Стержни | Основы

На вкладке Стержни | Основы диалогового окна 'Конфигурация несущей способности' или 'Конфигурация прочности' выполняются основные настройки для расчёта стержней и блоков стержней.

Диалоговое окно «Изменить конфигурацию предельного состояния по несущей способности» для расчета стальных конструкций по EN 1993

Диалоговое окно «Изменить конфигурацию прочности» для расчёта стальных конструкций по AISC 360

'Параметры расчёта' разделены на несколько категорий, которые различаются в зависимости от нормы проектирования.

Общие

Контрольный выключатель 'Выполнить расчёт на устойчивость' определяет, выполняются ли помимо проверок сечений также расчёты на устойчивость, например на потерю устойчивости при изгибе или потерю устойчивости плоской формы изгиба. Следует отключить этот контрольный выключатель, если вы не хотите выполнять расчёт на устойчивость или эффекты устойчивости уже учтены при определении внутренних сил (например, путём расчёта по анализу второго порядка с несовершенствами и/или с снижением жёсткости).

Если расчёт на устойчивость активирован, необходимо определить Расчётные длины или Граничные условия и назначить их соответствующим стержням или блокам стержней. В противном случае расчёт на устойчивость невозможен. В таблице результатов Ошибки и предупреждения после расчёта отображается соответствующее сообщение. Вантовые стержни и растянутые стержни из этого исключены, поскольку они могут воспринимать только растягивающие усилия и не требуют расчёта на устойчивость.

Контрольный выключатель 'Выполнить расширенный пластический расчет' предоставляет возможность выполнить расчёт стержней или блоков стержней по так называемому 'методу частичных внутренних сил' (TSV). Параметры можно задать на вкладке Стержни | Пластичность, которая доступна после активации этой опции.

Граничные значения загруженности для игнорирования внутренних сил и напряжений

Нормы проектирования, в большинстве случаев ориентированные на ручной расчёт, содержат формулы проверок или условия взаимодействия, которые часто рассчитаны только на определённые комбинации внутренних сил. Однако при расчёте конструкции на 3D-модели обычно получаются очень малые значения внутренних сил. С инженерной точки зрения они не имеют значения для несущей способности, но при строгом соблюдении нормы проектирования препятствуют выполнению определённых проверок или требуют применения менее выгодных формул взаимодействия. Поэтому граничные значения загруженности предоставляют простой и прозрачный способ пренебречь определёнными внутренними силами при проверке и обойти указанные проблемы.

Установка пределов использования для игнорирования внутренних сил и напряжений

Граничное значение η описывает отношение действующей внутренней силы к пластическому сопротивлению сечения, которое упрощённо определяется через характеристики сечения. Это не нормативно регламентированные расчётные несущие способности: специфические для норм положения (например, по классификации сечений) не учитываются; это не соответствует цели настройки граничных значений. Поэтому высокие граничные значения следует использовать только в целях тестирования.

Если внутренняя сила ниже условия граничного значения, расчёт выполняется без предупреждения о пренебрежении внутренней силой. В подробностях расчётной проверки, однако, по отметке 'Пренебрежимо' у расчётных внутренних сил можно проверить, какие внутренние силы вследствие граничных значений были пренебрежены и не учтены при проверке. Если в каком-либо месте все внутренние силы пренебрежимо малы, в качестве проверки указывается лишь проверка пренебрежимых внутренних сил.

Расчет стальных конструкций - подробности расчета для незначительных внутренних сил и моментов

Если активировано дополнение Депланация при кручении (7 степеней свободы), для некоторых норм проектирования также доступно граничное значение для бимомента и касательных напряжений от вторичного кручения.

Анализ тонкостенных конструкций (для EN)

Определение эффективного сечения требует итеративного подхода. В поле ввода 'Максимальное количество итераций' можно задать наибольшее возможное количество вычислительных проходов. Как только 'Максимальная разница между итерациями' между результатами двух итераций будет достигнута, расчёт завершается.

У несимметричных относительно двойной симметрии сжатых сечений, подверженных местной потере устойчивости, положение центра тяжести эффективного сечения смещается по сравнению с полным сечением. Внешняя сжимающая сила, действующая центрально на полное сечение, теперь действует внецентренно на эффективное сечение, из-за чего возникает дополнительный изгибающий момент. По умолчанию этот изгибающий момент учитывается в расчёте. Если это нежелательно, активируйте контрольный выключатель 'Пренебрегать изгибающими моментами из-за смещения центра тяжести'.

