Влияние податливости типовых соединений в стальных конструкциях

Норма DIN EN 1993-1-8 [3] предоставляет модель для расчета и классификацию жесткости соединений и определяет результирующее моделирование 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.

Далее будет на примере показано влияние податливости соединения на результаты расчета рамных конструкций.

Конструктивная 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. Будет использоваться конструкционная сталь S235 в соответствии с DIN EN 1993-1-1 {%><#Refer [2]]].

1 System für den ersten Bemessungsschritt und gewählte Verbindung

Нагрузки

которая будет рассчитана с учетом следующих упрощенных предположений о нагрузке:

• 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). Эпюра внутренней силы M_y показана на рисунке 02.

2 Огибающая внутренней силы My с жестким соединением

В расчете балки в RF-STEEL EC3 вильчатое опирание на концах стержня и боковое опирание верхнего пояса в точках одной трети деления.

Расчет рамного узла выполняется с помощью RF-/JOINTS Steel - DSTV. Будут использованы типы IH3.1 и M20. Расчет соединения по [1] при существующих внутренних силах невозможен.

3 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 рассчитанного текущего соединения IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (см. Рисунок 01) без элемента жёсткости и колонны HE-B 240 мы получим:

Жесткость конструкции рассчитывается в соответствии с 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. Применение выполняется по DIN EN 1993-1-8 п. 5.1.2(4), упрощенно с помощью линейной торсионной пружины с S_j,ini/2. Эпюра внутренней силы M_y показана на рисунке 04.

4 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. Исходное сечение IPE 450 также можно рассчитать как достаточно устойчивое (рисунок 05).

5 Расчет балок и соединений

Расчет по ПС 2-ой группы с жестким рамным узлом

Здесь будет выполнен только расчет горизонтальной деформации рамы. Предельное значение определяется с помощью w_h,max = h/150 = 680/150 = 4,53 см.

Из-за меньшего уровня нагрузки для ПС 2г можно предположить, что моменты не достигают 2/3 M_j,Ed, поэтому при расчете деформации может применяться упругая начальная жесткость соединения. Это можно сделать, изменив жесткость для соответствующих сочетаний нагрузок в параметрах расчета (см Рисунок 06).

6 Параметры расчета - изменение жесткости для CO в SLS - Характеристика

При применении S_j,ini мы получим деформации в направлении X, равные 4,73 см (рисунок 07).

7 Огибающая деформаций в направлении X

Расчет выглядит следующим образом:
w_ex/W_h,max = 4,73/4,53 = 1,04

Заключение

Учет моментно-вращательных характеристик соединения приводит к более реалистичному изображению конструкции и более экономичному расчету с экономией материала около 10%.

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.