Upload
others
View
30
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Beograd, 2020.
Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti
samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne
mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.
Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet
www.grf.bg.ac.rs
Studijski program: GRAĐEVINARSTVO
Modul: KONSTRUKCIJE
Godina/Semestar: III godina / V semestar
Naziv predmeta: METALNE KONSTRUKCIJE 1 (B2K3M1)
Nastavnik: Prof. dr Zlatko Marković
Naslov predavanja: Modeliranje, imperfekcije, klase preseka, zatezanje
Datum : 12. oktobar 2020. godine
Metalne konstrukcije 1 P4-2
Modeliranje čeličnih konstrukcija
Metalne konstrukcije 1 P4-3
Faze pri projektovanju čeličnih konstrukcija
– Analiza opterećenja, proračun intenziteta, položaja, vrste i prirode svih dejstava (stalno i korisno opterećenje, sneg, vetar, temperatura, seizmika,...);
– Proračun uticaja u konstrukciji usled relevantnih kombinacija dejstava – globalna analiza konstrukcije;
– Kontrola nosivosti poprečnih preseka, elemenata i veza,– lokalna analiza (granično stanje nosivosti);
– Kontrola graničnih stanja upotrebljivosti (deformacije, vibracije, naponi,...);
Metalne konstrukcije 1 P4-4
Metode globalne analize
Rezultati globalne analize su:
– Uticaji u elementima konstrukcije (N, Vy, Vz, My, Mz, Mt) i
– Pomeranja (deformacije) pojedinačnih elemenata i konstrukcije kao celine.
Prema vezi napon-dilatacija razlikuju se:
– Elastična globalna analiza;
– Plastična globalna analiza (kruto-plastična, elasto-plastična, nelinearna plastična).
Prema uticajima deformisane geometrije konstrukcije, postoje:
– Globalna analiza I reda;
– Globalna analiza II reda.
Metalne konstrukcije 1 P4-5
Modeliranje konstrukcije za globalnu analizu
– Izbor statičkog sistema koji po svojoj geometriji, uslovima
oslanjanja, oblicima i dimenzijama poprečnih preseka i
ponašanju veza između elemenata odgovara realnoj
konstrukciji;
– Izbor primerene metode globalne analize koja će dati rezultate
zadovoljavajuće tačnosti;
– Cilj je da se konstrukcija što realnije modelira, odnosno da
rezultati globalne analize verno simuliraju stvarno ponašenje
konstrukcije usled svih dejstava, kako bi se dobila što
racionalnija rešenja.
Metalne konstrukcije 1 P4-6
Modeliranje veza
Prema EC3 veze se mogu klasifikovati kao:
– proste veze, koje ne prenose momente savijanja;
– kontinualne veze, koje prenose momente
savijanja, ali se može pretpostaviti da njihovo
ponašanje ne utiče na globalnu analizu;
– polu-kontinualne veze, čije ponašanje treba da
se uzme u obzir pri globalnoj analizi.
Metalne konstrukcije 1 P4-7
Imperfekcije
– Geometrijske imperfekcije (odstupanje realnih elemenata od
pravca, u okviru propisanih tolerancija proizvodnje);
– Strukturne imperfekcije (zaostali naponi usled tehnologije
proizvodnje – valjanja ili zavarivanja);
– Ekvivalentne geometrijske imperfekcije (fiktivne
imperfekcije koje obuhvataju i geometrijske i strukturne
imperfekcije),
Evrokod 3 razlikuje dve vrste imperfekcija:
– Lokalne imperfekcije zakrivljenja (za pojedinačne elemente);
– Globalne imperfekcije zakošenja (za konstrukciju kao celinu);
Metalne konstrukcije 1 P4-8
Globalne imperfekcije Lokalne imperfekcije
(zakošenje) (zakrivljenje)
0 = 1/200
ah koeficijent redukcije za visinu stubova (2/3< ah <1)
am koeficijent redukcije za broj stubova
m broj stubova koji ne nose manje od 50% prosečne aksijalne sile pritiska
mh0 aa
hh
2a
mm
1150,a
Metalne konstrukcije 1 P4-9
Ekvivalentne sile
Globalne imperfekcije- zakošenje Lokalne imperfekcije- zakrivljenje
Primer okvirnog nosača
Metalne konstrukcije 1 P4-10
Metalne konstrukcije 1 P4-11
Klase poprečnih preseka
Klasifikacija poprečnih preseka je osnov za proračun graničnih
stanja nosivosti,
Na taj način se obuhvata fenomen izbočavanja delova
poprečnog preseka usled normalnog napona pritiska;
Od klase poprečnog preseka zavise:
– Izbor globalne i lokalne analize;
– Nosivost poprečnih preseka;
– Nosivost elementa kao celine.
