Kapitola 8.4.1 [1] uvádí požadavky na stabilitu, které by měl statický návrh vyřešit použitím kterékoliv z metod. Tyto požadavky zahrnují deformace přispívající ke konstrukci, druhotné účinky včetně P-Δ a P-δ, globální a členské geometrické nedokonalosti, snížení tuhosti zohledňující kluz členů a zbytková napětí a nakonec nejistotu v tuhosti a pevnosti konstrukce.
Kapitola 8.4.3 – Zjednodušená metoda analýzy stability
Při zjednodušené metodě analýzy stability uvedené v 8.4.3 [1] je uvedeno pouze několik požadavků.
Geometrické nelinearity
Prvním z nich jsou druhotné účinky členů neboli P-Δ, které mohou být přímo zohledněny v analýze. Metoda výpočtu druhotné analýzy je dnes běžná u mnoha programů pro statickou analýzu konstrukcí. Alternativou je zesílit všechny osové zatížení členů a ohybové momenty získané z analýzy prvního řádu faktorem U2 definovaným v 8.4.3.2(b) [1]. Tento přístup může být lépe vhodný pro ruční výpočty nebo pokud program pro statickou analýzu konstrukcí automaticky nezahrnuje účinky P-Δ.
Geometrické nedokonalosti
Pod pojmem zjednodušené metody v kapitole 8.4.3.3 [1] jsou druhým bodem fiktivní laterální zatížení. Toto zatížení je rovno 0,005násobku celkového upraveného gravitace v uvažovaném podlaží a mělo by být rozloženo podobně jako gravitační zatížení. Fiktivní zatížení jsou vždy aplikována ve směru, který generuje největší destabilizační účinek. To znamená, že taková zatížení by měla být aplikována ve stejném směru jako laterální zatížení větrem, aby se dosáhlo nejvyšších deformací a vnitřních sil na konstrukci.
Příloha O.2 – Stabilitní účinky v elastické analýze
Jako alternativu k výše uvedenému přístupu zjednodušené analýzy stability mohou inženýři využít přílohu O.2 ke splnění požadavků na stabilitu stanovených v kapitole 8.4.1 [1]. Tento přístup byl přidán k normě z roku 2019 a má mnoho podobností s americkým ocelovým návrhovým manuálem AISC 360-16 Ch. C Direct Analysis Method.
Geometrické nelinearity
Geometrické nelinearity neboli druhotné účinky jsou řešeny v O.2.2 [1]. Podobně jako u zjednodušené metody lze provést druhotnou analýzu přímo, která zahrnuje účinky zatížení působícího na posunuté průsečíky členů (účinky P-Δ). Navíc by měly být zváženy účinky osového zatížení působícího na prohnutý tvar členů podél délky (P-δ). Předpisy jsou uvedeny v O.2.2 [1], kde může být P-δ zcela zanedbán. Na druhou stranu, pokud je P-δ přímo zahrnut v analýze, může být faktor U1 nastaven na 1.0 použitý v kapitole 13.8 - návrh člena na axiální tlak a ohyb [1].
Geometrické nedokonalosti
Členské geometrické nedokonalosti, jako je neúplná přímost člena nebo lokální geometrické nedokonalosti jako je neúplná přímost elementu pro členy, není třeba zvažovat při návrhu dle kapitoly O.2 [1]. Nicméně, globální geometrické nedokonalosti by měly být zváženy přímým modelováním nebo použitím fiktivních laterálních zatížení. Existuje však výjimka, že tyto globální geometrické nedokonalosti lze zanedbat pouze u kombinací laterálních zatížení, pokud splňují požadavky stanovené v kapitole O.2.3.1 [1]. Požadavky zahrnují, že gravitace konstrukce je primárně podporována vertikálními strukturálními elementy a poměr mezi maximálním druhotným posunem podlaží a prvotním posunem podlaží s použitím snížené tuhosti členů podle kapitoly O.2.4 [1] nepřesahuje hodnotu 1,7 na žádné úrovni podlaží.
Když inženýr nemůže tyto nedokonalosti zanedbat, může být použita první metoda přímého modelování. Průsečíky členů by měly být posunuty ze svých původních poloh. Amplituda tohoto počátečního posunu je stanovena v kapitole 29.3 [1] a aplikována ve směru největšího destabilizačního účinku, což je u většiny stavební konstrukcí tolerance 1/500 pro nesvislost sloupů. Hlavním problémem této metody je vysoký počet scénářů modelů, které je třeba zvážit. Teoreticky jsou potřeba čtyři posuny ve čtyřech různých směrech na každé úrovni podlaží. Pokud jsou také spojeny účinky neúplné přímosti členů s nesvislostí sloupů, přidává to mnoho dalších scénářů modelů, které je třeba zvážit, aby byl dosažen největší destabilizační efekt.
