AISC 360-16 rozdz. C Bezpośrednia metoda analizy w RFEM 6

Artykuł techniczny na temat analizy statyczno-wytrzymałościowej w programach Dlubal Software

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

Norma stalowa AISC 360-16 wymaga uwzględnienia stateczności konstrukcji jako całości i każdego z jej elementów. Dostępne są w tym celu różne metody, w tym bezpośrednia metoda uwzględniania w analizie, metoda długości efektywnej i metoda analizy bezpośredniej. W tym artykule zwrócono uwagę na ważne wymagania Ch. C [1] oraz metodę analizy bezpośredniej, która ma zostać włączona do modelu stali konstrukcyjnej wraz z zastosowaniem w programie RFEM 6.

Wymagania dotyczące stateczności

W rozdz. C1 [1] , dla analizy stateczności konstrukcji stalowej wyszczególnionych jest pięć wymagań. Bezpośrednio z AISC 360-16 są to:

  • Odkształcenia na zginanie, ścinanie i osiowe pręty oraz wszystkie inne odkształcenia elementów i połączeń, które przyczyniają się do przemieszczeń konstrukcji
  • Efekty drugiego rzędu (w tym efekty P-Δ i P-δ)
  • Imperfekcje geometryczne
  • Redukcja sztywności ze względu na niesprężystość, w tym efekt częściowego uplastycznienia przekroju, który może być spotęgowany przez naprężenia szczątkowe
  • Niepewność w zakresie wytrzymałości i sztywności układu, prętów oraz połączeń

W celu spełnienia powyższych wymagań można zastosować metodę analizy bezpośredniej. W tym artykule skupimy się głównie na punktach b. przez re. a aplikacja w RFEM 6.

efekty drugiego rzędu

Analiza konstrukcji powinna uwzględniać efekty drugiego rzędu, w tym P-Δ i P-δ. Jeżeli na element konstrukcyjny, taki jak słup, przyłożone jest oprócz obciążenia bocznego obciążenie osiowe, element ten ugięcia się. Droga ugięcia pomnożona przez przyłożone obciążenie osiowe P tworzy moment wtórny nazywany P-Δ, który należy uwzględnić. Dodatkowo w analizach należy uwzględnić destabilizujący efekt obciążenia osiowego działającego wzdłuż odkształconej krzywizny pręta. Fot. W C-C2.1 [1] przedstawiono graficzny przykład tych drugorzędnych oddziaływań na pręcie.

AISC wymienia warunki w C2.1 (b) [1] , w których efekty P-δ mogą być całkowicie pominięte. W przeciwnym razie, jeżeli pręt jest poddawany ściskaniu i zginaniu, lokalne odkształcenia należy uwzględnić w analizach.

W programie RFEM 6 analiza drugiego rzędu jest rozwiązywana iteracyjnie jako sekwencja problemów liniowych, w których siła osiowa jest aktualizowana w stosunku do poprzedniej iteracji i traktowana jako stała w kroku iteracji. To numeryczne podejście jest iteracyjną metodą stałoprzecinkową, znaną jako metoda Picarda. Zarówno efekty drugorzędne P-Δ, jak i P-δ są automatycznie wychwytywane w równaniach różniczkowych w solwerze programu RFEM 6, gdy są one ustawione na tę metodę.

Sytuacje obliczeniowe i kombinacje obciążeń w programie RFEM 6 są domyślnie ustawione na drugiego rzędu i zgodnie z metodą Picarda. Użytkownik może modyfikować te domyślne ustawienia dla sytuacji obliczeniowych LRFD lub ASD, na przykład w Kreatorze kombinacji – Ustawienia analizy statycznej – Metoda iteracyjna dla analizy nieliniowej.

Poszczególne kombinacje obciążeń zostaną następnie dostosowane do ustawień analizy zdefiniowanych w danej sytuacji obliczeniowej. W razie potrzeby użytkownik może jednak indywidualnie modyfikować ustawienia kombinacji obciążeń.

Zgodnie z pkt. C2.1(b) [1] , użytkownik może zachować domyślną analizę drugiego rzędu dla Sytuacji obliczeniowej 1 - LRFD, która będzie stosowana do obliczeń wytrzymałościowych. Dodatkowo, żądany typ analizy można ustawić dla sytuacji obliczeniowej 2 - ASD, która może być wykorzystana do sprawdzenia użytkowalności wraz z innymi utworzonymi sytuacjami obliczeniowymi. Więcej informacji na temat opcji oferowanych w tych oknach dialogowych można znaleźć w instrukcji online programu RFEM 6 Static Analysis Settings .

