Еврокод 3. Стальные конструкции

Конструирование стальных конструкций осуществляется на базе нормативных данных, которые содержат сведения о расчетных характеристиках металлов, размерах и геометрических характеристиках выпускаемого листового и фасонного проката. Для редактирования сортаментной базы прокатных и сварных профилей предусмотрена локальная система РС-САПР.

Допускается объединение нескольких однотипных элементов в конструктивный элемент.

Перечень проверок поперечных сечений при конструировании стальных конструкций по Eurocode 3

Таблицы содержат перечни проверок критического предельного состояния и эксплуатационного предельного состояния для расчетных элементов типов колонна, балка, ферменный элемент. Универсальные элементы рассчитываются трижды: как ферма, как колонна, как балка. Из трех полученных результатов выбирается самый неблагоприятный.

Перечень проверок элементов колонн по Eurocode 3

Перечень проверок элементов балок по Eurocode 3

Перечень проверок ферменных элементов по Eurocode 3

Классификация сечений стальных конструкций по Eurocode 3

Классификация сечений металлических конструкций по Eurocode 3 осуществляется согласно разделу 5.5.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Согласно нормам различают четыре класса поперечных сечений:

• Класс 1 – поперечные сечения, в которых может образоваться пластический шарнир с вращательной способностью, требуемой для пластического расчета и достигаемой без снижения несущей способности;
• Класс 2 – поперечные сечения, в которых могут развиваться пластические деформации, но в которых ограничена вращательная способность вследствие потери местной устойчивости;
• Класс 3 – поперечные сечения, в которых напряжение в крайних сжатых волокнах элемента при упругом распределении напряжений может достигнуть предела текучести, но потеря местной устойчивости препятствует развитию пластических деформаций;
• Класс 4 – поперечные сечения, в которых потеря местной устойчивости наступает до достижения предела текучести в одной или более зонах поперечного сечения.

В поперечных сечениях класса 4 для определения необходимых допусков при снижении несущей способности от действия местной потери устойчивости использована эффективная ширина согласно разделу 5.2.2 EN 1993-1-5.

Предельное соотношение ширины пластинки к ее толщине вычисляется по зависимостям, приведенным в табл.5.2 Eurocode 3.

Класс сечения определяется для каждого из сочетаний усилий, действующих в данном сечении. При проверке поперечного сечения элемента учитывается наивысший класс, полученный при рассмотрении всех сочетаний для данного сечения.

Имеется возможность при подборе ограничить класс подбираемого сечения.

Несимметричные сечения (уголки, швеллер, несимметричный двутавр) рассчитываются только в пределах упругости (3 класс). Симметричные сечения, у которых отсутствуют сжатые элементы, проверяются на прочность с использованием пластического момента сопротивления, т.е., классифицируются 1-м классом.

Проверка прочности сечений стальных конструкций по Eurocode 3

Проверки прочности элементов стальных конструкций по Eurocode 3 выполняются согласно разделу 6.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009 и сгруппированы в соответствии с типом расчетного элемента:

Проверка прочности сечений, допускающих образование пластического шарнира (класс 1, 2) при комбинированном воздействии осевых сил и изгибающих моментов, выполняется с использованием формул п.6.2.9.1 (5).

Напряжения по Мизесу для критической точки поперечного сечения рассчитываются только в упругой стадии.

Влияние локальных напряжений от поперечной нагрузки, действующих на стенку (п.6.2.8 (6)), изгибно-крутильный момент, а также эффекты сдвигового запаздывания, не учитываются.

Проверка прочности элементов стальных конструкций на сдвиг и кручение по Eurocode 3

Проверки прочности на сдвиг элементов металлических конструкций по Eurocode 3 выполняются согласно разделу 6.2.6 EN 1993-1-1:2005/AC:2009, на кручение – согласно разделу 6.2.7 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

В расчете участвуют сдвиговые площади и момент инерции кручения, указанные в сортаментах. При их отсутствии рассчитываются согласно п. 6.2.6 (3) и по приближенным формулам соответственно.

При проверке на кручение в расчете участвуют нормальные напряжения от бимомента и касательные от чистого кручения. Касательные напряжения от изгибно-крутильного момента в текущей версии не учитываются.

В проверяемые критерии прочностного расчета при наличии бимомента добавляется составляющая равная отношению бимомента к расчетному сопротивлению сечения при депланации (в упругой или пластической стадиях).

При совместном действии поперечного усилия и крутящего момента сопротивление сдвигу снижается с V_pl.Rd до V_pl.T.Rd согласно п. 6.2.7 (9).

Проверка устойчивости элементов стальных конструкций по Eurocode 3

Проверки устойчивости элементов стальных конструкций по Eurocode 3 выполняются согласно разделу 6.3 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Кривые потери устойчивости для сжатых элементов постоянного поперечного сечения принимаются согласно табл. 6.2.

Значение гибкости для проверки изгибно-крутильной формы потери устойчивости сжатого элемента определяется согласно подразделу 6.3.1.4.

Коэффициенты взаимодействия в формулах, описывающих совместное действие изгиба и осевого сжатия, находятся согласно приложения B.

Кривая потери устойчивости при плоской форме изгиба определяется в общем случае в соответствии с разделом 6.3.2.3.

