Porównywanie współczynników obciążenia krytycznego dla zwichrzenia lateralnego według różnych metod i modułów

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator Podgląd oryginalnego tekstu  

Wartość rozgałęzienia dla wyboczenia skrętnego na boki lub moment krytyczny dla belki jednoprzęsłowej zostanie porównana według różnych metod analizy stateczności.

Konstrukcja i obciążenia

Podana jest belka jednoprzęsłowa o długości 15 m. Przekrój poprzeczny belki jednoprzęsłowej jest IPE 400 wykonany z S355. Obciążenie wynosi 5 kN / m. Ciężar własny jest pomijany.

Rysunek 01 - Konstrukcja i obciążenia

Wymiarowanie bez stabilizacji

Weryfikacja może zostać przeprowadzona przy użyciu ustawień standardowych (belka jednoprzęsłowa z ograniczeniami bocznymi i skrętnymi) modułu dodatkowego RF- / STEEL EC3 zgodnie z niemieckim załącznikiem krajowym i nie jest ona speł niona.

Krytyczny moment wyboczeniowy wynosi tutaj tylko 72,61 kNm, a wartość ta jest potwierdzana przez popularne wzory z literatury technicznej.

Rysunek 02 - Wymiarowanie bez stabilizacji

Wymiarowanie przy użyciu funkcji Stabilizacja na akordie górnym

Za pomocą wirtualnego pręta poprzecznego łączącego środek pręta górnego przemieszczenie pręta górnego jest stałe.

Tę stabilizację można przeprowadzić w RF- / STEEL EC3 za pomocą bocznego utwierdzenia, bez konieczności dzielenia pręta w tym celu.

Rysunek 03 - Wprowadzanie pośredniego utwierdzenia bocznego

Kolejne obliczenia zgodnie z rozdziałem 6.3.2.3 EN 1993-1-1 [1] prowadzą do pomyślnej weryfikacji i krytycznego momentu wyboczenia wynoszącego 209,52 kNm.

Rysunek 04 - Wymiarowanie przy stabilizacji

W porównaniu z metodą ogólną jako obliczaniem zbiorów prętów

W następnym kroku weryfikacja zostanie przeprowadzona zgodnie z metodą ogólną jako obliczenia zbiorów prętów. W tym celu pręt może zostać skopiowany w kierunku Y, w tym podpory i obciążenie, podzielony na środku i może zostać utworzony zbiór prętów.

Rysunek 05 - Zbiór prętów

W nowym przypadku obliczeniowym w RF- / STEEL EC3 do obliczeń został wybrany zbiór prętów. Zamiast okna "1.5 Długości efektywne - Pręty" pojawia się okno "1.7 Podpora węzłowa". Domyślnie na początku i na końcu zestawu nawiasów konstrukcyjnych zdefiniowano dwie podpory z podporami φx ' i u y' .

Aby ją ustabilizować w środku, należy utworzyć inną podpórkę o mimośrodu wynoszącym -200 mm w lokalnym kierunku Z.

Podpory można łatwo wyświetlić za pomocą przycisku w oknie widoku częściowego.

Rysunek 06 - Wprowadzanie podpory węzłowej

Weryfikacja zakończyła się pomyślnie, a obliczana jest wartość rozgałęzienia 1,49.

Rysunek 07 - Wymiarowanie metodą ogólną

Wykorzystując moment maksymalny, można wyznaczyć moment krytyczny wyboczenia 209,54 kNm, który odpowiada ostatniemu obliczeniu.

Rysunek 08 - Obliczanie momentu zwichrzenia - BPS

Stosunek smukłości belki jest podany jako 1.488 i jest wymagany do zastosowania imperfekcji w następnym podrozdziale.

W porównaniu z analizą skosów

W następnym kroku wartość rozgałęzienia zostanie porównana z analizą odkształcenia, co oznacza, że zamiast czterech stopni swobody stosowane jest siedem stopni swobody.

