Zohlednění stability a nová příloha O.2 v CSA S16:19

Odborný článek z oblasti statiky za použití softwaru Dlubal

  • Databáze znalostí

Odborný článek

Stabilita konstrukce není při posouzení ocelových konstrukcí novým aspektem. Kanadská norma pro návrh oceli CSA S16 a její nejnovější verze z roku 2019 nepředstavují výjimku. Podrobné požadavky na stabilitu lze řešit buď zjednodušenou metodou stabilitní analýzy podle článku 8.4.3, nebo nově v normě 2019 metodou stabilitních účinků v pružné analýze v příloze O.

V kapitole 8.4.1 [1] jsou uvedeny požadavky na stabilitu, které by statické posouzení mělo splňovat s použitím kterékoliv metody. Patří mezi ně deformace konstrukce, účinky druhého řádu včetně P-Δ a P-δ, globální a prutové geometrické imperfekce, redukce tuhosti zohledňující zplastizování prutů a zbytková napětí a nakonec nejistoty v tuhosti a pevnosti konstrukce.

Článek 8.4.3 - Zjednodušená metoda stabilitní analýzy

U zjednodušené metody stabilitní analýzy podle 8.4.3 [1] jsou uvedeny pouze některé požadavky.

Geometrické nelinearity

První zahrnuje účinky druhého řádu na pruty nebo P-Δ, které lze zohlednit přímo při výpočtu. Metoda výpočtu analýzou druhého řádu je dnes nejpoužívanější v mnoha programech pro statické výpočty. Alternativou je zvětšení všech osových zatížení na pruty a ohybových momentů stanovených z analýzy prvního řádu součinitelem U2 definovaným v 8.4.3.2 (b) [1]. Tento postup je vhodnější pro ruční výpočty nebo pokud software pro statické výpočty automaticky nezohledňuje účinky P-Δ.

Geometrické imperfekce

Druhým bodem zjednodušené metody podle článku 8.4.3.3 [1] jsou fiktivní boční zatížení. Tato zatížení odpovídají 0,005násobku celkového uvažovaného tíhového zatížení v uvažovaném podlaží a měla by být rozdělena analogicky k tíhovému zatížení. Fiktivní zatížení působí vždy ve směru, v kterém vyvolají největší destabilizující účinek. To znamená, že taková zatížení by měla působit ve stejném směru jako boční zatížení větrem, aby v konstrukci vznikly největší deformace a vnitřní síly.

Příloha O.2 - Stabilitní účinky v pružné analýze

Jako alternativu ke zjednodušené metodě stabilitní analýzy, která byla popsána výše, mohou inženýři ke splnění požadavků na stabilitu podle článku 8.4.1 [1] použít přílohu O.2. Tento přístup byl zahrnut do normy v roce 2019 a má mnoho podobností s americkou normou pro ocelové konstrukce AISC 360-16 Kap. C Přímá metoda posouzení.

Geometrické nelinearity

Geometrickými nelinearitami nebo účinky druhého řádu se zabývá O.2.2 [1]. Podobně jako u zjednodušené metody lze i zde přímo provést analýzu druhého řádu, která zahrnuje působení zatížení na posunuté body prutů (účinky P-Δ). Kromě toho je třeba zohlednit vliv osových zatížení na podélně vychýlený prut (P-δ). V normě O.2.2 [1] jsou dané podmínky, za kterých lze P-δ zcela zanedbat. Pokud je ovšem P-δ zahrnuto přímo ve výpočtu, lze součinitel U1, použitý v kapitole 13.8 [1] Posouzení osového tlaku a ohybu, nastavit na 1,0.

Geometrické imperfekce

Geometrické imperfekce prutu jako např. nerovnost prutu nebo lokální geometrické imperfekce jako např. nerovnost prvku prutu nemusí být při posouzení podle přílohy O.2 [1] zohledněny. Při přímé metodě nebo použití fiktivních bočních zatížení se však globální geometrické imperfekce musí zohlednit. Existuje ovšem výjimka, kdy lze tyto globální geometrické imperfekce u bočních kombinací zatížení zanedbat, ale pouze tehdy, pokud splňují požadavky kapitoly O.2.3.1 [1]. Požadavky zahrnují, že tíhová zatížení konstrukce jsou převážně přenášena svislými nosnými prvky a že poměr mezi maximálním posunem podlaží druhého řádu a posunem podlaží prvního řádu se sníženými tuhostmi prutů podle článku O.2.4 [1] nepřekročí 1,7 v žádném podlaží.