С помощью контрольного выключателя 'Учитывать эффективные ширины согласно EN 1993-1-5 [5], Приложение E' можно задать, следует ли использовать альтернативный метод определения эффективного сечения для напряжений ниже предела текучести, указанный в Приложении E.

Опции (для EN, CSA, GB, SIA и т. д.)

В зависимости от нормы проектирования в конфигурации несущей способности доступны дополнительные опции. Они представлены для выбранных норм.

EN 1993

Опции для EN 1993

Сечения классов 1 и 2 могут рассчитываться пластически. Активируйте контрольный выключатель 'Упругий расчет (также для сечений классов 1 и 2)', если эти сечения должны проверяться без использования пластических резервов. В этом случае с помощью контрольного выключателя 'Использовать проверку по [1] уравнению 6.1 для упругого расчета' можно задать, должна ли выполняться общая проверка по теории упругости. Она может быть консервативной, поскольку не учитываются частичные перераспределения напряжений, обычно допустимые в упругом расчете.

Для пластического расчета с помощью контрольного выключателя 'Использовать линейное взаимодействие по 6.2.1(7) при проверке сечения для M+N' имеется возможность линейно складывать коэффициенты загруженности внутренних сил. Этот подход консервативен и не допустим для сечений класса 4.

CSA S16

Опции для CSA S16

Сечения классов 1 и 2 могут рассчитываться пластически. Активируйте контрольный выключатель 'Упругий расчет также для сечений класса 1 или 2', если эти сечения должны проверяться без использования пластических резервов.

С помощью дополнительных опций можно задать 'Параметры несущей способности при сжатии согласно 13.3.1' и 'Коэффициент влияния равномерного изгиба (ω1) согласно 13.8.6'.

GB 50017

Опции для GB 50017

Описание находится в разработке.

SIA 263

Опции для SIA 263

Проверка поперечной силы обычно выполняется по полезной площади сдвига A_v. Для сечений с двойной симметрией — двутавровых и швеллерных сечений класса 3 — альтернативно может быть принята площадь стенки A_w. Для этого активируйте контрольный выключатель 'Учитывать площадь сдвига согласно 5.2.4'.

Опция 'Учитывать проверку потери устойчивости при сдвиге' включена по умолчанию. Тем самым выполняется проверка потери устойчивости при сдвиге по пп. 4.5.4, 5.3.4 или Приложению F.1. Если отключить контрольный выключатель, потеря устойчивости при сдвиге не исследуется.

Сечения класса 3 могут проверяться по пункту 5.2.6 при изгибе вокруг обеих осей с нормальной силой. Если активировать контрольный выключатель 'Использовать альтернативный расчёт изгибных показателей α и β согласно 5.1.6.4', проверки для этих сечений выполняются по пункту 5.1.6.4.

Местная потеря устойчивости (для AISC)

Местная потеря устойчивости для AISC 360

В [2] таблице B4.1b приведены отношения ширины к толщине для сжатых элементов (частей сечения) стержней с изгибной нагрузкой. Если вы рассчитываете сечения, не регламентированные в этой таблице, активируйте контрольный выключатель. Тогда вы сможете задать граничные значения λ_r как для неусиленных, так и для усиленных элементов.

Сжатые стержни из одиночных уголков (для AISC)

Давленные стержни с одиночными уголками по AISC 360

Прочность на сжатие простых уголковых сечений определяется для потери устойчивости при изгибе согласно разделу E3 или E7, для потери устойчивости плоской формы изгиба — согласно разделу E4. Контрольный выключатель 'Использовать эффективную гибкость по E5' предоставляет возможность применить упрощённый метод проверки согласно разделу E5, при котором уголки за счёт корректировки гибкости рассматриваются как осевые нагруженные стержни. Он может применяться, если продольная сжимающая сила вводится в одно плечо. Другое плечо должно быть закреплено на присоединяемом элементе сваркой или болтовым соединением минимум с двумя болтами. Расчёт эффективной гибкости может выполняться либо для 'Плоской фермы согласно E5(a)', либо для 'Пространственной рамы согласно E5(b)'.

Метод, описанный в разделе E5, допускает использование неравных длин плеч, соединённых более коротким плечом — при условии, что эквивалентная гибкость увеличивается на величину, учитывающую отношение длины более длинного плеча к длине более короткого. Укажите, выполняется ли 'Соединение' через более длинное или более короткое плечо.

