Open topic with navigation

Za studena tvarované ocelové průřezy

Modul návrhu ocelových profilů tvarovaných za studena (EC-EN1993-1-3) je rozšířením modulu
EC-EN esasd.01.01 pro ocel, zaměřeným na návrh profilů tvarovaných za studena podle evropského standardu EC-EN 1993. Posudky únosnosti i stability lze provádět analogicky jako u existujících posudků oceli u profilů válcovaných za tepla.

Tento modul se zabývá následujícími tématy:

- Určení počátečního tvaru

- Výpočet efektivních vlastností průřezu včetně lokálního a deformačního vzpěru

- Posudky MSÚ

- Speciální požadavky u vaznic vyztužených oplechováním

Referenční normy:

EC-EN1993-1-3:2006 Obecná pravidla - doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované prvky a plošné profily

Ocelové prvky tvarované za studena se vyrábějí z ocelového plechu konstrukční kvality, který je tvarován buď lisováním z polotovarů tažených z plechů či svitků, nebo častěji postupným válcováním oceli s použitím několika forem. K formování tvarů není nutná vysoká teplota (na rozdíl od ocelových dílců válcovaných za tepla) – odtud název „tvarování za studena“. Ocelové pruty a další výrobky tvarované za studena jsou tenčí, lehčí, obvykle levnější a jejich výroba je jednodušší než u odpovídajících produktů válcovaných za tepla díky nižší hmotnosti. K dispozici je široká škála různých tlouštěk oceli, které vyhovují v různých konstrukčních i jiných oblastech použití.

Modul návrhu ocelových profilů EC-EN1993-1-3:2006 pro návrh ocelových prvků tvarovaných za studena je integrován a implementován jako součást stávajícího návrhu ocelových prvků v prostředí norem Eurokód a tvoří rozšíření této standardní normy pro ocelové průřezy (esasd.01.01).

Tento modul se zabývá následujícími tématy:

- Určení počátečního tvaru

- Výpočet efektivních vlastností průřezu včetně lokálního a deformačního vzpěru

- Posudky MSÚ

- Speciální požadavky u vaznic vyztužených oplechováním

Referenční normy:

EC-EN 1993-1-3:2006 Obecná pravidla - doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované prvky a plošné profily

EC-EN 1993-1-5:2006 (části)

EN 1993-1-3:2006/AC:2009 (list oprav)

Materiál

Knihovna ocelových materiálů je rozšířena o třídy oceli uvedené v normě pro tento typ řezu.

Průřezy

Podporované typy

Při generování počátečního tvaru a efektivního průřezu jsou podporovány následující typy průřezů:

- průřezy ze standardní knihovny profilů,

- dvojice za studena tvarovaných profilů,

- obecné tenkostěnné průřezy,

- obecné průřezy s tenkostěnnou reprezentací,

- tenkostěnné geometrické profily,

- všechny ostatní průřezy, které podporují střednici a neobsahují zaoblení.

Pomocí funkce obecných průřezů lze zakreslit uživatelem definované průřezy pomocí integrovaných kreslicích nástrojů nebo vkládáním průřezů prostřednictvím souborů dxf a dwg.

Je podporována průměrná mez kluzu v implementaci podle EN 1993-1-3.

V návrhu je použita tloušťka ocelového jádra (bez potahu), nikoli skutečná tloušťka průřezu. Tloušťku potahu může uživatel zadat do zobrazeného pole Tloušťka kovového potahu. Výsledná tloušťka jádra se zobrazuje v poli Střední tloušťka.

Průměrná mez kluzu

Možnosti v části Průměrná mez kluzu jsou k dispozici, nastavíte-li možnost Výroba na hodnotu Tvářený za studena.

Je-li výběrová položka Typ tváření nastavena na hodnotu Válcování, součinitel k za touto položkou je nastaven na hodnotu 7. Při nastavení výběrové položky na hodnotu Jiná metoda má součinitel k hodnotu 5.

