Bazele teoretice ale proiectării din oțel
Acest articol rezumă ce reguli normative aplică modulul StatiCAD de proiectare a grinzilor și stâlpilor din oțel, cum le aplică și ce ipoteze adoptă. Setul de reguli utilizat este ÇYTHYE (Principii de proiectare, calcul și execuție pentru structuri din oțel) și prevederile TBDY 2018 referitoare la oțel. Pentru utilizare, consultați articolul Proiectarea grinzilor și stâlpilor din oțel.
Abordarea de proiectare: LRFD (proiectare cu coeficienți de încărcare și de rezistență). Coeficienți de rezistență: încovoiere φb = 0,90; forță tăietoare φv = 0,90 (1,00 pentru inima I laminată compactă); compresiune φc = 0,90.
1. Caracteristicile materialului și ale secțiunii
Clasa de oțel este atribuită elementului împreună cu secțiunea; Fy și E sunt citite din biblioteca de materiale. Caracteristicile secțiunii (A, Ix, Iy, Wel = Sx, Wpl = Zx, Zy, Sy, J, Cw, h, b, tf, tw, r) sunt preluate din baza de date a profilelor prefabricate. Modulul de elasticitate din biblioteca de materiale poate fi definit în kg/cm² sau în MPa; programul recunoaște automat unitatea.
2. Rezistența la încovoiere a grinzii (Capitolul 9)
Pentru grinzile cu secțiune I/H laminată, dublu simetrică, încovoiate pe axa tare, sunt definite trei domenii (Lb: lungimea nesprijinită lateral):
| Domeniu | Condiție | Rezistența nominală Mn |
|---|---|---|
| Curgere (plastic) | Lb ≤ Lp | Mp = Fy·Zx |
| Flambaj lateral cu torsiune inelastic | Lp < Lb ≤ Lr | Mn = Cb·[Mp − (Mp − 0,7·Fy·Sx)·(Lb − Lp)/(Lr − Lp)] ≤ Mp |
| Flambaj lateral cu torsiune elastic | Lb > Lr | Mn = Fcr·Sx ≤ Mp |
- Lp = 1,76·ry·√(E/Fy)
- Fcr = Cb·π²·E/(Lb/rts)² · √(1 + 0,078·(J·c/(Sx·h0))·(Lb/rts)²)
- Lr = 1,95·rts·(E/(0,7·Fy))·√(J·c/(Sx·h0) + √((J·c/(Sx·h0))² + 6,76·(0,7·Fy/E)²))
- rts² = √(Iy·Cw)/Sx, h0 = h − tf, c = 1 (I dublu simetric)
În raport sunt afișate Lp, Lr și denumirea stării limită determinante; astfel, coerența dintre Lb și starea limită poate fi verificată de inginer. Compacitatea la încovoiere a secțiunii transversale este clasificată; la talpa necompactă intervine starea limită de flambaj local al tălpii.
Cb = 1,0 (coeficientul de distribuție a momentului) este adoptat constant, în favoarea siguranței. În cazul distribuțiilor reale cu momente la capete, această ipoteză poate arăta capacitatea mai mică decât este, dar niciodată mai mare.
3. Rezistența la forță tăietoare a grinzii (Capitolul 10)
Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv1, Aw = d·tw
Dacă la inima I laminată este îndeplinită condiția h/tw ≤ 2,24·√(E/Fy), se iau Cv1 = 1,0 și φv = 1,00; în caz contrar se aplică regulile generale pentru inimă.
4. Efectul combinat la grindă (Capitolul 11)
Interacțiunea dintre încovoiere, forță tăietoare și forță axială este verificată și înscrisă în raport ca un singur raport; dacă raportul este ≤ 1,0, se marchează UYGUN (corespunzător).
5. Săgeata grinzii
f = 5/48 · Mmaks · L² / (E·Ix) (grindă simplu rezemată, echivalent pentru sarcină uniform distribuită); condiția f ≤ L/K.
Mmaks este momentul de serviciu: cea mai mare valoare dintre combinațiile G+Q și G+S fără coeficienți. La grinda în consolă, în locul coeficientului 5/48 se utilizează 1/3 (echivalent pentru sarcină la capăt; prudent în cazul sarcinii distribuite). K provine din selecția K pentru săgeată din proprietățile elementului (implicit 300; 200 / 150 / manual).
