Übersicht
Dieses Modul entwirft und prüft Stahlbauteile gemäß CSA S16-24. Es unterstützt I-Formen, T-Formen, Kanäle, und HSS -Abschnitte (RHS, SHS, CHS), Verwenden von standardmäßigen kanadischen Abschnitten oder benutzerdefinierten benutzerdefinierten Abschnitten.
Das Modul prüft die Axialspannung, axiale Kompression, Biegung um beide Hauptachsen, Schub-, und die kombinierten Wechselwirkungen zwischen diesen Effekten. Kompressionsprüfungen umfassen Biegeprüfungen, Torsion, und Biegertorsionsknicken. Biegeprüfungen umfassen Biegedrillknicken für seitlich nicht unterstützte Bauteile. Vor jeder Widerstandsberechnung wird automatisch eine Abschnittsklassifizierung für lokales Knicken durchgeführt.
Verwenden des Moduls
Das Modul ist in SkyCiv Structural 3D Member Design verfügbar. Wählen CSA S16-24 als die Design-Code. Die vorherige Ausgabe, CSA S16-14, ist immer noch in derselben Liste verfügbar.
Führen Sie Designer aus (der SkyCiv-Abschnittsoptimierer) Kann mit CSA S16-24 verwendet werden, um den effizientesten Abschnitt zu finden.
Die Einstellungen (Gang) Die Schaltfläche öffnet die Mitgliederdesign-Einstellungen, Dazu gehören u. a Berichtsmodus Option für den Berechnungsbericht:
- Detailliert (Ursprünglich): zeigt die Berechnungen im Detail, mit den in jedem Schritt verwendeten Formeln
- Tabellen: zeigt nur die relevanten Variablen an, in Tabellen
Über die API, Der Designcode lautet CSA_S16-24. Sehen S3D.design in der SkyCiv-API-Dokumentation.
Abschnittsklassifizierung
Bevor ein Widerstand berechnet wird, Das Modul klassifiziert den Abschnitt nach Klausel 11. Flansch und Steg werden unabhängig voneinander klassifiziert. Jedes wird anhand der Tabelle überprüft 2 Breite-zu-Dicke-Grenzen für die maßgebende Spannungsverteilung: Druck-, Biegen, oder eine Kombination aus beidem.
Die resultierende Flanschklasse und Stegklasse legen jeweils fest, welche Widerstandsformel für dieses Element in den Abschnitten gilt 13.3 und 13.5. Eurocode-Schrauben werden nach ihrer ungefähren Zugfestigkeit klassifiziert 1 und 2 Verwenden Sie die Eigenschaften von Kunststoffprofilen. Eurocode-Schrauben werden nach ihrer ungefähren Zugfestigkeit klassifiziert 3 nutzt elastische Abschnittseigenschaften. Eurocode-Schrauben werden nach ihrer ungefähren Zugfestigkeit klassifiziert 4 löst die unten aufgeführte effektive Breitenreduzierung aus.
Eurocode-Schrauben werden nach ihrer ungefähren Zugfestigkeit klassifiziert 4 Effektive Eigenschaften
Für eine Klasse 4 Element, Das Modul berechnet eine effektive Breite für den Druckflansch und eine effektive Höhe für den Steg, gemäß der Klausel 11 Bestimmungen zur wirksamen Breite. Aus diesen reduzierten Abmessungen werden dann eine effektive Fläche und ein effektives Widerstandsmoment abgeleitet.
Diese effektiven Eigenschaften ersetzen die Bruttoeigenschaften, bevor der Druck- und Biegewiderstand berechnet wird. Unabhängig von der Klasse gelten die gleichen Widerstandsklauseln. Lediglich die in sie eingespeisten Abschnittseigenschaften ändern sich.
Ein Abschnitt, bei dem sowohl Flansch als auch Steg als Klasse klassifiziert sind 4, oder eine Klasse 4 Element, dessen effektive Breite oder Höhe auf Null oder darunter sinkt, Liegt außerhalb des vom Modul unterstützten Bereichs und stoppt die Berechnung.
