Реализация европейских норм для расчета металлических конструкций в среде SCAD Office

Реализация европейских норм

для расчета металлических конструкций

в среде SCAD Office

Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21Москва, 22-23 апреля 2014 г.

Юрченко В. В., к. т. н.старший научный сотрудник SCAD Soft

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Расчет элементов металлических конструкций по EN 1993-1-1Главное окно программы

2Москва, 22-23 апреля, 2014Москва, 22-23 апреля, 2014

Сталь Сортамент

металлопроката Болты Геометрические характеристики Сопротивление сечений Критический момент Огибающие Балки Стойки Связи Болтовые соединения Сварные соединения Стыки балок Узлы сопряжений ригеля с

колонной

Информационные режимы программы:

Расчетные режимы программы:

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Расчетный режим «Сопротивление сечений»Главное окно режима и классы сечений

3Москва, 22-23 апреля, 2014

1 класс – “полный шарнир” 2 класс – упруго-пластические деформации стали 3 класс – упругие деформации стали при отсутствии потери местной устойчивости 4 класс – потеря местной устойчивости элементов сечения

2 2 2 2 2 24

2 2 2 22

D w w w

wh x y x yy x x y

2 2 2211

p h

2 2

32 2

cos cos xq yw a x b yE

b a a b h22 2

112

2

8cos x

x

qw yE

a b hy

22 211

2

2

8cosy

w xE

b ax

2 2 2 2 2 24

2 2 2 22

D w w wE w

h x y x yy x x y

Расчетныенапряжения

Фактическиенапряжения

e0,5b0,5be

Rr

h inchh

f,in

f

f,c

bbb

0

1d

b

e mu

b y

2

1crcr

N DK

h h b

2

ue

DK

h b

0 4 0 8 1 2

1 2 0 65 0 45

, , ,

, , ,cr cr cre

u u u

b b


КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Учет закритический работы элементов конструкцийКонцепция «эффективной ширины» элементов сечений

2 2

2 2212 1

crp

k E E

bv

t

beff

b

p

фон Карман

Ейлер

Вінтер

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

00 1,0 2,0 3,0

Критические напряжения потери устойчивости Эйлера: 212 1

p

v b

k t

гибкость элемента сечения:

b

L

“Эффектиная ширина” тонкой пластины с несовершенствами (по Винтеру):

“Эффективная ширина” тонкой пластины при отсутствии несовершенств (по вон Карману):

1 0 221

,;eff

p p

b

b1 052

,y yp

cr

f fb

t k E

2

2

212 1

,cr beff y

eff

k Ef

bv

t

21

2

1

eff

y p p y p p

b E E

b f f


КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Учет закритический работы элементов конструкцийКонцепция «эффективной ширины» элементов сечений

Прочность на растяжение при действии продольной силы N – пп. 6.5, 6.6:

Прочность на сжатие при действии продольной силы N – пп. 6.9, 6.10, 6.11:

Изгибная прочность при действии момента My (Mz) – пп. 6.12...6.15:

Сдвиговая прочность при действии поперечной силы Qz (Qy) – пп. 6.17...6.20:

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Расчетный режим «Сопротивление сечений»Прочностные проверки по EN1993-1-1


0

1 0

, ,,

, ; ;yEdt Rd pl Rd

t Rd M

fNN N A

N

0 0

1 0 , ,,

, ; ;y yEdc Rd c Rd eff

c Rd M M

f fNN A или N A

N

0 0 0

1 0

, , ,min , ,min,

, ; ;y y yEdc Rd pl c Rd el c Rd ef f

c Rd M M M

f f fMM W или M W или M W

M

0 0

1 0 3 3

, , , ,

,

, ; ;y yEd wc Rd pl Rd v c Rd el Rd

c Rd M M

f fV I tV V A или V V

V S

Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента My (Mz) и поперечной силы Qz (Qy) – пп. 6.12...6.15, 6.29, 6.30:

Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента My (Mz) и продольной силы N – пп. 6.12...6.15, 6.36...6.44:

Изгибная прочность при одновременном действии изгибающих моментов My и Mz, продольной N и поперечных Qz и Qy сил – пп. 6.12...6.15, 6.36...6.45:

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Расчетный режим «Сопротивление сечений»Прочностные проверки по EN1993-1-1


22 2

0 0

21 0 1

4 6

, , ,min, ,

, ; ;y yEd v v EdV Rd pl V Rd el

V Rd w M w M pl Rd

f fM A A VM W или M W

M t t V

2

0

11 1

1 0 5 1

1

, ,, , , , , , , ,

, ,

, , ,,

,min ,min , ,mi

; ;.