Průměrná mez kluzu se používá v následujících výpočtech únosnosti:

- osový tah,

- osový tlak,

- ohybový moment,

- krouticí moment,

- rovinný vzpěr,

- prostorový vzpěr,

- návrh vaznic – únosnost průřezu.

Tloušťka ocelového jádra

Správce průřezů je rozšířen o skupinu Střední ocelová tloušťka.

Tato skupina je viditelná jen tehdy, je-li parametr Výroba nastaven na hodnotu Tvářený za studena a průřez je převzat z knihovny profilů a jeho hodnota Kód tvaru se pohybuje od 111 do 126 nebo se jedná o za studena tvarovaný dvojitý průřez (2CFUo, 2CFUc, 2CFCo, 2CFCc, 2CFLT).

Aktivuje-li uživatel možnost Střední ocelová tloušťka, zobrazí se vstupní pole Tloušťka kovového potahu a uživatel může zadat tloušťku potahu.

Výsledná tloušťka se pak zobrazí v poli Tloušťka. Tato hodnota má šedou barvu, protože ji počítá program.

Vypočítává se takto:

t_jádro = t_nominální – t_{kovové potahy}

kde:

t_nominální = tloušťka načtená z knihovny

t_{kovové potahy} = redukce zadaná uživatelem

Poznámky:

Vstupní pole Kovový potah je omezeno minimální hodnotou 0 mm, nelze do něj tedy zadat zápornou hodnotu.

Vstupní pole Kovový potah je dále omezeno maximální hodnotou t_nominální - 0,1 mm. Toto omezení zaručuje, že tloušťka jádra nebude nikdy menší než 0,1 mm (tj. má-li průřez tloušťku 2 mm, uživatel nemůže zadat například tloušťku kovového potahu 2,3 mm, ale nejvýše 1,9 mm).

V obou případech by se mělo zobrazit varování a místo zadané hodnoty by měla být nastavena příslušná mezní hodnota.

Nastavená tloušťka ocelového jádra se používá všude tam, kde se počítá s tloušťkou průřezu:

- ve správci průřezů jsou ovlivněny vlastnosti plného průřezu i efektivní tvary a vlastnosti;

- v posudcích je tloušťka jádra použita ve všech vzorcích a mezních hodnotách, kde se pracuje s tloušťkou.

Počáteční tvar

Správce průřezů je rozšířen o skupinu Počáteční tvar.

Skupina Počáteční tvar se zaškrtávacím políčkem Povolit je viditelná jen tehdy, je-li položka Výroba nastavena na hodnotu Tvářený za studena, a u obecného průřezu tehdy, jestliže byla definována tenkostěnná reprezentace.

Je-li průřez tvarovaný za studena vybrán ze standardní knihovny nebo importován pomocí nástroje pro obecné průřezy, proběhne automaticky výpočet počátečního tvaru průřezu. Tvar průřezu je rozdělen na několik částí a zobrazen.

Podporovány jsou následující typy prvků:

- I (vnitřní prvek)

- F (pevný prvek, není vyžadována redukce)

- SO (vyčnívající prvek, symetrický)

- UO (vyčnívající prvek, nesymetrický)

- RUO (vyztužené typy nesymetrických vyčnívajících výztuží)

- RI (vyztužený vnitřní prvek)

- DEF (Dvojité přeložení hrany).

Typy se přiřazují automaticky během zpracování.

Počáteční tvar si může uživatel prohlédnout na vygenerované kartě Počáteční tvar.

Pomocí tlačítka Opravit počáteční tvar ve skupině Počáteční tvar může uživatel počáteční tvar změnit.

Tlačítko Spuštění výpočtu ve skupině Počáteční tvar otevírá dialogové okno Spuštění výpočtu, v němž se vypočítávají efektivní vlastnosti průřezu.