6. Rezistența la compresiune a stâlpului (Capitolul 8)
La elementul comprimat cu secțiune I/H dublu simetrică se calculează trei tensiuni critice elastice de flambaj, iar cea mai mică este determinantă:
- Prin încovoiere: Fex = π²·E/(KLx/rx)², Fey = π²·E/(KLy/ry)²
- Prin torsiune: Fez = [π²·E·Cw/(KLz)² + G·J] / (Ix + Iy), G = E/2,6
- Fe = min(Fex, Fey, Fez)
- Fy/Fe ≤ 2,25 → Fcr = 0,658^(Fy/Fe) · Fy (inelastic); Fy/Fe > 2,25 → Fcr = 0,877·Fe (elastic)
- Pn = Fcr·Ag, φc = 0,90
Modul determinant este înscris în raport. Pentru lungimea de flambaj prin torsiune se utilizează lungimea pe axa slabă.
Lungimea efectivă de flambaj: Implicit KL = înălțimea de nivel + diferențele de cotă inferioară/superioară ale elementului, K = 1,0. Prin introducerea manuală a valorii K·L în câmpurile Le din fereastra centurii verticale, se poate defini o lungime separată pentru fiecare axă. Dacă KL/r > 200, în raport se înscrie un avertisment roșu (calculul nu este oprit).
Zvelteța secțiunii transversale (Tabelul 5.1A, compresiune axială): Talpă b/(2·tf) ≤ 0,56·√(E/Fy); inimă hw/tw ≤ 1,49·√(E/Fy). La secțiunea care depășește limita (zveltă), elementul este marcat în raport ca „narin enkesit” (secțiune zveltă) și este considerat necorespunzător.
7. Capacitatea la încovoiere pe axa slabă a stâlpului
Mny = Fy·Zy ≤ 1,6·Fy·Sy (pe axa slabă nu apare flambaj lateral cu torsiune).
8. Efectul combinat la stâlp (Capitolul 11.3)
- Pr/Pc ≥ 0,2: Pr/Pc + 8/9·(Mrx/Mcx + Mry/Mcy) ≤ 1,0 (11.3a)
- Pr/Pc < 0,2: Pr/(2·Pc) + (Mrx/Mcx + Mry/Mcy) ≤ 1,0 (11.3b)
Pc = φc·Pn; Mcx, capacitatea pe axa tare, include flambajul lateral cu torsiune (Lb = KLy), iar Mcy se calculează cu regula pentru axa slabă. Ecuația utilizată este indicată în raport.
9. Eforturi interioare și combinații de încărcări
M, V (și N) pentru grindă, respectiv N, Mx, My și V pentru stâlp, sunt preluate din rezolvarea cu elemente finite a programului, ca înfășurătoare a combinațiilor de mai jos:
- Combinațiile programului, în forma transformată pentru proiectarea din oțel: în combinațiile cu seism 1,0G → 1,2G și Q cel puțin 1,0Q (TBDY 4.4.4.2). Denumirile acestor combinații apar în raport cu sufixul „[1.2G+1.0Q]”.
- Combinațiile LRFD ale ÇYTHYE (din cazurile de încărcare simple G, Q, S, W): 1,4G; 1,2G + 1,6Q (+0,5S); 1,2G + 1,6S (+1,0Q); dacă vântul este definit, pentru fiecare caz de vânt 1,2G + 1,6S + 0,8W, 1,2G + 1,0Q (+0,5S) + 1,6W și 0,9G + 1,6W.
Dacă nu este definit niciun caz de încărcare din vânt, se emite un avertisment de analiză. Denumirea combinației care dă înfășurătoarea este afișată în raport alături de solicitare.
10. Limitele domeniului de aplicare
- Calculul de rezistență este limitat la profilele I/H laminate la cald, dublu simetrice; profilele U, L, T, tubulare pătrate/dreptunghiulare și circulare pot fi atribuite, dar în raport sunt marcate „kesit tipi desteklenmiyor” (tip de secțiune neacceptat).
- Calculul profilelor formate la rece se efectuează în modulul de oțel ușor.
- Se presupun Cb = 1,0 și, la stâlpi, K = 1,0; condițiile diferite sunt furnizate de utilizator prin câmpurile Le.
- Nu există metoda ariei efective pentru secțiunea zveltă și nici flambajul prin torsiune–încovoiere al secțiunilor monosimetrice.
- Condițiile de ductilitate seismică ale secțiunii transversale din Capitolul 9 al TBDY, raportul de capacitate stâlp–grindă și contravântuirile nu intră în domeniul acestei ediții.
- Sprijinul lateral al grinzii este considerat o singură lungime; nu există definirea unei liste de sprijiniri intermediare.