01_Uvod i Znacenje Kolegija-separat 14_15

Zavod za konstrukcije Katedra za metalne konstrukcije

http://www.grad.unizg.hr/predmet/metkon3 Kolegij: Metalne konstrukcije 3 (diplomski studij)

Separat 1: Uvod i znaenje kolegija

1

METALNE KONSTRUKCIJE 3

Akademska godina 2014./2015.

1.1. Uvod i znaenje kolegija

Najvaniji problem s kojim se suoava inenjer-statiar u procesu projektiranja je definiranje konstrukcijskog modela. Modeliranje konstrukcije odnosi se, s jedne strane na analizu

konstrukcije, i s druge strane na provjeru konstrukcijskih elemenata. Analiza konstrukcije i

provjera konstrukcijskih elemenata predstavljaju dva fundamentalna koraka u procjeni

pouzdanosti konstrukcija. Prvi korak provodi se da bi se odredio uinak raunskog djelovanja u svakoj toki konstrukcije. Drugi korak provodi se s ciljem provjeravanja sposobnosti konstrukcijskih elemenata da se odupru unutarnjim silama i momentima savijanja. Oigledno je, kao posljedica, da je modeliranje konstrukcija meusobna povezanost metoda globalne analize i metoda dimenzioniranja konstrukcijskih elemenata.

Obraeni su razliiti tipovi globalne analize konstrukcija:

1. linearna elastina analiza,

2. analiza elastinog kritinog optereenja,

3. elastina analiza koja ukljuuje uinke pomaka (geometrijska nelinearnost),

4. elastina-plastina analiza koja ukljuuje uinke teenja (materijalna nelinearnost),

5. elastina-plastina analiza koja ukljuuje i geometrijske i materijalne nelinearnosti.

Analize su navedene rastuim nizom obzirom na njihovu sloenost. Meutim, to su metode vieg reda to su sposobnije predvidjeti realniji odgovor konstrukcije. Takoer, vrlo je vano ustanoviti da je tip analize koja se provodi strogo vezan uz karakteristike ponaanja poprenih presjeka konstrukcijskih elemenata.

Openito, proces projektiranja konstrukcija obuhvaa tri stadija:

sinteza (konceptualizacija),

analiza,

dimenzioniranje (odabir i dokaz konstrukcijskih elemenata).

U stadiju sinteze, projektant-statiar odluuje o geometriji konstrukcije i o nainu na koji se ostvaruje kontinuirani prijenos djelovanja preko konstrukcije u temelje. Veliki broj posljedica

proizlazi iz odluivanja:

koji tip analize primijeniti,

koje prikljuke usvojiti,

procjena o izradi elemenata,

procjena o montai.

Kompjutorski programi za elastinu analizu su najrasprotranjeniji u primjeni za analizu konstrukcija. Zasnivaju se na pretpostavci da je materijal koji se modelira linearno elastian. U analizi je potrebno usvojiti odgovarajuu vrijednost modula elastinosti. Analizom se ne uzima u




2

obzir niti se ne provjerava mogu li konstrukcijski elementi podnijeti predviene uinke optereenja ili oni otkazuju teenjem, instabilitetom itd.

Plastine metode su pak vrlo rasprostranjene primjene za portalne okvire, obine okvire kao i za kontinuirane nosae i druge jednostavne neodreene konstrukcije. Stog razloga cijelo jedno poglavlje obrauje teoriju plastinosti. Dana su elementarna naela za primjenu teorije plastinosti, a takoer i praktino orue za primjenu u projektnim uredima (u ogranienim uvjetima i za runi proraun).

Dakako obuhvaeni su problemi stabilnosti konstrukcijskih elemenata, stabilnosti okvira kao i potrebna pridranja. Osobita pozornost posveena je instabilitetu elementa u kojem se formira plastini zglob budui da irenje plastine zone reducira krutost elemenata i ini ih senzitivnijim na instabilitet.

Naglaen je, takoer, znaaj elastinog kritinog optereenja kao mjere senzitivnosti konstrukcije na uinke drugog reda kao i zahtjevi sukladno EC3 o klasifikaciji okvira obzirom na njihovu senzitivnost na uinke drugog reda.

