Odborný obsah archivu: Článek zachovává historické příklady a nároky svařovaných ocelových nosníků, mostů a vazníků, není však návrhem, výpočtem, specifikací spojů, plánem svařování, kvalifikací postupu, posouzením únavy nebo návodem na opravy. Materiál, svařitelnost, houževnatost, tloušťka, příprava spoje, přídavný materiál, předehřev, sled, zbytková napětí, tolerance, koroze, oheň, únava a kontrola musí být stanoveny podle konkrétního projektu a platných norem. Ložiskové spoje navrhují, provádějí a kontrolují osoby s příslušnou kvalifikací.
Dnes se Savo Kusić zaměřuje na dřevěná okna, dřevohliníková okna, vlastní okna, dveře a žádosti o cenovou nabídku. Tento článek zůstává historickým archivem a nepředstavuje nabídku na navrhování, svařování, zkoušení nebo zpevňování ocelových konstrukcí.
Plně svařované držáky
Sekce podpěr
Přehled je uveden na Obr.1a2. Sl.1a ukazuje podpěru vyztuženou navařenými pásovými lamelami. Sekce libovolné nosnosti lze sestavit ze široké oceli a plechu (obr.1b až e). Otevřenému spoji mezi rohovými švy je třeba zabránit nabroušením svislého plechu (obr.1C). Průřez podpěry lze přizpůsobit požadovanému momentu odporu přídavnými lamelami pásu. Řezy na Obr.2d až f mají výhodu, že lícový šev přichází v oblasti menší tloušťky žebra. Zde lze švy obzvláště snadno prozkoumat rentgenovým zářením.
Obrázek1— sekce svařovaných podpěr.
Obrázek2— části podpěr ze speciálních profilů.
Kontrola svaru: radiografické testování využívá ionizující záření a je prováděno pouze za kontrolovaných podmínek autorizovanými odborníky. Volba metody kontroly, rozsah akceptace a kritéria kvality jsou dány projektem a normou; kontrola fotografie nebo vnějšího povrchu není důkazem vnitřní kvality svaru.
Pokračování svislého listu
Vývoj probíhal zcela odpovídajícím způsobem. Provádělo se prodloužení s podvazky. Křížový nástavec nezískal velký význam při stavbě mostů, ale přesto se osvědčil ve stavebnictví. Vzhledem k tomu, že vertikální prodloužení k rozhraní bylo neekonomické kvůli malým dovoleným napětím, byly nalezeny prodloužení se zvýšenou délkou švu.
Univerzální nástavce
Sl.3znázorňuje pokračování hlavního nosníku dálničního mostu se zesíleným žebrem. Sl.4dává pokračování jednoho mostu na dálnici. Toto prodloužení se v nejlepším případě neliší vzhledem a způsobem působení od nevysunuté podpory, pouze únavová pevnost je o něco nižší. Řešení nástavby závisí na tom, zda se jedná o dílenskou nástavbu nebo montážní nástavbu. Protože v dílně jsou k dispozici lepší nástroje, je svařování na místě pokud možno omezeno. Sl.5ukazuje rozdělení jednoho dlouhého paprsku63m. Nosníky byly na stavbu dodávány po částech38ma25mdélky, kde byly navařeny pouze nástavce označené „B“. Montážní nástavce jsou vyrobeny jako U-nástavce, aby se zabránilo svařování nad hlavou.
Obrázek3— pokračování mostního nosníku na dálnici u Hattenheimu.
Obrázek4— historický detail pokračování mostního trámu.
Obrázek5— harmonogram dílenských a montážních rozšíření.
Souvislé plné nosníky se při postupu montáže svařují otvory bez lešení, jako např. poblíž silničního mostu s otvory 42m. Díly podpěry byly osazeny plovoucím jeřábem a po montáži všech prvků byly svařeny. Současně byly hlavní podpěry upevněny šrouby pomocí podvazků s otvory (obr. 6). Prostřednictvím otvorů v podvazcích mohla být většina švu svislé plachty svařena, než bylo nutné podvazky odstranit. Sl. 6 obsahuje další informace o přípravě U-svů pro speciální profily v horním a spodním pásu.
Image 6 — dočasné podvazky s otvory pro přístup ke sváru.
Montáž a práce na staveništi: historické příklady s plovoucím jeřábem, dočasným přivázáním, poklopovými pracemi a svařováním na staveništi nejsou plánem montáže. Je vyžadován výpočet dočasných podmínek, plán zvedání a zajištění, kontrola geometrie, ochrana proti pádu, požáru a kouři a sledovatelná kontrola každého spoje před odstraněním dočasných podpěr.
