Při únosnosti nosníků je ve téměř všech případech omezujícím faktorem vzpěr stlačeného pásu. Ten nastává teprve tehdy, když je po vyrovnání napětí v celém stlačeném pásu dosažena mez kluzu. Jen při silném bočním podepření lze přenášené krajní napětí zvýšit až do oblasti zpevnění konstrukční oceli. Při posuzování únosnosti je třeba uvažovat skutečné rozložení napětí. Při předpokladu přímkového rozložení napětí by byla únosnost podceněna. Je nutno zejména zkoumat jevy lability.
Odečet otvorů v nosnících namáhaných na ohyb
Na tažené straně nosníku působí oslabení průřezu stejně jako u tažených prutů (trhání taženého pásu v oslabeném průřezu). Pro vynechání otvorů v tomto smyslu platí stejná pravidla jako pro tažený prut.
Protože otvory vyplněné nýty na tlačené straně nosníku velmi málo ovlivňují rozdělení napětí a deformací a únosnost je většinou omezena bočním vybočením tlačeného pásu, velikost oslabení průřezu u nosníků symetrických průřezů nemá na únosnost podstatný vliv. Proto již F. Hartmann položil otázku, zda je u symetrických nosníků vůbec třeba uvažovat oslabení otvory. U nesymetrických průřezů (tlačená strana je silnější) může se odečet otvorů na tažené straně nosníku stát rozhodujícím pro únosnost. Při často opakovaném zatížení mají otvory značný vliv, i když leží ve větší vzdálenosti od okrajových vláken.
Dnes se při výpočtu únosnosti průřezu na ohyb používají hrubý a čistý průřez (vedle ostatních rozhodujících způsobů porušení). Porušení podle hrubého průřezu nastává v části průřezu, která není oslabena otvory. Porušení podle čistého průřezu nastává v průřezu oslabeném otvory a uvažovaná plocha je hrubá plocha zmenšená o plochu všech otvorů.
Hřeby v krčku a v hlavě
Při ohybu se vedle normálových napětí objevují i smyková napětí, která jsou u nosníků s rovnoběžnými pásnicemi úměrná příčné síle Q. U složených průřezů přenášejí smyková napětí v dotykových plochách mezi jednotlivými válcovanými profily nýty, které je spojují. Rozložení smykové síly T v stojině je parabolické, v pásnicích téměř přímočaré. U nosníků s těžkými pásnicemi se T ve stojině jen málo liší od průměrné hodnoty Tm, která často postačuje pro první posouzení.
Obr. 1
Nýty v hlavici (obr. 1b) mají společně přijmout sílu čepu TK < TH. Síla čepu mezi jednotlivými pásovými lamelami je ještě menší a rozděluje se v případě na obr. 1c na větší počet nýtů.
Pokračování nosníku
Podélné napojení svislého plechu je nutné, když je výška plechu větší než šířky plechů, které jsou k dispozici. Může být potřebné i s ohledem na výrobu a dopravu. Výztuhy a nýty v podélném napojení jednoho nosníku mají přenést stejnou sílu TL, jakou by měl nenapojený plech v podélném spoji. Protože oslabení otvory ve výztuze je stejné jako ve svislém plechu, musí být tloušťka výztužného pásu větší nebo rovna tloušťce stojiny.
Sl. 2 - Podélné prodloužení svislého plechu
Příčný spoj namáhaný ohybem může být různými způsoby zakryt podvazky. Obr. 3 ukazuje více možností dílenského spoje, v němž je napojena jen svislá pásnice. Jsou-li podvazky pouze mezi pásnicovými úhelníky (obr. 3a), zůstávají nekryté pásy svislého plechu pod pásnicovými úhelníky. Pak jsou úhelníky a nýty v oblasti spoje svislého plechu podstatně více namáhány, proto je třeba tento druh spojů omezit na méně důležitá spojení s malými silami. Vždy je třeba dávat přednost plně krytému spoji. Zvláštní podvazky na svislých ramenech úhelníků přenášejí podélná napětí tohoto pásu, ale jen nepatrně se podílejí na přenosu příčné síly. Určité zlepšení v tomto směru přináší obr. 3c. Při velkých silách je třeba usilovat o podvazky po celé výšce svislého plechu (obr. 3d), což předpokládá přerušení pásnicových úhelníků. Podvazky mají tloušťku ramene úhelníku; při velkých tloušťkách úhelníků se používají vyrovnávací podložky, aby se šetřilo nadbytečnou tloušťkou podvazku.
Sl. 3 - Příčný spoj (dílnenský) svislého plechu
Spoj svislého plechu při zatížení příčnou silou: Nosník je v místě spoje zatížen jen silou Q (M = 0). Pro spoj se stejnými roztečemi nýtů (obr. 4) je třeba předpokládat, že síly v nýtech NiQ přibližně odpovídají příslušnému prvku plochy e*t spoje, tj. že síly v nýtech jsou rozděleny stejně jako smyková napětí po výšce nosníku, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Při dimenzování se však počítá s rovnoměrným rozdělením na všech n nýtů NiQ = Q/n.
Obr. 4 - Napojení svislého plechu s rozdělením smykové síly
Obr. 5 zobrazuje dílenský_ spoj svislého plechu (svislé úhelníky a lamely jsou spojeny jinde).