Pokud nemohou být tyto imperfekce zanedbány, lze použít první metodu přímého modelování. Styčníky prutů by měly být posunuty z původních pozic. Velikost tohoto počátečního posunu je dána v čl. 29.3 [1] a je aplikována v největším destabilizujícím směru, u většiny konstrukcí budov je to odchylka od svislice sloupu 1/500. Značným problémem této metody je vysoký počet modelových scénářů, které je třeba zohlednit. Teoreticky jsou v každém podlaží zapotřebí čtyři posuny ve čtyřech různých směrech. Pokud jsou účinky prohnutí prutů navíc spojeny s odchylkami od svislic sloupů, přidá se mnoho dalších modelových scénářů nutných k dosažení co největšího destabilizujícího účinku.

Alternativní a preferovanou metodou pro globální geometrické imperfekce je použití fiktivních bočních zatížení. Tato metoda je přípustná, pouze pokud tíhová zatížení přenášejí převážně svislé nosné prvky. O fiktivních bočních zatíženích jsme se již zmínili výše a budou použita analogicky jako při zjednodušené metodě stabilitní analýzy v kapitole 8.4.3.2 [1]. Velikost na příslušném podlaží se ovšem sníží z 0,005 na 0,002násobek výpočtového tíhového zatížení. Redukce je v článku O.2.3.3 povolena, protože tato fiktivní zatížení zohledňují pouze globální geometrické imperfekce, zatímco fiktivní zatížení v sekci 8.4.3.2 [1] zohledňují také účinky nepružnosti a další nejistoty.

Účinky nepružnosti

Pro zohlednění účinků nepružnosti a pro zohlednění počátečních prutových nebo lokálních geometrických imperfekcí a nejistot v tuhosti a pevnosti je třeba použít redukovanou normálovou a ohybovou tuhost prutu podle následujících rovnic v článku O.2.4 [1] pro pruty podílející se na boční stabilitě.

(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 nedošlo k lokálnímu deformování, navrhuje norma použít toto snížení tuhosti na všechny pruty. Kromě toho, pokud smyková tuhost (GA) a torzní tuhost (GJ) významně přispívají k boční stabilitě, měla by se uvažovat redukce těchto tuhostí. Redukci tuhosti nelze použít při výpočtu posunů, průhybů, kmitání nebo vlastního kmitání.

Použití přílohy O.2 v programu RFEM

MKP program RFEM převzal nejnovější požadavky na stabilitu normy CSA S16:19 podle nových ustanovení přílohy O.2.

Geometrické nelinearity

Účinky druhého řádu podle článku O.2.2 [1] se zohlední přímo pro každý zatěžovací stav nebo kombinaci zatížení, pokud je jako metoda výpočtu zvolena "Analýza druhého řádu".

Při analýze prutů se zohledňují nejen účinky P-Delta, ale také P-δ. Proto lze součinitel U1 nastavit na hodnotu 1,0 podle čl. 13.8 přímo v modulu RF-/STEEL CSA.

Geometrické imperfekce

Uživatel RFEMu má možnost modelovat globální geometrické imperfekce přímo pomocí posunů bodů nebo uzlů styčníků prutů. Aby však byl zajištěn největší destabilizující účinek této metody, je třeba spočítat několik modelů s různými scénáři. To je časově náročné a těžkopádné.

Alternativní přístup v programu RFEM je použít fiktivní zatížení v nastavení imperfekcí. Následující dialog nyní obsahuje v rozevírací nabídce možnost CSA S16:19. Fiktivní zatížení působí na konec prutu (tj. vrchol sloupu) s velikostí 0,002násobku (resp. 0,005násobku v případě zjednodušené stabilitní metody) normálové síly v prutu (působícího tíhového zatížení prutu). Na opačný konec prutu působí interně stejná a opačná síla, aby se předešlo nerealistickému smyku v základu konstrukce.

Tyto zatěžovací stavy typu imperfekce lze v programu RFEM použít se specifickými bočními zatěžovacími stavy, aby se dosáhlo co největšího destabilizačního účinku a současně se zabránilo vzniku nerozhodujících kombinací zatížení a prodloužení doby výpočtu (tj. fiktivní zatížení ve směru X by měla být použita pouze se zatížením větrem ve směru X). Imperfekce lze kromě toho zcela deaktivovat pro některé kombinace zatížení, jako je například použitelnost, zatímco pro pevnostní kombinace se zohledňují.

Účinky nepružnosti

Záložka Upravit tuhosti pro pruty nyní obsahuje způsob zadání podle CSA S16:19. S touto volbou se pro normálovou a ohybové tuhosti prutu nastaví modifikační součinitel 0,8 a použije se vypočítané τb. Uživatel může dále použít tyto redukce také pro tuhost v kroucení a smykové tuhosti.

Vzhledem k tomu, že při posouzení mezního stavu použitelnosti (tj. průhybů) by neměla být tuhost prutů redukována, lze v programu RFEM všechny úpravy tuhostí pro kombinace mezního stavu použitelnosti deaktivovat a zároveň je ponechat aktivní pro pevnostní kombinace zatížení.