Výztuhy
Pevné svařované podpěry je nutné dobře vyztužit proti vyčnívání svislého plechu a bočnímu vybočení pásů, navíc ohýbání při svařování by mělo být udržováno na nízké úrovni. Smršťovací napětí na svislých výztuhách byla zkoumána O. Graf-a. V průběhu zkoumaného sledu prací (nejprve byly svařeny výztuhy, poté hlavní švy) došlo ve výztuhách a blízkých pásech svislých plechů ke značným smršťovacím napětím. Pokud jsou výztuhy na pásech již před vytažením hlavních švů, pak je zabráněno smršťování lamel pásu. V lamelách pásu se v podélném směru objevily zvlněné ohyby2mm, v příčném směru cca0,25mm(obr.7). V lamelách pásu proto muselo docházet ke značným ohybovým napětím v obou směrech. Únosnost byla omezena výskytem velkých deformací, nikoli pevností spodního pásu. Podle výsledků únavové zkoušky je u mostů požadováno instalovat mezi výztuhy a pás dobře lícující plechy, které jsou k výztuhám zajištěny tupým svarem. Výztuhy a spoje jsou řezány tak, aby hlavní šev zůstal volný (obr.8). Ve stavebnictví je ve většině případů nepochybné, že výztuhy jsou přivařeny přímo k nosníkům. Je lepší vyhnout se řezání švů a jejich nadměrnému hromadění.
Obrázek7— deformace pásů při svařování.
Obrázek8— vyztužení pomocí dobře padnoucích dlaždic.
Smršťování, deformace a únava: historické výsledky zkoušek nelze bez výpočtů převést na jiný detail. Výztuhy, zakončení svarů, křížení švů, tolerance a pracovní postup ovlivňují zbytková napětí, boulení a únavovou pevnost; nepřijatelné trhliny a deformace nejsou řešeny dodatečným svařováním bez schváleného postupu opravy.
Kompletní držáky a rámy
Podpěry klenby a štíhlé oblouky
Obloukové rovnátka nabízejí ve srovnání se skutečnými plnými šlemi něco speciálního. Mezi nejzajímavější konstrukce, které byly svařovány, však patří napojení dvoustěnných konzolových oblouků na jednostěnné výztužné nosníky, jak byly provedeny na dvou největších svařovaných dálničních mostech. Na dálničním mostě přes Lech u Duisburgu byl v koncovém uzlu použit masivní opracovaný kus kované oceli pro usnadnění svařovacích prací. Toto (obr.9) přebírá síly z oblouku a přenáší je na výztužný nosník. Je vybaven50 mmse silným vývodem, který prochází jednou štěrbinou k hornímu pásu výztužného nosníku a který je přivařen ke svislému plechu vyztuženému na tl.50 mm.
Obrázek9— koncový uzel klenutého mostu.
Rámové konstrukce
Výhody svařovací techniky jsou nejlépe vidět na rozích rámu, což umožňuje bez zvláštních obtíží zhotovovat složité tvary. Jeden roh rámu s těžkým nákladem je znázorněn na obr.10. Konstrukce má navařené dílenské nástavby. Montážní nástavce se připevňují samořeznými šrouby. Při svařování výztuh mezi rameny spojovaných podpěr dochází k vysokým napětím smršťováním, které někdy vedou k prasklinám. Smršťovací napětí se výrazně sníží, když místo plných žeber (obr.11a) navara pouze křídlové plechy (obr.11b).
Obrázek10— úhel podpěry rámu.
Obrázek11— srovnání detailů vyztužení svařovaného spoje.
Obrázek12— uzel belgického mostu s rámovými nosníky.
Spoje podélných podpěr jsou tuhé v ohybu
Velkého zjednodušení lze dosáhnout v rastru vozovky mostů použitím svařovaných spojů. Únavová pevnost spojů podélných podpěr apod. při zatížení ohybem je osvětlena zkouškami O. Graf-a (obr.13). Proto spojení se švem k rozhraní na napínané straně má vyšší únavovou pevnost při rovnoměrném namáhání v ohybu σUb než spojení, kde je napínané rameno spojeno rohovými švy.
Obrázek13— historické varianty napojení podélných podpěr.
Mřížové podpěry
Svařované příhradové konstrukce
Starší rošty byly tvarem a spoji kopiemi nýtovaných konstrukcí (obr.14). To je neúčelné, při volbě průřezů je třeba zohlednit speciální vlastnosti svarových spojů. Důležitá je také větší tuhost všech spojů ve srovnání s nýtovanými uzly. Spoje diagonálních prutů v uzlech mříže jsou obtížně proveditelné vyššími silami, zejména na stavbě. Protože zde přicházejí v úvahu především spojení s rohovými švy, je únavová pevnost relativně nízká. Plně svařené, tzn. a v uzlech svařovaného roštu, tedy pouze v některých speciálních oblastech ocelových konstrukcí. Například u střešních táhel, u jeřábů málo dynamicky zatížených atp.
