Skip to main content

Studii de validare pentru structuri din oțel

Acest articol rezumă studiile de validare ale modulului pentru grinzi și stâlpi din oțel. Nucleul de calcul a fost dezvoltat mai întâi într-o aplicație de test independentă, pe baza relațiilor normative, apoi fiecare mărime reflectată în raport a fost comparată cu calculul manual. Au fost verificate și fluxul complet (deschiderea fișierului → analiză → raport) și generarea raportului bilingv. Pentru relații, consultați articolul Bazele teoretice ale proiectării din oțel.

1. Modelul de test​

ElementProfil / materialParametri
GrindăIPE A 100, S235Lb = 6000 mm (automat = lungimea elementului), Cb din diagrama de momente, săgeată K = 300
StâlpIPE A 100, S235KLx = KLy = 3000 mm (înălțime de nivel, K = 1)

Valorile de catalog pentru IPE A 100: A = 880 mm², Ix = 1,41×10⁶ mm⁴, Iy = 1,31×10⁵ mm⁴, Sx = 28 800 mm³, Zx = 33 000 mm³, Zy = 7 500 mm³, Sy = 4 770 mm³, J = 7 700 mm⁴, Cw = 2,8×10⁸ mm⁶, h = 98, b = 55, tw = 3,6, tf = 4,7 mm. Valoarea E = 2,1×10⁶ kg/cm² din biblioteca de materiale este utilizată ca 205 940 MPa.

note

Utilizarea profilului IPE A 100 ca stâlp, cu KL/r = 246, nu este un proiect realist, ci un scenariu limită ales deliberat: într-un singur model sunt testate ramura de flambaj elastic, avertismentul KL/r > 200 și trecerea corectă a valorilor mici ale capacității prin lanțul raportului.

2. Validarea grinzii (domeniul de flambaj lateral cu torsiune elastic)​

MărimeRaportul StatiCADCalcul manualStare
Caracteristicile secțiuniiA = 8,8 cm², Ix = 141 cm⁴, Wel = 28,8 cm³, Wpl = 33,0 cm³, ry = 1,22 cmConversia de unități a valorilor din catalogIdentic
Lp64 cm1,76·12,2·√(205940/235) = 636 mmIdentic
Lr283 cmrts = 14,5 mm; J·c/(Sx·h0) = 0,002866; Lr = 2833 mmIdentic
Starea limităFlambaj lateral cu torsiune elasticLb = 600 > Lr = 283 cm → domeniu elasticCoerent
Cb1,93Momente în stațiile combinației 1,6G+Q: Mmaks = 0,3711, MA = 0,0469, MB = 0,2210, MC = 0,1512 kNm; 12,5·0,3711/(2,5·0,3711 + 3·0,0469 + 4·0,2210 + 3·0,1512) = 1,928Identic
Mn4,13 kNmLb/rts = 413,8; Fcr (Cb = 1) = 74,4 MPa; Mn = 1,928·74,4·28 800 = 4,132 kNmIdentic
Vn49,74 kN0,6·235·(98·3,6) = 49,75 kN (Cv1 = 1)Identic
Săgeatăf = 0,47 cm ≤ L/300 = 2,00 cm5/48·3670·600²/(2,1×10⁶·141) = 0,465 cmIdentic

3. Validarea regulilor Lb și Cb​

Într-un model format din grinzi IPE 300 (S235) (G = 1000 kg/m + Q = 500 kg/m sarcină distribuită), patru situații diferite de rezemare au fost comparate cu un calcul independent, care lucrează cu momentele din stațiile elementelor finite:

GrindăLb / Cbφb·Mn (StatiCAD)Calcul independent
Consolă de 3 m3000 mm / 1,000117,51 kNm117,51 kNm
Grindă secundară de 6 m (ambele capete se reazemă pe mijlocul deschiderii grinzilor principale)6000 mm / 1,13690,65 kNm90,65 kNm
Grindă de 6 m simplu rezemată (ambele capete articulate)6000 mm / 1,13690,65 kNm90,65 kNm
Grindă de 6 m cu capete rigide6000 mm / 1,15792,26 kNm92,26 kNm

Alegerea combinației determinante: Când grinzii simplu rezemate i se atribuie G ca sarcină concentrată la mijlocul deschiderii și Q ca sarcină distribuită, cel mai mare moment îl dă combinația 1,6G+Q (105,54 kNm, Cb = 1,260, raport cerință/capacitate 1,050). Combinația determinantă este însă 1,2G+1,6Q (103,59 kNm, Cb = 1,229, raport 1,057). Programul și calculul independent dau aceeași combinație și aceleași valori; la toate grinzile diferența este mai mică de 10⁻¹² kNm.

