Ocelové sloupy pro omítku a jejich použití v konstrukcích

Ocelové sloupy představují univerzální a odolný konstrukční prvek s širokým spektrem využití, ať už se jedná o ukotvení vjezdových bran, vstupních branek, nebo jako součást betonových plotů. Jejich správná instalace a pochopení materiálových vlastností jsou klíčové pro dlouhodobou funkčnost a bezpečnost konstrukce.

Typy ocelových sloupů a jejich ukotvení

Ocelový sloup pro ukotvení vjezdové brány či vstupní branky je z výroby připraven k zabetonování do země. Celý sloupek, včetně přesahu, je opatřen antikorozní vrstvou žárového zinkování, která zajišťuje jeho dlouhou životnost a odolnost proti povětrnostním vlivům. Postup pro ukotvení sloupků je stejný, jako u ukotvení patek na sloupky pro klasické pletivo.

Pro stavbu betonového plotu se často používá ocelový pozinkovaný sloupek (typ - průběžný). Je vhodný zejména pro stavbu oplocení na podezdívku či jiný betonový podklad. Sloupky výšky 200 cm jsou primárně určeny pro desky o výšce 50 cm. Mezi další typy sloupků a souvisejícího příslušenství patří:

  • PLOTNÍ SLOUPKY PRO KLASICKÁ PLETIVA
  • SLOUPKY S MONTÁŽNÍ LIŠTOU PRO SVAŘOVANÁ PLETIVA
  • VZPĚRNÉ SLOUPKY - VZPĚRY
  • ČTYŘHRANNÉ JEKLOVÉ SLOUPKY
  • SILNOSTĚNNÉ JEKLOVÉ SLOUPKY
  • KOVOVÉ SLOUPKY PRO BETONOVÝ PLOT
  • PŘÍSLUŠENSTVÍ PRO SLOUPKY A VZPĚRY

V souvislosti s ploty a brankami jsou k dispozici i různé typy pletiv a panelů:

  • PLETIVA KLASICKÁ ČTYŘHRANNÁ PLETIVA
  • SVAŘOVANÁ PLETIVA
  • PŘÍSLUŠENSTVÍ PRO PLETIVA
  • SVAŘOVANÉ KOVOVÉ PANELY (PLOCHÉ - 2D, S PROLISEM - 3D)
  • PŘÍSLUŠENSTVÍ PRO SVAŘOVANÉ PANELY
  • PODHRABOVÉ DESKY (Betonové, Plastové, Příslušenství)

Pro brány a branky je k dispozici široká škála produktů, včetně rámů pro vlastní výplň:

Čtěte také: Trny do dřeva: Průvodce

  • ZAHRADNÍ BRANKY PLETIVOVÉ
  • ZAHRADNÍ BRÁNY PLETIVOVÉ
  • BRANKY S VÝPLNÍ SVAŘOVANÝ PANEL A SVAŘOVANÁ SÍŤ
  • BRÁNY S VÝPLNÍ SVAŘOVANÝ PANEL A SVAŘOVANÁ SÍŤ
  • RÁM BRANKY PRO VLASTNÍ VÝPLŇ Š.1000 a 1100 mm
  • RÁM BRÁNY PRO VLASTNÍ VÝPLŇ PRO OTVOR Š. 3500 mm

Problematika vylévání ocelových sloupů betonem

Článek se podrobně zabývá problematikou vylévání ocelových sloupů betonem a otázkou, jak se projeví rozdílnost součinitelů příčné kontrakce obou materiálů. I když se na první pohled, pro případ prostého tlaku, zdá být úloha zcela banální, mohou prezentované skutečnosti svým způsobem překvapit. Za pozornost určitě stojí nezanedbatelné tahové napětí kolmo na osu betonové výplně.

Teoretické východiska a řešení

K napsání tohoto příspěvku vedla otázka, jaké napětí vznikne na vnitřním povrchu ocelové trubky vylité betonem. Trubka v konstrukci funguje jako sloup a pro jednoduchost uvažujeme, že nastane případ prostého tlaku. Je všeobecně známo, že součinitel příčné kontrakce oceli je větší než součinitel příčné kontrakce betonu, a to by se mělo v namáhání trubky vylité betonem nějak projevit.

I když se ve výuce předmětu Pružnost a pevnost toto přímo detailně neprobírá, dává se v předmětu návod, jak danou otázku řešit. V deformační variantě řešení problému matematické teorie pružnosti se říká, že neznámé složky vektoru pole posunutí vyřešíme na základě známých rovnic rovnováhy. K těm se dostaneme přes rovnice geometrické a fyzikální. Při malých deformacích dávají geometrické rovnice návod na výpočet tenzoru malých deformací. Fyzikální rovnice pro izotropní lineárně pružné těleso známe jako zobecnělý Hookeův zákon se dvěma materiálovými parametry, Youngovým modulem pružnosti a součinitelem příčné kontrakce. Fatální otázkou je technický odhad či zjednodušení hledaného pole posunutí. V případě trubky je asi nabíledni řešit úlohu v cylindrických souřadnicích.

Rovnosti představují tzv. Pro úplnost připomínáme, že v průběhu řešení se nám objevily integrační konstanty, a pro popis deformace jsme zavedli neznámý parametr popisující poměrnou deformaci ve směru osy sloupu. Celkem dle očekávání vidíme, že při prostém tahu je napjatost ve sloupu hlavní. Teď už jen zbývá pro konkrétní případy zatížení dořešit neznámé konstanty.

