Transcript 21_Yurchenko__Evro_normi_dlya_metalt

Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21
Москва, 22-23 апреля 2014 г.
Реализация
европейских норм
для расчета
металлических конструкций
в среде SCAD Office
Юрченко В. В., к. т. н.
старший научный сотрудник SCAD Soft
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчет элементов металлических конструкций по EN 1993-1-1
Главное окно программы
Информационные режимы программы:



Сталь
Сортамент металлопроката
Болты
Расчетные режимы программы:











Геометрические
характеристики
Сопротивление сечений
Критический момент
Огибающие
Балки
Стойки
Связи
Болтовые соединения
Сварные соединения
Стыки балок
Узлы сопряжений ригеля с
колонной
Москва, 22-23 апреля, 2014
2
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Главное окно режима и классы сечений
 1 класс – “полный
шарнир”
 2 класс – упругопластические деформации
стали
 3 класс – упругие
деформации стали при
отсутствии потери местной
устойчивости
 4 класс – потеря местной
устойчивости элементов
сечения
Москва, 22-23 апреля, 2014
3
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Учет закритический работы элементов конструкций
Концепция «эффективной ширины» элементов сечений
D 4
 2  2 w  2  2 w
 2  2 w
 w 2


2
h
xy xy
y x 2 x 2 y 2
b
Nx
Расчетные
напряжения
Фактические
напряжения
0,5be
a
0,5be
bf
bf,c
bf,in
Nx
r
R
cr
h
hc
hin
u
u
0,5be
2
 a 2
2 x  b 
2 y  qx y 2
   cos
  cos

a
b  2h
a
 b 
2
 2
 2  w11 
2 y q x
 x  2  E 
cos


8  a 
b
h
y
2
2
2

 w 
2 x
 y  2   E  11  cos
8  b 
a
x
2
2
2
2
2
D 4
 w   w
  2 w
E   w 2

2
h
xy xy
y x 2 x 2 y 2
w112
  p  h  E
32
0,5be
1
b
 dy
 u 0 m
2
N1cr
D 
 cr 
K  
h
hb
2
D 
u  K  
h  be 
0,4
0 ,8
1, 2
  







be  b 1, 2  cr   0, 65  cr   0, 45  cr  
  u 
 u 
  u  

be 
Москва, 22-23 апреля, 2014
4
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Учет закритический работы элементов конструкций
Концепция «эффективной ширины» элементов сечений
Критические напряжения потери устойчивости Эйлера:

гибкость элемента сечения:
p 

12 1  v 2
L
0,8
фон Карман
Вінтер
0,6
0,2
0
p
0
1,0
2,0
b 
12 1  v 2  eff 
 t 

3,0

2
 fy

E
1
 1 
f y p p
“Эффектиная ширина” тонкой пластины с
несовершенствами (по Винтеру):

Ейлер

k  2 E
 2E 


b
f y  p2  p
beff
0,4

12 1  v 2  
t
 cr ,beff 
b
1,0
 cr 
 2E
 2
2
p
b
k
t
“Эффективная ширина” тонкой пластины при
отсутствии несовершенств (по вон Карману):