4. Scăderea forței axiale artificiale provenite din decalaj​

Modelele cu grinzi IPE 300 din Capitolul 3 (A, B, C) și un model IPE A 100 cu 14 grinzi au fost rezolvate separat, cu opțiunile de decalaj din Setări generale ale proiectului (Offset1/Offset2 și excentricitate) activate și dezactivate. În tabel sunt date forța axială de calcul a grinzii (kN) și raportul M–N–V; prima coloană este calculul în care partea nu este scăzută.

GrindăDecalaj activ, fără scăderea părțiiDecalaj activ, cu scăderea părțiiDecalaj dezactivat
Simplu rezemată (model A)373,94 / 1,4291,75 / 1,1020 / 1,101
Consolă (model A)318,02 / 1,1390 / 0,8590 / 0,859
Cu capete rigide (model A)332,09 / 1,2581,75 / 0,9670 / 0,838
Simplu rezemată, care susține o grindă secundară (model B)721,07 / 2,7021,75 / 2,0700 / 2,068
Cu capete rigide (model C)573,19 / 2,1371,75 / 1,6350 / 1,433
Grindă secundară (model C)287,68 / 1,0921,34 / 0,8400 / 0,839
Model IPE A 100 (14 grinzi)3,2–5,1 / cel mult 0,2030,03 / cel mult 0,1880 / cel mult 0,158
  • Relația: La grinda simplu rezemată din modelul A (12 tronsoane), raportul dintre forța axială a tronsonului cu elemente finite și momentul mediu al tronsonului este −3,9444 m⁻¹ la toate cele 12 tronsoane, în cazurile de încărcare G și Q; cu secțiunea din catalog, ck = 53,81 × (−15) / (8356 + 53,81 × 225) = −3,9444 m⁻¹. Cei 1,75 kN rămași sunt în concordanță cu reziduul regulii trapezului cu 12 tronsoane ((2/3)/12² = 0,46 %; 0,46 % × 373,9 kN).
  • Diferența rămasă: Diferența dintre rapoartele cu decalaj activ și cu decalaj dezactivat există doar la grinzile cu capete rigide și doar la moment (modelul A: 84,81 / 74,49 kNm; modelul C: 152,37 / 136,17 kNm). Această diferență este efectul decalajului asupra rigidității grinzii, nu este artificială. La grinda simplu rezemată și la console, rapoartele celor două cazuri diferă cu cel mult 0,002.
  • Ce nu se schimbă: În soluțiile cu decalaj dezactivat, toate rezultatele grinzilor sunt identice cu cele din calculul făcut fără scăderea părții; rezultatele stâlpilor nu se schimbă în niciunul dintre cele două cazuri.

5. Validarea stâlpului (flambaj elastic prin încovoiere)​

MărimeRaportul StatiCADCalcul manualStare
rx, ry4,00 cm, 1,22 cm√(I/A): 40,0 mm, 12,2 mmIdentic
Cel mai mare KL/r245,9 și avertismentul „KL/r>200!”3000/12,2 = 245,9 > 200Identic
Modul determinantFlambaj prin încovoiere pe yFey = 33,6 < Fex ≈ 361 < Fez ≈ 437 MPaCoerent
φcPn23,36 kNFey = 33,6 MPa; Fy/Fe = 6,99 > 2,25 → Fcr = 29,5 MPa; Pn = 25,96 kN; φcPn = 23,36 kNIdentic
φMny (axa slabă)1,59 kNm0,9·min(235·7500; 1,6·235·4770) = 1,586 kNmIdentic
InteracțiuneEc. 11.3b = 0,092, UYGUNPr/Pc = 0,024 < 0,2 → 11.3b; cu valori rotunjite 0,090Coerent (rotunjire)

6. Evaluare​

tip

Toate mărimile lanțului grindă și stâlp reflectate în raport coincid exact cu calculul manual. Faptul că în raport sunt tipărite, alături de rezultat, și mărimile intermediare (Lp, Lr, Cb, KL/r, starea limită, combinația determinantă) permite inginerului să verifice cu ușurință fiecare rezultat.

note

Este esențial ca toate rezultatele produse de software să fie verificate de inginerul responsabil.