7099x
001536
2018-09-12

Усиленные панели с потерей устойчивости согласно EN 1993-1-5, раздел 4.5

В SHAPE-THIN можно выполнить расчет усиленных панелей с потерей устойчивости в соответствии с разделом 4.5 нормы EN 1993-1-5. Для усиленных панелей с потерей устойчивости должны учитываться эффективные поверхности от местной потери устойчивости отдельных панелей в плите и в элементах жесткости, а также эффективные поверхности от всей потери устойчивости панели.

прежде всего, эффективные поверхности отдельных панелей задаются с помощью понижающего коэффициента по EN 1993-1-5 [1] , раздел 4.4 для учета потери устойчивости отдельных панелей. На втором этапе определяется устойчивость всей панели с учетом потери устойчивости, аналогичной работе одного из стержней с потерей устойчивости. С понижающим коэффициентом общей потери устойчивости панели, расчетная ширина отдельных панелей снова уменьшается. В результате получается эффективное сечение, которое можно рассматривать как принадлежащее к классу сечений 3.

Пример

Следующий пример взят из Ежегодника строительных конструкций за 2015 год [2]. Сечение состоит из двутавровой балки, стенка которой усилена жесткими поперечными элементами жесткости и продольным элементом жесткости. Поперечные элементы жесткости расположены на расстоянии 3 000 мм друг от друга, а продольный элемент жесткости приварен на расстоянии 500 мм от нижней полки. Сварными швами пренебрегаем. Действует сжимающая нормальная сила NEd = 4000 кН.

Материал:
S355 J0
fy = 35,5 кН/см² (for t ≤ 3 мм и t ≤ 16 мм)
fy = 34,5 кН/см² (для t >16 мм и t ≤ 40 мм)
E = 21 000 кН/см²
G = 8 076,92 кН/см²
γM0 = 1,0

a = 3 000 мм
b1 = 500 мм
b2 = 2 500 мм
bf = 800 мм
bst = 250 мм
tw = 15 мм
tf = 40 мм
tst = 25 мм
h = 3 080 мм

Сечение брутто и распределение напряжений

Напряжение рассчитывается следующим образом:

Сечение брутто и распределение напряжений показаны на Рисунке 02.

Классификация сечений

В ходе классификации сечения выполняется оценка, чтобы определить, необходим ли для отдельных панелей расчет на потерю устойчивости. Если отдельная панель имеет сечение хотя бы класса 3, то местная деформация не будет определяющей.

Полка

Максимальное отношение c/t λi определяется в соответствии с EN 1993-1-1 [3] , таблица 5.2.

Полка должна быть придана к сечению класса 3. Таким образом, местная потеря устойчивости не будет определяющей, и не требуется уменьшения отдельных панелей полки.

Стенка

Максимальное отношение c/t λi определяется согласно [3] , таблица 5.2.

Отдельная панель 1 должна быть придана к сечению класса 3. Таким образом, местная потеря устойчивости не будет определяющей, и не требуется уменьшения отдельных панелей полки.

Максимальное отношение c/t λi определяется согласно [3] , таблица 5.2.

Отдельная панель 2 должна быть придана к сечению класса 4. Таким образом, местная потеря устойчивости является определяющей для данной панели и необходимо ее уменьшить.

Жесткость

Максимальное отношение c/t λi определяется согласно [3] , таблица 5.2.

Стенка должна быть придана к сечению класса 3. Таким образом, местная потеря устойчивости не будет определяющей, и не требуется уменьшения этой отдельной панели.

Расчётная ширина

Отдельная панель 1 придана к сечению класса 3, поэтому местная потеря устойчивости не будет определяющей. Эффективные значения сечения соответствуют значениям сечения брутто. Согласно [1] , таблица 4.1, мы получим следующие полезные ширины:

Отдельная панель 2 придана к сечению класса 4, поэтому местная потеря устойчивости не будет определяющей. Расчетные ширины отдельной панели 2 должны определяться по [1] , раздел 4.4.

Распределение напряжений в отдельной панели 2 - равномерное. Это приводит к коэффициенту напряжений ψ = 1 и, согласно таблице 4.1, к величине потери устойчивости kσ = 4,0. Для коэффициента гибкости λp2, результат согласно [1] , раздел 4.4(2):

 

Местный понижающий коэффициент ρ определяется согласно [1] , формула (4.2):

Полезные ширины отдельной панели 2, с учетом местной потери устойчивости, рассчитываются согласно [1] , таблица 4.1:

Ширины сечения брутто получаются:

Работа плит

Упругое критическое напряжение потери устойчивости элемента жесткости σcr,sl рассчитывается согласно [1] , Приложение A.2.2. Сначала должна быть вычислена расчетная длина элемента жесткости ac :

Упругое критическое напряжение потери устойчивости элемента жесткости σcr,sl равно a < ac в:

Isl,1 и Asl,1 здесь представляют момент инерции площади сечения брутто и площадь сечения брутто эквивалентного сжатого элемента согласно [1] ; A.2.1(2) для потери устойчивости перпендикулярно плоскости плиты, а также b1 и b2 описывают расстояния от элементов жесткости до продольных краев (b1 + b2 = b).

Распределение напряжений - равномерное. Следовательно, упругое напряжение потери устойчивости плиты σcr,p соответствует критическому напряжению потери устойчивости σcr,sl.

Площадь сечения брутто Ac панели плиты с продольными элементами жесткости рассчитывается следующим образом, без учета крайних плит, опертых на смежные компоненты плиты, и полезной площади сечения Ac,eff,loc,p площади описанных выше:

Жесткость относится к сечению класса 3, поэтому полезная площадь сечения жесткости соответствует площади сечения брутто жесткости.

Характеристики сечения показаны на Рисунке 04.

Понижающий коэффициент βa,c,p рассчитан согласно [1] , раздел 4.5.2, следующим образом:

Общий коэффициент гибкости λp усиленной плиты получается согласно [1] , формула (4.7), следующим:

 

Коэффициент гибкости λp меньше, чем предельное значение 0,673 согласно [1] , 4.4(2). Таким образом, не требуется уменьшения из-за работы плиты; например, ρp = 1,0.

Работа плиты при потере устойчивости

Упругое критическое напряжение потери устойчивости σcr,c определяется согласно [1] , раздел 4.5.3(3). Прежде всего, напряжение потери устойчивости σcr,c,sl элемента жесткости, расположенного на сжатом крае с максимальной нагрузкой, определяется по [1] , формула (4.9).

Распределение напряжений - равномерное. Поэтому упругое критическое напряжение потери устойчивости σcr,c соответствует упругому напряжению потери устойчивости σcr,c,sl элемента жесткости, который расположен на сжатом крае с максимальной нагрузкой.

σcr,c = σcr,c,sl = 94,7 кН/см²

Понижающий коэффициент βa,c,c рассчитывается согласно [1] , раздел 4.5.3(4) следующим образом:

Коэффициент гибкости λcрезультатов эквивалентных сжатых стержней, согласно [1] , уравнение (4.11), в:

Согласно [1] , раздел 4.5.3(5), радиус вращения i рассчитывается следующим образом:

Расстояние e является большим из двух расстояний согласно [1] , рисунок A.1; например, либо расстояние e1 отдельного элемента жесткости, установленное между центром тяжести и учитываемое независимо от плиты, без расчетной ширины, до центральной оси усиленной плиты, либо расстояние e2 от центральной оси усиленной плиты панель к средней плоскости плиты. Расстояния показаны на Рисунке 05.

e = max (e1, e2 ) = max (10,39 см, 2,86 см) = 10,39 см

Коэффициент несовершенства αe определяется согласно [1] , формула (4.12) с α = 0,49, для открытых усиленных сечений следующим образом:

Понижающий коэффициент χc определяется согласно [3] , 6.3.1.2:

Взаимодействие потери устойчивости и работы плиты

Работа конструкции всей панели определяется с коэффициентом ξ, согласно [1] , раздел 4.5.4(1):

Окончательный понижающий коэффициент ρc определяется по уравнению взаимодействия согласно [1] , формула (4.13):

Характеристики полезного сечения

Эффективная поверхность зоны сжатия Ac,eff панели усиленной плиты рассчитывается согласно [1] , формула (4.5):

Полезная плоюадь сечения Aeff получается:

Расчет усиленной панели

Центральные оси сечения брутто и эффективного сечения не совпадают, поэтому дополнительно действующие изгибающие моменты от перемещения центральных осей эффективного сечения, связанные с центральными осями сечения брутто должны быть учтены. Дополнительные изгибающие моменты рассчитываются следующим образом:

Максимальное напряжение получается:

Расчет выполняется согласно [1] , формула (4.15) следующим образом:

Расчет на потерю устойчивости при кручении

Согласно [1] , раздел 9.2.1(8) в общем случае должен выполняться следующий критерий, чтобы избежать потерю устойчивости при кручении элементов ьесткости с открытыми сечениями:

Ip и ISt.Ven описывают полярный момент инерции и момент инерции Сен-Венана одного сечения элемента жесткости (без плиты), рассчитанного вокруг точки соединения к плите.

Если учитывать жесткость депланации, сначала необходимо определить критическое напряжение потери устойчивости при кручении σcr. Он рассчитывается согласно [4] , уравнение (2.119) и уравнение (2.120) следующим образом:

Жесткость имеет константу депланации Iω = 0 см6. Критическое напряжение потери устойчивости при кручении σcr упрощается до:

Ip и ISt.Ven описывают полярный момент инерции и момент инерции Сен-Венана одного сечения элемента жесткости (без плиты), рассчитанного вокруг точки соединения к плите.

Согласно [1] , раздел 9.2.1(9), критерий по 9.2.1(8) или следующий критерий должен быть в целом рассмотрен с учетом жесткости депланации:

При коэффициенте для обеспечения упругой работы в соответствии с классом сечения 3 согласно [5] при θ = 2 f для элементов жесткости с низкой жесткостью депланации (например, полоса или полособульбовый профиль) мы получим:

Таким образом, расчет на потерю устойчивости при кручении выполнен.

SHAPE-THIN

В SHAPE-THIN расчет усиленных панелей с потерей устойчивости можно выполнить в соответствии с [1] , раздел 4.5. В общих данных должна быть активирована панель управления «части c/t и эффективные характеристики сечения». После этого в параметрах расчета должны быть выбраны «EN 1993-1-1 и EN 1993-1-5» ; необходимо также выбрать панель управления «Эффективное сечение согласно норме EN 1993-1-5, раздел 4.5». Определение полезной ширины должно выполняться в процессе итерации согласно [1] , раздел 4.4(3). В нашем примере для расчета была применена только одна итерация, поэтому в программе SHAPE-THIN отразится только одна итерация (см.Рисунок 07).

Сначала необходимо задать элементы сечения. Части c/t обычно создаются автоматически на основе геометрических условий; однако их можно создать как пользовательские в таблице «1.7 Части сечения для классификации по EN 1993-1» (см. рисунок 08) или в соответствующем диалоговом окне.

Элементы жесткости затем можно задать в таблице «1.8 Элементы жесткости» или в соответствующем диалоговом окне (см. Рисунок 09).

Кроме того, усиленная панель должна быть указана в таблице «1.9 Усиленные панели» (см. Рисунок 10) или соответствующем диалоговом окне. Должны быть выбраны элементы усиленной панели и необходимо задать расстояние до поперечного элемента жесткости. Если расстояние между поперечными элементами жёсткости не задано, то в расчете применяется значение a = 10 000 мм. Элементы жесткости, расположенные в усиленной панели, определяются автоматически. Усиленная панель должна опираться в начале и в конце, что означает, что здесь необходима опора.

Результаты эффективного сечения можно просмотреть с помощью кнопки «Расчетная ширина».


Автор

Г-жа фон Бло оказывает техническую поддержку нашим клиентам и отвечает за разработку программы SHAPE‑THIN, а также стальных и алюминиевых конструкций.

Ссылки
Ссылки
  1. Еврокод 3: Расчет стальных конструкций - Часть 1-5: Plattenförmige Bauteile. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
  2. Beg, D.; Kuhlmann, U.; Davaine, L.; Braun, B.: Design of Plated Structures. Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-5 Design of Plated Structures. Berlin: Ernst & Sohn, 2011
  3. Kuhlmann, U.: Stahlbau-Kalender 2015 - Eurocode 3 - Grundnorm, Leichtbau. Berlin: Ernst & Sohn, 2015
  4. Johansson, B.; Maquoi, R.; Sedlacek, G.; Müller, C.; Beg, D.: Commentary and Worked Examples to EN 1993-1-5, Plated Structural Elements. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 2007
  5. Еврокод 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Общие правила и правила для зданий. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010
Скачивания