beff
b
 b
k  2 E
beff
b

fy
fy
b
1  0, 22 
 1, 052
1 
 ;  p 
 cr
t k E
p 
p 
Москва, 22-23 апреля, 2014
5
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Прочностные проверки по EN1993-1-1
 Прочность на растяжение при действии продольной силы N – пп. 6.5,
6.6:
fy
N Ed
 1, 0; N t , Rd  N pl , Rd  A
;
N t , Rd
 M0
 Прочность на сжатие при действии продольной силы N – пп. 6.9, 6.10,
6.11:
fy
fy
N Ed
 1, 0; N c , Rd  A
или N c , Rd  Aeff
;
N c , Rd
 M0
 M0
 Изгибная прочность при действии момента My (Mz) – пп. 6.12...6.15:
fy
fy
fy
M Ed
 1, 0; Mc , Rd  W pl
или Mc , Rd  Wel ,min
или Mc , Rd  Wef ,min f
;
Mc , Rd
 M0
 M0
 M0
 Сдвиговая прочность при действии поперечной силы Qz (Qy) –
пп. 6.17...6.20:
fy
VEd
I  tw f y
 1, 0; Vc , Rd  Vpl , Rd  Av
или Vc , Rd  Vel , Rd 
;
Vc , Rd
S
 M0 3
 M0 3
Москва, 22-23 апреля, 2014
6
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Прочностные проверки по EN1993-1-1
 Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента
My (Mz) и поперечной силы Qz (Qy) – пп. 6.12...6.15, 6.29, 6.30:
2
2
2


f
f




M Ed
 Av
 Av
2VEd
y
y
 1, 0; MV , Rd  W pl 
или
M

W

;


 1


 el ,min

V , Rd
V

MV , Rd
4
t

6
t

w  M0
w  M0


 pl , Rd

 Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента
My (Mz) и продольной силы N – пп. 6.12...6.15, 6.36...6.44:


  n  a 2 
 M y , Ed   M z , Ed 
1 n
 M pl , y , Rd ; M Nz , Rd  M pl , z , Rd 1  


  
  1; M Ny , Rd  M pl , y , Rd



1  0.5a
 M Ny , Rd   M Nz , Rd 
  1 a  
 N Ed
M y , Ed
M y , Ed   M y , Ed M z , Ed   M z , Ed
M z , Ed
N Ed
1
1



или



;
Af y W y ,min f y Wz ,min f y  M 0
Aeff f y
Weff , y ,min f y
Weff , z ,min f y
 M0
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:
2
 2VEd

fy  fy    fy 
 1 - уменьшенная граница текучести
V

 pl , Rd

Москва, 22-23 апреля, 2014
7
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Проверки устойчивости по EN1993-1-1
 Несущая способность, ограниченная изгибной формой потери
устойчивости при действии сжимающей силы – пп. 6.46...6.51:
fy
fy
N Ed
 1, 0; N b, Rd   A
или N b, Rd   Aeff
;     N cr 
N b, Rd
 M1
 M1
 Несущая способность, ограниченная крутильной и изгибно-крутильной
формами потери устойчивости – пп. 6.46...6.49, 6.52, 6.53:
fy
fy
N Ed
 1, 0; N b, Rd   A
или N b, Rd   Aeff
;     N cr ,T , N cr ,TF 
N b, Rd
 M1
 M1
 Несущая способность, ограниченная потерей устойчивости плоской
формы изгиба при действии изгибающего момента – пп. 6.54...6.56:
fy
fy
M Ed
 1, 0; Mb, Rd   LTW y
или N b, Rd   LTWeff , y
;  LT   LT  Mcr 
Mb, Rd
 M1
 M1
 Несущая способность, ограниченная потерей устойчивости при
одновременной действии продольной силы и моментов – пп. 6.61...6.62:
C m , LT M y , Ed   M y , Ed
C mz M z , Ed   M z , Ed
N Ed
1
 k yy
 k yz

;
 y N Rk
 LT M y , Rk
M z , Rk
 M1
C
M
  M y , Ed
C M
  M z , Ed
N Ed
1
 k zy m , LT y , Ed
 kzz mz z , Ed

;
 z N Rk
 LT M y , Rk
M z , Rk
 M1
Москва, 22-23 апреля, 2014
8
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Критический момент»
Главное окно режима
M Ed
 1.0
M b , Rd
II класс : Mb , Rd   LTW pl , y
fy
 M1
ІІІ класс : M b , Rd   LTWel , y
IV класс : M b , Rd   LTWeff , y
 LT 
1
2
LT  LT2   LT
fy
 M1
fy
 M1
 1, 0