Bahnschlankheit bei kombinierter Axial- und Biegung
Tabelle von CSA S16-24 2 Web-Klassifizierungslimit, h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>)(1 − 0.65x), Verwendet x = C<sub>f</sub>/φC<sub>y</sub> als Proxy für den tatsächlichen Spannungsgradienten des Netzes. Dieser Proxy entkoppelt sich immer dann vom wahren Gradienten, wenn die Axialkraft nahe an ihrer Kapazität liegt, das Moment jedoch klein ist. Der Abschnitt liest sich dann als nahezu axial, obwohl sich sein Netz tatsächlich nicht in der Nähe eines Spannungszustands mit gleichmäßiger Kompression befindet.
Das Modul ersetzt x mit dem wahren elastischen Spannungsanteil, α = f<sub>a</sub>/(f<sub>a</sub> + f<sub>b</sub>) = C<sub>f</sub>·S/(C<sub>f</sub>·S + M<sub>f</sub>·A), wo f<sub>a</sub> ist die durchschnittliche Axialspannung und f<sub>b</sub> ist die extreme Faserbiegespannung. Die Grenze der Bahnschlankheit wird:
h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>) × [0.35 + 0.65(1 − α)²]
Bei α = 1 (reine axiale Kompression), das reduziert sich auf 0.35 × 1900/√F<sub>y</sub> ≈ 670/√F<sub>y</sub>, Tabelle von CSA S16-24 1 Grenze. Bei α = 0 (reines Biegen), es gibt das volle 1900/√F<sub>y</sub> Grenze. Zwischen den beiden, Der quadratische Term wird gegen den klassischen kalibriert (Timoschenko) Plattenknicktheorie, die über den gesamten Spannungsgradientenbereich konvex und nicht linear ist.
Mit der 0.65 Der Koeffizient entspricht dem führenden Koeffizienten der Basisformel. Es gibt einen kleinen zusätzlichen Spielraum gegenüber dem 0.62 Wert, der für eine exakte Tangentialität zur theoretischen Kurve erforderlich ist.
Validierung gegen Plattentheorie und CSA S16-24
Die Hypothese: Der quadratisch korrigierte Grenzwert bleibt sowohl im Vergleich zur strengen Theorie des elastischen Plattenknickens als auch zur eigenen Tabelle von CSA S16-24 konservativ 1 und Tabelle 2 Grenzen, über den gesamten Spannungsgradientenbereich, nicht nur an den rein axialen und rein biegenden Endpunkten, wo die unveränderte Formel bereits exakt ist.
Tabelle 1 testet dies anhand der klassischen Plattentheorie über den gesamten Gradientenbereich, von der reinen Biegung zur reinen axialen Kompression. Tabelle 2 testet es anhand der Tabelle des Codes 1 (Nur axial) und Tabelle 2 (Lastverhältnis) Grenzen, kehrende kombinierte Axial- und Biegebeanspruchung ab 0 zu φF<sub>y</sub>. Beide verwenden F<sub>y</sub> = 350 MPa, E = 200000 MPa, und ν = 0.3. In beiden, Der Grenzwert des Moduls bleibt auf oder unter dem Referenzwert. In der Mitte des Gradientenbereichs ist er am konservativsten und konvergiert zu den Codewerten an den rein axialen und rein gebogenen Endpunkten.