Efektivní tvar

U počátečních tvarů jsou v programu SCIA Engineer určeny prvky mezi zaobleními. Pro výpočet efektivní šířky se však používá náhradní šířka. Tento postup je stanoven normou EN 1993-1-3, čl. 5.1 a obr. 5.1 na str. 19. Získaná efektivní šířka založená na náhradní šířce je znovu přepočtena s cílem určit efektivní šířku prvku v programu SCIA Engineer.

Iterativní přístup k namáhání v tlaku a ohybu

U definice namáhání v tlaku a ohybu norma nestanovuje povinné použití iterací, iterací výztuhy a obecných iterací průřezu, lze je však určit volitelně v nastavení oceli v produktu SCIA Engineer.

Efektivní šířka vnitřních tlakových prvků a vyčnívajících tlakových prvků se počítá podle EN 1993-1-5, čl. 4.4. Postup stanovení efektivní šířky/tloušťky rovinných prvků s vyztuženými okraji je dán normou EN 1993-1-3, čl. 5.5.3.2 a 5.5.3.1. Postup určení efektivní šířky/tloušťky prvků s vyztuženým středem stanoví norma EN 1993-1-3, čl. 5.5.3.3 a 5.5.3.1.

Nástroj Spuštění výpočtu graficky znázorňuje efektivní řezy.

Posudky únosnosti

Posudky únosnosti

Na rozdíl od EN1993-1-1 pro průřezy tvarované za studena podle EN1993-1-3 neexistuje žádná klasifikace.

Provádějí se následující posudky:

·  osový tah,

·  osový tlak,

·  ohybový moment,

·  smyková vnitřní síla,

·  krouticí moment,

·  lokální příčné síly,

·  kombinace tahu a ohybu,

·  kombinace tlaku a ohybu,

·  kombinovaný smyk,

·  osová síla a ohybový moment,

·  kombinovaný ohyb,

·  lokální příčná síla.

Posudek lokálních příčných sil se provádí automaticky ve všech polohách, v nichž dochází ke skokové změně v grafu smykové síly. Pomocí dat lokálních příčných sil může uživatel aktivovat volbu Bez lokálních příčných sil a určit tak, že v místě přídavných dat nemá být prováděn posudek.

Pozn.: Pro průřezy s kódem tvaru 115 (za studena tvarovaný průřez Omega) a v případě vyztužených stojin, na které se vztahuje čl. 6.1.7.4, jsou implementovány speciální postupy.

Posudky stability

Provádějí se následující posudky stability:

·  rovinný vzpěr,

·  torzní a prostorový vzpěr,

·  klopení v příčném směru,

·  ohyb a osový tlak,

·  ohyb a osový tah,

·  kombinovaný ohyb,

·  posudek na tah.

Pro určení únosnosti v prostorovém vzpěru se používá obecná rovnice třetího řádu.

U určování ohybu a osového norma EN 1993-1-3 připouští dvě různé varianty, uživateli je proto dána možnost výběru z obou metod:

·  Interakce EN 1993-1-1 podle článku 6.3.3,

·  alternativní metoda podle EN 1993-1-3, článek 6.2.5(2).

Lokální příčné síly

Účinky lokálních příčných sil jsou definovány v čl. 6.1.7, str. 47.

Posudek se provádí POUZE v případě zatížení Vz.

Únosnost pro lokální příčnou sílu se bere relativně vzhledem k podpoře, NIKOLI podle lokální osy z. Hodnota F_Ed by tedy měla být určena podle souřadnicového systému osy LCS a NIKOLI vzhledem k souřadnicovému systému hlavní osy!

Má-li průřez více stojin, používá se pro stanovení zatěžovacích podmínek maximální výška stojiny.

Oproti čl. 6.1.7.2(4) se v programu SCIA Engineer používá vždy přesná zadaná nosná délka s_s, tj. není implementováno zjednodušení spočívající v použití minimální délky pro obě protilehlá zatížení.