y Ed z EdNy Rd pl y Rd pl y Rd Nz Rd pl z Rd

Ny Rd Nz Rd

y Ed y Ed y Edz EdEd Ed

y y y z y M eff y eff y

M M n n aM M M M M

M M a a

M M MMN Nили

Af W f W f A f W 0

1

, ,

n , ,min

;z Ed z Ed

y eff z y M

M M

f W f

2

2 1

,

Edy y y

pl Rd

Vf f f

V

- уменьшенная граница текучести

Несущая способность, ограниченная изгибной формой потери устойчивости при действии сжимающей силы – пп. 6.46...6.51:

Несущая способность, ограниченная крутильной и изгибно-крутильной формами потери устойчивости – пп. 6.46...6.49, 6.52, 6.53:

Несущая способность, ограниченная потерей устойчивости плоской формы изгиба при действии изгибающего момента – пп. 6.54...6.56:

Несущая способность, ограниченная потерей устойчивости при одновременной действии продольной силы и моментов – пп. 6.61...6.62:

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1Расчетный режим «Сопротивление сечений»Проверки устойчивости по EN1993-1-1


1 1

1 0

, ,,

, ; ;y yEdb Rd b Rd eff cr

b Rd M M

f fNN A или N A N

N

1 1

1 0

, , , ,,

, ; ; ,y yEdb Rd b Rd eff cr T cr TF

b Rd M M

f fNN A или N A N N

N

1 1

1 0

, , ,,

, ; ;y yEdb Rd LT y b Rd LT eff y LT LT cr

b Rd M M

f fMM W или N W M

M

1

1

1

1

, , , , ,

, ,

, , , , ,

, ,

;

;

m LT y Ed y Ed mz z Ed z EdEdyy yz

y Rk LT y Rk z Rk M

m LT y Ed y Ed mz z Ed z EdEdzy zz

z Rk LT y Rk z Rk M

C M M C M MNk k

N M M

C M M C M MNk k

N M M

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1 Расчетный режим «Критический момент»Главное окно режима


1 0,

.Ed

b Rd

M

M

1

, ,: yb Rd LT pl y

M

fII класс M W

1

, ,: yb Rd LT el y

M

fІІІ класс M W

1

, ,: yb Rd LT eff y

M

fIV класс M W

2 2

11 0,LT

LT LT LT

20 5 1 0 2 , .LT LT LT LT

y yLT

cr

W f

M

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1 Расчетный режим «Сопротивление сечений»Вычисление критического момента

222

2 21

32 2y z tz z w

cr g g jy z w z zz

I k L GIEI k IM z z z

I I k I EC C

Ik LCC

2 2

2

A

j sy

y z zdA

z zI

1C

2C

3C

коэффициент, учитывающий характер эпюры изгибающего момента

коэффициент, учитывающий положение точки приложения нагрузки по отношению к центру сдвига коэффициент, учитывающий ассиметрию сечения относительно оси большей жесткости

параметр ассиметрии:


КРИСТАЛЛ 21.1.1.1 Расчетный режим «Сопротивление сечений»Вычисление критического момента

1C

2C


zk

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Главное окно программы

Объект проектирования –конструкция узла определенного типа Задача – автоматизированный подбор неизвестных параметров конструкции

узла при удовлетворении ограничений несущей способности ее элементов согласно EN 1993-1-8, а также конструктивных и сортаментных ограничений

Сталь Сортамент

металлопроката Болты

Жесткие базы колонн Шарнирные базы

колонн Стыки балок Узлы сопряжений

ригелей с колоннами Узлы ферм

Информационные режимы программы:

Расчетные режимы программы:


Гибкое корректирование проектного решения

Проверка несущей способности

Генерирование чертежа узла стадии КМ

Подбор рационального проектного решения

Задание исходной информации

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Технология работы с программой


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчет сварных соединений

,min 3w wa a мм

, 2w eff w wl l a

, , ,min max{30 ,6 }w eff w eff wl l мм a

Нормальные напряжения, ориентированные перпендикулярно расчетной плоскости сварного шваКасательные напряжения, лежащие в расчетной плоскости сварного шва и направленные перпендикулярно его продольной осиКасательные напряжения, лежащие в расчетной плоскости сварного шва и направленные параллельно его продольной оси

2 2 2

2

3 u Lw

w M

f

Критерии обеспечения несущей способности

2

u Lw

M

f

FSd

w

FSd

Конструктивные ограничения

0 0

,2 2Sd Sd

w w w eff

F F

A a l

0,21,2 1,0

150w

Lww

l

a

,2 2w Sd

w w eff

F

a l

0

,

2 3u w

w Ed

w M

f aF

Прямой метод EN

Упрощенный метод EN


Виды исчерпания несущей способности: Разрушение болтов; Разрушение болтов с частичным развитием пластических деформаций во

фланце; Развитие пластические деформации во фланце.