Obr. 5
Ohyb s normálovou silou: Nosníky zatížené současně ohybovými momenty a normálovými silami se navrhují podle stejných zásad a za předpokladu přímočarého rozložení napětí. Při úplném odečtení nýtů v obou pásnicích nezávisí účinný průřez a poloha neutrální osy na případě zatížení, takže napětí od M a N lze jednoduše sečíst. Zatížení nýtů v dalším se získá superpozicí sil z dílčích případů zatížení M, resp. N.
Uložení a napojení nosníku
Zde bude rozebráno pouze nejběžnější z mnoha řešení. Při posuzování je třeba vždy uvažovat dodatečné síly, které vznikají z odchylek od více či méně idealizovaných výpočtů únosnosti.
Jednoduché uložení jednoho nosníku na horní pás jiného stavebního prvku přichází v úvahu, když je k dispozici velká stavební výška. Běžným případem je pevné spojení pomocí nýtů nebo šroubů. Na obr. 6 je znázorněno běžné uložení spojitých I-žlabnic ve stavebnictví, které také zabraňuje vrtání do úzkých I-patek. Nosníky je třeba v daném případě zajistit proti převrácení i proti příčným silám (obr. 7 a 8). V mostním stavitelství se nosníky často párují (obr. 9); nepohyblivé uložení podélného nosníku na příčném nosníku (obr. 10). Nosníky je třeba při větších opěrných silách ztužit přivařenými úhelníky nebo navařenými profily (obr. 8 až 10). U složených nosníků je třeba zatížení přivést do stojiny.
Obr. 6 - Uchycení krokví
Obr. 7 a 8
Obr. 9 a 10
Připojení pásnice: Na obr. 11 a 12 jsou zobrazeny spoje I-nosníků, které se ve stavebnictví používají jako běžná připojení. Výřez dostává velké zaoblení, aby se zabránilo praskání pásnice nosníku. Pružné sevření v místě připojení pásnice přináší určité zvýšení nosnosti. Popsané deformace jsou sice neškodné při převážně klidném zatížení, např. u starších mostů.
Obr. 11. - Normální napojení I-nosníku s kolmým čelním průřezem
Obr. 12 - Normální styčníky s uříznutými konci I-nosníku
Spoje tuhé v ohybu se provádějí tehdy, je-li potřebný spoj bez změny úhlu (spojité nosníky, tuhé rohy rámů) nebo hrozí-li porušení vlivem únavy při proměnném zatížení, zejména u železničních mostů. Lze použít kontinuitní lamely, spoje tuhé v ohybu. rohy tuhé v ohybu, rohy rámů.
- Lamelové spojení pro kontinuitu – Je-li třeba připojit nosníky ležící ve stejné rovině, spojují se oba horní pásy lamelou nebo táhlem pro kontinuitu. Tím jsou nýty spoje zbaveny tahových sil a jsou vyloučeny velké deformace.
Obr. 13 - Napojení s lamelou pro kontinuitu
Obr. 14 - Napojení podélných nosníků a) mostu na dálnici; b) železničního mostu
- Tuhé ohybové přípoje – Tento druh přípoje nacházíme u plných konzol chodníků silničních mostů. Při menších momentech je jejich svislý plech připojen pouze dvojitě mezi úhelníky ke ztužení hlavního nosníku. Vnesený moment se přes ztužení rozděluje na celou výšku hlavního nosníku, resp. se zavádí do jeho pásnic jako dvojice sil.
Obr. 15 a 16
- Úhly tuhé na ohyb – Úhly tuhé na ohyb mezi sloupy a průvlaky ve stavitelství je třeba navrhnout tak, aby byl úhel neměnný a aby nedocházelo k žádnému místnímu překročení napětí. Spolehlivé spoje v rozích vznikají např. podle obr. 16, když se použijí křídlové plechy, nebo podle obr. 100, když se moment vetknutí ve pásech sloupu převezme jako silová dvojice.
- Rohy rámů – U polygonálních rámů lze napojení vytvořit v lomovém bodě, je-li rozdíl úhlů malý; spojené pruty se zajišťují páskami jako tažené a tlačené pruty. Torsní síly jsou soustředěny v místě lomu a musí být zachyceny ztužením. Na obr. 101 je třeba věnovat pozornost rozdílu v zakrytí napojení a ztužení v závislosti na smyslu ohybového momentu a posouvajících sil. V případě velkých sil a značného rozdílu úhlů se zamezuje tomu, aby napojení zasahovalo do silně zakřivené části rámu. Napojení vedle rohů rámu umožňují lepší konstrukční tvar a usnadňují výrobu. Příklady s nýtovanými univerzálními napojeními na obou stranách lomového bodu ukazují obr. 102a a obr. 102b, na němž roh sestává ze svařované části. Na obr. 103 je znázorněno na ohyb tuhé spojení sloupku rámu s průběžným příčníkem.
Obr. 17a
obr. 17b
Šikmé přípojky: Na dosud rozebraných přípojkách byla žebra navzájem kolmá. Jestliže však úhel není pravý, pak se úhelníky (obr. 18) rozšiřují, při velmi ostrých úhlech se používají klínové podložky. V daném případě se použijí tažnice pro kontinuitu a opěrné kusy jako u pravých přípojů. Ohnuté připojovací plechy (obr. 19) jsou spojeny s velkou excentricitou a značnými dodatečnými silami. Zhotovení šikmých přípojů se usnadní, když se použijí navařené připojovací plošky (obr. 20).
Obr. 18
Obr. 19
Obr. 20