Obliczenie miejscowego przyłożenia obciążenia według EN 1993-1-3

Projektowanie wyrobów stalowych formowanych na zimno jest określone w normie EN 1993-1-3 [1]. Do typowych kształtów przekrojów formowanych na zimno należą profile U, C, Z, kapeluszowe i sigma. Te profile są wytwarzane z cienkościennych blach poprzez proces walcowania na zimno lub gięcia.

Podczas weryfikacji granicznych stanów nośności należy zagwarantować, że lokalne wprowadzenie obciążeń nie wywoła niepożądanych efektów, takich jak zgniatanie, wyboczenie środnika lub miejscowe wyboczenie w środniku profilu. Takie efekty mogą wystąpić zarówno przy wprowadzaniu obciążenia przez kołnierz do środnika, jak i przez siły podporowe w punktach podparcia. W sekcji 6.1.7 EN 1993-1-3 opisano, jak określić nośność środnika R_w,Rd przy lokalnym wprowadzeniu obciążeń.

Dodatek projektowania stali umożliwia analizę lokalnego wprowadzenia obciążeń dla środników nieusztywnionych zgodnie z sekcją 6.1.7 [1]. Przy łącznym obciążeniu zgięciem i lokalnym wprowadzeniem obciążeń sprawdza się również, czy zostały spełnione warunki określone w [1] 6.1.11.

Przykład odpowiednich dowodów pokazano poniżej na przykładzie belki zgiętej z profilu C formowanego na zimno. Belka jest obciążona siłą skupioną.

System i obciążenie

Rozważana belka ma długość 2 metrów i wykonana jest z profilu C formowanego na zimno (C 2020) z stali S235JR zgodnie z EN 10025-2. Szerokość podpory wynosi 110 mm, a belka nie wystaje poza podporę. Belka jest obciążona siłą skupioną o wartości 10 kN w odległości 50 cm od podpory. Siła skupiona jest wprowadzana na długości 100 mm na kołnierz i działa w środku ścinania. Ciężar własny belki nie jest uwzględniany w tym obliczeniu.

Układ konstrukcyjny i obciążenie

Wprowadzanie danych

W konfiguracji nośności należy aktywować pole kontrolne „Określenie nośności środnika przy lokalnym wprowadzeniu obciążeń zgodnie z 6.1.7”, aby przeprowadzić weryfikację lokalnego wprowadzenia obciążeń.

Konfiguracja SG

Wymagane warunki brzegowe muszą być zdefiniowane w zakładce „Podpory projektowe i ugięcie”. W każdym miejscu, gdzie ma być przeprowadzona weryfikacja lokalnego wprowadzenia obciążeń, musi być zdefiniowana podpora projektowa typu „Stal”. Długość sztywnych wprowadzeń obciążeń s_s wprowadza się w polu „Szerokość podpory w”. Jednak głębokość podpory „d” nie ma wpływu na weryfikację.

Lokalne wprowadzenie obciążeń jest badane, gdy podpora jest zdefiniowana na krawędzi przeciwnej do kierunku działania siły. Kierunki „+z/z'-osi” i „-z/z'-osi” odnoszą się do orientacji lokalnej osi z/z' belki. Jeśli siła skupiona działa w kierunku +z, dla podpory musi zostać wybrana krawędź „-z/z'-osi”.

Dla podpór zdefiniowano podporę projektową z długością sztywnych wprowadzeń obciążeń 110 mm na krawędzi „+z/z'-osi” jako podporę końcową z długością wysięgu 0 mm.

Typ podpory obliczeniowej dla projektowania w miejscu podpory

Dla siły skupionej zdefiniowano podporę projektową z długością sztywnych wprowadzeń obciążeń 100 mm na krawędzi „-z/z'-osi”.

Typ podpory obliczeniowej dla obliczeń w miejscu obciążenia skupionego

Typ podpory dla podpory jest przypisany do początku i końca belki, podczas gdy typ podpory dla siły skupionej jest zdefiniowany na węźle pośrednim w miejscu siły skupionej.

Przypisywanie typów podpór obliczeniowych

Podpory projektowe mogą być również wyświetlane graficznie. W Nawigatorze - Wyświetlanie można aktywować lub dezaktywować ich przedstawienie pod Typy dla słupków → Podpory projektowe.

Navigator - Wyświetl obliczeniowe podpory

Wyniki

Weryfikacja lokalnego wprowadzenia obciążeń jest przeprowadzana w zdefiniowanych punktach podporowych – zarówno na podporach, jak i w miejscu wprowadzenia obciążeń. Największe wykorzystanie występuje w miejscu x = 0,00 m. Weryfikacja jest przeprowadzana tutaj w celach ilustracyjnych.

Sprawdzanie lokalnego obciążenia w rozszerzeniu Projektowanie konstrukcji stalowych

Występuje reakcja podporowa na przekroju, który ma tylko jeden środek. Profil C o grubości blachy t = 2,0 mm posiada usztywnione kołnierze w wyniku swoich warg. Odległość podpory od wolnego końca wynosi 0,00 m i jest zatem mniejsza niż 1,5-krotność wysokości środnika h_w = 198 mm. Dlatego istotne jest zastosowanie równania (6.15a) z [1] w celu określenia nośności środnika R_w,Rd.

Współczynniki zastosowane zgodnie z [1], 6.1.7.2 (3) to:

Zatem nośność środnika przy lokalnym wprowadzeniu obciążeń wynosi:

Warunek weryfikacji zgodnie z [1] równanie (6.13) jest spełniony:

Dla pozostałych dwóch punktów projektowych weryfikacja jest przeprowadzana w analogiczny sposób. Ponadto weryfikuje się, czy są spełnione warunki zgodnie z [1], 6.1.11.

Podsumowanie

Dzięki dodatku projektowania stali można przeprowadzić weryfikacje dla lokalnego wprowadzenia obciążeń zgodnie z [1] sekcją 6.1.7. W miejscach istotnych ze względu na projektowanie należy zdefiniować odpowiednie podpory projektowe. Weryfikacja lokalnego wprowadzenia obciążeń jest przeprowadzana zgodnie z [1] 6.1.7.2 dla przekrojów z jednym środnikiem nieusztywnionym lub zgodnie z [1] 6.1.7.3 dla przekrojów z dwoma lub więcej nieusztywnionymi środnikami. Ponadto weryfikuje się, czy warunki zgodnie z [1], 6.1.11 są spełnione.