Imperfekcje geometryczne

rozdz. C2.2 [1] wymaga, aby imperfekcje konstrukcji zostały uwzględnione poprzez modelowanie bezpośrednie imperfekcji lub poprzez zastosowanie obciążeń nominalnych. Sect.ISC wyjaśnia, że głównym problemem związanym z imperfekcjami w konstrukcjach budowlanych jest przecinanie słupów z pionu. Nieliniowość przekroju nie jest wymagana w tej sekcji, ponieważ efekt ten jest uwzględniony w rozdz. E [1] do obliczeń ściskania.

Aby uzyskać jak największy efekt destabilizacji, modelowanie bezpośrednie imperfekcji powinno uwzględniać początkowe przemieszczenia wywołane obciążeniem oraz zastosowane kształty postaci wyboczeniowej. W zależności od wielkości konstrukcji może to być czasochłonne i skomplikowane. Zamiast tego można zastosować alternatywną metodę z przyłożonymi obciążeniami umownymi.

Zgodnie z C2.2b(a) [1] obciążenia hipotetyczne należy stosować jako addytywne obciążenia boczne na wszystkich poziomach we wszystkich kombinacjach obciążeń. Wyjątek podany w C2.2b (d) [1] polega na tym, że gdy znoszenie konstrukcji drugiego rzędu do znoszenia pierwszego rzędu jest równe lub mniejsze niż 1,7, wówczas obciążenia umowne mogą zostać przyłożone do kombinacji obciążeń wyłącznie ciążeniowych i pominięte od kombinacji z innymi przyłożonymi obciążeniami bocznymi.

Umowną wielkość obciążenia na każdym poziomie można obliczyć za pomocą równania C2-1 [1] .

Formuła 1

Ni=0.002αΥi

Gdzie

α = 1,0 (LRFD); α = 1,60 (ASD)
Ni = obciążenie nominalne przyłożone na poziomie i , kip (N)

Yi = obciążenie grawitacyjne przyłożone na poziomie i z kombinacji obciążeń LRFD lub ASD, kip (N)

Obciążenia umowne należy przykładać w kierunku wywołującym największy efekt destabilizujący. Oznacza to, że w przypadku kombinacji obciążeń działających wyłącznie na zasadzie grawitacji obciążenia hipotetyczne należy przykładać w obu kierunkach ortogonalnych. W przypadku kombinacji obciążeń z przyłożonymi obciążeniami bocznymi, obciążenia nominalne powinny być przyłożone w tym samym, wypadkowym kierunku (np. obciążenia wiatrem w kierunku X powinny obejmować obciążenia nominalne w kierunku X).

Program RFEM 6 zapewnia użytkownikom możliwość definiowania przypadków imperfekcji w kierunkach ortogonalnych, na przykład w kierunkach ±X lub ±Y. Przypadki obciążenia można następnie przydzielić do każdego przypadku obciążenia imperfekcją, uwzględniając największy efekt destabilizujący. Program RFEM automatycznie przyporządkuje przypadek imperfekcji do wygenerowanych kombinacji obciążeń, jak pokazano bezpośrednio w tym oknie dialogowym.

Po zdefiniowaniu przypadków imperfekcji użytkownik musi zdefiniować imperfekcje prętowe pod każdym przypadkiem imperfekcji. Dokument „ANSI/AISC 360-16 | Bieżący” dostępny w rozwijanym menu uwzględni siłę osiową pręta z przypisanej kombinacji obciążeń, wykorzystuje równanie. C2-1 [1] , i zastosować obliczoną wielkość obciążenia nominalnego zarówno na początku, jak i na końcu pręta. „ANSI/AISC 360-16 | Obciążenie grawitacyjne”pozwala użytkownikowi odnieść się do innej kombinacji obciążeń, innej niż prądowa, w celu obliczenia siły osiowej pręta. Należy również określić kierunek imperfekcji w oparciu o osie globalne lub osie lokalne pręta. Należy zwrócić szczególną uwagę na kierunek imperfekcji, ponieważ intencją jest, aby konstrukcja ta została zorientowana w kierunku ogólnym, w celu wywołania największego efektu destabilizującego. Po zdefiniowaniu tych informacji imperfekcję można przypisać do wielu prętów, na przykład do wszystkich słupów w konstrukcji.

Po zastosowaniu imperfekcji można je zobaczyć graficznie na konstrukcji w programie RFEM.