Posebno su istaknute konstrukcijske razliitosti portalnih okvira (okviri sa skoenim prekama). Kao rezultat, prorauni primjenjeni za portalne okvire razlikuju se u odnosu na one koritene kod ostalih tipova okvira.

1.2. Sadraj kolegija

nastavnici i suradnici

redoviti profesor dr. sc. Darko Dujmovi

suradnici dr. sc. Davor Skeji, dr.sc. Ivan Lukaevi, Josip Pikovi

satnica izvoenja nastave 30 + 30 (6 ECTS bodova)

oblici nastave predavanja, vjebe (konstrukcijske), kolokviji (pismeni)

polaganje kolokvija ukupno 1 polae se 24.04.2015. (gradivo od 1. do 7. predavanja)

popravni kolokvij 1 polae se 8.5.2015.

nain polaganja ispita pismeno i usmeno

ispitni termini prema planu ispitnih rokova

konzultacije

dr. sc. Darko Dujmovi utorkom i srijedom od 15 do 16 sati dr. sc. Davor Skeji utorkom i srijedom od 14 do 15 sati dr. sc. Ivan Lukaevi ponedjeljkom i srijedom od 14 do 15 sati Josip Pikovi ponedjeljkom od 16 do 17 sati i srijedom od 14 do 15 sati




3

provedbena satnica

Redni broj

predavanja Nastavna jedinica Opaska

1. Uvod i znaenje kolegija Modeliranje okvirnih konstrukcija

2 sata

2. Klasifikacija okvira, imperfekcije okvira i

veznih sustava

2 sata.

3. Elastino kritino optereenje okvira za bono pomian mod

2 sata

4. Metode globalne elastine analize okvira 2 sata

5. Metode globalne plastine analize okvira 1 sat

6. Teorija plastinosti kod okvirnih elinih konstrukcija

1 sat

2 sata

7. Analiza i dimenzioniranje okvirnih sustava

Numeriki primjeri 2 sata

2 sata

8. Analiza i klasifikacija prikljuaka 2 sata

9. Meukatne konstrukcije 2 sata

10. Posebni tipovi elinih konstrukcija 2 sata

1 sat

11. Nosivi sustavi elinih konstrukcija (visoke zgrade, kupole)

1 sat

2 sata

12. Otpornost elinih konstrukcija kod potresa 2 sata.

2 sata

Redni

broj

vjebi

Tip vjebi Nastavna jedinica Opaska

1. konstrukcijske Projektiranje eline konstrukcije koncept nosivosti i preliminarno dimenzioniranje

4 sata

2. konstrukcijske Analiza djelovanja na konstrukciju 2 sata

3. konstrukcijske Odreivanje uinaka djelovanja (momenti savijanja i unutarnje sile)

4 sata

4. konstrukcijske Dimenzioniranje konstrukcijskih elemenata 6 sati

5. konstrukcijske Dimenzioniranje prikljuaka 4 sata

6. konstrukcijske Izrada radionikih nacrta 4 sata

7. konstrukcijske Izrada radionikih nacrta i plana osiguranja kvalitete

4 sata

8. konstrukcijske Predaja projekta 2 sata




4

1.3. Svrha pojedinih poglavlja

1. Uvod i znaenje kolegija, Modeliranje okvirnih konstrukcija

Cilj, organizacija nastave. Modeliranje konstrukcija - Uvod. Postupak projektiranja elinog okvira. Okvirni sustavi (pojmovi). Primjeri okvirnih sustava. Tipovi uobliavanja. Okvirni sustavi - konstrukcijski elementi. Analiza konstrukcija. Dokazi kod dimenzioniranja (KGS i GSU).

Proraun unutarnjih sila i momenata savijanja (globalna analiza i pretpostavke prorauna). Primjeri.

2. Klasifikacija okvira, imperfekcije okvira i veznih sustava

Pojmovi: vezni sustav i okvirni sustav. Konstrukcijski elementi veznog sustava, okvirnog sustava.

