Єврокод 3. Сталеві конструкції

Конструювання сталевих конструкцій здійснюється на базі нормативних даних, які містять відомості про розрахункові характеристики металів, розміри і геометричні характеристики листового та фасонного прокату, що випускається. Для редагування сортаментної бази прокатних та зварених профілів передбачена локальна система РС-САПР.

Допускається об'єднання кількох однотипних елементів у конструктивний елемент.

Перелік перевірок поперечних перерізів при конструюванні сталевих конструкцій по Eurocode 3

Таблиці містять переліки перевірок критичного граничного стану та експлуатаційного граничного стану для розрахункових елементів типів колони, балки, фермовий елемент. Універсальні елементи розраховуються тричі: як ферма, колона, як балка. З трьох отриманих результатів вибирається найбільш несприятливий.

Перелік перевірок елементів колон по Eurocode 3

Перелік перевірок елементів балок по Eurocode 3

Перелік перевірок ферменних елементів по Eurocode 3

Класифікація перерізів сталевих конструкцій по Eurocode 3

Класифікація перерізів металевих конструкцій по Eurocode 3 здійснюється згідно з розділом 5.5.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Відповідно до норм розрізняють чотири класи поперечних перерізів:

• Клас 1 – поперечні перерізи, в яких може утворитися пластичний шарнір з обертальною здатністю, необхідною для пластичного розрахунку і досягається без зниження несучої здатності;
• Клас 2 – поперечні перерізи, в яких можуть розвиватися пластичні деформації, але в яких обмежена обертальна здатність внаслідок втрати місцевої стійкості;
• Клас 3 – поперечні перерізи, у яких напруження у крайніх стиснутих волокнах елемента при пружному розподілі напружень може досягти межі плинності, але втрата місцевої стійкості перешкоджає розвитку пластичних деформацій;
• Клас 4 - поперечні перерізи, в яких втрата місцевої стійкості настає до досягнення межі плинності в одній або більше зонах поперечного перерізу.

У поперечних перерізах класу 4 для визначення необхідних допусків при зниженні несучої здатності від дії місцевої втрати стійкості використано ефективну ширину згідно з розділом 5.2.2 EN 1993-1-5.

Граничне співвідношення ширини пластини до її товщини обчислюється по залежностях, наведених у табл.5.2 Eurocode 3.

Клас перерізу визначається для кожного зі сполучень зусиль, що діють у цьому перерізі. При перевірці поперечного перерізу елемента враховується найвищий клас, отриманий при розгляді всіх сполучень даного перерізу.

Є можливість при підборі обмежити клас перерізу, що підбирається.

Несиметричні перерізи (куточки, швелер, несиметричний двотавр) розраховуються лише в межах пружності (3 клас). Симетричні перерізи, в яких відсутні стиснуті елементи, перевіряються на міцність з використанням пластичного моменту опору, тобто класифікуються 1-м класом.

Перевірка міцності перерізів сталевих конструкцій по Eurocode 3

Перевірки міцності елементів сталевих конструкцій по Eurocode 3 виконуються згідно з розділом 6.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009 і згруповані відповідно до типу розрахункового елементу:

Перевірка міцності перерізів, що допускають утворення пластичного шарніру (клас 1, 2) при комбінованому впливі осьових сил і згинальних моментів, виконується з використанням формул п.6.2.9.1 (5).

Напруження по Мізесу для критичної точки поперечного перерізу розраховуються тільки в пружній стадії.

Вплив локальних напружень від поперечного навантаження, діючих на стінку (п.6.2.8 (6)), згинально-крутильний момент, а також ефекти зсувного запізнення, не враховуються.

