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.
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)
