Вообще говоря, обеспечить, чтобы стальное соединение вела себя строго как шарнирное или жесткое, непрактично, и инженеры-конструкторы часто принимают одну из этих классификаций по привычке. Во многих случаях такой подход полностью понятен и принят. Однако в других ситуациях он может привести к значительным проблемам.
Давайте рассмотрим стандартизированный моментно-устойчивый узел (IM) и исследуем, как выбор исключительно между шарнирными и жесткими соединениями может привести не только к неэкономичным проверкам конструкции, но и, что более критично, к опасным решениям.
В программе RFEM от Dlubal Software мы сначала используем дополнительный модуль Steel Joints для проверки, соответствуют ли результаты начальной жесткости и сопротивления моменту тем, что указаны в публикации "Стандартизированные стальные узлы в стальных конструкциях в соответствии с DIN EN 1993-1-8". Результаты показывают значительное сходство.
А теперь перейдем к структурному проектированию непрерывно нагруженной балки, соединенной с колонной через наше соединение:
СЛУЧАЙ (A) – Неэкономичный дизайн
В полностью жестком соединении узел передает большой изгибающий момент. Такой подход в проектировании снижает изгибное напряжение на балке, но может привести к избыточным размерам узла. Напротив, в шарнирном соединении сам узел может быть приемлемым, но балка, вероятно, выйдет из строя из-за значительного момента, возникающего в середине пролета.
В нашем примере полужесткое соединение идеально снижает момент в узле без чрезмерного увеличения момента в середине пролета до неприемлемого уровня. Таким образом, и узел, и балка спроектированы удовлетворительно.
СЛУЧАЙ (B) – Опасный дизайн (Добавление нормальной силы на растяжение)
Рассматривать полужесткое соединение как шарнирное означает игнорирование изгибающего момента, который фактически происходит. Этот промах может привести к опасному решению, когда способность соединения значительно испытывается нормальными и сдвигающими силами в одиночку. Последующие изгибающие моменты увеличивают использование узла, что потенциально может привести к его разрушению.
СЛУЧАЙ (C) – Опасный дизайн (Более длинная балка более склонна к изгибу)
Предположение, что полужесткое соединение является жестким, подразумевает, что узел жестче, чем он есть на самом деле. Это предположение ложным образом улучшает условия для балки, которая тогда изгибается меньше и создает меньший изгибающий момент вдоль своего пролета. Однако, в реальности узел не так жесток, как предполагалось. Балка затем испытывает большее изгибание и моменты в средней части пролета, что потенциально может привести к неудовлетворительному результату в состоянии предела пригодности или нежелательно повлиять на конструкции, на которые она действует.