Перевірка міцності елементів сталевих конструкцій на зсув та кручення по Eurocode 3

Перевірки міцності на зсув елементів металевих конструкцій по Eurocode 3 виконуються згідно з розділом 6.2.6 EN 1993-1-1:2005/AC:2009, на кручення – згідно з розділом 6.2. 7 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

У розрахунку беруть участь зсувні площі та момент інерції кручення, вказані в сортаментах. За їх відсутності розраховуються згідно з п. 6.2.6 (3) та за наближеними формулами відповідно.

При перевірці на кручення в розрахунку беруть участь нормальні напруження від бімоменту та від чистого кручення. Дотичні напруження від згинально-крутильного моменту в поточній версії не враховуються.

У критерії міцнісного розрахунку, що перевіряються, при наявності бімоменту додається складова яка дорівнює відношенню бімомента до розрахункового опору перерізу при депланації (у пружній або пластичній стадіях).

При спільній дії поперечного зусилля та крутного моменту опір зсуву знижується з V_pl.Rd до V_pl.T.Rd згідно з п. 6.2.7 (9).

Перевірка стійкості елементів сталевих конструкцій по Eurocode 3

Перевірки стійкості елементів сталевих конструкцій по Eurocode 3 виконуються згідно з розділом 6.3 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Криві втрати стійкості для стислих елементів постійного поперечного перерізу приймаються згідно з табл. 6.2.

Значення гнучкості для перевірки згинально-крутильної форми втрати стійкості стиснутого елемента визначається згідно з підрозділом 6.3.1.4.

Коефіцієнти взаємодії у формулах, що описують спільну дію вигину та осьового стиску, знаходяться згідно з додатком B.

Крива втрати стійкості при плоскій формі вигину визначається у загальному випадку відповідно до розділу 6.3.2.3.

Коефіцієнти С1, С3, що враховують умови закріплення, і коефіцієнт С2, що враховує наявність та вид зовнішнього навантаження на елемент, при знаходженні критичного моменту втрати стійкості по згинально-крутильній формі (втрата плоскої форми згину) елемента моносиметричного перерізу, що згинається в площині симетрії Mcr, із табл. B1 і B2 Design Manual For Structural Stainless Steel – Third Edition, 18 April 2006, Euro Inox and The Steel Construction Institute та табл. 4.2 NCCI: Mono-symmetrical uniform members under bending and axial compression SN030a-EN-EU.

Для визначення умовної гнучкості при згинально-крутильній формі втрати стійкості обчислюється пружний критичний момент загальної втрати стійкості Mcr. Оскільки Eurocode 3 не надає жодних формул або правил щодо розрахунку Mcr, згадуючи тільки що розрахунок повинен базуватися на характеристиках поперечного перерізу брутто та враховувати умови завантаження, розподіл моменту та бічне розкріплення п. 6.3.2.2(2), то визначення критичного моменту ґрунтується на наступних джерелах NMono-symmetrical uniform members under bendiCCI: Elastic critical moment for lateral torsional buckling SN003a-EN-EU и NCCI: Mono-symmetrical uniform members under bending and axial compression SN030a-EN-EU, Design Manual For Structural Stainless Steel – Third Edition, 18 April 2006, Euro Inox and The Steel Construction Institute.

Перевірка місцевої стійкості елементів сталевих конструкцій по Eurocode 3

Для оцінки місцевої стійкості перерізів елементів металевих конструкцій по Eurocode 3 використовуються граничні відношення c/t для класу 3, що приймаються згідно табл. 5.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Крім того, перевіряється місцева стійкість стінки при дії зсувного зусилля згідно з розділом 5 EN 1993-1-5.

У поточній версії вплив на місцеву стійкість елементів локальних напружень стиснення від поперечного навантаження (згадуваного у п.6.2.8 (6)) не враховуються.

Особливості розрахунку сталевих конструкцій по СП РК EN 1993-1-2:2005/2011

Зведення правил Республіки Казахстан "Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила та правила для будівель" є ідентичним європейському нормативу "EN 1993-1-1:2005/2011 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1.1: General rules and rules for buildings" (що включає всі поправки на лютий 2006 року та березень 2009 року) з урахуванням "Національного додатку до СП РК EN 1993-1-1:2005/2011 Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила та правила для будівель ". У розрахунку за державними нормативами Республіки Казахстан враховані положення національного додатка.

