6214x
001533
2018-08-22

Wpływ poślizgu na standardowe połączenia w konstrukcjach stalowych

Niniejszy artykuł omawia sztywność standardowych połączeń zgodnie z normami DSTV (German Steel Construction Association)/DASt (German Committee for Structural Steelwork), często stosowanych w konstrukcjach stalowych, oraz jej wpływ na wyniki analizy konstrukcyjnej i obliczeń, przeprowadzanych zgodnie z DIN EN 1993-1-1.

DIN EN 1993-1-8 [3] zapewnia model do obliczeń oraz klasyfikacji sztywności połączenia i zarządza wynikowym modelowaniem połączenia półsztywnego w modelu konstrukcyjnym.

W praktyce połączenia na zginanie są zwykle definiowane jako sztywne w określaniu sił wewnętrznych lub w modelu konstrukcyjnym. W związku z tym charakterystyka momentu obrotowego połączenia nie jest uwzględniana przy określaniu sił wewnętrznych. Jednak w większości przypadków musi zostać uwzględniona, w zależności od sztywności konstrukcji, zgodnie z normami obowiązującymi w analizie konstrukcyjnej.

W poniższym tekście, na przykładzie zostanie pokazany wpływ poślizgu połączenia na wyniki obliczeń konstrukcji szkieletowej.

System

Konstrukcja to rama dwuprzegubowa o rozpiętości 15,0 m i wysokości 6,0 m plus 0,8 m poddasza.

Aby przeprowadzić pierwszy krok obliczeń sztywnych połączeń, stosowane są przekroje jak pokazano na Rysunku 01. Wykorzystana zostanie stal konstrukcyjna S235 zgodnie z DIN EN 1993-1-1 [2].

obciążenie konstrukcji

Obliczenia zostaną przeprowadzone przy poniższych uproszczonych założeniach dotyczących obciążenia:
  • Szerokość obciążenia (odległość od ramy) = 5,00 m
  • Ciężar własny konstrukcji dachu g = 0,40 kN/m²
  • Obciążenie śniegiem s = 1,30 kN/m²
  • Ściany obciążone wiatrem w = 0,60 kN/m² (cp = 0,8 i -0,5)
  • Imperfekcje (w płaszczyźnie ramy) zgodnie z DIN EN 1993-1-1

Obliczanie stanu granicznego nośności przy sztywnym połączeniu ramy

Obliczenia sił wewnętrznych płaszczyzny ramy jest przeprowadzane zgodnie z analizą drugiego rzędu i z imperfekcjami (nachylenie i wygięcie wstępne). Osłonięcie siły wewnętrznejMy znajduje się na rysunku 02.

W przypadku wymiarowania belki za pomocą modułu RF-/STEEL EC3 zastosowano utwierdzenie boczne i skrętne na końcach pręta oraz podporę boczną pasa górnego w jednej trzeciej punktów podziału.

Obliczanie połączenia ramy jest przeprowadzane w RF-/JOINTS Steel - DSTV. Zostaną zastosowane typy IH3.1 i M20. Nie jest możliwe wymiarowanie połączenia zgodnie z [1] przy uwzględnieniu istniejących sił wewnętrznych.

Dlatego, przekrój belki należy zwiększyć do IPE 500, a połączenia należy wybrać jak pokazano na Rysunku 01, w celu analizy stanu granicznego użytkowalności.

Obliczanie stanu granicznego nośności przy półsztywnym połączeniu ramy

Wymóg uwzględnienia właściwości momentu obrotowego w analizie konstrukcyjnej wynika z klasyfikacji połączeń zgodnie z DIN EN 1993-1-8.

W przypadku ramy ruchomej, zastosowanie ma klasyfikacja "ulegająca odkształceniu" jeśli:

W przypadku obecnie obliczanego połączenia IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (patrz Rysunek 01) bez elementu usztywniającego i słupa HE-B 240, uzyskujemy wynik:

Sztywność konstrukcji jest obliczana zgodnie z EN 1993-1-8, rozdział 5.2.2.5 w następujący sposób:

Tym samym połączenie można sklasyfikować jako ulegające odkształceniu:
3 374 kNm/rad <Sini = 72 270 kNm/rad <168,700 kNm/rad

Ze względu na oczekiwaną redystrybucję sił wewnętrznych do momentu w przęśle, można ponownie spróbować obliczeń z oryginalnym IPE 450.

Obliczenia sił wewnętrznych są ponownie przeprowadzane w płaszczyźnie ramy zgodnie z analizą drugiego rzędu i z imperfekcjami (nachylenie i wygięcie wstępne) oraz przy uwzględnieniu właściwości momentu obrotowego połączenia. Aplikacja odbywa się zgodnie z DIN EN 1993-1-8 Sec. 5.1.2 (4), uproszczona liniową sprężyną obrotową z Sj, ini/2. Osłonięcie siły wewnętrznejMy znajduje się na rysunku 04.

Wskutek uwzględnienia sztywności obrotu, ma miejsce redukcja momentów w narożach o około 10 %. Obliczenie połączenia w RF-/JOINTS Steel - DSTV kończą się pozytywnym wynikiem obliczeń dla IH 3.1 E 45 20 6xM20 8.8. Można również udowodnić, że oryginalny profil IPE 450 jest wystarczająco nośny (patrz Rysunek 05).

Obliczanie stanu granicznego nośności przy sztywnym połączeniu ramy

W tym miejscu zostaną przeprowadzone obliczenia tylko odkształcenia poziomego ramy Wartość graniczną definiuje się za pomocą wh, max = h/150 = 680/150 = 4,53 cm.

Ze względu na mniejszy poziom obciążenia dla SGU można przyjąć, że momenty są mniejsze niż 2/3 Mj, Ed, a zatem do analizy odkształceń można zastosować sprężystą sztywność początkową połączenia. Można to zrobić poprzez modyfikację sztywności odpowiednich kombinacji obciążenia w parametrach obliczeń (patrz Rysunek 06).

Es ergeben sich unter Ansatz von Sj,ini Verformungen in X-Richtung von 4,73 cm (siehe Bild 07).

Obliczenia wyglądają następująco:
wex/Wh, max = 4,73/4,53 = 1,04

Uwagi końcowe

Dzięki uwzględnieniu właściwości momentu obrotowego połączenia uzyskujemy bardziej rzeczywistą pracę konstrukcji, obliczenia są także bardziej ekonomiczne, pozwalające w tym przykładzie oszczędzić materiał na poziomie ok.10 %.

Ponadto, w przypadku stanu granicznego użytkowalności w ujęciu ekonomicznym, przy przeprowadzaniu analizy odkształceń konieczne jest zastosowanie początkowej sztywności sprężystej dla odpowiednich kombinacji obciążeń.


Odnośniki
Odniesienia
  1. K. Weynand, R. Oerder Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8. Düsseldorf: Stahlbau, 2013
  2. Eurokod 3: Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. (2010). Berlin: Beuth Verlag GmbH
  3. EN 1993-1-8 Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-8: Projektowanie połączeń. (2010). Berlin: Beuth Verlag GmbH
Pobrane


;