Shrnutí

V programu RFEM jsou nyní plně integrovány významné aktualizace posouzení stability podle přílohy O.2 z nejnovější kanadské normy CSA S16:19 pro posouzení oceli. Tyto aktualizace obsahují především možnost použít fiktivní zatížení jako imperfekce a také redukce tuhostí prutů podle CSA S16:19. Chcete-li si tyto nové aktualizace prohlédnout na podrobném příkladu na videu, podívejte se na webinář Návrh oceli podle CSA S16:19 v programu RFEM.

Autor

Amy Heilig, PE

Amy Heilig, PE

Jednatelka Dlubal Software, Inc., prodej a péče o zákazníky

Amy Heilig je ředitelkou americké pobočky společnosti Dlubal Software ve Filadelfii. Mezi její úkoly patří prodej a technická podpora zákazníkům a navíc se podílí na vývoji programů pro americký a kanadský trh.

Klíčová slova

Ocel Ocelový prut CSA CSA S16 CSA S16:19 Stabilita Redukce tuhosti Fiktivní zatížení Imperfekce P-Delta P-Δ

Literatura

[1]   CSA S16:19, Design of Steel Structures

Odkazy

Napište komentář...

Napište komentář...

  • Navštíveno 185x
  • Aktualizováno 4. května 2021

Kontakt

Kontaktujte Dlubal Software

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

Výbušné konstrukce v programu RFEM

Časová analýza při výbuchu v programu RFEM

Webinář 13. května 2021 14:00 - 15:00 EDT

Online školení | Anglicky

RFEM pro studenty | 2. část

Online školení 17. května 2021 14:00 - 16:30 CEST

Online Training | Czech

RFEM | Bezplatné základní školení

Online školení 18. května 2021 9:00 - 11:30 CEST

Online školení | Anglicky

Eurokód 5 | Dřevěné konstrukce podle DIN EN 1995-1-1

Online školení 20. května 2021 8:30 - 12:30 CEST

Online školení | Anglicky

RFEM | Dynamika konstrukcí a posouzení zemětřesení podle EC 8

Online školení 2. června 2021 8:30 - 12:30 CEST

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Návrh skla pomocí programů Dlubal Software

Webinář 8. června 2021 14:00 - 14:45 CEST

Online školení | Anglicky

RFEM pro studenty | 3. část

Online školení 15. června 2021 14:00 - 16:30 CEST

Online školení | Anglicky

RFEM | Základní školení | USA

Online školení 17. června 2021 9:00 - 13:00 EDT

Pozvání na konferenci

Statika stavieb 2021 - 25. konference statiků

Konference 14. října 2021 - 15. října 2021

Dřevěné konstrukce | 2. část: Posouzení

Prutové a plošné konstrukce ze dřeva | 2. část: Posouzení

Webinář 11. května 2021 14:00 - 15:00 CEST

Efektivní výměna dat mezi RFEM/RSTAB a Tekla Structures

Efektivní výměna dat mezi RFEM/RSTAB a Tekla Structures

Webinář 5. května 2021 9:00 - 10:00 CEST

Membránové konstrukce a \n CFD simulace zatížení větrem

Membránové konstrukce a CFD simulace zatížení větrem

Webinář 6. dubna 2021 13:00 - 14:00 CEST

Boulení stěn a skořepin s využitím softwaru Dlubal

Boulení stěn a skořepin s využitím softwaru Dlubal

Webinář 30. března 2021 14:00 - 14:45 CEST

Návrh oceli podle CSA S16:19 v programu RFEM

Návrh oceli podle CSA S16:19 v programu RFEM

Webinář 10. března 2021 14:00 - 15:00 EDT

Nejčastější chyby uživatelů v programech RFEM a RSTAB

Nejčastější chyby uživatelů v programech RFEM a RSTAB

Webinář 4. února 2021 14:00 - 15:00 BST

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Webinář 26. ledna 2021 13:00 - 14:00 BST

Posouzení prutů podle ADM 2020 v programu RFEM

Posouzení prutů podle ADM 2020 v programu RFEM

Webinář 19. ledna 2021 14:00 - 15:00 EDT

Dlubal seminář

Dlubal online seminář | 15. prosince 2020

Webinář 15. prosince 2020 9:00 - 16:00 BST

Návrh dřevěné obloukové konstrukce dle EC5

Návrh dřevěné obloukové konstrukce dle EC5

Webinář 25. listopadu 2020 13:00 - 14:00 BST

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Řešení problémů a optimalizace MKP v programu RFEM

Webinář 11. listopadu 2020 14:00 - 15:00 EDT

Interakce konstrukce s podložím v programu RFEM

Interakce konstrukce s podložím v programu RFEM

Webinář 27. října 2020 14:00 - 14:45 BST

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 CSA 5.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle kanadské normy CSA S16

Cena za první licenci
1 480,00 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 CSA 8.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle kanadské normy CSA S16-14

Cena za první licenci
1 480,00 USD