W oknie dialogowym "Szczegóły" w zakładce "Korekcja skrętu" należy zaznaczyć opcję "Przeprowadź analizę odkształceń".

Rysunek 09 - Aktywacja skrętu podczas skręcania

Podobnie jak w przypadku metody 6.3.4 EN 1993-1-1 należy sprawdzić podpory węzłowe oraz, w razie potrzeby, dostosować je.

Rysunek 10 - Wprowadzanie podpór węzłowych do analizy wydłużania

W oknie 1.13 podawana jest wartość imperfekcji L / 400.

Kolejne obliczenia są bardziej korzystne i prowadzą do wartości rozgałęzienia 1,489, co bardzo dobrze koresponduje z poprzednimi projektami.

Rysunek 11 - Wyniki analizy skręcania skrętu

W porównaniu z modułem dodatkowym RF- / FE-LTB

W ostatnim kroku belka jednoprzęsłowa (zbiór prętów) zostanie zaprojektowana z dodatkowym modułem RF- / FE-LTB, a wartość rozgałęzienia zostanie tutaj ponownie porównana.

W RF / FE-LTB węzły węzłowe zdefiniowane w zbiorze prętów są importowane bezpośrednio.

Rysunek 12 - Definicja podpór węzłowych w RF- / FE-LTB

Mimośrodu nie można jednak zdefiniować, dlatego też utwierdzenie pośrednie nie jest zdefiniowane jako podpora węzłowa, ale jako sprężyna końcowa pręta w oknie 1.6.

Przy wprowadzaniu obciążenia należy zwrócić uwagę na zastosowanie mimośrodu, ponieważ w przeciwnym razie przeprowadzane jest zbyt korzystne obliczenie.

Rysunek 13 - Mimośród obciążenia w RF- / FE-LTB

Imperfekcja jest stosowana ręcznie do 1,875 cm dla pierwszego trybu własnego.

Obliczenia końcowe dają w wyniku wartość rozgałęzienia 1.489 i są one zgodne ze wszystkimi wcześniejszymi obliczeniami.

Rysunek 14 - Wyświetlanie współczynnika obciążenia krytycznego

Słowa kluczowe

Zwichrzenie na skręcanie Analiza odkształceń Konstrukcje stalowe EC3

Literatura

[1]   Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1‑1: General rules and rules for buildings; EN 1993‑1‑1:2010‑12

Do pobrania

Linki

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD
RFEM Konstrukcje stalowe i aluminiowe
RF-STEEL EC3 5.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3

Cena pierwszej licencji
1 480,00 USD
RSTAB Konstrukcje stalowe i aluminiowe
STEEL EC3 8.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3

Cena pierwszej licencji
1 480,00 USD
RFEM Konstrukcje stalowe i aluminiowe
RF-STEEL Warping Torsion 5.xx

Rozszerzenie modułu dodatkowego RF-STEEL EC3 i RF-STEEL AISC

Moment skręcania skrępowanego w analizie drugiego rzędu z uwzględnieniem 7 stopni swobody

Cena pierwszej licencji
850,00 USD
RSTAB Konstrukcje stalowe i aluminiowe
STEEL Warping Torsion 8.xx

Rozszerzenie modułu dodatkowego STEEL EC3 i RF-STEEL AISC

Moment skręcania skrępowanego w analizie drugiego rzędu z uwzględnieniem 7 stopni swobody

Cena pierwszej licencji
850,00 USD
RFEM Konstrukcje stalowe i aluminiowe
RF-FE-LTB 5.xx

Moduł dodatkowy

Analiza zwichrzenia prętów według teorii drugiego rzędu (MES)

Cena pierwszej licencji
900,00 USD
RSTAB Konstrukcje stalowe i aluminiowe
FE-LTB 8.xx

Moduł dodatkowy

Analiza zwichrzenia prętów według teorii drugiego rzędu (MES)

Cena pierwszej licencji
900,00 USD