Experimentální a simulační výsledky

Představme si ocelový sloup, jehož průřez je mezikruží, tlačený konstantní silou. Potom se vyvodí konstantní záporná svislá deformace. Youngův modul pružnosti uvažujeme a Poissonův součinitel. Pro ilustraci např. Vnitřní a vnější poloměr sloupu jsou známé, např. Výsledek je relativně triviální a odpovídá očekávání. Není zřejmé, zda všichni uhádli, že radiální posun na vnitřním a vnějším líci bude stejně orientován.

Čtěte také: Průvodce výběrem kotevní techniky

Řešme ten samý ocelový sloup, jehož průřez je mezikruží, je opět tlačen konstantní silou, ale navíc je vylit betonem. Nechť zatížení vyvodí stejnou konstantní zápornou svislou deformaci. Youngův modul pružnosti oceli uvažujeme a Poissonův součinitel, stejně jako v předchozí úloze. Pro beton jsme zvolili parametry a. Opět uvažujeme, že zatížení vyvodí poměrnou deformaci. Vnitřní a vnější poloměr sloupu jsme zachovali. Horní levý index 1 přísluší oceli, a tedy dosazujeme parametry oceli, a stejně činíme i pro beton, jemuž přísluší horní levý index 2.

Napjatost v ocelové trubce je opět hlavní. Nejnepříznivější hodnoty jsou na styku oceli a betonu, potom mírně absolutní hodnoty klesají. Proto uvádíme hodnoty na obou dvou lících trubky. Napjatost v betonu trubku vyplňujícím je konstantní a hlavní, přičemž nabývají stejných kladných hodnot. Ocelové sloupy vylité betonem jsou celkem standardním konstrukčním prvkem, přesto se naskýtá otázka, zda spřažení betonu a oceli je věnována patřičná pozornost.

Tabulka: Porovnání materiálových parametrů oceli a betonu

Materiál Youngův modul pružnosti (E) Poissonův součinitel (ν)
Ocel E1 ν1
Beton E2 ν2

Historický kontext a význam spřažení

V historických dobách byly návrhy konstrukcí určitým způsobem limitovány přírodními zdroji. To se týkalo nejen kamenných konstrukcí, ale i konstrukcí v nichž se větší měrou použily dřevěné prvky. Rozpon při zastropování dřevěnými trámy byl limitován mohutností a výškou stromů rostoucích v lese. Na obrázku 1, jak je prezentováno, se zvýšením únosnosti trámů zabýval i technický klasik Leonardo da Vinci. Vidíme že v době přednewtonovské a předhookeovské si uvědomil, že dva trámy musí spřáhnout, aby se navýšila únosnost a snížil průhyb. Pouhým položením dvou trámů na sebe bychom únosnost prakticky zdvojnásobili, neboť smyku na ploše kontaktu trámů se nedá důvěřovat. Toho si v 15. století všiml i Leonardo da Vinci a navrhl spřažení. Je vidět, že si i uvědomoval, že vrchní vlákna jsou tlačená a spodní tažená.

Vraťme se však k naší úloze zvýšení únosnosti ocelového sloupu tvořeného ocelovou trubkou. Pokud bychom předpokládali, že styku betonu a oceli nemůžeme důvěřovat, jednalo by se o dva nezávislé sloupy, vzhledem ke stejné deformaci, paralelně spojené. Tedy něco podobného, jako když dva trámy položíme na sebe, či vedle sebe. Je celkem paradoxní, že spřažením oceli a betonu namáhání trubky zhoršíme, tlakové napětí při stejné osové deformaci vzroste, v našem případě v absolutní hodnotě o cca 2,5 %. Rovněž i beton si výrazným tahem znatelně pohorší. Takže pokud bychom věděli, že pro náš sloup, asi krátký, je rozhodující porušení tlakem, bylo by dobré jakémukoliv spojení oceli i betonu zabránit. Význam spřažení nachází opodstatnění až v případě, že musíme uvažovat vzpěr.

Závěr k problematice vylévání

Někomu by se mohlo zdát, že jsme šli na zajíce s kanónem. Přesto si však myslíme, že některým prezentovaným skutečnostem by měla stavební praxe věnovat pozornost. Pokud zanecháme původní konstrukci a neměníme zatížení, určitě vylitím sloupů betonem únosnost zvýšíme.

Čtěte také: Dřevěné vs. ocelové konstrukce sádrokartonu

Komentář recenzenta prof. Ing. Drahomír Novák, DrSc., VUT Brno: „Článek je zaměřen na problematiku vylévání sloupků betonem. Na tento zdánlivě jednoduchý problém autoři pohlížejí poněkud netradičně, poukazují na nezanedbatelné tahové napětí kolmo na osu betonové výplně a zdůrazňují důležitost spolupůsobení. Článek je psán srozumitelně, ilustrace a někdy i poměrně populární forma výkladu rozhodně zvyšují čtivost. Jedná se o zajímavý příspěvek z oblasti praktického problému mechaniky kontinua, který zcela jistě patří na recenzovaný portál TZB-info.“

tags: #ocelovy #sloup #na #omitku

Oblíbené příspěvky: