Норма EN 1993-1‑1 [1] определяет следующие четыре класса сечений (показано также на рисунке 1):
- Класс 1: Сечения, которые могут образовывать пластический шарнир с вращательной способностью, необходимой для пластического расчета без уменьшения прочности
- Класс 2: Сечения, которые могут развивать пластический момент сопротивления, но имеют ограниченную вращательную способность из-за местного выпучивания
- Класс 3: Сечения, в которых расчетное напряжение в экстремально сжатом волокне стержня может достичь предела текучести, но местное выпучивание может предотвратить развитие полного пластического момента сопротивления
- Сечения класса 4 - это сечения, в которых местное выпучивание возникает в одной или нескольких частях сечения до достижения предела текучести.
Классификация выполняется отдельно для всех частей сечения путем сравнения предоставленных соотношений ширины и толщины с предельными значениями для каждого класса, указанными в нормативе. Таким образом, определяется класс каждой части сечения, а для всего сечения определяющим является класс с наименее благоприятным значением. Предельные значения зависят от следующего:
- Условие опирания частей сечения (на одной или обеих сторонах)
- Предел текучести стали, используемой в виде коэффициента ε
- Кривая напряжений в частях сечения
- Величина прочности на сжатие
Еврокод 3 содержит таблицы, на основе которых можно рассчитать максимальные отношения ширины к толщине частей сечения и сравнить их с предельными значениями. Например, максимальное отношение ширины к толщине для отнесения внутренней сжатой части к классу 3, определяется коэффициентами, показанными на рисунке 2.
Предельное значение для внутренних частей, подверженных только сжатию или изгибу, определяется коэффициентом ε, который связан с пределом текучести стали. В то же время, для частей, подверженных изгибу и сжатию, распределение напряжений определяется по параметру α (пластическое, класс 1 и 2) или ψ (упругое, класс 3).
Первый представляет собой процентную длину сжимающего напряжения в сечении, а второй представляет собой соотношение граничных напряжений (рисунок 3). Таким образом, кроме коэффициента ε, предельное значение отношения ширины к толщине для частей, подверженных изгибу и сжатию, включает в себя параметр α для классов 1 и 2 и параметр ψ для класса 3.
Классификация сечений в RFEM 6
Аддон Расчёт стальных конструкций, предлагаемый в RFEM 6 для расчёта стальных конструкций, выполняет подробную классификацию сечений на каждом расчётном месте до начала расчёта. Классификация сечений для каждого типа расчетной проверки доступна в связанных с ним подробностях расчетной проверки.
Это продемонстрировано на примере балки, показанной на рисунке 4 (IPE 300, сталь S355), для которой был выполнен аддон Расчёт стальных конструкций, результаты которого уже доступны для каждого типа расчёта. Если вы отображаете, например, подробности расчета, вы можете заметить, что классификация сечений также подробно показана (рисунок 5).
Как уже объяснялось, классификация выполняется отдельно для всех частей сечения (называемых субпанелями в RFEM 6, в данном случае пяти). Каждой субпанели можно присвоить разный класс сечения, но для всего сечения решающим является класс с наиболее неблагоприятным значением. Таким образом, рассматриваемое сечение классифицируется как класс 4 для проверки сечения по 6.2.4, который является классом сечения субпанели 3.
Поскольку субпанель 3 опирается с обеих сторон и подвергается сжатию, ее классификация выполняется в соответствии с таблицей 5.2 из Еврокода 3 [1]. Предел текучести стали составляет 355 Н/мм², поэтому значение коэффициента ε равно 0,814 (рисунок 5). На основе данного коэффициента рассчитываются предельные значения отношения ширины к толщине для классов 1, 2 и 3 (λ1, λ2 и λ3 соответственно) по вышеупомянутой таблице. Затем соотношение c/t рассчитывается на основе длины (c) и толщины (t) части сечения и сравнивается с предельными значениями для классов сечения. Однако, для данной субпанели полученное соотношение c/t больше, чем рассчитанное для сечения класса 3, поэтому субпанели присваивается класс 4.
Учитывая, что все остальные субпанели относятся к классу 1, то данная субпанель (например, субпанель 3) с неблагоприятным значением является определяющей для всего сечения. На основе этого сечение классифицируется как сечение класса 4 для проверки сечения по 6.2.4.
Чтобы лучше понять классификацию сечений, можно отобразить отдельные субпанели сечения на вкладке «Субпанели» в окне «Информация о сечении» (рисунок 6).
Заключительные замечания
Классификация сечений в программе RFEM 6 для расчёта стальных стержней выполняется в соответствии с положениями Еврокода 3 {%://#Refer [1]]]. Классификация выполняется отдельно для всех частей сечения путем сравнения предоставленных соотношений ширины и толщины с предельными значениями для каждого класса, указанными в нормативе.
Предельные значения зависят от условий опирания частей сечения, предела текучести стали, кривой напряжений в частях сечения и величины прочности на сжатие. После расчета отношение ширины к толщине сравнивается с этим, и определяется класс каждой части сечения. Наконец, всему сечению присваивается наименее благоприятный класс, полученный для отдельных субпанелей.