Как правило, непрактично гарантировать, что стальное соединение будет работать только как шарнирное или жесткое, и инженеры-проектировщики часто по привычке применяют одну из этих классификаций. Во многих случаях такой подход полностью понимается и принимается. Однако в других ситуациях это может привести к значительным проблемам.
Давайте рассмотрим стандартное устойчивое к моменту соединение (IM) и выясним, как выбор исключительно между шарнирными и жесткими соединениями может привести не только к неэкономичным расчетам, но и, что более критично, к опасным.
В программе RFEM от компании Dlubal Software мы используем аддон Стальные соединения, чтобы сначала проверить, соответствуют ли результаты начальной жесткости и прочности при изгибе по моменту тем, которые содержатся в «Нормативных стальных соединениях в стальных конструкциях по DIN EN 1993-1-8» публикации. Результаты показывают значительное сходство.
А теперь перейдем к расчету конструкции для непрерывно нагруженной балки, соединенной с колонной посредством нашего соединения:
CASE (A) – Uneconomical Design
В полностью жестком соединении узел передает большой изгибающий момент. Данный расчетный подход уменьшает изгибающее напряжение на балке, но может привести к завышенным размерам соединения.
И наоборот, у штифтовых соединений само соединение может быть достаточным, но балка с большой вероятностью выйдет из работы из-за значительного момента, возникающего в середине пролета.
В нашем примере полужесткое соединение в идеальном случае уменьшает момент в узле без чрезмерного увеличения момента в середине пролета до недопустимого уровня. Таким образом, и узел, и балка могут быть рассчитаны удовлетворительно.
CASE (B) – Dangerous Design (Addition of Tension Normal Force)
При определении полужесткого соединения как шарнирного, мы упускаем из виду фактически возникающий изгибающий момент. Данный упущение может привести к опасным расчетам, при которых несущая способность соединения значительно уменьшается только от нормальных и поперечных сил. Последующие изгибающие моменты увеличивают использование соединения, что может привести к его выходу из работы.
CASE (C) – Dangerous Design (Longer Beam More Prone to Deflection)
Если полужесткое соединение считается жестким, то соединение жестче, чем оно есть на самом деле. Данное допущение ложно улучшает условия для балки, которая в этом случае меньше прогибается и производит меньший изгибающий момент в пролёте. Однако на самом деле соединение не такое жесткое, как предполагается. В этом случае балка испытывает большие прогибы и моменты в середине пролета, что может привести к неудовлетворительному результату в предельном состоянии по пригодности к эксплуатации или оказать нежелательное воздействие на конструкции, на которые действует балка.