Evrokod 3 razlikuje 4 klase poprečnih preseka!
Metalne konstrukcije 1 P4-12
Definicije klasa poprečnih preseka prema EC3
Klasa 1 - poprečni preseci koji mogu da dostignu moment plastične
nosivosti (Mpl), i obrazuju plastičan zglob sa zahtevanim
kapacitetom rotacije za globalnu plastičnu analizu;
Klasa 2 - poprečni preseci koji mogu da dostignu moment plastične
nosivosti (Mpl), ali imaju ograničen kapacitet rotacije;
Klasa 3 - poprečni preseci kod kojih napon u najudaljenijem
pritisnutom vlaknu (pri elastičnoj raspodeli napona) može da
dostigne granicu razvlačenja, ali izbočavanje sprečava razvoj punog
momenta plastične nosivosti;
Klasa 4 - poprečni preseci kod kojih se izbočavanje javlja pre
dostizanja granice razvlačenja u jednom ili više delova poprečnog
preseka.
Metalne konstrukcije 1 P4-13
Metode globalne i lokalne analize za
različite klase poprečnih preseka
Metalne konstrukcije 1 P4-14
Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3 Klasa 4
Lokalna analiza Proračun nosivosti
poprečnog preseka Plastična Plastična Elastična
Elastična –
Efektivan
presek
Globalna analiza
Proračun uticaja u
konstrukciji Plastična Elastična Elastična Elastična
Metalne konstrukcije 1 P4-15
Određivanje klase poprečnog preseka
Klasa poprečnog preseka zavisi od:
– vitkosti (odnosa visina/debljina – c/t) pojedinačnih delova preseka;
– načina oslanjanja dela preseka;
– načina naprezanja (dijagrama normalnih napona);
– granice razvlačenja osnovnog materijala.
Klasa se određuje posebno za svaki potpuno ilidelimično pritisnuti deo poprečnog preseka (nožice i rebra).
Za klasu preseka se usvaja klasa njegovog najnepovoljnijeg dela (najviša klasa).
Metalne konstrukcije 1 P4-16
Granične vitkosti delova poprečnog preseka lki
– Evrokod propisuje granične vitkosti delova preseka (širina/debljina - c/t) u zavisnosti od načina naprezanja i uslova oslanjanja;
– Tabelarno su date granične vrednosti (ili izrazi) za klase 1, 2 i 3 za konzolne delove i unutrašnje delove preseka;
– Ako je vitkost dela preseka manja od granične vitkosti za klasu 1 (lk1) deo preseka je klase je 1;
– Kada je vitkost dela preseka veća od granične vitkosti za klasu 3 (lk3) deo preseka je klase je 4;
Metalne konstrukcije 1 P4-17
Unutrašnji i konzolni delovi preseka
Metalne konstrukcije 1 P4-18
Metalne konstrukcije 1 P4-19
Metalne konstrukcije 1 P4-20
Kriterijumi za klasifikaciju delova poprečnih preseka
Metalne konstrukcije 1 P4-21
Primer za vrućevaljani HEA profil
Proračun i konstruisanje elemenata
čeličnih konstrukcija
Metalne konstrukcije 1 P4-22
Metalne konstrukcije 1 P4-23
Osnovni slučajevi naprezanja elemenata
čeličnih konstrukcija
– Zatezanje (Nt)
– Pritisak (Nc)
– Savijanje (M i V)
– Torzija (T)
– Kombinovana naprezanja: savijanje + zatezanje
(ekscentrično zatezanje), savijanje + pritisak,
(ekscentričan pritisak), ...