, ,T I t ii

F B

,1, 2

pl tT II

M eBF

e m

ext i i int i ii i

W M W F ,1 ,2

,

2 2pl plT III

M MF

m

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетные модели фланцевых соединений


полужесткие

жесткие

шарнирные

Mj

j,iniS

jM

bfc

bwtk kbt epbk

bfc

kbfcbfck

kbfc bfck

kepb btk kbwt

bwtkkbtepbkkepbbtkkbwt

bwtk kbt epbk kepb btk kbwt

kbfc

epbk - фланец при изгибе

kbt - болт при растяжении

bwtk - стенка балки при растяжении- полка балки при сжатии

i i

inij

k

EzS

1

2

,± N

центр сжатия

tzz c

z

± N

M

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Учет реальной жесткости узлов


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8 Основы программной реализации

Набор входящих параметров: управляемые параметры

конструкции узла (диаметр болтов, количество рядов болтов, толщина

фланца) и подчиненные параметры

Набор исходящих параметров (параметров состояния):

коэффициенты использования ограничений несущей способности

Методы нахождения отклика объекта проектирования

Управляемые параметры

Математическая модель объекта проектирования:

, 1, , n PP P n N P X Y

, 1,i XX X P i N

, 1, , j YY Y P j N Y X Θ

, 1, , :k ZZ Z k N Z P Ω

1 1

2 2

0, , ; 1, , 1,

0, , ;EC IC

PN N

Z P

φ φ

φ φ

Система ограничений (ограничения несущей способности конструктивных элементов узла, сортаментые и конструктивные ограничения)

- управляемые:

- подчиненные:

Параметры состояния:

Внутренние параметры:


Кнопка «Вычислить» (все параметры конструкции узла заданы):

Проверка конструктивных ограничений и ограничений сортамента

Вычисление коэффициентов использования ограничений несущей способности

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций Основы программной реализации

Кнопка «Проектирование» (все параметры конструкции узла не определены):

Целенаправленное многократное улучшение некоторого начального проектного решения конструкции узла в сторону удовлетворения ограничений несущей способности с учетом конструктивных и сортаментых ограничений


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Жесткие базы колонн»

Общий случай загружения колонны

Несколько расчетных комбинаций нагружения

Признак предельного состояния

загружения


Типы конструкций узлов

жестких баз колонн


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Жесткие базы колонн»

Ввод исходных данных: сечение колонны, марки стали колонны и опорной плиты, класс бетона, тип и толщина подливки

Учет специфики болтовых и сварных

соединений


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Жесткие базы колонн» (пример расчета)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»


Типы конструкций узлов шарнирных баз

колонн

Ввод исходных данных: сечение колонны, марки стали колонны и опорной плиты, класс бетона, тип и толщина подливки


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»

Возможность учета специфики болтовых


Несколько расчетных комбинаций нагружений

Две компонентыпоперечных усилий


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Шарнирные базы колонн» (пример расчета)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Стыки балок»



Монтажные стыки балок

на фланцевых соединениях

Монтажный стык балок на накладках


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Стыки балок»

Общий случай загружения

Признак предельного состояния



Ввод исходных данных: сечение балок и марки стали


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Стыки балок» (пример расчета 1)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Стыки балок» (пример расчета 2)

Москва, 22-23 апреля, 2014 28Москва, 22-23 апреля, 2014

КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»


Общий случай загружения

Несколько расчетных комбинаций загружения

Типы конструкций

узлов сопряжений

Признакпредельногосостояния


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»

Ввод исходных данных: сечение колонны и ригеля, марки стали колонны и ригеля, оребрение и усиление стенки колонны




КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной» (пример 1)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной» (пример 2)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Узлы ферм» (из уголков)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Узлы ферм» (из труб)


КОМЕТА 11.5.1.1Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8Расчетный режим «Узлы ферм» (из уголков) (пример расчета)


СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21Москва, 22-23 апреля 2014 г.

Юрченко В. В., к. т. н.старший научный сотрудник SCAD Soft

Documents

Реализация европейских норм для расчета металлических конструкций в среде SCAD Office