Artykuł w ciągu ostatnich 24 godzin czytało Czytelników Klasy przekroju stalowego klasyfikują odporność elementu z uwagi na utratę stateczności ścianek przekroju (miejscową utratę stateczności) oraz ze względu na możliwość obrotu w wymaganym przegubie plastycznym i z tych względów wyróżniamy cztery klasy przekrojów stalowych [1]. Generalną zasadą jest to, że klasyfikacja przekroju musi być dokonana na podstawie warunków obciążenia przekroju z uwzględnieniem łącznego działania sił przekrojowych wywołujących naprężenia normalne [NEd, MyEd, MzEd] oraz dla wszystkich kombinacji obciążeń. Zasada superpozycji nie obowiązuje. Sklasyfikowanie przekroju jest wymagane na poziomie: analizy globalnej, wyznaczania nośności elementu z uwzględnieniem stateczności, a także projektowania przekroju. Spis treści ukryj 1 Idea klas przekrojów stalowych 2 Procedura klasyfikowania przekroju 2.1 Przez domniemanie przekrój jest klasy 1 2.2 Sprawdzenie czy przekrój jest klasy 1, 2 czy wyższej 2.3 Sprawdzenie czy przekrój jest klasy 3 2.4 Kwalifikowanie przekroju do klasy 4 3 Klasa przekroju mimośrodowo zginanego 3.1 Plastyczna interakcja zginania i ściskania oraz współczynnik α 3.1.1 Współczynnik α dla przekroju prostokątnego 3.1.2 Współczynnik α dla środnika przekroju dwuteowego jednokierunkowo zginanego 3.1.3 Współczynnik α dla przekroju dwuteowego dwukierunkowo zginanego 3.1.4 Klasa plastyczna (1 lub 2) wewnętrznej ścianki ( w tym środnika) 3.1.5 Klasa plastyczna (1 lub 2) ścianki zewnętrznej ( w tym pasa ) 3.2 Sprężysta interakcja zginania i ściskania oraz współczynnik Ψ 3.2.1 Współczynnik Ψ 3.2.2 Klasa sprężysta (3) wewnętrznej ścianki ( w tym środnika) 3.2.3 Klasa sprężysta (3) ścianki zewnętrznej ( w tym pasa ) 4 Przykłady rachunkowe 4.1 Kształtownik walcowany ma przekrój klasy 1 ? 4.2 Czyste ściskanie 4.3 Ściskanie ze zginaniem jednokierunkowym (ściskanie mimośrodowe) 4.4 Klasa środnika kw 4.4.1 Sprawdzenie stanu plastycznego 4.4.2 Sprawdzenie stanu sprężystego 4.4.3 Klasa środnika kw 4.4.4 Klasa pasów kf 4.4.5 Klasa przekroju kA 4.5 Ściskanie ze zginaniem dwukierunkowym 4.5.1 Siły przekrojowe i rozkład naprężeń w przekroju w stanie plastycznym i sprężystym 4.5.2 Klasyfikacja przekroju PK1 4.5.3 Klasyfikacja przekroju PK2 4.5.4 Klasyfikacja klasy belki 5 Program SemiComp 5.1 Przykład zastosowania programu Semi-Comp Member Design Idea klas przekrojów stalowych Podstawą klasyfikacji przekrojów prętów są spostrzeżenia: 1. Pręty stalowe zachowują się różnie w zależności od typu przekroju kształtownika. Różnice występują pomiędzy prętami o takich samych integralnych charakterystykach geometrycznych [A, Iy,Iz] w zależności od tego z jak grubych ścianek są wykonane. 2. Najbardziej pożądanym zachowaniem prętów jest plastyczne wyczerpanie nośności wskutek ukształtowania się takiej liczby przegubów plastycznych (przekrojów w pełni uplastycznionych), które prowadzą do pojawienia się mechanizmu plastycznego. W takim przypadku wykorzystujemy zapasy nośności pręta w stanie plastycznym i możemy zaoszczędzić na materiale pręta ok. kilkanaście procent lub więcej (do 30 procent po uwzględnieniu redystrybucji naprężeń w całym systemie) w stosunku do tradycyjnie stosowanej analizy w zakresie sprężystym. 3. Niestety nie zawsze dochodzi do pełnego mechanizmu plastycznego. Analizę plastyczną możemy stosować do prętów z przekrojami krępymi ( o dużej grubości ścianek) . Są to przekroje klasy 1 lub w części klasy 2. Jeśli nie ma warunków do plastycznienia przekroju, to przekrój zniszczy się sprężyście i wtedy zalicza go do klasy wyższej (3-ciej lub 4-tej). 