Posudek lokálních příčných sil se standardně provádí s použitím výchozího nastavení. Toto výchozí nastavení se určuje v dialogovém okně Nastavení oceli. V případě potřeby může uživatel výchozí nastavení přepsat pomocí volby Lokální příčné síly – další data.

Hodnoty nastavení lokálních příčných sil

Nastavení oceli je rozšířeno o novou kartu Tvářený za studena. Tato karta obsahuje skupinu Lokální příčné síly. V této skupině může být jako vstup zadána hodnota Nosná délka s_s.

Vstupní pole Nosná délka s_s je omezena minimální hodnotou 10 mm, nižší hodnoty nejsou povoleny (viz čl. 6.1.7.3(3)).

Další data lokálních příčných sil

Data lokálních příčných sil lze definovat ve větvi Data pro posudek stability servisu Ocel.

Posudek lokálních příčných sil se provádí automaticky ve všech polohách, v nichž dochází ke skokové změně v grafu smykové síly.

Pomocí dat lokálních příčných sil může uživatel zrušit zaškrtnutí políčka Posudek lokálních příčných sil a určit tak, že v místě přídavných dat nemá být prováděn posudek. V takovém případě se místo toho zobrazí ve výstupu varování.

Tento postup se používá například v případě, že je použit přípoj na úhelník bránící lokálnímu vyboulení stojiny, jak je uvedeno v čl. 6.1.7.1(3).

Není-li zaškrtnuto políčko Posudek lokálních příčných sil, všechny ostatní vlastnosti s výjimkou parametru Rozsah jsou skryté.

Návrh vaznic

Jestliže průřez splňuje speciální požadavky stanovené normou a popsané v manuálech Teoretický základ pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena, provádí se speciální posouzení vaznic podle EN 1993-1-3, kapitola 10.

Nastavení oceli obsahuje dvě specifické položky, které se týkají návrhu vaznic.

Nastavení národní přílohy

Přístupová cesta: dialogové okno Data o projektu > tlačítko se třemi tečkami v části Národní příloha > Návrh ocelových konstrukcí > Obecné: karta Tvářený za studena

Metoda pro χ_LT

Metoda stanovení redukčního součinitele klopení pro vzpěrnou únosnost volné pásnice je uvedena v čl. 10.1.4.2, str. 82.

Podle národní přílohy je však možné tuto metodu vybrat a do nastavení národní přílohy proto byla přidána odpovídající položka.

V současné době je podporována pouze metoda popsaná v uvedeném článku a výběrová položka proto obsahuje jen jednu možnost. V budoucnosti, až budou implementovány specifické metody podle národních příloh, je bude možné do této výběrové položky přidat.

Nastavení oceli

Přístupová cesta: Knihovny>Nastavení>Ocel: karta Tvářený za studena

Limit pro velkou osovou sílu

Čl. 10.1.4.2(5) zavádí pojem „relativně velké osové síly“. V programu SCIA Engineer je tato síla kvantifikována pomocí mezní hodnoty.

Vstupní pole umožňuje zadat pouze hodnoty v rozsahu od 0 do 1. Jako výchozí je nastavena hodnota 0,10.

Návrh podle EN

Tento manuál popisuje modul pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena podle EN1993-1-3:2006 včetně EN1993-1-3:2006/AC:2009.

Veškeré podrobnosti o aktuální implementaci normativních omezení v programu naleznete v samostatném manuálu Teoretický základ.

Návrh podle AISI NAS 2007

Ačkoli je tento manuál zaměřen na modul pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena podle EN1993-1-3:2006 včetně EN1993-1-3:2006/AC:2009, principy, které popisuje, platí obecně, tedy i pro modul pro návrh za studena tvarovaných profilů podle normy AISI NAS 2007.

Veškeré podrobnosti o aktuální implementaci normativních omezení v programu naleznete v samostatném manuálu Teoretický základ věnovaném výlučně návrhu podle normy AISI NAS 2007.

Open topic with navigation