Uobliavanje okvirnog sustava. Poduprti i nepoduprti okviri. Uvjeti klasifikacije. Primjer. Pomini i nepomini okviri. Uvjeti klasifikacije. Primjer. Imperfekcije: okvira, veznog sustava, elementa. Primjeri

3. Elastino kritino optereenje okvira za bono pomian mod

Definicija. Znaaj procjene elastinog kritinog optereenja. Postupci procjene: Priblini postupka, Grinter frame. Elastino kritino optereenje kod okvira sa skoenom prekom (jednobrodni okviri, viebrodni okviri). Duine izvijanja - efektivna duina stupova. Izvijanje stupa nepominog okvira. Izvijanja stupa pominog okvira. Primjeri. Odnos elastino kritino optereenje - duina izvijanja.

4. Metode globalne elastine analize okvira

Svrha globalne analize. Ponaanje okvira odnosom faktor optereenja - pomak okvira. Model za globalnu analizu. Koncept nosivosti. Prostorno ponaanje. Otpornost na horizontalne sile. Meudjelovanje tlo-konstrukcija. Bitne znaajke analize. Metode globalne analize: I. i II. reda. Uinci drugog reda: globalni i lokalni. Egzaktne i pribline metode. Elastina analiza I. i II. reda okvira s elementima promjenjive krutosti.Numeriki primjeri.

5. Metode globalne plastine analize okvira

Pretpostavke za primjenu. Kriterij za primjenu plastine analize I. i II. reda. Idealna plastina analiza I. reda (pretpostavke, ogranienja, zahtjevi na poprene presjeke i prikljuke). Elastina -idealno plastina analiza II. reda (pretpostavke, ogranienja, zahtjevi na poprene presjeke i prikljuke). Elasto - plastina analiza II. reda (pretpostavke, ogranienja, zahtjevi na poprene presjeke i prikljuke). Uvjeti za primjenu plastine analize.

6. Teorija plastinosti kod okvirnih elinih konstrukcija

Osnovni pojmovi. Temeljni principi. Metoda mehanizma. Primjeri - portalni okviri s ravnom

prekom. Okvirna konstrukcija sa skoenom prekom: primjeri razliitih metoda. Zakljune napomene vezano uz metode plastine analize.

7. Analiza i dimenzioniranje okvirnih sustava, Numeriki primjeri

Ponaanje konstrukcijskog elementa i konstrukcije. Metode elastine analize i dimenzioniranje: elastina analiza I. reda i dimenzioniranje okvira, elastina analiza II. reda i dimenzioniranje okvira. Stabilnost okvira: metoda globalne vitkosti, direktna metoda, indirektne metode (metoda

poveanog momenta, metoda zamjenskog tapa). Numeriki primjer elastine analize i dimenzioniranja. Metode plastine analize i dimenzioniranje: plastina analiza I. reda i




5

dimenzioniranje, elasto-plastina analiza II. reda i dimenzioniranje, plastina analiza I. reda i priblian utjecaj II. reda.

8. Analiza i klasifikacija prikljuaka

Osnovne definicije: spoj, prikljuak. Tipovi prikljuaka: nosa-nosa, nosa-stup, nastavci stupova, nastavci nosaa, stope stupova, prikljuci veznih sustava. Prikljuci i analiza okvira: tradicionalni pristup, suvremeni pristup. Suvremeni pristup: ponaanje prikljuaka, pojam djelomino nepopustljivog prikljuka, modeliranje prikljuaka, modeliranje prikljuaka i tip analize. Tvorenje modela prikljuaka: karakterizacija prikljuaka, klasifikacija prikljuaka, idealizacija prikljuaka, modeliranje prikljuaka. Metoda komponenata prema EC3. Metoda konanih elemenata i analiza prikljuaka. Laboratorijsko ispitivanje prikljuaka. Primjer suvremenog prorauna prikljuka.

9. Meukatne konstrukcije

Openito. elik i beton. Konstrukcijski elementi: armirano-betonske ploe, spregnute ploe, predgotovljene ploe, sustavi betonske ploe i trapezni limovi, nosai, prikljuci. Primjeri izvedenih konstrukcija. Moderni sustavi meukatnih konstrukcija. Primjeri izvedenih sustava.

10. Posebni tipovi elinih konstrukcija (tensegrity structures)

Visee konstrukcije - proraun: Analiza i proraun viseih konstrukcija - openito. Ponaanje kabela. Modul elastinosti uslijed promjene provjesa. Stanje prednaprezanja. Konstrukcije tipovi i karakteristike: Neukrueni ravninski sustavi (elino zatezno krovite, Nosa od ueta), Hibridni sustavi, Vertikalni nosivi sustavi dodatno zategnuti uetom, Ovjeeni krovovi, Mreasti krovovi sa ortogonalnim uetima. Aerodinamika stabilnost.