4. Nie zawsze będziemy mogli stosować klasyczną analizę sprężystą (klasa 3), bowiem przy smukłych ściankach ( o małej grubości) przed wyczerpaniem nośności sprężystej może dojść do utraty stateczności miejscowej ścianki i należy przekrój pręta zmodyfikować poprzez wyłączenie z pracy tych części ścianek, które uległy utracie stateczności. Taki przekrój ma klasę 4-tą. Na rys.1 opisane spostrzeżenia zilustrowano na przykładzie ścieżki równowagi (M,Θ)=(moment zginający, kat obrotu przekroju) dwuprzęsłowej belki z przekrojami różnej klasy. Belka wykonana z kształtownika o przekroju krępym (klasy 1) będzie miała ścieżkę równowagi opisaną literami ODABC, zniszczy się na skutek uruchomienia mechanizmu plastycznego, mechanizm zniszczenia zajdzie po utworzeniu dwóch przegubów plastycznych i przekrój osiągnie nośność plastyczną Mpl=Wpl·fd. Belka wykonana z kształtownika o przekroju klasy 2 będzie miała ścieżkę równowagi opisaną literami ODAB, zniszczy się na skutek utworzenia jednego przegubu plastycznego, ale nie utworzą się w pełni kolejne przeguby ze względu na niewystarczające obroty w tych przekrojach, to znaczy osiągnie nie osiągnie pełnej nośności plastycznej Mpl, ale będzie miała nośność większą od sprężystej Mel. Belka wykonana z kształtownika o przekroju klasy 3 będzie miała ścieżkę równowagi opisaną literami ODAE, zniszczy się na skutek utworzenia uplastycznienia jednego punktu przekroju, to znaczy osiągnie nośność sprężystą Mel=Wel·fd. Belka wykonana z kształtownika o przekroju klasy 4 będzie miała ścieżkę równowagi opisaną literami ODFG, zniszczy się na skutek uplastycznienia jednego punktu przekroju, to znaczy osiągnie nośność sprężystą Mel=Wel·fd Belka wykonana z kształtownika o przekroju klasy 2 będzie miała ścieżkę równowagi opisaną literami ODG, zniszczy się na skutek utraty nośności przez przekrój zredukowany po wyłączeniu tych części ścianek, które utraciły stateczność i osiągnie nośność efektywną , agosnie teorią nośności zakrytycznej: Meff =Weff·fd. Możemy przyjąć definicje: Klasa pierwsza – odnosi się do przekrojów które osiągają nośność plastyczną, a przeguby plastyczne mają pełną możliwość obrotu niezbędną do redystrybucji momentów zginających. Klasa druga – są to przekroje wątpliwe, które osiągają ograniczoną nośność plastyczną, ze względu na ograniczoną możliwość obrotu w wymaganym przegubie plastycznym, przez co uniemożliwiona jest pełna redystrybucja momentów zginających. Klasa trzecia – przekroje tej klasy nie osiągają nośności przegubu plastycznego, ale osiągają nośność sprężystą, obserwowaną wraz z początkiem uplastycznienia dowolnego punktu w przekroju. Ścianki elementów konstrukcyjnych o przekrojach klasy 1, 2 i 3 nie tracą stateczności miejscowej, a do przekrojów stosowana jest nazwa – przekroje krępe. Klasa czwarta dotyczy elementów cienkościennych osiągających nośność zakrytyczną, która jest mniejsza niż nośność sprężysta, ze względu na utratę stateczności miejscowej przez ściankę przekroju (wybrzuszenie, zwichrowanie, itp). Przekroje klasy 4 popularnie nazywa się przekrojami smukłymi. Na rys. 2 pokazano rozkłady naprężeń w zginanych przekrojach poszczególnych klas: rozkład plastyczny dla klasy 1 i 2, rozkład sprężysty dla klasy 3 oraz rozkład sprężysty zredukowany dla klasy 4. Klasę przekroju ustala się w zależności od smukłości ścianek λ=c/t , tworzących przekrój oraz do stopnia ściskania ścianek (w całości lub częściowo). Na rys. 3 pokazano sposób wyznaczania wymiarów c i t ścianek przekroju. Klasa przekroju ustalana jest zgodnie z najwyższą klasą dowolnej ścianki. W istocie powinniśmy mówić więc o klasie ścianek przekroju. Alternatywnie określa się dwie klasy przekroju: ze względu na środnik i ze względu na pasy. Przekroje walcowane zaprojektowano tak, że w przypadku zginania przekroju ich ścianki spełniają warunki klasy 1 . Każdy zginany względem […]