2
LT  0, 5 1   LT  LT  0.2   LT
LT 
Москва, 22-23 апреля, 2014
Wy f y
M cr
9

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Вычисление критического момента
2


k
L
GI
2
k


I
z
t
z
w




C
z

C
z

C
z




2
g
2
g
3
j

I y  I z  kw I z
 2 EI z


 EI z
2
M cr  C1
C1
C2
C3
 kz L 
Iy
2

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

 y
z j  zs  A
2

 z 2 zdA
2I y

параметр ассиметрии:
Москва, 22-23 апреля, 2014
10
КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
Вычисление критического момента
C2
C1
kz
Москва, 22-23 апреля, 2014
11
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Главное 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
Информационные режимы программы:



Сталь
Сортамент металлопроката
Болты
Расчетные режимы программы:





Жесткие базы колонн
Шарнирные базы колонн
Стыки балок
Узлы сопряжений ригелей с
колоннами
Узлы ферм
Москва, 22-23 апреля, 2014
12
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Технология работы с программой
Задание исходной информации
Генерирование чертежа
узла стадии КМ
Гибкое корректирование
проектного решения
Подбор рационального
проектного решения
Проверка
несущей способности
Москва, 22-23 апреля, 2014
13
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчет сварных соединений
Конструктивные ограничения
aw  aw,min  3мм
Критерии обеспечения несущей способности
 2  3  2   2  
lw,eff  lw  2aw
fu  Lw
 
 w M 2
fu  Lw
Fw, Ed 
M2
Прямой метод EN
lw,eff  lw,eff ,min  max{30 мм,6aw}
FSd
fu aw
 w M 2 3
Упрощенный
метод EN
FSd
FSd
Lw
aw
Lw
0.5
FSd
  0   0
0.5
 Lw  1, 2 
w
Lw
F
FSd
  Sd 
2 Aw 2awlw,eff
a
w
0, 2lw
 1, 0
150aw
  
w
2

FSd
awlw,eff 2
 0
   Нормальные напряжения, ориентированные перпендикулярно
 
 
aw
расчетной плоскости сварного шва
Касательные напряжения, лежащие в расчетной плоскости
сварного шва и направленные перпендикулярно его продольной оси
Касательные напряжения, лежащие в расчетной плоскости
сварного шва и направленные параллельно его продольной оси
Москва, 22-23 апреля, 2014
14
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетные модели фланцевых соединений
Виды исчерпания несущей способности:
Q
e
Q
Q

Bt
Mpl,2
Mpl,1
FT
1
Bt

Mpl,2
Bt
2
m

m

Разрушение болтов;
Разрушение болтов с частичным развитием пластических деформаций во фланце;
Развитие пластические деформации во фланце.
FT

1
Mpl,1
Bt
Mpl,2
Bt
Q
Mpl,1
Mpl,1
Bt
FT
Q
Mpl,2
e

Q
Q
FT , I   Bt ,i
i
Q
Wext   M i  i  Wint   Fi i
i
FT , II 
i
M pl ,1  eBt
FT , III 
2M pl ,1  2M pl ,2
m
2e  m
Москва, 22-23 апреля, 2014
15
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Учет реальной жесткости узлов
±N
z
±N
bfc
M
zc
S j ,ini
z2E

1
i k
i
zt
bfc
центр сжатия
k bfc k bfc
k bwt k bt
Mj
Mj
kbwt
k bwt - стенка балки при растяжении
k bfc - полка балки при сжатии
kepb - фланец при изгибе
kbt - болт при растяжении
жесткие
k bfc k bfc
k bwt k bt
S j,ini
k epb kepb kbt
k epb kepb kbt
kbwt
полужесткие
шарнирные
k bwt k bt k epb kepb kbt kbwt
Москва, 22-23 апреля, 2014
16
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Основы программной реализации
Математическая модель объекта проектирования:
Внутренние параметры: P  Pn  , n  1, N P , P  X Y
Система ограничений (ограничения несущей
способности конструктивных элементов узла,
- управляемые: X   X i   P, i  1, N X
сортаментые и конструктивные ограничения)
φ P  0, φ1    ,   ;
- подчиненные: Y  Y j  P, j  1, NY , Y  Θ X 
 1
  1, N EC ,   1, N IC