Imperfekcje należy stosować tylko w kombinacjach obciążeń wytrzymałościowych i nie są wymagane do sprawdzenia użytkowalności. Dlatego w oknie dialogowym kreatora edycji kombinacji , pokazanym wcześniej na rysunku 1, należy włączyć opcję „Uwzględnij przypadki imperfekcji” i zastosować do sytuacji obliczeniowej 1 - LRFD, zakładając, że obliczenia wytrzymałościowe zostaną przeprowadzone zgodnie z metodą LRFD. Alternatywnie, za pomocą przycisku "Utworzyć nową kombinację kombinacji" w lewym dolnym rogu można wygenerować nową definicję elementu z wyłączonym "Uwzględnij przypadki imperfekcji". W tym przykładzie obliczenia użytkowalności, podobnie jak w przypadku obliczeń wytrzymałościowych, zostaną poddane analizie statycznej jako drugorzędne (P-Δ). Teraz tego nowego Kreatora kombinacji można przydzielić do sytuacji obliczeniowej 2 – ASD, zakładając, że obliczenia użytkowalności zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem nieobliczonych kombinacji obciążeń.

Po zastosowaniu tych ustawień w sytuacjach obliczeniowych poszczególne kombinacje obciążeń wymienionych w zakładce „Kombinacje obciążeń” również automatycznie odzwierciedlają te same ustawienia.

Dostosowanie sztywności

Naprężenia szczątkowe w prętach mogą prowadzić do częściowego uplastycznienia przekroju, powodującego ogólne osłabienie konstrukcji. To z kolei prowadzi do destabilizujących efektów. Dodatkowo należy uwzględnić rozkład plastyczności na przekroju i na długości pręta.

Aby zbliżyć się do tez wpływu AISC na redukcję wytrzymałości pręta, AISC wymagało zastosowania współczynnika 0,8 do wszystkich sztywności przyczyniających się do stateczności konstrukcji. W dalszej części normy w C2.3(a) [1] sztywność powinna zostać zredukowana do wszystkich prętów, aby uniknąć sztucznego odkształcenia konstrukcji. Z tego względu współczynnik 0,8 można zastosować do sztywności osiowej i na zginanie wszystkich prętów.

Dodatkowo, współczynnik τb obliczony na podstawie równ. Pokazane poniżej normy C2.2a i C2.2b [1] należy stosować tylko do sztywności prętów na zginanie. Podczas określania wytrzymałości przekroju na ściskanie, należy uwzględnić porównanie z uwzględnieniem przekrojów smukłych w porównaniu z przekrojami niesmukłymi.

(1) Gdy α Pr/Pns ≤ 0,5

Formuła 2

τb=1

(2) Gdy α Pr/Pns > 0.5

Formuła 3

τb=4(αPr/Pns)[1-(αPr/Pns)]

Gdzie

α = 1,0 (LRFD); α = 1,60 (ASD)
Pr = wymagana osiowa wytrzymałość na ściskanie dla kombinacji obciążeń LRFD lub ASD, kip (N)

Pns = wytrzymałość przekroju na ściskanie; w przypadku przekrojów niesmukłych Pns = Fy Ag , a dla smukłych elementów przekrojów Pns = Fy Ae , Ae ma wartość kips (N) zdefiniowaną w Sekcji E7.

Zgodnie z rozdz. C2.3(c) [1] , dla sztywności na zginanie wszystkich prętów dopuszczalne jest wyznaczenie τb = 1.0, ale na konstrukcję należy przyłożyć dodatkowe obciążenie nominalne, zdefiniowane w tym rozdziale. Ponadto, redukcje sztywności są stosowane tylko w stanach granicznych wytrzymałości i stateczności. Nie ma ona zastosowania do analiz stanów granicznych użytkowalności ani innych analiz, takich jak określanie dryfu, ugięcia, drgań i okresu.

Program RFEM 6 daje użytkownikom możliwość zastosowania do wybranych prętów wymagań dotyczących redukcji sztywności AISC. Współczynnik 0,8 jest stosowany do sztywności osiowej i na zginanie pręta, podczas gdy współczynnik τb może być obliczony automatycznie na podstawie równania. C2.2a i C2.2b [1] i zastosowane do sztywności pręta na zginanie. Wracając do kreatora kombinacji dla sytuacji obliczeniowej 1 - LRFD, należy aktywować opcję „Uwzględnij modyfikację konstrukcji“ ze zdefiniowanym nowym ustawieniem modyfikacji konstrukcji. Po aktywowaniu opcji "Członkowie", dostępna jest nowa zakładka "Członkowie". W tej nowej zakładce można wybrać "Modyfikację nowej sztywności pręta". Spowoduje to wywołanie ostatniej opcji wyboru „AISC 360-16 C2.3 | Konstrukcje stalowe” z menu rozwijanego. Zwróć uwagę na „Równanie iteracyjne Opcja C2-2a i C2-2b” powoduje automatyczne obliczenie współczynnika sztywności na zginanie τb , na podstawie siły normalnej smukłości lub siły niesmukłości elementów. Współczynnik 0,8 jest ustawiony domyślnie i jest stosowany do sztywności na zginanie i sztywności osiowej. Po zdefiniowaniu wszystkich opcji stalowe pręty, dla których ma zostać zastosowana redukcja sztywności, zostają wybrane graficznie lub można wprowadzić numery prętów bezpośrednio w oknie dialogowym Modyfikacja konstrukcji.

Należy pamiętać, że użycie osobnego kreatora kombinacji, który został już wcześniej zdefiniowany dla sytuacji obliczeniowej 2 - ASD, w celu dezaktywacji imperfekcji imperfekcji dla opisanych powyżej obliczeń użytkowalności również powinien pozostawić niezaznaczoną opcję „Uwzględnić modyfikację konstrukcji”. Pozwoli to na wykorzystanie pełnych sztywności prętów dla wszystkich nieuwzględnionych kombinacji obciążeń.

Uwagi końcowe

Wymagania podane w AISC 360-16 Ch. C dla metody bezpośredniej analizy, w tym efekty drugiego rzędu, imperfekcje prętów i redukcje sztywności, mogą być uwzględnione w analizie i wymiarowaniu w programie RFEM 6 za pomocą procesów roboczych opisanych powyżej. Aby uzyskać więcej informacji i przykładów dotyczących zastosowania metody bezpośredniej w programie RFEM, należy zapoznać się z wcześniejszym webinarium AISC 360-16 Steel Design w RFEM 6 oraz pobrać odpowiedni model w sekcji Modele do pobrania .

Autor

Amy Heilig, PE

Amy Heilig, PE

Prezes - Inżynier ds. sprzedaży i wsparcia technicznego w biurze w USA

Amy Heilig jest dyrektorem generalnym biura w USA, znajdującego się w Filadelfii. Ponadto, zajmuje się sprzedażą i wsparciem technicznym oraz nadal pomaga w rozwoju programów firmy Dlubal Software na rynek północnoamerykański.

Słowa kluczowe

Obliczanie stateczności

Literatura

[1]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings

Linki

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 486x
  • Zaktualizowane 20. kwietnia 2022

Kontakt

Skontaktuj się z firmą Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady? Skontaktuj się z nami telefonicznie, mailowo, na czacie lub na forum lub znajdź sugerowane rozwiązania i przydatne wskazówki na stronie FAQ, dostępnej przez całą dobę.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

[email protected]

Event Invitation

XXXVI Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji

Konferencje 28. czerwca 2022 - 1. lipca 2022

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Informacje ogólne | USA

Szkolenie online 20. lipca 2022 12:00 - 16:00 EDT

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Informacje ogólne

Szkolenie online 29. lipca 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 2 | Konstrukcje betonowe zgodnie z DIN EN 1992-1-1

Szkolenie online 12. sierpnia 2022 8:30 - 12:30 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 3 | Konstrukcje stalowe zgodnie z DIN EN 1993-1-1

Szkolenie online 8. września 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 15. września 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Analiza dynamiczna i obliczenia sejsmiczne zgodnie z EC 8

Szkolenie online 21. września 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Informacje ogólne

Szkolenie online 7. października 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 2 | Konstrukcje betonowe zgodnie z DIN EN 1992-1-1

Szkolenie online 14. października 2022 9:00 - 13:00 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 3 | Konstrukcje stalowe zgodnie z DIN EN 1993-1-1

Szkolenie online 17. listopada 2022 9:00 - 13:00 CET

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 | Analiza dynamiczna i obliczenia sejsmiczne zgodnie z EC 8

Szkolenie online 23. listopada 2022 9:00 - 13:00 CET

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 8. grudnia 2022 9:00 - 13:00 CET

Symulacja wiatru CFD z RWIND 2

Symulacja wiatru CFD z RWIND 2

Webinar 29. czerwca 2022 14:00 - 15:00 EDT

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 15. czerwca 2022 8:30 - 12:30 CEST

Szkolenia online | Angielski

RFEM 6 dla studentów | USA

Szkolenie online 8. czerwca 2022 13:00 - 16:00 EDT

RFEM 6
Hala z dachem łukowym

Program główny

Program do analizy statyczno-wytrzymałościowej RFEM 6 jest podstawą systemu modułowego oprogramowania.
Program główny RFEM 6 służy do definiowania konstrukcji, materiałów i obciążeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych składających się z płyt, ścian, powłok i prętów.
Program umożliwia wymiarowanie konstrukcji złożonych oraz elementów bryłowych i kontaktowych.

Cena pierwszej licencji
3 990,00 USD
RFEM 6
Projektowanie konstrukcji stalowych

Obliczenia

Rozszerzenie Projektowanie konstrukcji stalowych wymiaruje pręty stalowe w stanie granicznym nośności i użytkowalności zgodnie z międzynarodowymi normami.

Cena pierwszej licencji
2 200,00 USD