Вихідні параметри для розрахунку елементів сталевих конструкцій

• Фізико-механічні властивості матеріалу та профіль перерізу. Матеріал вибирається із таблиць матеріалів, профіль – із файлів сортаментів. Для наскрізних перерізів додатково вказується тип з'єднувальних ґрат.
• Тип елемента. Кожному типу елемента (балка, колона, ферменний, універсальний) відповідає свій перелік необхідних параметрів, що описують особливості роботи конструктивного елемента.
• Коефіцієнти надійності – окремі коефіцієнти безпеки по міцністі, стійкості та в місцях болтових з'єднань: Ym0 – окремий коефіцієнт безпеки для розрахунку міцності поперечних перерізів 1, 2 або 3 класів; Ym1 – окремий коефіцієнт безпеки для розрахунку стійкості стержня; Ym2 – окремий коефіцієнт безпеки для розрахунку перерізу нетто у місцях болтових отворів.
• Розрахункові довжини елемента (довжини сегмента між розкріпленнями) Lef z та Lef y відносно місцевих осей Z1 та Y1. Задаються в одиницях виміру геометрії або у вигляді коефіцієнтів довжини Kz і Ky відносно місцевих осей Z1 і Y1. У цьому випадку для одержання розрахункових довжин у процесі розрахунку обчислюється геометрична довжина елемента (сегменту), яка множиться на відповідний коефіцієнт довжини. Використовуються для розрахунку стиснутих і розтягнутих елементів; у розрахунку загальної стійкості у площинах, перпендикулярних осям Z1 та Y1.
• Коефіцієнти збільшення згинальних моментів. Задаються фіксовані значення: B (Y1 | Z1) – при врахуванні ефектів другого роду згідно з формулою 5.7; B(Y1) – при врахуванні ефектів другого роду відносно осі Y локальної системи координат стержня; B(Z1) – при врахуванні ефектів другого роду відносно осі Z локальної системи координат стержня. Або за формулою п.5.2.6.2(3): врахування ефектів другого роду B (Y1 | Z1); врахування ефектів другого роду B (Y1) відносно осі Y локальної системи координат стержня; врахування ефектів другого роду B (Z1) відносно осі Z локальної системи координат стержня. Використовуються для врахування збільшення згинальних моментів (знайдених при проведенні пружного аналізу 1-го роду) при відхиленні елемента (на підставі п.5.2.6.2).
• Коефіцієнти ефективної довжини (effective length factors) коефіцієнт ефективної довжини Ky ltb відносно осі Y локальної системи координат; врахування ефектів другого роду Kz ltb відносно осі Z локальної системи координат; врахування ефектів другого роду Kw ltb відносно осі X локальної системи координат. Використовуються для знаходження пружного критичного моменту (elastic critical moment) у розрахунку на згинально-крутильну форму втрати стійкості.
• Коефіцієнт ослаблення площі Anet/A – відношення площі нетто до площі брутто. Використовується для розрахунку елемента на розрив.
• Допустимий прогин балки – довжина прольоту та граничне відношення прольоту до прогину, що виник у цьому прольоті. Використовується для розрахунку жорсткості балки.
• Ребра жорсткості – крок ребер жорсткості для елементів із ребрами жорсткості.
• Місце прикладання навантаження на балку – навантаження до верхнього поясу, навантаження до нижнього поясу. Використовується для розрахунку балки на загальну стійкість.
• Урахування сейсмічного впливу. Використовується для позначення елементів, які беруть участь у дисипації сейсмічної енергії (див. розділ 6 Eurocode 8 EN 1998-1:2004 або СП РК EN 1998-1:2004/2012).