Obrázek14— svařovaný uzel příhradové podpěry.
Při vytváření průřezu přicházejí v úvahu především ploché oceli a plechy. U svařovaných konstrukcí se bez zvláštních obtíží zhotovují duté profily, které mají výhodu lisovaných tyčí díky své torzní tuhosti. Zvláštní zmínku si zaslouží speciální pouzdro kulaté trubky. Svařované trubkové konstrukce našly široké uplatnění, kupř. při stavbě jeřábů nebo lehkých konstrukcí ve stavebnictví. V případě navazování a spojování dutých profilů je ve skutečnosti nutné počítat s určitými konstrukčními obtížemi a dodatečnými náklady. Svařované části jsou na koncích často nařasené, aby bylo možné spoj snadněji nýtovat (obr. 15). Speciální opatření vyžadovaná v dílně a na stavbě u svařovaných příhradových konstrukcí znesnadňují aplikaci, pokud se nejedná o podpěry s mírným nebo převážně statickým zatížením. U dynamicky zatěžovaných roštů a u těch s velkými silami platilo pravidlo, že se svařovaly pouze jednotlivé prvky, ale jejich vzájemné spojování se provádělo pomocí šroubů. Nejprve byly odstraněny potíže s instalací; a mřížky vyrobené ze svařovaných prvků lze namontovat podle stejných postupů jako mřížky vyrobené z nýtovaných tyčí.
Obrázek 15 — tvarování konce dutého profilu pro připojení.
Vázané plechy, které současně přijímají diagonály, se přinýtují obvyklým způsobem k žebrům pásů nebo se s nimi na tupo svaří (obr.16A). Posledně jmenovaný má nevýhodu “počátečních rohových švů”, které jsou škodlivé pro únavovou pevnost nosníku. Rozhodující krok ke správnému tvarování příhradových mostů svařováním byl učiněn na železničním mostě přes Rýn u Mohuče (Kaiserův most). jsou tam50 mmvyztužené nodální plechy pomocí švů na rozhraní vložených do svislých plechů pásů30 mmtloušťka. Přechody jsou pozvolné, tvarování je patrné z obr.16b. Vedle uzlů jsou umístěny nástavce tyčí pásu.
Obrázek16— svázané plechy spojky proti větru a železniční most přes Rýn u Mohuče (Kaiserův most,1954).
Vyztužení svařováním
Následné zpevňování ocelových konstrukcí je považováno za jednu z nejnáročnějších prací, zvláště když se musí provádět na zatížené konstrukci. U nýtovaných spojů je vkládání výztuh, vrtání a spojování se stávajícími díly časově náročné a drahé. Vzhledem k tomu, že svařování je možné bez dlouhodobých předběžných příprav i bez porušení stávajících spojovacích prostředků, bylo blízko vyzkoušet svaření výztuže průřezů a spojů roštů. Společné působení nýtů a svarů při přijímání sil v tyčích bylo podrobně prozkoumáno teoreticky a experimentálně. Přesto se při praktické realizaci objevily trhliny a únavové lomy, částečně až po delším používání. Příčinou těchto obtíží byly účinky svařovacích vrubů a náhlé změny průřezu a některé trhliny, které se objevily, byly způsobeny vysokým napětím ze smrštění.
Zpevnění stávající konstrukce: svařování namáhané nebo zestárlé oceli může způsobit praskliny, křehký lom, lokální ztrátu stability a novou silovou dráhu. Před prací je třeba určit materiál, existující poškození a únavu, skutečné zatížení, svařitelnost, pořadí odlehčení zátěže a dočasné pojištění. Výztuž se provádí pouze podle schváleného projektu a postupu, s dozorem a kontrolou.
Kombinace svařování, nýtování a šroubů
Po nějakou dobu bylo zakázáno používat současně svařování a nýtování. Zvláštní pozornost byla věnována „plně svařovaným konstrukcím“, u kterých bylo zcela vyloučeno použití nýtů a šroubů. Dnes se na stejném objektu opět paralelně aplikuje svařování a nýtování. V mnoha případech je účelné svařovat pouze dílenské nástavce a ty prefabrikáty naopak nýtovat. Je třeba se vyhnout použití obou typů spojení ve stejném pokračování, protože nelze dosáhnout jasného rozložení sil kvůli smrštění souvisejícím se svařováním a klouzáním nýtů/šroubů.
Poznámka na závěr: Společné působení svarů, nýtů a šroubů nesmí být předpokládáno bez výpočtového modelu, definovaného sledu provádění, tolerancí a kontroly skluzu. Pro každý nosný detail musí být známa dráha síly, kategorie únavy, přístupnost svařování a kontroly, přijatelné vady a plán údržby po celou dobu životnosti konstrukce.