Верифікаційні дослідження сталевих конструкцій
У цій статті підсумовано верифікаційні дослідження модуля сталевих балок і колон. Розрахункове ядро спочатку було розроблено в незалежному тестовому застосунку за залежностями норм, після чого кожну величину, що потрапляє у звіт, порівняно з ручним розрахунком. Також перевірено наскрізний процес (відкриття файлу → аналіз → звіт) і двомовне формування звітів. Щодо залежностей дивіться статтю Теоретичні основи проєктування сталевих конструкцій.
1. Тестова модель
| Елемент | Профіль / матеріал | Параметри |
|---|---|---|
| Балка | IPE A 100, S235 | Lb = 5400 мм (автоматично), Cb = 1,0, прогин K = 300 |
| Колона | IPE A 100, S235 | KLx = KLy = 3000 мм (довжина поверху, K = 1) |
Каталожні значення IPE A 100: A = 880 мм², Ix = 1,41×10⁶ мм⁴, Iy = 1,31×10⁵ мм⁴, Sx = 28 800 мм³, Zx = 33 000 мм³, Zy = 7 500 мм³, Sy = 4 770 мм³, J = 7 700 мм⁴, Cw = 2,8×10⁸ мм⁶, h = 98, b = 55, tw = 3,6, tf = 4,7 мм. Значення E = 2,1×10⁶ кг/см² із бібліотеки матеріалів використовується як 205 940 МПа.
Використання IPE A 100 як колони з KL/r = 246 — не реалістичне проєктне рішення, а свідомий граничний сценарій: в одній моделі перевіряються гілка пружної втрати стійкості, попередження KL/r > 200 та правильне проходження малих значень несучої здатності по ланцюгу звіту.
2. Верифікація балки (зона пружної крутильно-бокової втрати стійкості)
| Величина | Звіт StatiCAD | Ручний розрахунок | Стан |
|---|---|---|---|
| Характеристики перерізу | A = 8,8 см², Ix = 141 см⁴, Wel = 28,8 см³, Wpl = 33,0 см³, ry = 1,22 см | Перерахунок одиниць каталожних значень | Точний збіг |
| Lp | 64 см | 1,76·12,2·√(205940/235) = 636 мм | Точний збіг |
| Lr | 283 см | rts = 14,5 мм; J·c/(Sx·h0) = 0,002866; Lr = 2833 мм | Точний збіг |
| Граничний стан | Пружна крутильно-бокова втрата стійкості | Lb = 540 > Lr = 283 см → пружна зона | Узгоджено |
| Mn | 2,39 кНм | Lb/rts = 372,4; Fcr = 82,9 МПа; Mn = 82,9·28 800 = 2,388 кНм | Точний збіг |
| Vn | 49,74 кН | 0,6·235·(98·3,6) = 49,75 кН (Cv1 = 1) | Точний збіг |
| Прогин | f = 0,47 см ≤ L/300 = 2,00 см | 5/48·3670·600²/(2,1×10⁶·141) = 0,465 см | Точний збіг |
3. Верифікація колони (пружна втрата стійкості при згині)
| Величина | Звіт StatiCAD | Ручний розрахунок | Стан |
|---|---|---|---|
| rx, ry | 4,00 см, 1,22 см | √(I/A): 40,0 мм, 12,2 мм | Точний збіг |
| Найбільше KL/r | 245,9 та попередження «KL/r>200!» | 3000/12,2 = 245,9 > 200 | Точний збіг |
| Визначальна форма | Втрата стійкості при згині відносно осі y | Fey = 33,6 < Fex ≈ 361 < Fez ≈ 437 МПа | Узгоджено |
| φcPn | 23,36 кН | Fey = 33,6 МПа; Fy/Fe = 6,99 > 2,25 → Fcr = 29,5 МПа; Pn = 25,96 кН; φcPn = 23,36 кН | Точний збіг |
| φMny (слабка вісь) | 1,59 кНм | 0,9·min(235·7500; 1,6·235·4770) = 1,586 кНм | Точний збіг |
| Взаємодія | Рівн. 11.3b = 0,092, UYGUN | Pr/Pc = 0,024 < 0,2 → 11.3b; із округленими значеннями 0,090 | Узгоджено (округлення) |
4. Оцінка
Усі величини ланцюга балки та колони, що потрапляють у звіт, точно збігаються з ручним розрахунком. Те, що у звіті поруч із результатом друкуються й проміжні величини (Lp, Lr, KL/r, граничний стан, визначальна комбінація), дає змогу інженеру легко перевірити кожен результат.
Усі результати, отримані за допомогою програмного забезпечення, обов’язково мають перевірятися відповідальним інженером.