Metalne konstrukcije 1 P4-24
Aksijalno zategnuti elementi
Metalne konstrukcije 1 P4-25
Oblici poprečnih preseka aksijalno
zategnutih elemenata
Metalne konstrukcije 1 P4-26
Proračun aksijalno zategnutih elemenata
– Kontrola nosivosti poprečnog preseka je jedina
kontrola ULS.
– Kontrola nosivosti zavisi od načina ostvarivanja veze
na kraju elementa.
– Kod veza sa zavrtnjevima ili zakivcima treba uzeti u
obzir slabljenje poprečnog preseka rupama za spojna
sredstva!
Metalne konstrukcije 1 P4-27
y
y
y
y
fE
f
fE
za
za
A
NEdEd
Naprezanje zategnutog poprečnog preseka
Metalne konstrukcije 1 P4-28
Slabljenje rupama za spojna sredstva
Na mestima slabljenja ili diskontinuiteta dolazi do koncentracije
normalnih napona!
Metalne konstrukcije 1 P4-29
Neto površina poprečnog preseka - Anet
Kod oslabljenih preseka neophodno je da se odredi neto površina
poprečnog preseka.
Neto površina se dobija kada se od ukupne, bruto površine
poprečnog preseka oduzme površina svih otvora (rupa za spojna
sredstva) u kritičnom preseku.
AAAnet
A bruto površina preseka,
A površina slabljenja preseka - površina otvora (rupa)
d0 prečnik rupe za spojno sredstvo,
t debljina lima.
n broj zavrtnjeva u kritičnom preseku.
0 dntA
Metalne konstrukcije 1 P4-30
Merodavan presek
Kritičan presek može da bude ravan, ili smaktut (“cik-cak”) presek.
Merodvan presek je onaj koji ima najmanju nosivost.
p
sdntA
4
2
022
011 dntA Presek 1-1 (ravan):
Presek 2-2 (“cik-cak”):
001 2 2 dttbdtAAnet ,
p
stdttb
p
stdtAAnet
4 2 4
4 2 4
2
0
2
02 ,
Metalne konstrukcije 1 P4-31
Potencijalni oblici loma neto preseka
Ravan presek Cik-cak presek
Metalne konstrukcije 1 P4-32
Proračun nosivosti poprečnog preseka na zatezanje
NEd proračunska vrednost sile zatezanja,
Nt,Rd nosivost poprečnog preseka na zatezanje,
Npl,Rd plastična nosivost bruto poprečnog preseka,
Nu,Rd granična nosivost neto poprečnog preseka,
gM0, gM2 parcijalni koeficijenti sigurnosti (gM0 = 1,0; gM2 = 1,25).
01,,
Rdt
Ed
N
N
2
0
90
MunetRdu
MyRdpl
RdtfAN
fANN
g
g
/,
/min
,
,
,
RdtEd NN , ili
Ako ima slabljenja!
Metalne konstrukcije 1 P4-33
Proračunska vrednost sile zatezanja - NEd
i
iQiQiQQGGEd NNNN ,,,,, ggg 011
TTTwWWSSGGEd NNNNN gggg ,, 00
TWSS NNNN ,,max
TwSGEd NNNNN 5160516051351 ,,,,,,
TSWGEd NNNNN 5160517051351 ,,,,,,
WSTGEd NNNNN 5160517051351 ,,,,,,
s - sneg; w - vetar; t - temperatura
Metalne konstrukcije 1 P4-34
Proračun ugaonika vezanog zavrtnjevima
preko jednog kraka
zavrtnjeva ševi i 3 za
zavrtnja 2 za
zavrtanj 1 za 50 2
2
3
2
2
2
02
M
unet
M
unet
M
u
Rdu
fA
fA
ftde
N
g
g
g
),(
,
p1
2,5 d0 5,0 d0
2 0,40 0,70
3 0,50 0,70
U ostalim slučajevima (2,5 d0 p1 5,0 d0) vrednosti koeficijenata
2 i 3 odrediti linearnom interpolacijom.
p1 je rastojanje između zavrtnjeva u pravcu delovanja sile.