1. banner.tip@Дополнительные пояснения приведены в FAQ Сжатый стержень из одиночного уголка по AISC, раздел E5.
2. /

Расчёт холодногнутых профилей (для EN, AISC, CSA)

Для некоторых норм проектирования возможны проверки холодногнутых профилей. Они представлены для выбранных норм.

EN 1993

Расчёт холодногнутых профилей по EN 1993

Контрольный выключатель 'Выполнить расчёт холодногнутых профилей' включён по умолчанию. Тем самым стержни с такими сечениями проверяются по EN 1993-1-3 [4]. Если снять галочку, расчёт холодногнутых профилей выполняется по EN 1993-1-1.

'Коэффициент профилирования k согласно 3.2.2(3)' влияет на расчёт повышенного предела текучести f_ya. При этом можно выбрать, каким способом был изготовлен профиль. Список предлагает две возможности:

• Рулонное профилирование (k = 7)
• Другие способы профилирования (k = 5)

Если активировать контрольный выключатель 'Использовать упругий расчет согласно 6.1.6', проверки напряжений выполняются, как для нагружения с кручением, регламентированного в разделе 6.1.6 [4]. Тем самым для всех комбинаций внутренних сил используются упругие формулы напряжений (6.11a), (6.11b) или (6.11c). Более экономичные пластические методы проверки, которые допускается применять при определённых сочетаниях внутренних сил, в этом случае исключены.

При активированном контрольном выключателе 'Рассматривать стенку как усиленную согласно табл. 6.1' несущая способность стенки при местном приложении нагрузки не определяется. Местная потеря устойчивости возникнуть не может.

Контрольный выключатель 'Определять несущую способность стенки при местном приложении нагрузки согласно 6.1.7' определяет, выполняются ли проверки на местное смятие, упругопластическое выпучивание стенки или местную потерю устойчивости стенки. Предпосылкой для этого является определение соответствующей Расчётной опоры.

1. banner.text@Проверка на местное приложение нагрузки возможна только для сечений из библиотеки с неусиленными стенками согласно разделу 6.1.7.2 или 6.1.7.3 4]. Сечения стенок с продольными усилениями не могут рассчитываться.
2. /

Проверка потери устойчивости плоской формы изгиба для изгибаемых элементов согласно разделу 6.2.4(2) [4] неприменима, если сечение имеет выраженную угловую разницу между главными осями эффективного сечения и главными осями полного сечения. С помощью поля ввода 'Предельная склонность главных осей согласно 6.2.4(2)' можно задать угол α_lim, до которого проверка ещё выполняется.

AISC 360

Расчёт холодногнутых профилей по AISC 360 или AISI S100

Укажите, должен ли выполняться 'Расчёт холодногнутых пустотелых профилей по норме' AISC 360 или AISI 100.

Для 'Стержней вне границ применимости' таблицы B4.1-1 AISI с помощью контрольного выключателя можно задать, следует ли применять коэффициент надёжности Ω или коэффициент сопротивления Φ согласно AISI S100, разделу A1.2(c). Эта настройка применяется также к общим сечениям, границы применимости которых не регламентированы в норме.

1. banner.tip@Дополнительные пояснения приведены в FAQ Границы применимости по таблице B4.1-1 AISI.
2. /

С помощью контрольных выключателей категории 'Стержни при изгибе' можно задать детальные настройки для расчётов на устойчивость. Например, можно использовать неупругую резервную несущую способность по разделам AISI F2.4.2, F3.2.3 и F4.3. Для сечений с двойной симметрией — двутавровых профилей — упругое критическое напряжение F_cre можно альтернативно определить по уравнению (F2.1.1-6). При исследовании центрально-симметричных Z-сечений также возможно определение F_cre по уравнению (F2.1.3-2).

Прочность P_n на 'упругопластическое выпучивание стенки' определяется по уравнению (G5-1). Альтернативно значение может быть определено по уравнению (G5-2). Для этого активируйте соответствующий контрольный выключатель.

CSA S16

Расчет холодногнутых профилей по CSA S16 или CSA S136

Укажите, должен ли выполняться 'Расчёт холодногнутых пустотелых профилей по норме' CSA S16 или CSA S136.

Для 'Стержней вне границ применимости' согласно [3] таблице B4.1-1 с помощью контрольного выключателя можно задать, следует ли применять коэффициент надёжности Ω или коэффициент сопротивления Φ согласно [3] разделу A1.2(c). Эта настройка применяется также к общим сечениям, границы применимости которых не регламентированы в норме.

