Расчет устойчивости колонны на основе внутренних сил от сочетаний нагрузок по сравнению с пакетом расчетных сочетаний

Общее

В настоящее время, является расчет конструкций в качестве 3D моделей общей практикой, так как в нем можно учитывать множество переменных нагрузок, таких как ветер, снег, временные нагрузки и, по мере возможности, также альтернативно действующие подвижные нагрузки. Однако, в нем создается также большое количество сочетаний нагрузок, которые требуется учитывать в расчете устойчивости стальной колонны.

Следующий пример сравнивает результаты расчета устойчивости на «Изгиб и сжатие» в соответствии с нормой EN 1993-1-1, гл. 6.3.3, по отношению к внутренним силам от сочетаний нагрузок и пакета расчетных сочетаний. Далее будут объяснены также разные функции, доступные в дополнительном модуле RF-STEEL EC3.

Модель и нагрузки

В данном примере будет рассчитываться угловая колонна стальной конструкции зала. Речь дет о 10,85 м высокой шарнирной колонне, которая принимает горизонтальные нагрузки от соединенных ферм на высоте 8,20 м. Рассматриваться будут только три из седьми сочетаний нагрузок и одно расчетное сочетание.

Исходная модель конструкции имеет для определения предельного состояния по несущей способности более 340 сочетаний нагрузок. В нашем случае, не будет отдельно приводится всех семь загружений, а лишь несколько избранных, которые были в рамках общего расчета конструкции назначены как определяющие. Они находятся также в прилагаемом файле примера. Для упрощения расчета, были частичные коэффициенты надежности и коэффициенты сочетаний преднамеренно опущены. Нагрузки необходимо рассматривать в качестве расчетных нагрузок.

Сечение:
2IK HEM 800 + HE M 800 | - + DIN 1025-4:1994

Материал:
Сталь S 355 | DIN EN 1993-1-1:2010-12

Сочетания нагрузок:
СН1 = ЗГ1 + ЗГ2 + ЗГ3
СН2 = ЗГ1 + ЗГ4 + ЗГ5
СН3 = ЗГ1 + ЗГ6 + ЗГ7

Расчетное сочетание:
РС1 = СН1/с или СН2/с или СН3/с

Модель, размеры и нагрузка

Расчет устойчивости на основе сочетаний нагрузок

На Рисунке 02 отображены внутренние силы N, M_y и M_z из CН2. Согласно норме EN 1993-1-1, гл. 6.3.3, ур. 6.6.2, приводят данные три внутренние силы к максимальному расчетному соотношению 92%. В данном расчете устойчивости на эквивалентном стержне используются коэффициенты взаимодействия. Согласно [1], гл. 6.2.2 (2), прим. 1, формулы взаимодействия основаны на модели однопролетной балки с вилообразным захватом и наличием/отсутсвием промежуточной опоры, которая подвергается действию сжимающих сил, граничных моментов и/или поперечных нагрузок. При применении таблицы А.2 из [1], учитывается при определении коэффициентов взаимодействия также актуальное распределение момента.

Определяющие внутренние силы для сочетания нагрузок 2

На Рисунке 03 отображено, каким способом происходит распределение моментов M_y и M_z из СН2 в дополнительном модуле RF-STEEL EC3, и как определяются коэффициенты эквивалентных моментов C _mi,0 по таблице A.2 из [1].

Ermittlung der äquivalenten Momentenbeiwerte nach Tabelle A.2

Если посмотреть на подробную оценку результатов для расчета устойчивости, отображенную на Рисунке 04, то всем очевидно, что осевая сила практически незначительна, и что для максимального расчетного соотношения являются определяющими изгибающие моменты.

Detaillierte Ergebnisauswertung des Stabilitätsnachweises für Lastkombination 2

Расчет устойчивости на основе сочетаний результатов (пакет)

Для сокращения времени вычисления, можно в дополнительном модуле RF-STEEL EC3 в диалоговом окне «Подробности» во вкладке «Общие данные» уже во время проектирования отметить для расчета расчетных сочетаний типа ИЛИ второй флажок. Здесь требуется уточнить, что при выборе данной возможности, будет для проведения расчета устойчивости использоваться пакет внутренних сил. На Рисунке 05 отображаются определяющие макс./мин. результаты для расчетного сочетания 1.

Регулирующий Макс./Мин. Результаты для сочетания результатов 1

Другим важным моментом является определение коэффициентов взаимодействия. Поскольку распределение момента в случае пакета расчетного сочетания представляет собой максимальное или минимальное значение для каждого х-разреза, нельзя в данном случае ожидать реальное распределение момента. Потому применяется линейное распределение моментов с ψ = 1 (см. также Рисунок 06).

Ermittlung der äquivalenten Momentenbeiwerte nach Tabelle A.2 für eine einhüllende EK

При подробной оценке результатов расчета устойчивости для расчетного сочетания 1, которое применялось в качестве пакета, проявляется очевидный недостаток данного метода. Поскольку вместо абсолютных крайних значений соответствующих моментов учитываются абсолютные крайние значения изгибающих моментов, данный результат определенно находится на безопасной стороне. Максимальный M_y = 1.752,42 кНм относится к СН2, а минимальный M_z = -2 543,51 кНм к СН3. Консервативное решение в случае пакета значений приводит к эффективности 131%.

Подробная оценка результатов расчета на устойчивость для сочетания результатов 1

Расчет устойчивости на основе сочетаний результатов (по умолчанию)

В случае, если в дополнительном модуле RF-STEEL EC3 в диалоговом окне «Подробности» во вкладке «Общие данные» выбрана для расчета расчетных сочетаний типа ИЛИ первая возможность, которая одновременно является настройкой по умолчанию, будут данные результаты сравнимы с результатами отдельных ЗГ.

Резюме

Вышеприведенный практический пример старается представить пользователю разные возможности для быстрого расчета и одновременно привлечь его внимание к ограничениям, связанными с применением пакета результатов.