φ Z P  0, φ2    ,   ;

Параметры состояния: Z  Z k  , k  1, N Z , Z : Ω P
 2
 
 
 
 
  
Набор входящих параметров: управляемые
параметры конструкции узла (диаметр болтов,
количество рядов болтов, толщина фланца) и
подчиненные параметры
Управляемые параметры
Методы нахождения отклика
объекта проектирования
Набор исходящих параметров (параметров
состояния): коэффициенты использования
ограничений несущей способности
Москва, 22-23 апреля, 2014
17
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет 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
Кнопка «Вычислить» (все параметры
конструкции узла заданы):
 Проверка конструктивных
ограничений и ограничений сортамента
 Вычисление коэффициентов
использования ограничений несущей
способности
Москва, 22-23 апреля, 2014
18
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Жесткие базы колонн»
Типы конструкций узлов
жестких баз колонн
Признак предельного
состояния загружения
Общий случай
загружения колонны
Несколько расчетных
комбинаций нагружения
Управляемые параметры
Москва, 22-23 апреля, 2014
19
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный 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
Москва, 22-23 апреля, 2014
20
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Жесткие базы колонн» (пример расчета)
Москва, 22-23 апреля, 2014
21
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»
Ввод исходных данных:
сечение колонны, марки стали
колонны и опорной плиты, класс
бетона, тип и толщина подливки
Управляемые параметры
Типы конструкций узлов
шарнирных баз колонн
Москва, 22-23 апреля, 2014
22
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»
Возможность учета специфики
болтовых соединений
Несколько расчетных
комбинаций нагружений
Две компоненты
поперечных усилий
Москва, 22-23 апреля, 2014
23
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн» (пример расчета)
Москва, 22-23 апреля, 2014
24
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Стыки балок»
Монтажный стык
балок на накладках
Монтажные стыки балок
на фланцевых соединениях
Управляемые параметры
Управляемые параметры
Москва, 22-23 апреля, 2014
25
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Стыки балок»
Признак предельного состояния
Общий случай загружения
Ввод исходных данных:
сечение балок и марки стали
Учет специфики болтовых
и сварных соединений
Москва, 22-23 апреля, 2014
26
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Стыки балок» (пример расчета 1)
Москва, 22-23 апреля, 2014
27
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Стыки балок» (пример расчета 2)
Москва, 22-23 апреля, 2014
28
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»
Типы конструкций
узлов сопряжений
Признак
предельного
состояния
Общий случай загружения
Управляемые параметры
Несколько расчетных
комбинаций загружения
Москва, 22-23 апреля, 2014
29
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»
Ввод исходных данных:
сечение колонны и ригеля, марки
стали колонны и ригеля, оребрение
и усиление стенки колонны
Учет специфики болтовых
и сварных соединений
Москва, 22-23 апреля, 2014
30
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной» (пример 1)
Москва, 22-23 апреля, 2014
31
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной» (пример 2)
Москва, 22-23 апреля, 2014
32
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Узлы ферм» (из уголков)
Москва, 22-23 апреля, 2014
33
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Узлы ферм» (из труб)
Москва, 22-23 апреля, 2014
34
КОМЕТА 11.5.1.1
Расчет узлов металлических конструкций по EN 1993-1-8
Расчетный режим «Узлы ферм» (из уголков) (пример расчета)
Москва, 22-23 апреля, 2014
35
Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21
Москва, 22-23 апреля 2014 г.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Юрченко В. В., к. т. н.
старший научный сотрудник SCAD Soft