1. banner.tip@Дополнительные пояснения приведены в FAQ Границы применимости по таблице B4.1-1 AISI.
2. /

С помощью контрольных выключателей категории 'Стержни при изгибе' можно задать детальные настройки для расчётов на устойчивость. Например, можно использовать неупругую резервную несущую способность по [3] разделам F2.4.2, F3.2.3 и F4.3. Для сечений с двойной симметрией — двутавровых профилей — упругое критическое напряжение F_cre можно альтернативно определить по уравнению (F2.1.1-6). При исследовании центрально-симметричных Z-сечений также возможно определение F_cre по уравнению (F2.1.3-2).

Прочность P_n на 'упругопластическое выпучивание стенки' определяется по уравнению (G5-1). Альтернативно значение может быть определено по уравнению (G5-2). Для этого активируйте соответствующий контрольный выключатель.

Проверка потери устойчивости при сдвиге (для EN)

Проверка на сдвиговую бакаклюзии согласно EN 1993

Контрольный выключатель 'Выполнить проверку потери устойчивости при сдвиге' активирован по умолчанию. Тем самым проверяется, требует ли гибкость λ стенки проверку потери устойчивости при сдвиге по EN 1993-1-5 [5] пп. 5.1, 5.2, 5.3 и 5.5. Если граничное значение λ_lim соблюдено, проверка считается выполненной. Если гибкость превышает граничное значение, то согласно разделу 5.1(2) у опор предусматриваются поперечные жесткости стержня, чтобы можно было выполнить проверку потери устойчивости при сдвиге.

Расчёт продольных угловых швов (для EN, AISC, CSA)

Для некоторых норм проектирования возможна проверка продольных угловых швов. Опции представлены для выбранных норм.

EN 1993

Расчёт продольных угловых швов по EN 1993

Если вы хотите проверить несущую способность продольных швов сварных сечений, активируйте контрольный выключатель 'Выполнить расчёт'. Коэффициент β_w как характеристика материала заложен для большинства сталей библиотеки согласно EN 1993-1-8, таблице 4.1. Если части сечения состоят из разных марок стали, вы можете также задать корреляционный коэффициент β_w для расчёта угловых швов вручную.

AISC 360

Расчёт продольных угловых швов по AISC 360

У элементов со сварными сечениями продольные угловые швы между стенкой и полкой могут проверяться согласно [2] разделу J2.4. Расчётная прочность сварных швов может определяться двумя методами.

• Минимальная прочность на растяжение основного металла: проверяется только основной металл листа.
• Задаваемая пользователем минимальная прочность на растяжение присадочного материала: проверяется как основной металл листа, так и присадочный материал сварного шва.

CSA S16

Расчёт продольных угловых швов по CSA S16

У элементов со сварными сечениями продольные угловые швы между стенкой и полкой могут проверяться согласно [3] разделу 13.13.2.2. Расчётная прочность сварных швов может определяться двумя методами.

• Соответствующая классификация электрода X_u = F_u: при использовании соответствующего электрода согласно CSA W59-18, таблице 11.1 или таблице 12.1 предполагается, что прочность на растяжение электрода X_u выше прочности на растяжение основного металла F_u. Поэтому в качестве упрощения принимается X_u = F_u.
• Задаваемая пользователем предельная прочность на растяжение электрода: если используется соответствующий электрод согласно CSA W59-18, таблице 11.1 или таблице 12.1, либо несоответствующий электрод, предельная прочность на растяжение может быть задана вручную. Однако при использовании электрода с завышенными характеристиками значение X_u согласно [3] разделу 13.13.2.2 не должно превышать значение X_u соответствующего электрода.

Для расчёта также играет роль содержание водорода в электроде. Укажите, соответствует ли содержание водорода требованию H8 или ниже него. Если это так, толщина материала t для определения S_min соответствует толщине более тонкой соединяемой части сечения. Для электродов, сертифицированных без обозначения диффундирующего водорода, или таких, содержание водорода в которых превышает требования для H8, толщина материала t соответствует толщине более толстой части.

Расчёты на устойчивость с внутренними силами по анализу второго порядка (для EN)

Проверка на устойчивость по Теории II порядка в соответствии с EN 1993

Имеется возможность выполнять расчёты на устойчивость не методом эквивалентных стержней согласно [1] разделу 6.3, а с внутренними силами по анализу второго порядка с учётом депланации при кручении и несовершенств. В этом случае с помощью контрольного выключателя 'γ_M1 для определения несущей способности сечения' можно задать, используется ли коэффициент γ_M1 (вместо γ_M0) для проверок сечений.