Ruční výpočty, tabulkové procesory nebo lineární software konečných prvků nemohou toto nelineární chování přesně zachytit. Hřebíky prokluzují a nakonec dosáhnou meze kluzu dříve, než opláštění nebo rám dosáhnou své únosnosti, což ovlivňuje významnou část tuhosti a průhybu smykové stěny.
Díky nelineárním schopnostem programu RFEM 6 model automaticky vygeneruje nelineární liniový kloub mezi plochou opláštění a rámovými prvky na základě chování spojovacího prostředku při zatížení a prokluzu podle normy SDPWS 2021. Posouzení spojovacích prostředků je následným krokem prováděným v addonu Timber Design, který zajišťuje dostatečnou únosnost spojení mezi sloupkem smykové stěny a opláštěním.
Rovnice prokluzu spojovacího prostředku podle SDPWS
Tabulka C4.2.3D [1] uvádí vztah zatížení–prokluz pro běžné velikosti hřebíků (6d, 8d, 10d) v opláštění z konstrukčních dřevěných panelů. Pro každou velikost tabulka poskytuje:
- Maximální zatížení spojovacího prostředku, Vₙ (lb/spojovací prostředek), při kterém spojovací prostředek začíná dosahovat meze kluzu
- Rovnici prokluzu, eₙ, jako funkci zatížení spojovacího prostředku
Exponenty rovnic prokluzu spojovacího prostředku znamenají, že spojení se nelineárně ztužuje a změkčuje, jak se blíží mezi kluzu. Toto duktilní chování smykových stěn je potřebné pro boční zatížení, jako je seizmické nebo větrné.
S odkazem na SDPWS je toto chování při prokluzu uvažováno pouze podél délky sloupku v podélném směru. Nelineární prokluz lze použít také v příčném směru, ale to není v normě výslovně uvedeno. Existuje také samostatná rovnice pro spojovací prostředky instalované do vlhkého dřeva oproti suchému dřevu a také 20% zvýšení prokluzu pro opláštění z nekonstrukční třídy. Tyto volitelné nastavení jsou zahrnuty v programu RFEM 6 při definování spojů mezi opláštěním smykové stěny a nosníky, jak je znázorněno na obrázku níže.
Ověření křivky zatížení–prokluz v programu RFEM 6
Předpokládá se, že dřevěná smyková stěna modelovaná v programu RFEM 6 obsahuje běžné hřebíky 8d s roztečí 6 palců (2 spojovací prostředky/stopu), konstrukční opláštění třídy I a suché dřevo. S odkazem na tabulku C4.2.3D [1] je maximální zatížení na mezi kluzu 220 lb/spojovací prostředek a rovnice prokluzu pro suché dřevo je:
eₙ = (Vₙ/616)3,018 (in)
Program RFEM 6 automaticky vygeneruje nelineární liniový kloub mezi sloupky a opláštěním s 10 mezilehlými body, jak je znázorněno na obrázku níže.
Souřadnice a sklon bodů diagramu 9 a 10 jsou dále ověřeny, aby se zajistilo použití rovnice prokluzu spojovacího prostředku z tabulky C4.2.3D [1].
Rozložená síla bodu 10 (n) při 220 lb/spojovací prostředek (mez kluzu):
n₂₂₀ = (220 lb/spojovací prostředek)(2 spojovací prostředky/stopu)(1 stopa/12 palců) = 36,667 lb/in
Odpovídající prokluz bodu 10 (u):
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3,018 = 0,0447 in
Rozložená síla bodu 9 (n) při 198 lb/spojovací prostředek (90 % meze kluzu):
n₁₉₈ = (198 lb/spojovací prostředek)(2 spojovací prostředky/stopu)(1 stopa/12 palců) = 33,0 lb/in
Odpovídající prokluz bodu 9 (u):
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3,018 = 0,0325 in
Sklon (tuhost pružiny) mezi body 9 a 10:
Cᵤ,ₓ = (36,667 − 33,0)/(0,0447 − 0,0325) ≈ 301 lb/in²
Tyto stejné výpočty jsou použity podél vícebodové křivky zatížení–prokluz přímo z tabulky C4.2.3D [1]. Model zachycuje nelineární chování spoje v celém rozsahu zatížení. To nahrazuje ruční přístup, kdy je prokluz hřebíků buď ignorován, považován za lineární, nebo aplikován jako jeden empirický člen průhybu na konci ručního výpočtu bez přehledu o tom, jak se tuhost mění se zatížením nebo jak prokluz přerozděluje síly mezi panely.
Posouzení spojovacích prostředků na nominální jednotkovou smykovou únosnost
Nelineární prokluz spojovacích prostředků přímo ovlivňuje analýzu smykové stěny v programu RFEM 6. Posouzení spojovacích prostředků je následným krokem prováděným v addonu Timber Design. Návrhová ustanovení z tabulky 4.3A normy SDPWS 2021 poskytují nominální únosnost (vₙ) ovlivněnou:
- Materiálem opláštění a minimální jmenovitou tloušťkou (5/16 palce, 3/8 palce, 7/16 palce, 15/32 palce atd.)
- Typem a velikostí spojovacího prostředku (běžné hřebíky 6d, 8d, 10d)
- Roztečí hřebíků na okraji panelu (6, 4, 3 nebo 2 palce)
Smyková stěna modelovaná v programu RFEM 6 umožňuje zadání výše uvedených proměnných, které mohou spadat mimo hodnoty uvedené v tabulce. Proto jsou v addonu Timber Design pro tyto scénáře použity následující předpoklady:
- Tloušťka panelu menší než minimum v tabulce je návrhová chyba. Tloušťka větší než tabulková hodnota se zaokrouhluje dolů bez předpokladu přidané únosnosti (např. 19/32 palce odkazuje na řádek 15/32 palce).
- Rozteč hřebíků je tabelována pouze při 6, 4, 3 a 2 palcích. Rozteč mezi hodnotami se zaokrouhluje dolů na konzervativnější hodnotu (např. 3,5 palce odkazuje na 3 palce). Větší než 6 palců je návrhová chyba; menší než 2 palce je omezena na řádek 2 palce.
Poznámky pod tabulkou, které upravují únosnosti pro specifické druhy rámového dřeva, třídu panelů a další podmínky, jsou při posouzení spojovacích prostředků automaticky zohledněny.
Kompletní posouzení spojovacích prostředků je uvedeno pod položkou Design Check UL7100, jak je znázorněno níže. Dovolený smyk oproti požadavku je uveden jako návrhový poměr s podrobnými rovnicemi posouzení, odkazy na normu a transparentním výstupem dat.
Od ručních kontrol k návrhu založenému na MKP
Křivka zatížení–prokluz a posouzení únosnosti uzavírají smyčku, která dříve vyžadovala samostatné ruční výpočty v každém kroku nebo vyžadovala méně přesné lineární předpoklady. Nelineární liniový kloub v programu RFEM 6 řídí, jak se model deformuje pod zatížením, a zachycuje prokluz hřebíků panelu jako jeden ze čtyř zdrojů průhybu podle SDPWS. Addon Timber Design nezávisle kontroluje pevnost spojů vůči smykovému požadavku ve všech umístěních spojovacích prostředků, aby zajistil bezpečný a přesný návrh.
Další informace k tomuto tématu naleznete ve webináři | 2024 NDS / 2021 SDPWS Návrh dřevěných smykových stěn v programu RFEM 6, na který odkazuje odkaz níže.