Коэффициенты С1, С3, учитывающие условия закрепления, и коэффициент С2, учитывающий наличие и вид внешней нагрузки на элемент, при нахождении критического момента потери устойчивости по изгибно-крутильной форме (потеря плоской формы изгиба) элемента моносимметричного сечения, изгибаемого в плоскости симметрии Mcr, определяются из табл. B1 и B2 Design Manual For Structural Stainless Steel – Third Edition, 18 April 2006, Euro Inox and The Steel Construction Institute и табл. 4.2 NCCI: Mono-symmetrical uniform members under bending and axial compression SN030a-EN-EU.

Для определения условной гибкости при изгибно-крутильной форме потери устойчивости вычисляется упругий критический момент общей потери устойчивости Mcr. Поскольку Eurocode 3 не предоставляет никаких формул или правил по расчету Mcr, упоминая только что расчет должен базироваться на характеристиках поперечного сечения брутто и учитывать условия загружения, распределение момента и боковое раскрепление п. 6.3.2.2 (2), то определение критического момента основывается на следующих источниках NMono-symmetrical uniform members under bendiCCI: Elastic critical moment for lateral torsional buckling SN003a-EN-EU и NCCI: Mono-symmetrical uniform members under bending and axial compression SN030a-EN-EU, Design Manual For Structural Stainless Steel – Third Edition, 18 April 2006, Euro Inox and The Steel Construction Institute.

Проверка местной устойчивости элементов стальных конструкций по Eurocode 3

Для оценки местной устойчивости сечений элементов металлических конструкций по Eurocode 3 используются предельные отношения c/t для класса 3, принимаемые согласно табл. 5.2 EN 1993-1-1:2005/AC:2009.

Кроме того, проверяется местная устойчивость стенки при действии сдвигового усилия согласно разделу 5 EN 1993-1-5.

В текущей версии влияние на местную устойчивость элементов локальных напряжений сжатия от поперечной нагрузки (упоминаемой в п.6.2.8 (6)) не учитываются.

Особенности расчета стальных конструкций по СП РК EN 1993-1-2:2005/2011

Свод правил Республики Казахстан "Проектирование стальных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для зданий" является идентичным европейскому нормативу "EN 1993-1-1:2005/2011 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1.1: General rules and rules for buildings" (включающий все поправки на февраль 2006 года и март 2009 года) с учетом "Национального приложения к СП РК EN 1993-1-1:2005/2011 Проектирование стальных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для зданий". В расчете по государственным нормативам Республики Казахстан учтены положения из национального приложения.

Исходные параметры для расчета элементов стальных конструкций

• Физико-механические свойства материала и профиль сечения. Материал выбирается из таблиц материалов, профиль – из файлов сортаментов. Для сквозных сечений дополнительно указывается тип соединительной решетки.
• Тип элемента. Каждому типу элемента (балка, колонна, ферменный, универсальный) соответствует свой перечень необходимых параметров, описывающих особенности работы конструктивного элемента.
• Коэффициенты надежности – частные коэффициенты безопасности по прочности, устойчивости и в местах болтовых соединений: Ym0 – частный коэффициент безопасности для расчета прочности поперечных сечений 1, 2 или 3 классов; Ym1 – частный коэффициент безопасности для расчета устойчивости стержня; Ym2 – частный коэффициент безопасности для расчета сечения нетто в местах болтовых отверстий.
• Расчетные длины элемента (длины сегмента между раскреплениями) Lef z и Lef y относительно местных осей Z1 и Y1. Задаются в единицах измерения геометрии или в виде коэффициентов длины Kz и Ky относительно местных осей Z1 и Y1. В этом случае для получения расчетных длин в процессе расчета вычисляется геометрическая длина элемента (сегмента), которая умножается на соответствующий коэффициент длины. Используются в расчете сжатых и растянутых элементов; в расчете общей устойчивости в плоскостях, перпендикулярных осям Z1 и Y1.
• Коэффициенты увеличения изгибающих моментов. Задаются фиксированные значения: B (Y1 | Z1) – при учете эффектов второго рода согласно формулы 5.7; B (Y1) – при учете эффектов второго рода относительно оси Y локальной системы координат стержня; B (Z1) – при учете эффектов второго рода относительно оси Z локальной системы координат стержня. Или по формуле п.5.2.6.2(3): учет эффектов второго рода B (Y1 | Z1); учет эффектов второго рода B (Y1) относительно оси Y локальной системы координат стержня; учет эффектов второго рода B (Z1) относительно оси Z локальной системы координат стержня. Используются для учета увеличения изгибающих моментов (найденных при проведении упругого анализа 1-го рода) при отклонении элемента (на основании п.5.2.6.2).
• Коэффициенты эффективной длины (effective length factors): коэффициент эффективной длины Ky ltb относительно оси Y локальной системы координат; учет эффектов второго рода Kz ltb относительно оси Z локальной системы координат; учет эффектов второго рода Kw ltb относительно оси X локальной системы координат. Используются для нахождения упругого критического момента (elastic critical moment) в расчете на изгибно-крутильную форму потери устойчивости.
• Коэффициент ослабления площади Anet / A – отношение площади нетто к площади брутто. Используется при расчете элемента на разрыв.
• Допустимый прогиб балки – длина пролета и предельное отношение пролета к прогибу, возникшему в этом пролете. Используется для расчета жесткости балки.
• Ребра жесткости – шаг ребер жесткости для элементов с ребрами жесткости.
• Место приложения нагрузки на балку – нагрузка к верхнему поясу, нагрузка к нижнему поясу. Используется в расчете балки на общую устойчивость.
• Учет сейсмического влияния. Используется для отметки элементов, которые участвуют в диссипации сейсмической энергии (см. разд. 6 Eurocode 8 EN 1998-1:2004 или СП РК EN 1998-1:2004/2012).