Nyírási mező
A nyírási mező objektummal figyelembe vehető a trapézlemez megtámasztó hatása a kihajlás számításban. A nyírási merevséget csak a 7 szabadságfokú rúdelemeket használó végeselem szoftverek képesek kezelni.
Nagyon fontos megjegyezni, hogy az implementálásra került képletek által meghatározott nyírási merevségek csak abban az esetben szolgáltatnak megfelelő eredményt, ha a trapézlemezeket megfelelő módon rögzítjük. Ilyen rögzítési követelmény a trapézlemezek mind a 4 oldalán való rögzítése az alszerkezethez.
Nyírási merevség értelmezése
Az 1. ábrán a nyírási merevség értelmezése látható. A nyírási diafragma elmozdulása e [mm] egy adott F [kN] nyíróerő hatására [1]. A nyírási rugalmasság definíció szerint:
A nyírási rugalmasság reciproka a nyírási merevség, melyet S-el jelöl a szakirodalom:
Nyírási mező deformációja adott erőre [1]
A nyírási rugalmasságot és nyírási merevséget legtöbbször trapézlemezeknél értelmezik. Egy ilyen lemez esetén a teljes nyírási rugalmasság (C) az alábbi komponensekből tevődik össze:
- Profil torzulása
- Nyírási alakváltozás a lemezben
- Rögzítő elemek megcsúszása
- Összeillesztések elmozdulása
- Gerenda - szelemen kapcsolat elmozdulása
- Tengelyirányú igénybevétel (alakváltozás) a hosszirányú szélső elemekben
Az imént felsorolt 6 különböző komponens összegzésével kapjuk a teljes nyírási rugalmasság értéket (C). Ennek a reciprokaként kapjuk meg a nyírási merevséget (S), melyet figyelembe lehet venni a stabilitási analízis során.
Nyírási merevség számítása
A nyírási merevség meghatározásához a különböző német trapézlemez gyártók eltérő számítási módszereket fejlesztettek ki a saját termékükhöz. A gyártónként meghatározott eljárásokat minden esetben csak a saját termékéhez lehet használni.
Az alábbi módszerek lettek beépítve a programba:
Hoesch panelek nyírási merevségének meghatározása
A Hoesch panelek esetén a nyírási merevség meghatározásához a következő képletet ajánlja a gyártó (DIN 18807, Schardt/Strehl eljárás):
S: nyírási merevség [kN]
K1: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [m/kN]
K2: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [m2/kN]
L: nyírási mező teljes hossza borda irányban [m]
a: effektív szélesség, stabilizáló mező szélessége [m]
Az ábrán látható egy épület vázlatos rajza, rajta az előbb említett jelölések értelmezésével. A nyírási merevség (S) meghatározására szolgáló képlet itt is csak abban az esetben igaz, ha a trapézlemez az épület mind a 4 oldalán kellő sűrűséggel kerül rögzítésre.
A K1 és K2 értékeket a trapézlemez gyártók egyedileg határozzák meg az összes különböző vastagságú és profilú trapézlemezük esetén. Ezeket a K1 és K2 értékeket a honlapjaikon lévő tanúsítványokban találhatjuk meg. Nem árt tudni, hogy ezek az értékek egy meghatározott dátumig érvényesek, tehát célszerű ezekben a dokumentumokban az érvényességi dátumot ellenőrizni a használat előtt.
A meghatározott S értékek (1) abban az esetben érvényesek, ha a trapézlemez minden völgyben rögzítésre kerül az alszerkezethez. Ha csak minden 2. völgyben kerül rögzítésre akkor az S értékét egy 0,2-es tényezővel kell megszorozni.
Fischer panelek nyírási merevségének meghatározása
A Fischer trapézlemez gyártó cég a nyírási merevség meghatározásához az általa gyártott trapézlemezekre a következő képletet ajánlja (fejlesztett Schardt/Strehl eljárás) (2). Bekerült a képletbe 3 db új változó, a K 1, a K 2 és az e L, melyek segítségével figyelembe lehet venni a trapézlemezek rögzítésének a hatását is. Ezen kívül a 104 pedig bekerült a nevezőben lévő K tényezőkbe.
S: nyírási merevség értéke [kN]
K1: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [10-4*m/kN]
K2: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [10-4*m2/kN]
K1: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [10-4*1/kN]
K2: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [10-4*m2/kN]
eL: trapézlemez rögzítések távolsága hosszirányban [m]
a: trapézlemez rögzítések távolsága hosszirányban [m]
A meghatározott S értékek (2) abban az esetben érvényesek, ha a trapézlemez minden völgyben rögzítésre kerül az alszerkezethez. Ha csak minden 2. völgyben kerül rögzítésre akkor az S értékét egy 0,2-es tényezővel kell megszorozni.
Arcelor panelek nyírási merevségének meghatározása
Az Arcelor trapézlemez gyártó cég a következő képletet (3) (Bryan/Davies eljárás) ajánlja az általa gyártott szelvények esetén:
S: nyírási merevség értéke [kN]
K1’: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [m/kN]
K2’: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [m2/kN]
K1: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [1/kN]
K2: trapézlemez szelvénytől függő paraméter [m2/kN]
Ls: nyírási mező teljes hossza borda irányban [m]
α1, α2, α3: támaszközök és keretállások számától függő paraméter (táblázatosan adott értékek)
α4: hosszirányú paneltoldások számától függő paraméter
a: effektív szélesség, stabilizáló mező szélessége [m]
A módszer feltételezi, hogy a vizsgált nyírási mező határa mentén a panelek mind a 4 oldalon megfelelő távolsággal rögzítve vannak a tartószerkezetekhez.