11. Nosivi sustavi elinih konstrukcija (visoke zgrade, kupole)

Podjela nosivih sustava - tipovi konstrukcija: Sustavi ovisni o obliku, Reetkasti sustavi, Sustavi ovisni o poprenom presjeku - krutosti na savijanje, Ploni sustavi, Viekatne graevine. Konstrukcijski elementi za izvedbu razliitih tipova konstrukcija: Valjani profile, Zavareni profile, Profili sa nadvienjima, Cijevi i jako zakrivljeni nosai, Uad, Platna. Jednoslojne reetkaste kupole (single-layer latticed dome): Modovi otkazivanja jednoslojnih reetkastih kupola, Utjecaj geometrijskih parametara na ponaanje jednoslojnih reetkastih kupola, Osnovni sustav, Jednoslojne reetkaste kupole, Numeriko odreivanje kritine sile. Analitiko odreivanje kritine sile.

12. Otpornost elinih konstrukcija kod potresa

Probabilistiki pristup seizmikog gibanja. Tipovi gibanja tla. Konceptualno projektiranje - openito. Pojmovi vezani uz EN 1998. Potresno inenjerstvo (dinamika). Inenjerstvo pouzdanosti EN 1990. Poznavanje parametara. Konceptualno projektiranje za otpornost konstrukcija zgrada

pri potresu. Razgradnja seizmike energije. Osnovna ideja projektiranja konstrukcija u EN 1998. etiri aspekta duktilnosti. Ideja dimenzioniranja iz aspekta razine otpornosti konstrukcije. Ideja dimenzioniranja jednostavnih konstrukcija. Predstavljanje gibanja tla kod potresa. Temeljni

zahtjevi-dvije razine seizmikog prorauna. Temeljni zahtjevi (KGS i GSU). Diferencijacija pouzdanosti. Razlike u razinama opasnosti kod potresa. Seizmiko djelovanje elastini spektar odziva. Tipovi tla (klasifikacija). Oblik elastinog spektra odziva Se(T). Elastinog spektar odziva za tipove tla A, B, C, D i E. Faktor ponaanja q. Korelacija izmeu elastine analize i realnog neelastinog ponaanja konstrukcije. Oblici raunskog spektra odziva u ovisnosti faktora ponaanja q. Tipovi elinih konstrukcija i faktor ponaanja q. Raunski spektar odziva. Metode




6

analize konstrukcija uslijed djelovanja potresa: Linearna statika analiza (numeriki primjer), Analiza modalnog odziva spectra. Konceptualni proraun zgrada. Kriterij za regularnost (pravilnost) konstrukcije. Posljedice pravilnosti konstrukcije na seizmiku analizu i proraun. Zone razgradnje energije kod elinih konstrukcija. Duktilni i krti elementi kod elinih konstrukcija. Proraunski koncepti za eline zgrade. Dokaz za krajnje granino stanje (KGS). Dokaz za granino stanje uporabe (GSU). Prikljuci.

1.4. Uvjeti za drugi potpis i polaganje ispita

Obveze studenata, prikupljanje bodova, mjerila ispunjenja obveza i rokovi:

Nastava tijekom semestra: 30 sati predavanja (po 2 sata tjedno) i 30 sati vjebi (po 2 sata tjedno);

Raspored sadraja predmeta: za detaljni sadraj vidi poseban list;

Kolokvij: pitanja i zadaci iz gradiva od 1. do 7. predavanja; pravo pristupa popravnom kolokviju

prema obavijesti nastavnika; student ima pravo uvida i prigovora u ocjenjivanje kolokvija ako to

zatrai u propisanom roku ( u pravilu neposredno nakon objave rezultata);

Ispit: pitanja i zadaci iz itavog gradiva kolegija; student ima pravo uvida i prigovora u ocjenjivanje ispita ako to zatrai u propisanom roku (u pravilu neposredno nakon objave rezultata); student/ica koji/a nije zadovoljan/na svojim uspjehom na ispitu moe zatraiti ocjenu nedovoljan (1) pa ponovno pristupiti ispitu na jednom od iduih ispitnih rokova.

