Analýza chování nepředepnutých spojů konstrukcí ze skla

Abstract

Sklo, na rozdíl od materiálů běžně používaných, které mohou dosáhnout plastické deformace, se chová pružně až do porušení křehkým lomem. Nelze proto uvažovat se zmírněním vlivu lokálních špiček napětí plastifikací a s redistribucí namáhání jako například u tradičních materiálů jako je ocel nebo hliník. Z tohoto důvodu je při navrhování nosných prvků ze skla důležitý návrh detailů a jejich provedení. Spoje musí být navrženy tak, aby nedocházelo ke vzniku lokálních špiček a koncentraci napětí a k přímému kontaktu mezi ocelí a sklem. Proto se používají různé přechody mezi sklem a ocelí na bázi plastu, pryskyřic, polyamidu. Únosnost jednotlivých prvků spoje závisí na materiálu, opracování hran i přesnosti a technologii vrtání. Teoretické a praktické znalosti o chování a spolupůsobení skupin šroubů, které se mohou ve styčnících konstrukcí ze skla vyskytnout, jsou dosud nedostatečné. Disertační práce se zabývá šroubovaným spojem s použitím ocelových příložek a nepředepnutých šroubů. Byly provedeny experimenty šroubovaného spoje pomocí ocelové příložky pro skleněný vzorek s jedním a se dvěma otvory v řadě za sebou, které měly stanovit napjatosti a rozdělení sil na jednotlivé šrouby. Pro experimenty byla s výhodou použita zdánlivě zastaralá fotoelasticimetrická metoda a tenzometrické měření. Na provedené experimenty navázala numerická analýza a rozsáhlá parametrická studie.

Glass is frequently bolted to steel structures. Considering the rapid research and development, glass is used for bearing modern structures more frequently. Contrary to common materials (steel, aluminium), which can reach plasticity, glass behaves elastically until it breaks by a brittle fracture. This is the reason why connections should be designed with great care. The main question for bolted connection is to determine the state of stress and the level, to which the forces of individual bolts act together. In this case, we used the photoelastic method, which is especially suitable for transparent materials, such as glass. The research is based on experimental investigation of bolt joints (one or two bolts in-line) loaded by shear force and numerical modelling by finite elements method including all involved parameters, calibration of results and parametrical studies. The software package ANSYS 11 was used to perform the numerical analysis. For description of the force distribution around the bolts photoelastic analysis and strain gauges was used. This is very important because we still have little knowledge of failure procedures and design rules in glass structures are not fixed.