W normie EN 1993-1-1 [1] zdefiniowano następujące cztery klasy przekrojów (również na rysunku 1):
- Klasa 1: Przekroje, które mogą tworzyć przegub plastyczny, o zdolności do obrotu wymaganej dla analizy plastycznej bez redukcji nośności
- Klasa 2: Przekroje, które mogą rozwijać nośność plastyczną, ale mają ograniczoną zdolność do obrotu ze względu na wyboczenie lokalne
- Klasa 3: Przekroje, w których naprężenie obliczone w skrajnie ściskanym włóknie pręta może osiągnąć granicę plastyczności, ale lokalne wyboczenie może zapobiec osiągnięciu pełnej nośności plastycznej na zginanie
- Przekroje klasy 4 to przekroje, w których przed osiągnięciem granicy plastyczności w jednej lub kilku częściach przekroju wystąpi wyboczenie lokalne
Klasyfikacja jest przeprowadzana osobno dla wszystkich części przekroju poprzez porównanie podanych stosunków szerokości do grubości z wartościami granicznymi dla każdej klasy podanymi w normie. W ten sposób definiowana jest klasa każdej części przekroju, a dla całego przekroju określana jest klasa o najmniej korzystnej wartości. Wartości graniczne zależą od następujących czynników:
- Warunek podparcia części przekroju (po jednej lub po obu stronach)
- Granica plastyczności stali w postaci współczynnika ε
- Krzywa naprężeń w częściach przekroju
- Wielkość wytrzymałości na ściskanie
Eurokod 3 zawiera tabele, na podstawie których można obliczyć maksymalne stosunki szerokości do grubości dla części przekroju i porównać z wartościami granicznymi. Na przykład, maksymalny stosunek szerokości do grubości, aby zaklasyfikować wewnętrzną część ściskaną do klasy 3, są określone przez współczynniki pokazane na rysunku 2.
Wartość graniczna dla części wewnętrznych poddanych wyłącznie ściskaniu lub zginaniu jest określana przez współczynnik ε, który jest związany z granicą plastyczności stali. Z drugiej strony w przypadku części poddanych zginaniu i ściskaniu rozkład naprężeń jest wykrywany za pomocą parametru α (plastyczne, klasy 1 i 2) lub ψ (sprężyste, klasa 3).
Pierwsza z nich przedstawia procentową długość naprężenia ściskającego w części przekroju, a druga stosunek naprężeń granicznych (rysunek 3). Tak więc, oprócz współczynnika ε, wartość graniczna stosunków szerokości do grubości dla części poddanych zginaniu i ściskaniu obejmuje parametr α dla klas 1 i 2 oraz parametr ψ dla klasy 3.
Klasyfikacja przekrojów w RFEM 6
Rozszerzenie Projektowanie konstrukcji stalowych w programie RFEM 6 do wymiarowania konstrukcji stalowych przeprowadza szczegółową klasyfikację przekrojów w każdym miejscu obliczeniowym, zanim zostaną przeprowadzone obliczenia. Klasyfikacja przekroju dla każdego typu kontroli projektowej jest dostępna w odpowiednich szczegółach kontroli projektowej.
Pokazano to w przypadku belki pokazanej na rysunku 4 (IPE 300, stal S355), dla której przeprowadzono obliczenia w rozszerzeniu Projektowanie konstrukcji stalowych, a wyniki dla każdego typu obliczeń są już dostępne. Na przykład podczas wyświetlania szczegółów warunku projektowego można zauważyć, że dostępna jest również szczegółowa klasyfikacja przekroju (rysunek 5).
Jak już wyjaśniono, klasyfikacja jest przeprowadzana osobno dla wszystkich części przekroju (w tym przypadku zwanych subpanelami w programie RFEM 6; w tym przypadku pięciu). Z tego względu do każdego subpanelu można przypisać różne klasy przekrojów, przy czym ta o najmniej korzystnej wartości jest decydująca dla całego przekroju. W ten sposób przekrój jest klasyfikowany jako przekrój klasy 4 w przypadku sprawdzenia przekroju zgodnie z 6.2.4, która jest klasą przekroju subpanelu 3.
Ponieważ subpanel 3 jest podparty obustronnie i jest poddany ściskaniu, jego klasyfikacja jest przeprowadzana zgodnie z Tabelą 5.2 z Eurokodu 3 [1]. Granica plastyczności stali wynosi 355 N/mm², a zatem wartość współczynnika ε wynosi 0,814 (rysunek 5). Na podstawie tego współczynnika obliczane są graniczne wartości stosunku szerokości do grubości dla klas 1, 2 i 3 (odpowiednio λ1, λ2 i λ3 ) zgodnie z powyższą tabelą. Następnie na podstawie długości (c) i grubości (t) części przekroju obliczany jest stosunek c/t i porównywany z wartościami granicznymi dla klas przekrojów. W przypadku tego pola założony stosunek c/t jest większy niż obliczony dla przekroju klasy 3, w związku z czym klasa 4 jest przypisana do subpanelu.
Ponieważ pozostałe subpanele należą do klasy 1, dla całego przekroju jest to subpanel o najmniej korzystnej wartości. Z tego względu przekrój jest klasyfikowany jako klasa 4 dla sprawdzenia przekroju zgodnie z 6.2.4.
Aby lepiej zrozumieć klasyfikację przekroju, można wyświetlić poszczególne pola składowe przekroju w zakładce Subpanele w oknie Informacje o przekroju (rys. 6).
Uwagi końcowe
Klasyfikacja przekrojów w programie RFEM 6 do wymiarowania prętów stalowych jest przeprowadzana zgodnie z postanowieniami Eurokodu 3 [1]. Klasyfikacja jest przeprowadzana osobno dla wszystkich części przekroju poprzez porównanie podanych stosunków szerokości do grubości z wartościami granicznymi dla każdej klasy podanymi w normie.
Wartości graniczne zależą od stanu podparcia części przekroju, granicy plastyczności stali, krzywej naprężeń w częściach przekroju oraz wartości wytrzymałości na ściskanie. Po obliczeniu, stosunek szerokości do grubości jest porównywany z tymi wartościami i definiowana jest klasa każdej części przekroju. Na koniec, do całego przekroju zostaje przypisana najmniej korzystna klasa uzyskana dla poszczególnych subpaneli.