Uvjeti za potpis i konanu ocjenu uspjenosti studenta/ice na kolegiju: stjeu se skupljanjem bodova prema tablici koja e biti prezentirana naknadno.

1.5. Literatura

Dujmovi, D.; Androi, B.; Deba, I.: Modeliranje konstrukcija prema EC3, IA Projektiranje 2004.,

Androi, B.; Dujmovi, D.; Deba, I.: eline konstrukcije 1, IA Projektiranje 2009.,

Androi, B.; Dujmovi, D.; Deba, I.: eline konstrukcije 2, IA Projektiranje 2008.,

Deba, I.; Androi, B.; Dujmovi, D.;: Metalne konstrukcije 3, IA Projektiranje 1998.,

Androi, B.; Dujmovi, D.; Deba, I.: Metalne konstrukcije 4, IA Projektiranje 2003.,

Davies, J.M.; Brown, B.A.: Plastic Design, Blackwell Science 1996.

Trahair, N. S.; Bradford, M. A., Nethercot, D. A.; Gardner, L.: The Behaviour and Design of

Structures to EC 3, Taylor and Francis, London, 2008.

Skeji, Davor; Dujmovi, Darko; Javora, Anka: Otpornost pojasnog kutnika kod vijanih elinih prikljuaka. // Graevinar. 60 (2008) , 3; 219-230

Skeji, Davor; Rak, Mladenko; Dujmovi, Darko: Istraivanje ponaanja zavarenog prikljuka u okvirnim elinim konstrukcijama. // Materials Engineering. XIV (2007) , 1; 11-17

Skeji, Davor; Dujmovi, Darko; Haiman, Miljenko: Nelinearni proraun zavarenog prikljuka nosa-stup. // Graevinar. 58 (2006.) , 12; 979-987

Dujmovi, Darko; Androi, Boris; Lukaevi, Ivan: Composite Structures according to Eurocode 4: Worked Examples, Berlin : Wilhelm Ernst & Sohn, A Wiley Company, 2015 (zbirka primjera)

Dujmovi, Darko; Androi, Boris; Lukaevi, Ivan: Primjeri prorauna spregnutih konstrukcija prema Eurocode 4, Zagreb : IA Projektiranje, 2014 (zbirka primjera)

Androi, Boris; Dujmovi, Darko; Lukaevi, Ivan: Projektiranje spregnutih konstrukcija prema Eurocode 4, Zagreb : IA projektiranje, 2012 (monografija).




7

Separati i predavanja dostupni na web stranicama kolegija:

http://www.grad.unizg.hr/predmet/metkon3a

1.6. Zadaci potrebni za ispit

Poglavlje kolegija

MK3 Literatura

Poglavlje u

literaturi Primjer Stranica

2. Klasifikacija

okvira,

imperfekcije

okvira i veznih

sustava

Modeliranje

konstrukcija

prema Eurocode 3

III. Okvirni sustavi

3.4.2 116

3.4.3 118

3.4.4 120

3.4.5 122

3.5.2 126

3.5.3 128

3.5.4 130

3.5.5 132

3.5.6 134

6.1.1 173

6.1.2 174

6.1.3 175

6.1.4 176

6.1.5 178

6.2.1 185

6.3.1 188

3. Elastino kritino

optereenje okvira za bono pomian

mod

Modeliranje

konstrukcija

prema Eurocode 3


4.4 140

5.5 160

5.6 162

5.7 165

5.8 167

5.9 168

5.10 169

4. Metode

globalne elastine analize okvira

Modeliranje

konstrukcija

prema Eurocode 3


9.6.6 243

11.4.1 272

11.4.2 277

11.4.3 283

11.4.4 292

11.4.5 299

11.4.6 308

6. Teorija

plastinosti kod okvirnih elinih

konstrukcija

Modeliranje

konstrukcija

prema Eurocode 3

II. Metode

plastinosti

5.1.1 73

5.1.2 78

5.2.1 80

5.1.2 85

5.3.1 89

5.3.2 92

5.3.3 94

Documents

01_Uvod i Znacenje Kolegija-separat 14_15