Stabilitní problémy prutů z vrstveného konstrukčního skla

Abstract

Soudobá architektura se vyznačuje subtilními a transparentními konstrukcemi. Právě sklo umožňuje architektům realizovat jejich vize a představy. Sklo jako stavební materiál se stále častěji uplatňuje jako materiál primárních nosných konstrukcí. Vzhledem k absenci technických dokumentů upravujících navrhování nosných skleněných konstrukcí je realizace bezpečného, spolehlivého a ekonomického návrhu skleněné konstrukce skutečnou výzvou pro tvůrce podkladů upravujících metodiku dimenzování nosných prvků a dílců z konstrukčního skla. V rámci disertační práce byly analyzovány pruty tlačené (sloupy), ohýbané (nosníky) a pruty namáhané kombinací tlaku a ohybu, přičemž byl kladen důraz na problematiku ztráty stability takto namáhaných prvků – vzpěr, klopení a interakce vzpěru a klopení. Součástí řešení bylo i měření tvarů a velikostí počátečních geometrických imperfekcí, které přímo ovlivňují odolnost štíhlých prutů. Teoretická analýza popisuje chování prutů prostřednictvím řešení diferenciálních rovnic rovnováhy přetvořeného elementu prutu při zatížení. Řešení podle teorie II. řádu dříve odvozené pro ocelové pruty je aplikováno na pruty z vrstveného konstrukčního skla zavedením účinných průřezových charakteristik. Numerická analýza je zaměřena na využití dostupných programů na bázi MKP za účelem predikce únosnosti prutů z vrstveného konstrukčního skla. Experimentální analýzou bylo ověřeno skutečné chování prutů z vrstveného i jednovrstvého skla a věrnost MKP modelů a analytických řešení. Cílem práce bylo odvození křivek vzpěrné pevnosti a křivek klopení (potažmo parametrů těchto EC křivek) pro výpočet návrhové vzpěrné únosnosti a únosnosti v klopení obdobně jako pro kovové pruty. Vzhledem k poměrně malému množství experimentálně analyzovaných prutů byly provedeny simulace typu Monte Carlo za účelem zpřesnění výsledků výzkumu. Dalším cílem bylo odvození vztahu pro posouzení prutů namáhaných interakcí vzpěru a klopení.Transparent and subtle structures are features of modern architecture. Structural glass is constructional material that provides to realize architect's visions and ideas. Glass as a constructional material is more often used as a material for primary load-bearing structures. Realization of safe, reliable and economic glass structure is real challenge for structural engineers because of absence of standards for designing of glass members and elements. Compressed members (columns), bended members (beams) and members loaded by compression and bending (beam-columns) were analysed in the frame of the doctoral thesis whereby the emphasis is being placed on the lack of stability – flexural buckling, lateral-torsional buckling and flexural-lateral-torsional buckling. Measuring of shape and amplitude of initial geometrical imperfections is a part of doctoral thesis. The theoretical analysis describes the behaviour of the member by means of solving the differential equations. The solution according to the second order theory developed for metal members is applied on structural laminated glass members with use of effective cross-sectional characteristics. Numerical analysis is focused on the use of commonly available software based on finite element method in order to predict the load-bearing resistance of laminated glass members. Actual behaviour of laminated and monolithic structural glass members was found within experimental program. The correctness of FEM model and analytical solutions were evaluated by comparing with test results. The goal of the doctoral thesis was determine of buckling curves for calculation of flexural buckling and lateral-torsional buckling resistances by the same calculation procedure as for metal members. Because of small number of experimentally tested specimens the Monte Carlo simulation was performed.