В программе RFEM 6 можно использовать функцию «Поперечные элементы жесткости стержня», благодаря которой можно добавить требуемые элементы жесткости по длине стержня. Повышенную прочность на сдвиг от элемента жёсткости можно учесть в аддоне Расчёт стальных конструкций.
Раздел AISC G2 «Двутавровые стержни и швеллеры» [1] состоит из четырех частей:
- G2.1 Прочность на сдвиг стенок без действия области растяжения
- G2.2 Прочность на сдвиг внутренних стеночных панелей с a/h ≤ 3, с учетом действия области растяжения
- G2.3 Прочность на сдвиг панелей торцевой стенки с a/h ≤ 3, с учетом действия области растяжения
- G2.4 Поперечные элементы жесткости
Что такое воздействие области растяжения?
Воздействие области растяжения (TFA) - это явление, при котором стенка плоской балки рассчитывается так, чтобы она имела высокую прочность на потерю устойчивости при изгибе. Стенка в состоянии после потери устойчивости все еще способна воспринимать приложенную нагрузку за счет растяжения.
В предыдущих редакциях AISC, действие растягивающего поля можно было учитывать для внутренних панелей стенки, только если a/h не превышает 3,0, где a - расстояние между элементами жесткости в свету, а h - расстояние между полками в свету.
В редакции AISC 2022 можно учесть действие поля частичного растяжения также для панелей торцевых стенок. На основе недавних результатов как испытаний, так и моделирования с помощью конечных элементов, было показано, что действие области растяжения действительно может возникать путем образования пластических шарниров в полках и несущих элементах жесткости (Комментарий AISC) [1].
Пример
Примеры G.8A и G.8B из примера расчета AISC 2022 [2] представлены для сравнения прочности на сдвиг, полученной на основе модели RFEM. Длина балки 16 м, глубина 3 м, толщина полки 40 мм, ширина 40 см, а толщина стенки 5/16 дюйма. Сжатая полка непрерывно скреплена связями, вследствие чего мы можем деактивировать в программе проверку потери устойчивости плоской формы изгиба (LTB).
Составную балку можно создать с помощью типа сечения «Параметрическое - тонкостенное» и типа изготовления «Сварное».
1) Проверьте, требуются ли поперечные элементы жесткости по AISC, раздел G2.4
Поперечные элементы жёсткости не требуются, если выполняется одно из следующих условий.
- h/tw меньше чем 2,54 √(E/Fy )
33,0 in/0,3125 in = 105,6 больше 2,54*√(29 000 ksi/50 ksi) = 61,2
- Требуемая прочность на сдвиг меньше доступной прочности.
Как показано в расчетной проверке GG6100, требуемая прочность на сдвиг (210,0 kips) больше, чем имеющаяся прочность на сдвиг (176,1 kips).
- Поскольку ни одно из вышеперечисленных условий не выполняется, требуются поперечные элементы жёсткости.
2) Задайте расстояние между элементами жесткости
Для материала 50 тыс.фунтов/ кв.дюйм В качестве альтернативы, можно применить итерационный метод проб и ошибок.
В нашем примере для торцевой панели задан шаг 42 дюйма. Требуемую прочность на сдвиг в данном месте можно легко определить с помощью инструмента «Диаграмма результатов для выбранного стержня». В конце первой панели Vz = 183,7 kips превышает имеющуюся прочность = 176,1 kips. Поэтому так нужно добавить дополнительные ребра жесткости с шагом 90°. Третья панель не требуется, так как V = 127,5 kips меньше, чем 176,1 kips.
3) Добавить «Поперечные элементы жесткости стержня» из списка в «Типы для стержней» в RFEM
В программе доступно несколько типов ребер жесткости. В нашем примере «Торцевая пластина» используется в начале и в конце стержня. Для промежуточных элементов жесткости будет выбрано значение «Плоский». Положение, материал и размер определяются для каждого элемента жесткости.
Опция «Учитывать элемент жёсткости» доступна с момента активации аддона Расчёт стальных конструкций. Данную функцию можно свободно включать и выключать, чтобы учесть в расчете влияние каждого отдельного элемента жесткости.
Для «Торцевой пластины» элемент жёсткости может считаться «Нежёстким» или «Жёстким». «Нежёсткая» выбирается, когда для торцевой панели учитывается действие области частичного растяжения в соответствии с сечением G2.3. При выборе варианта «Жесткая» торцевая панель рассчитывается по разделу G2.2 (как внутренняя панель). «Жесткий» элемент жесткости в программе RFEM рассматривается как модель со «скрытым» выступом, создаваемым с помощью двух близко расположенных элементов жесткости.
Результирующая пружина депланации рассчитывается автоматически. Однако, она не будет учитываться в расчете без аддона Депланация при кручении (7СтСв).
При расчете с 6 степенями свободы поперечные элементы жёсткости не влияют на жёсткость.
4) Прочность на сдвиг в аддоне Расчёт стальных конструкций
Как указано в разделе G2.2, можно применить большую номинальную прочность на сдвиг из раздела G2.1 (без действия области растяжения) и раздела G2.2 (с учетом действия области растяжения). Оба условия проверяются в аддоне Расчёт стальных конструкций в разделе Расчётная проверка GG6100.
Чтобы просмотреть расчетную проверку торцевой панели по разделу G2.3, выберите вкладку «Расчетные соотношения по местам». В данном примере расчетное соотношение для торцевой панели меньше, чем для внутренней панели.
5) Требования к поперечному элементу жесткости по AISC, раздел G2.4 [1]
В дополнение к определению прочности стержня на сдвиг, расчётная проверка GG6130 проверяет:
- Соотношение ширины и толщины элемента жёсткости (AISC форм. G2-16)
- Момент инерции элемента жесткости (AISC форм. G2-17)
Используя опцию «Поперечные элементы жесткости стержня», можно в RFEM учесть усиленные стенки плоских балок.
