Ocelový rám se zohledněním tuhosti spoje

Odborný článek

V tomto příspěvku analyzujeme vliv tuhosti spoje na stanovení vnitřních sil a také posouzení spojů na příkladu dvoupodlažního ocelového rámu.

Model v našem článku vychází z příkladu 5.5.3 v odborné literatuře [1]. Na příkladu dvoupodlažního ocelového rámu vysvětlujeme vliv tuhosti spoje na stanovení vnitřních sil a také posouzení spojů.

Zatížení

Zatížení vyplývající ze zatěžované šířky 4 m se uvažují podle [1]. Nezohledníme pouze posun kloubů na koncích prutů o 0,1 m od osy sloupů. Globální počáteční naklonění se vypočítá ze vztahu 5.5 v [2]:

$\mathrm\Phi\;=\;{\mathrm\Phi}_0\;\cdot\;{\mathrm\alpha}_{\mathrm h}\;\cdot\;{\mathrm\alpha}_{\mathrm m}$
kde
${\mathrm\alpha}_{\mathrm h}\;=\;\frac2{\sqrt{\mathrm h}}\;=\;\frac2{\sqrt{9,50}}\;=\;0,649\;<\;0,667$
${\mathrm\alpha}_{\mathrm m}\;=\;\sqrt{0,5\;\cdot\;\left(1\;+\;\frac13\right)}\;=\;0,816$
takže
$\mathrm\Phi\;=\;\frac1{200}\;\cdot\;0,667\;\cdot\;0,816\;=\;\frac1{367}$

Obr. 01 - Návrhová zatížení a imperfekce pro statickou analýzu

Geometrie spojů a momentově-rotační charakteristiky

Spoje příčlí v mezilehlém stropě i ve střeše jsou modelovány pomocí čelních desek s přesahem bez výztuh ve sloupech. Takové provedení přináší v daném případě ekonomické výhody.

Obr. 02 - Geometrie spojů

Podle [1] je zpravidla třeba zohlednit vliv momentově-rotačních charakteristik spojů na rozdělení vnitřních sil v konstrukci u deformovatelných spojů. Metodou komponent, kterou upravuje norma EN 1993-1-8, lze pro spoje spočítat počáteční tuhost Sj,ini. K tomu lze využít přídavný modul RF-/JOINTS Steel - Rigid.

Obr. 03 - Výpočet počáteční tuhosti S,j,ini pro přípoj IPE 240

Obr. 04 - Výpočet počáteční tuhosti S,j,ini pro přípoj IPE 300

Rotační tuhost lze v modelu uvažovat zjednodušeně podle EN 1993-1-8, čl. 5.1.2 (4) pro rychlé úpravy v systému v případě změn pomocí parametrizace.

IPE 240: Sj,model = Sj,ini / η = 16,304 / 2 = 8,152 kNm/rad

IPE 300: Sj,model = Sj,ini / η = 26,372 / 2 = 13,186 kNm/rad

Obr. 05 - Zadání parametrů pro klouby na koncích prutů

Obr. 06 - Přiřazení parametru „S_j_ini_IPE240“ kloubu 1

Vnitřní síly a posouzení spojů

Výsledkem stanovení prvního vlastního tvaru v rovině rámu pomocí přídavných modulů RSBUCK nebo RF-STABILITY je součinitel kritického zatížení acr 12,6. Lineární statickou analýzou tak můžeme vypočítat vnitřní síly pomocí rovnice 5.1 v [2].

Z výpočtu zatěžovacího stavu s poddajně modelovanými klouby na koncích prutů vyplývají následující vnitřní síly.

Obr. 07 - Průběh vnitřních sil M,y s poddajnými spoji

Na základě těchto vnitřních sil se provede posouzení podle EN 1993-1-8 v přídavném modulu RF-/JOINTS Steel - Rigid.

Obr. 08 - Posouzení spojů v systému s poddajnými přípoji

Při výpočtu zatěžovacího stavu s ohybově tuhými klouby se stanoví následující vnitřní síly.

Obr. 09 - Průběh vnitřních sil M,y s ohybově tuhými spoji

Při těchto vyšších vnitřních silách na spojích mezi příčlí a sloupem již posouzení spojů není možné.

Obr. 10 - Posouzení spojů v systému s ohybově tuhými spoji

Závěr

Zohlednění tuhosti spojů při statickém posouzení umožňuje spoje bez výztuh a rovněž homogenní využití příčlí u daného dvoupodlažního ocelového rámu ve skeletové konstrukci.

Klíčová slova

Tuhost přípoje Statický výpočet Tuhost v kroucení Poddajnost

Literatura

[1]   Kindmann, R.; Kraus, M.: Finite-Elemente-Methoden im Stahlbau. Berlin: Ernst & Sohn, 2007
[2]   ČSN EN 1993-1-1:2011-08. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Český normalizační institut, Praha 2011.

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RFEM Ocelové a hliníkové konstrukce
RF-STEEL 5.xx

Přídavný modul

Analýza napětí ploch a prutů

Cena za první licenci
1 030,00 USD
RFEM Ocelové a hliníkové konstrukce
RF-STEEL EC3 5.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle EC 3

Cena za první licenci
1 480,00 USD
RFEM Ostatní
RF-STABILITY 5.xx

Přídavný modul

Stabilitní analýza podle metody vlastních tvarů

Cena za první licenci
1 030,00 USD
RFEM Přípoje
RF-JOINTS Steel - Rigid 5.xx

Přídavný modul

Přídavný modul RFEMu pro posouzení tuhých přípojů podle EN 1993-1-8

Cena za první licenci
1 030,00 USD
RSTAB Hlavní program
RSTAB 8.xx

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

Cena za první licenci
2 550,00 USD
RSTAB Ocelové a hliníkové konstrukce
STEEL 8.xx

Přídavný modul

Analýza napětí prutů

Cena za první licenci
760,00 USD
RSTAB Ocelové a hliníkové konstrukce
STEEL EC3 8.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle EC 3

Cena za první licenci
1 480,00 USD
RSTAB Ostatní
RSBUCK 8.xx

Přídavný modul

Stabilitní analýza prutových konstrukcí

Cena za první licenci
670,00 USD
RSTAB Přípoje
JOINTS Steel - Rigid 8.xx

Přídavný modul

Posouzení tuhých přípojů podle EN 1993-1-8

Cena za první licenci
1 030,00 USD