| Stressfall | 1 − ψ | f1 | f2 = ψf1 | fa | fb | α | k(ψ) Timoschenko | h/w Timoschenko | h/w vorgeschlagen | Marge |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Biegung | 2.00 | 1 | −1,00 | 0.00 | 1.00 | 0.00 | 24.0 | 2082.86 | 1900.00 | 91% |
| 1.33 | 1 | −0,33 | 0.33 | 0.67 | 0.33 | 11.5 | 1441.79 | 1213.89 | 84% | |
| Dreieckig | 1.00 | 1 | 0.00 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 8.4 | 1232.23 | 973.75 | 79% |
| 0.80 | 1 | 0.20 | 0.60 | 0.40 | 0.60 | 7.1 | 1132.88 | 862.60 | 76% | |
| 0.67 | 1 | 0.33 | 0.67 | 0.33 | 0.67 | 6.1 | 1050.07 | 802.22 | 76% | |
| Kompression | 0.00 | 1 | 1.00 | 1.00 | 0.00 | 1.00 | 4.0 | 850.32 | 665.00 | 78% |
fa = Cf/A (MPa) | fb = Mf/S (MPa) | α | h/w Tabelle 1 | h/w Tabelle 2 | h/w vorgeschlagen | Marge vs. Tabelle 1 | Marge vs. Tabelle 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0.00 | 670.00 | 1900.00 | 1900.00 | 284% | 100% |
| 0 | 78.75 | 0.00 | 670.00 | 1900.00 | 1900.00 | 284% | 100% |
| 0 | 157.5 | 0.00 | 670.00 | 1900.00 | 1900.00 | 284% | 100% |
| 0 | 236.25 | 0.00 | 670.00 | 1900.00 | 1900.00 | 284% | 100% |
| 0 | 315 | 0.00 | 670.00 | 1900.00 | 1900.00 | 284% | 100% |
| 78.75 | 0 | 1.00 | 670.00 | 1591.25 | 665.00 | 99% | 42% |
| 78.75 | 78.75 | 0.50 | 670.00 | 1591.25 | 973.75 | 145% | 61% |
| 78.75 | 157.5 | 0.33 | 670.00 | 1591.25 | 1213.89 | 181% | 76% |
| 78.75 | 236.25 | 0.25 | 670.00 | 1591.25 | 1359.69 | 203% | 85% |
| 157.5 | 0 | 1.00 | 670.00 | 1282.50 | 665.00 | 99% | 52% |
| 157.5 | 78.75 | 0.67 | 670.00 | 1282.50 | 802.22 | 120% | 63% |
| 157.5 | 157.5 | 0.50 | 670.00 | 1282.50 | 973.75 | 145% | 76% |
| 236.25 | 0 | 1.00 | 670.00 | 973.75 | 665.00 | 99% | 68% |
| 236.25 | 78.75 | 0.75 | 670.00 | 973.75 | 742.19 | 111% | 76% |
| 315 | 0 | 1.00 | 670.00 | 665.00 | 665.00 | 99% | 100% |
Lastkombinationen und gemeldete Abschnittsklassifizierung
Das Modul prüft das Mitglied anhand jeder Lastkombination im Modell, kein einziger Lastfall. Abschnittsklassifizierung, und jede Klasse 4 Effektive Eigenschaftsreduzierung, wird für jede Lastkombination wiederholt. Der maßgebende Spannungsgradient α hängt von der Axialkraft und dem Moment dieser Kombination ab, es ändert sich also von Kombination zu Kombination.
Jeder Utility-Check (Spannung, Druck-, Biegen, Schub-, kombinierte Aktionen) meldet nur seine eigene maßgebende Lastkombination. Bei dieser Kombination handelt es sich um diejenige, die für diesen Wurf den höchsten Nutzenwert ergibt. Unterschiedliche Prüfungen können durch unterschiedliche Kombinationen geregelt werden.
Die Abschnittsklassifizierung und Tabelle 2 Die im Bericht angezeigten Schlankheitsergebnisse folgen nicht dieser prüfungsspezifischen Logik. Stattdessen, sie werden aus der Lastkombination mit der höchsten faktorisierten Normalkraft entnommen, C<sub>f</sub>, über das gesamte Modell. Diese Kombination ist nicht unbedingt diejenige, die für jede einzelne Nutzenprüfung maßgebend ist. Ein Abschnitt könnte als Klasse gemeldet werden 3 basierend auf seinem höchsten-C<sub>f</sub> Kombination. Eine andere Kombination, mit einem kleineren C<sub>f</sub> aber ein größerer Moment, könnte zu einem ungünstigeren Ergebnis führen α. Diese Kombination würde den Abschnitt als Klasse klassifizieren 4 wenn es alleine überprüft würde.
