Zpět na materiály, výrobky, technologie

Možnosti zesilování stávajících dřevěných konstrukcí

9. února 2013
doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.

Tento článek je zaměřen na zesilování dřevěných prvků namáhaných ohybem pomocí vláken vysoké pevnosti (VVP), mezi která patří především uhlíková a skelná vlákna. Článek se také zaměřuje na nedestruktivní metody zjišťování fyzikálních a mechanických vlastností dřeva, z něhož jsou dřevěné prvky provedeny. Právě přesný odhad skutečných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva by měl být východiskem pro případné zesilování prvků dřevěných konstrukcí.

Autor:


Absolvent Stavební fakulty ČVUT v Praze, na které v současnosti působí jako pedagog. Autor a spoluautor řady vědeckovýzkumných a odborných publikací a norem ISO, EN a ČSN. Člen komisí mezinárodních organizací působících v oboru dřevěných konstrukcí – CEN, CIB, COST, ISO, IUFRO, RILEM.

Dřevěné prvky můžeme zesilovat různými způsoby, mezi něž patří například:
 
■ změna působení ohýbaného prvku na věšadlo, vzpínadlo a vzpěradlo;
■ přidání příložek ze dřeva, z desek na bázi dřeva a oceli a jejich spojení se základním konstrukčním prvkem pomocí různých ocelových spojovacích prostředků, čímž vznikne prvek složeného průřezu s poddajnými spojovacími prostředky;
■ přilepení materiálu vyšší pevnosti a tuhosti k základnímu prvku.

Úvod

Opravy a zesilování existujících konstrukcí obecně již představují a v budoucnosti budou ještě více představovat velký podíl činnosti stavebních firem, jelikož potřeby nové výstavby se postupně snižují. Je to důsledek populační stabilizace ve většině rozvinutých zemí, ekonomických výhod a environmentálních požadavků, jež postupně prosazují jejich údržbu a případné zesílení, na rozdíl od jejich nahrazování novými.
 
Pro hodnocení spolehlivosti existujících dřevěných konstrukcí platí ČSN ISO 13822. Tato norma platí i pro konstrukce, jež nebyly navrženy podle technických norem, ale na základě osvědčených stavebních zkušeností.

Odhad vlastností dřeva

Odhad vlastností dřeva začíná identifikací druhu dřevin. Tento úkol je u existujících konstrukcí vysoce specializovaný, protože pouze barva „zestárlého“ dřeva nepředstavuje často dobré vodítko. Známy jsou i případy, kdy se v některých konstrukcích na typově stejné prvky použily různé druhy dřevin, např. smrk a jedle. Dřevo lze tradičně ohodnotit vizuálním posouzením. Kvalita dřeva se přitom určuje prostřednictvím vizuálně poznatelných charakteristik dřeva.
 
Pro vizuální třídění dřeva podle pevnosti platí ČSN 73 2824-1, která nahradila původní normu ČSN 49 1531-1. Vizuální třídění podle pevnosti vykazuje souhrnně tyto výhody a nevýhody:
 
■ je jednoduché a snadno osvojitelné;
■ nevyžaduje nákladné technické vybavení;
■ závisí na lidském činiteli;
■ je málo účinné, protože není dostatečně uvážena struktura dřeva,
např. hustota, jež má značný vliv na jeho mechanické vlastnosti.
 
V současné době se velká pozornost věnuje rozvoji nedestruktivních metod hodnocení kvality dřeva. K dispozici se nabízí již celá řada přístrojů, pomocí nichž jsme schopni měřit různé veličiny či parametry dřeva.
 
Před několika lety vyvinula švýcarská firma přístroj PILODYN, jenž je obdobou Schmidtova kladívka pro měření betonua. Přístroj umožňuje měřit hustotu dřeva na základě hloubky průniku rázového kolíku do dřevěného prvku známé vlhkosti a následně lze predikovat jeho pevnost a modul pružnosti.

Zesilování prvků dřevěných konstrukcí

Zesílením dřevěných prvků nalepením vláken vysoké pevnosti (VVP) lze výrazně ovlivnit jejich únosnost a tuhost v ohybu. Vstupními parametry takového zesílení jsou: množství VVP, jejich tuhost, rozmístění po průřezu atd.
 
V případě potřeby zajištění vysoké odolnosti prvků při požáru se často musí umístit zesilující vrstva nad krajní dřevěnou krycí lamelu, což však nepříznivě ovlivňuje efektivnost zesílení. Spojení mezi zesilující vrstvou a přilehlou oblastí dřeva musí být vždy zaručeno. Lepený spoj je poté možné v analytickém modelu uvažovat jako nepoddajný. Z toho vyplývá, že styková lepená spára bude zajišťovat stejné poměrné přetvoření dřeva a zesilující vrstvy.
 
Pevnost zesilující vrstvy v tahu nemusí být extrémně vysoká, avšak je třeba, aby byla alespoň tak velká, aby při dosažení meze pevnosti dřeva v tahu nenásledovalo tahové selhání zesilující vrstvy.
 
Pevnost zesilujícího materiálu v tahu by měla být z tohoto důvodu větší než největší očekávané napětí ve dřevu při povrchu lepené spáry násobené poměrem modulů pružnosti v tahu zesilujícího materiálu a dřeva.
 
Pro zvýšení tuhosti prvku v ohybu je významná především tloušťka vrstvy zesilujícího materiálu. Při zesílení průřezu prvku v oblasti tahových napětí může nastat jeho selhání v tlačené oblasti, kde se dřevo začne chovat plasticky. Na základě tohoto chování se posouvá neutrální osa ve směru zesílení a průřez se deformuje stále více už při malých přírůstcích zatížení.
 
Pokud se bude uvažovat zesílený průřez s krajní dřevěnou lamelou, která z výše zmíněných důvodů kryje zesilující vrstvu, lze u ohýbaného prvku předpokládat jeho chování podle křivky na obr. 2.
 
Celý článek naleznete v archivu čísel 02/2013.