Možnosti vyhodnocování namáhání ocelových konstrukcí jeřábů podle ČSN 27 0103
Navrhování ocelových konstrukcí jeřábů, výpočet podle mezních stavů

Norma samotná uspokojivě pokrývá stanovení jednotlivých druhů zatížení, které mohou působit na jeřáb. Uvádí také požadované kombinace zatížení pro stanovení provozních a mimoprovozních zatěžovacích stavů ke statickému výpočtu a také zatěžovací stavy pro únavový výpočet.

Rozporuplně však již tato norma hovoří o poloze břemene při výpočtu, kde hovoří o nejhorší poloze břemene. To může vést v lepším případě ke snížení vypovídací schopnosti dosažených výsledků výpočtu a v horším případě k přehlédnutí některých souvislostí a tím k nesprávným závěrům.

Hlavním a diskutabilním místem normy ČSN 27 0103 je tudíž stanovení tzv. nejhorší polohy. Tedy polohy břemene pro kterou jsou výpočty prováděny. Zjevným cílem této formulace je minimalizace počtu řešených zatěžovacích stavů a tím zkrácení doby potřebné k výpočtu.

Tento přístup je pochopitelný pro dobu ve které tato norma vznikla, ale při současných možnostech výpočetní techniky je počítání se dvěma, či třemi tzv. nejhoršími polohami značně nezodpovědný.

Současné výpočty by bylo vhodné koncipovat tak, aby co nejkomplexněji pokryly veškeré možné provozní stavy a co nejširší část mimoprovozních stavů. Takový přístup však může vést k velkému množství řešených zatěžovacích stavů (bez problémů k desítkám nebo stovkám tisíc, případně i více).

Pro kontrolu výpočtů ocelových konstrukcí jeřábů se v současné době běžně používá metody konečných prvků (MPK). U soudobých MKP programů je však stále velmi komplikované vyhodnocování většího množství řešených zatěžovacích stavů.

Pro ustálené režimy jednotlivých zatěžovacích stavů v rámci kategorie zatížení (provozní, mimoprovozní, únavové) je výhodné stanovit obálky zatížení nebo pro větší přehlednost přímo obálky míry bezpečnosti vůči požadovanému meznímu stavu.

Jeden ze způsobů, jak se dostat k požadované obálce zatížení, je provedení potřebného množství paralelních výpočtů a následné zpracování výsledků. Předpokladem je použití identického modelu a vhodného způsobu záznamu výsledků aby bylo možné jejich zpracování mimo použitý MKP program.

Výhodou je možnost použití nelineárního výpočtu jednotlivých stavů.

Nevýhodou tohoto způsobu je obrovské množství výsledkových souborů, které ji vzhledem k jejich velikosti může činit komplikovanou až nepoužitelnou. Použití nelineárního řešení přináší pro každou kategorii zatížení a každou úpravu hodnot zatížení nutnost opakování všech výpočtů.

Druhý způsob využívá jedné vlastnosti lineárního výpočtu, a to možnosti sčítání výsledných tenzorů napětí. Zde stačí spočítat pouze každé zatížení ve všech polohách jako jednotkové. Konkrétních požadovaných hodnot zatížení se dosáhne pomocí kombinačního předpisu.

Výhodou je nižší náročnost na počítačové i programové vybavení a flexibilita výpočtu.

Nevýhodou je omezení na lineární řešení jednotkových zatížení pomocí MKP.

Vlastní vytvoření obálky zatížení počítá v prvním případě s prohledáním všech výsledkových souborů na nalezení extrémů všech složek tenzorů napjatosti ve všech uzlech úlohy. V druhém případě je třeba vytvořit nejdříve všechny kombinace zatížení a ty dále vyhodnotit stejně jako v prvním případě.

Pokud hodláme pokračovat od obálky tenzorů napjatosti dále k obálkám bezpečností vůči mezním stavům, je zapotřebí doplnit údaje o přiřazení materiálových a geometrických vlastností jednotlivým elementům.

Bezpečnost vůči meznímu stavu pružnosti

Pokud se jedná o ocelovou konstrukci, tak pro stanovení obálky bezpečnosti vůči meznímu stavu pružnosti stačí obálka srovnávacích napětí podle podmínky pružnosti HMH, dále mapa mezí kluzu v jednotlivých elementech a mapa přiřazení uzlů k elementům.

Bezpečnost vůči meznímu stavu tvarové stability

Řešení stačí omezit na prvky namáhané tlakem ve směru, kde hrozí ztráta stability. Například u tlakového namáhání prutů nebo tenkých stěn. Zde je asi nejkomplikovanější zjištění přiřazení jednotlivých uzlů a směrů ke vzpěrným délkám prutů případně stěn. Dále je zapotřebí doplnění vzpíraných profilů.

Bezpečnost vůči meznímu stavu únavového lomu

Stanovení míry bezpečnosti vůči meznímu stavu únavového lomu je asi nejkomplikovanějším posudkem mezních stavů. Z obálky tenzorů napětí pro únavovou kategorii zatížení se stanoví charakter zatížení, střední hodnota napětí a rozkmit napětí. Dále je potřeba vytvořit mapu únavových pevností elementů a použít mapu přiřazení uzlů k elementům.

V případě že vytvoříme všechny výše zmiňované obálky bezpečností vůči mezním stavům, dostáváme velmi přehledný posudek každého konstrukčního prvku v nosné ocelové konstrukci jeřábu a tím také dostatečně komplexní představu o možném chování konstrukce. Důležitým prvkem takto provedeného výpočtu je odhalení kombinací zatížení, které vedou k extrémnímu namáhání každého jednotlivého prvku.

V rámci vědeckovýzkumné činnosti Ústavu automobilního a dopravního inženýrství FSI VUT v Brně byl proveden výše uvedeným způsobem přepočet staršího věžového jeřábu. Únavový výpočet odhalil kritická místa konstrukce. Dosažené výsledky plně odpovídají provozním zkušenostem zadavatele.

Diskuze a dotazy

Nejnovější články ze stejného zdroje

Věžové jeřáby