Влияние податливости типовых соединений в стальных конструкциях

DIN EN 1993-1-8 [3] предоставляет модель для расчета, а также для классификации жесткость соединения и управляет полученным моделированием полужесткого соединения в конструктивной модели.

На практике, устойчивые к изгибу соединения обычно задаются как жесткие при определении внутренних сил или в конструктивной модели. Таким образом, моментно-вращательные характеристики соединения не учитываются при определении внутренних сил. Однако в большинстве случаев их следует учитывать, в зависимости от жесткости конструкции в соответствии с нормативами при расчете конструкций.

Ниже приведен пример влияния податливости соединения на результаты расчета рамных конструкций.

Система

Речь идет о двухшарнирной раме с пролетом 15,0 м и высотой 6,0 м плюс 0,8 м фронтон.

Для первого этапа проектирования с жесткими соединениями применяются сечения, как показано на рисунке 01. Применяется конструкционная сталь S235 по норме DIN EN 1993-1-1 [2].

System für den ersten Bemessungsschritt und gewählte Verbindung

Нагрузки

• Ширина нагрузки (расстояние от рамы) = 5,00 м
• Собственный вес конструкции покрытия g = 0,40 кН/м²
• Снеговая нагрузка s = 1,30 кН/м²
• Ветровая нагрузка на стены w = 0,60 кН/м² (c_p = 0,8 и -0,5)
• Несовершенства (в плоскости рамы) по DIN EN 1993-1-1

Расчет по ПС 1г с жестким рамным узлом

Расчет внутренних сил в плоскости рамы выполняется по методу анализа второго порядка и с несовершенствами (наклоном и строительный подъем). Обертывание внутренней силы M_y показано на рисунке 02.

Огибающая внутренней силы My с жестким соединением

При расчете балок с помощью модуля RF-/STEEL EC3 в точках деления на одну треть применяются боковые заделки и защемления на концах стержня, а также боковая опора верхнего пояса.

Расчет рамного узла выполняется с помощью RF-/JOINTS Steel - DSTV. Будут использоваться типы IH3.1 и M20. Расчет соединения по [1] с существующими внутренними силами невозможен.

Bemessung der Verbindung mit RF-/JOINTS Stahl - DSTV

Поэтому сечение балки необходимо увеличить до IPE 500, а соединения должны быть выбраны, как показано на рисунке 01, для расчета по предельныму состоянию по пригодности к эксплуатации.

Расчет по ПС 1г с полужестким рамным узлом

Требование учитывать характеристики момента-вращения в расчете конструкции обусловлено классификацией соединения в соответствии с DIN EN 1993-1-8.

Для подвижной рамы классификация «деформируемая» применяется, если:

Для разработанного здесь соединения IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (см. рисунок 01) без элемента жесткости и колонны HE-B 240, что приводит к:

Жесткость конструкции рассчитывается по норме EN 1993-1-8, раздел 5.2.2.5 следующим образом:

Таким образом, соединение можно классифицировать как деформируемое:
3 374 кНм/рад <S_ini = 72 270 кНм/рад <168 700 кНм/рад

В связи с ожидаемым перераспределением внутренних сил в пролетный момент, мы можем снова выполнить расчет с исходным IPE 450.

Расчет внутренних сил в плоскости рамы снова выполняется по методу анализа второго порядка и с несовершенствами (наклоном и строительным подъемом), а также с учетом характеристик момента-вращения соединения. Аппликация осуществляется по норме DIN EN 1993-1-8 Sec. 5.1.2 (4), упрощенная линейной поворотной пружиной с S_{j, ini}/2. Обертывание внутренней силы M_y показано на рисунке 04.

Огибающая внутренней силы My с податливым соединением

Благодаря учету жесткости вращения, уменьшаются угловые моменты, приблизительно на 10%. Расчет соединения с помощью RF-/JOINTS Steel - DSTV приводит к положительному результату ля типа IH 3.1 E 45 20 6xM20 8.8. Первоначальное сечение IPE 450 также может быть запроектировано как достаточно прочное (см. рисунок 05). 

Расчет балок и соединений

Расчет по ПС 2г с жестким рамным узлом

Здесь будет выполнен только расчет горизонтальной деформации рамы. Предельное значение задается как w_{h, max} = h/150 = 680/150 = 4,53 см.

Из-за меньшего уровня нагрузки для SLS, можно предположить, что моменты меньше чем 2/3 M_{j, Ed,} и поэтому, упругая начальная жесткость соединения может быть применена для расчета деформации. Это можно сделать с помощью изменения жесткости для соответствующих сочетаний нагрузок в параметрах расчета (см. рисунок 06).

Параметры расчета - изменение жесткости для CO в SLS - Характеристика

Es ergeben sich unter Ansatz von S_j,ini Verformungen in X-Richtung von 4,73 cm (siehe Bild 07).

Огибающая деформаций в направлении X

Расчет выглядит следующим образом:
w_ex/W_{h, max} = 4,73/4,53 = 1,04

Заключение

Учет характеристик момента-вращения соединения приводит к более реалистичному отображению конструкции и более экономичному расчету с экономией материала около 10% в этом примере.

Кроме того, для расчета по предельному состоянию по пригодности к эксплуатации, с точки зрения экономичности расчета, необходимо применять упругую начальную жесткость для соответствующих сочетаний нагрузок при выполнении расчета деформаций.