Experimentálne overenie únosnosti lepeného spoja
V príspevku je popísané experimentálne meranie únosnosti krížového preplátovaného lepeného spoja dvoch nosníkov z lepeného lamelového dreva. Predstavený prípoj bol použitý v konštrukcii zastrešenia aquaparku.
1. Úvod
Stav strešného plášťa a strešnej konštrukcie aquaparku v meste Galanta bol nevyhovujúci do takej miery, že ich nahradenie novou konštrukciou sa ukázalo ako vhodnejšie z viacerých hľadísk. Na projektovú dokumentáciu bola vypísaná súťaž, ktorej víťazom sa stal projekt Ing. Lužicu. Projektant sa nechal inšpirovať stavbami v Maďarsku a Taliansku, pričom vo svojom projekte použil lepený preplátovaný prípoj dvoch križujúcich sa prútov z lepeného lamelového dreva.
Pre potvrdenie predpokladov a výpočtov bol takýto prípoj experimentálne odskúšaný na troch vzorkách skutočnej veľkosti. Vzhľadom na veľkosť skúšobných telies a vzhľadom na kovidovú situáciu bol experiment uskutočnený v exteriéri, ako kotviaca konštrukcia slúžila masívna základová železobetónová doska.
Obr. 1 – Pôdorys novej nosnej strešnej konštrukcie
Strecha nad bazénovou časťou objektu je v tvare ihlana so sklonom 22 stupňov. Pôdorysné rozmery strechy sú 25,2×25,2 m.
2. Experiment
V rámci experimentu bola požiadavka na meranie únosnosti dodaných vzoriek formou zaťažovacej skúšky až do porušenia vzorky. Vzorka (v ďalšom „nosník“) bola pripravená objednávateľom. Jedná sa o nosník z LLD prierezu 140×600 mm triedy pevnosti GL28h, v ktorom bola vyrezaná do polovice výšky drážka. Drážka bola vystužená tromi oceľovými tyčami. Tyče sú zaliate lepidlom XEPOX. Tyče spolu s lepidlom tvoria náhradu vyrezanej drevenej časti nosníka. Spoj navrhol Ing. Lužica. Spoj bude použitý v projekte strešnej konštrukcie v aquaparku.
Do mohutnej železobetónovej dosky boli vlepené dve štvorice oceľových závitových tyčí, ktoré spolu s úpalkom U-prierezu tvorili podpery nosníka. V týchto miestach boli osadené snímače dráhy, ktorými boli merané deformácie (stlačenie) w1 a w5. Nosník bol osadený v tretinách dĺžky na dve podpery (oceľové valčeky s roznášacím oceľovým plechom kvôli eliminácii stlačenia kolmo na vlákna). Valčeky boli od seba vzdialené 1300 mm a boli zaťažované prostredníctvom oceľového nosníka HEA 220.
V miestach valčekov boli umiestnené snímače, ktorými boli merané deformácie w2 a w4. Do stredu oceľového profilu HEA 220 bola lisom XY vnášaná sila. V mieste lisu bola meraná deformácia (priehyb) nosníka w3. Vzorka bola namáhaná štvorbodovým ohybom, pričom v sledovanom spoji bol prierez namáhaný konštantným momentom.
Zostava experimentu je na obr. 3 až 6.
Obr. 2 – Zostava experimentu
Obr. 3 – Zostava experimentu – vzorka 1
Obr. 4 – Zostava experimentu – vzorka 2
Obr. 5 – Zostava experimentu – vzorka 3
Zaťažovanie prebiehalo zväčšovaním sily po krokoch 20 kN. Po zaťažení prvým krokom hodnotou 20 kN bola vzorka odľahčená a zaťažovanie pokračovalo krokovito podľa obrázka 7. Podobný priebeh mali vzorky 2 a 3.
Počas skúšky boli merané: sila a deformácie w1–w5.
Skúška prebiehala až do porušenia vzorky.
Na nasledujúcich obrázkoch sú grafy priebehu zaťažovania a deformácie v strede nosníka. Deformácia je vypočítaná so zohľadnením zatlačenia nosníka v podperách.
Obr. 6 – Priebeh zaťažovania a priehyb v strede – vzorka 1
Obr. 7 – Vzorka 1 – Príprava merania
Obr. 8 – Vzorka 1 – Snímače w2, w3, w4
Obr. 9 – Vzorka 1 – Trhlina v lepidle
Obr. 10 – Vzorka 1 – Silomer v podpere
Obr. 11 – Vzorka 1 – Klopenie nosníka
Obr. 12 – Vzorka 1 – Snímač w2
Obr. 13 – Vzorka 2 – Príprava merania
Obr. 14 – Vzorka 2 – Porušenie lepeného spoja
Obr. 15 – Vzorka 2 – Trhlina v dreve aj v lepidle
Obr. 16 – Vzorka 3 – Meranie
Obr. 17 – Vzorka 3 – Porušenie spoja aj nosníka
Obr. 18 – Vzorka 3 – Porušenie lepeného spoja
3. Záver
Pre jednotlivé vzorky boli dosiahnuté tieto hodnoty maximálnej sily a priehybu v strede rozpätia:
| Vzorka číslo | Maximálna sila F1 [kN] | Priehyb pri max. sile [mm] |
|---|---|---|
| 1 | 200,8 | 14,90 |
| 2 | 219,2 | 11,20 |
| 3 | 235,9 | 13,43 |
Dosiahnuté hodnoty síl prekračovali očakávanú únosnosť s dostatočnou rezervou a namerané deformácie boli menšie, ako vypočítané deformácie projektanta.
Na základe statických výpočtov a výsledkov predstaveného experimentu bol tento typ spoja použitý v uvedenej strešnej konštrukcii.
Obr. 19 – Nová nosná strešná konštrukcia
Literatúra
- structureSS, s.r.o.: Experimentálne overenie únosnosti lepeného spoja, 2021, č.zák. 21014
- Lužica, F.: Návrh novej drevenej konštrukcie strechy TK Galandia, 2022
Článek se zabývá popisem analýzy a návrhu prostorové velkorozponové dřevěné konstrukce zastřešení objektu termálního koupaliště. V konstrukci zastřešení byly použity netradiční, experimentálně ověřené přeplátované spoje nosníků z lepeného lamelového dřeva. Autoři článku, na základě zkušeností a poznatků z experimentálního testování přeplátovaného spoje nosníků z lepeného lamelového dřeva reálných rozměrů, použili tento typ spoje v návrhu nosné konstrukce střechy termálního koupaliště. Tento typ spoje u nás není v běžné projekční praxi v těchto rozměrech navrhován a jedná se tedy o zajímavý alternativní přístup k návrhu spojů křižujících se dřevěných nosníků.