Szintén érvényes Arcelor panelek nyírási merevségének számításánál, hogy a meghatározott S értékek (2) abban az esetben érvényesek, ha a trapézlemez minden völgyben rögzítésre kerül az alszerkezethez. Ha csak minden 2. völgyben kerül rögzítésre akkor az S értékét egy 0,2-es tényezővel kell megszorozni.
Eurocode által megadott képlet nyírási merevség számításához
Az Eurocode [7] is ad egy ajánlást a trapézlemezek nyírási merevségének a meghatározására.
S: nyírási merevség értéke [kN]
t: trapézlemez vastagsága [mm]
hw: trapézlemez magassága [mm]
a: effektív szélesség, stabilizáló mező szélessége [m]
broof: a nyírási mező hossza a panel bordáinak irányával párhuzamosan (a tető szélessége) [mm]
A módszer nem követeli meg, hogy a paneleket a vizsgált nyírási mező határa mentén mind a 4 oldalon rögzítsék a tartószerkezetekhez. Minimális követelmény, hogy a panelek 2 oldalon, megfelelő távolsággal rögzítve legyenek a közvetlenül stabilizált szerkezetekhez.
A meghatározott S értékek (4) abban az esetben érvényesek, ha a trapézlemez minden völgyben rögzítésre kerül az alszerkezethez. Ha csak minden 2. völgyben kerül rögzítésre akkor az S értékét egy 0,2-es tényezővel kell megszorozni.
Nyírási merevség megadása
A nyírási mező beállításait részletező dialóg az alábbi ikonnal hívható fel. A dialóg ablak 4 funkcióból épül fel.
#1 - Itt adható meg a nyírási merevség értéke. A merevséget definiálhatjuk kézzel, de a () ikonra kattintva lehetőségünk van bizonyos paraméterek megadásával automatikus merevséget is számítani.
#2 - Effektív szélesség megadása
#3 - Lokális külpontosság referenciájának és értékének megadása (z [mm]). A típus mezőben kell megadni a külpontosság vonatkoztatási pontját, ami az alábbi lehet:
0. Referencia vonal
2. közép - lent
5. közép - közép
8. közép - fent
A ikonra kattintva felugrik a szelvénykeresztmetszet illusztráció, melyen szintén megadhatjuk a nyírási merevség külpontosságának vonatkoztatási pontját.
#4 - Nyírási mező pozíciója a rúdelem mentén:
-
X1 távolság megadása:
- a rúdelem 'A' végpontjától mérve
- a rúdelem 'B' végpontjától mérve
-
X2 távolság megadása:
-
a rúdelem 'A' végpontjától mérve
-
a rúdelem 'B' végpontjától mérve
-
relatívan az X1 távolsághoz viszonyítva
-
#5 - a ikonra kattintva kiválasztható, mely rúdelemre kerüljön a definiált trapézlemezünk.
Nyírási merevség számítása
Az ablak bal alsó sarkában az Új gombra kattintva létrehozhatunk egy új nyírási mező definíciót. A legfelső mezőben lehet megadni az új definíció nevét. Első lépésként ki kell választanunk a trapézlemez szelvényét. A () ikonra kattintva nyitható meg a szelvényválasztó ablak. A dialóg ablak felépítése az alábbi:
#1 - Szelvénybank: e panelen vannak feltűntetve az egyes gyártók termékei. Itt választhatjuk ki, mely szelvényt szeretnénk alkalmazni a merevség számításához.
#2 - Szelvény param éter: a kiválasztott termék paraméterei kerülnek itt megjelenítésre.
#3 - Betöltött szelvények: azon szelvények kerülnek a panelre, melyek előzőleg betöltésre kerültek. A művelet Betölt parancsra kattintva végezhető el. Egyszerre több szelvény is betölthetünk a katalógusból, melyek a panelen automatikusan sorba rendeződnek.
A Törlés parancsra kattintva törölhetőek a kiválasztott trapézszelvények.
Lehetőségünk van akár manuálisan is szelvényt definiálni. A funkció az Új parancsra kattintással érhető el. A felugró ablakon megadhatjuk a betöltésre kerülő trapézlemezünk geometriáját. Emellett megadható a gyártó is, illetve nevet is adhatunk a kézzel definiált trapézlemezünknek.
A szelvény betöltését követően a további paraméterek megadása szükséges a merevség számításához.
-
Alkalmazott eljárás a merevség számításakor:
-
Schardt/Strehl által fejlesztett eljárás
-
EC alapú eljárás
-
-
Rögzítés:
- Minden völgyben
- Minden második völgyben
-
A nyírási mező teljes hossza bordairányban (Ls)
-
A rögzítés távolsága hosszirányú toldásnál (es)
Ezen információk ismeretében a program automatikusan számítja a nyírási merevség értékét. A merevség számításhoz szükséges paraméterek elsőre nem biztos, hogy egyértelműnek tűnnek, ebben az esetben a kis ábrák nagyon nagy segítséget nyújthatnak. Az illusztrációk segítségével könnyen értelmezhetővé válnak a bemenő paraméterek.
Ezután már vissza is térhetünk a nyírási mező bázis dialógjára, ahol további bemenő adatok alapján megadható a figyelembe vett nyírási mező.