Alternativou a preferovanou metodou pro globální geometrické nedokonalosti je aplikovat fiktivní laterální zatížení. Tato metoda je povolena pouze tehdy, když jsou gravitační zatížení primárně podporována vertikálními strukturálními elementy. Fiktivní laterální zatížení bylo rozebráno dříve v tomto článku a je aplikováno stejným způsobem jako zjednodušená analýza stability v kapitole 8.4.3.2 [1]. Avšak amplituda je snížena z 0,005 na 0,002násobek kombinovaného gravitačního zatížení na příslušném podlaží. Snížení velikosti je povoleno v kapitole O.2.3.3, protože tato fiktivní zatížení zohledňují pouze globální geometrické nedokonalosti, zatímco fiktivní zatížení v kapitole 8.4.3.2 [1] zohledňují také vlivy nelinernosti a další nejistoty.
Efekty deformací
Aby byly zohledněny efekty deformací a také zvažovány počáteční členské nebo lokální geometrické nedokonalosti, stejně jako nejistota v tuhosti a pevnosti, by měla být pro členy přispívající k laterální stabilitě aplikována snížená osová a ohybová tuhost podle následujících rovnic v kapitole O.2.4 [1] :
(E A)r = 0,8 τb E A (E I)r = 0,8 τb E I Kde, Cf / Cy < 0,5 ; τb = 1.0 Cf / Cy > 0,5 ; τb = 4 Cf / Cy (1 - Cf / Cy)
Aby se předešlo lokálním distorzím, standard doporučuje aplikovat toto snížení tuhosti na všechny členy. Dále, pokud přispívá střihová tuhost (GA) a torzní tuhost (GJ) významně k laterální stabilitě, mělo by být zváženo snížení tuhosti. Snížení tuhosti by nemělo být použito při analýze posunů, deformací, vibrací nebo přirozených vibrací.
Příloha O.2 Aplikace v RFEM
FEA program RFEM zahrnul nejnovější požadavky na stabilitu normy CSA S16:19 podle nových ustanovení přílohy O.2.
Geometrické nelinearity
Druhotné účinky stanovené v kapitole O.2.2 [1] jsou přímo zohledněny pro každý případ zatížení nebo kombinaci zatížení, když je metoda výpočtu nastavena na "druhotná analýza".
Nejenže jsou účinky P-Delta zahrnuty pro analýzu člena, ale také P-δ. Proto může být faktor U1 nastaven na 1.0 specifikovaný v kapitole 13.8 přímo v modulu návrhu člena RF-/STEEL CSA.
Geometrické nedokonalosti
Uživatel RFEM má možnost přímo modelovat globální geometrické nedokonalosti posunutím bodů nebo uzlů průsečíků členů. Nicméně, aby tento přístup vytvořil největší destabilizační účinek, bude zapotřebí provést více modelů s různými scénáři. To je spíše časově náročné a zdlouhavé.
Alternativním přístupem je aplikovat fiktivní zatížení s možnostmi nedokonalostí v RFEM. Tento dialog nyní zahrnuje CSA S16:19 v rozbalovacích možnostech. Fiktivní zatížení je aplikováno na konec člena (tzn. vrchol sloupu) s velikostí rovnou 0.002 (nebo 0.005, pokud se používá zjednodušená metoda stability) násobenou osovou silou člena (aplikované gravitační zatížení člena). Rovná a opačná síla je interně aplikována na opačný konec člena, aby se předešlo nerealistickým základovým střihům konstrukce.
Tyto případy zatížení nedokonalostmi mohou být aplikovány v RFEM s konkrétními laterálními případy zatížení, aby produkovaly největší destabilizační akci při zamezení generování kombinací zatížení, které nebudou kontrolní a dále zvýší čas výpočtu (tj. fiktivní zatížení ve směru X by měla být aplikována pouze se zatíženími větrem ve směru X). Dále může být nedokonalosti úplně vypnout pro výrazy kombinace zatížení, jako je použitelnost, při stále aplikování na kombinace pevnosti.
Efekty deformací
Záložka úprav tuhosti pro členy nyní zahrnuje standard CSA S16:19. Pokud je tato možnost vybrána, modifikační faktor 0.8 a vypočtený faktor τb je aplikován přímo na ohybovou a osovou tuhost člena. Uživatelé mají také možnost dále aplikovat tyto redukce na torzní a střihovou tuhost člena.
Protože snížení tuhosti členů by nemělo být uvažováno při konstrukci podle použitelnosti (tj. deformace), RFEM umožňuje uživatelům vypnout všechny úpravy tuhosti členů pro kombinace použitelnosti zatížení, zatímco tuto možnost ponechává aktivní pro kombinace pevnosti.
Shrnutí
Významné aktualizace návrhu stability podle přílohy O.2 v nejnovějším kanadském ocelovém návrhovém manuálu CSA S16:19 jsou nyní plně zakomponovány do pracovního postupu analýzy RFEM. Tyto aktualizace výrazně zahrnují možnost považovat fiktivní zatížení jako nedokonalosti, stejně jako snížené tuhosti členů podle CSA S16:19. Pro zhlédnutí těchto nových aktualizací předvedených v podrobném příkladovém videu si prohlédněte webinář CSA S16:19 Ocelový návrh v RFEM.
