;

background image

 

 

Zgodnie z tabelą 7 PN90/B-03200 pole 
przekroju czynnego przy ścinaniu 
wynosi: A

= 0,9·h·t

(h

 

,t – odpowiednio wysokość i grubość 

elementu);

12

)

9

,

0

(

3

)

(

h

t

I

background image

 

 

NOŚNOŚĆ PRZEWIĄZKI:

- w przypadku gdy nie uwzględniamy 
sił poprzecznych:

1

R

L

M

M

M – obliczony moment (z wykresu sił poprzecznych);

M

R

 – nośność obliczeniowa przekroju przy zginaniu;

φ

L

 – współczynnik zwichrzenia wg. 4.5.4 PN (φ

= 1 

ponieważ element przewiązki jest zabezpieczony przed 
zwichrzeniem poprzez swoje niewielkie wymiary oraz 
przyspawanie do konstrukcji)

background image

 

 

NOŚNOŚĆ PRZEWIĄZKI:

-w przypadku gdy uwzględniamy siłę 
poprzeczną:

M ≤ M

R, V

i

 

V ≤ V

R

M – obliczony moment

M

R, V

 – zredukowana nośność obliczeniowa przekroju 

przy zginaniu;

V – siła poprzeczna;

V

R

 – nośność obliczeniowa przy ścinaniu;


Document Outline