Resumen
Este módulo diseña y verifica miembros de acero según CSA S16-24.. Soporta formas I, Formas de T, Canales, y secciones HSS (RHS, SHS, CHS), utilizando secciones canadienses estándar o secciones personalizadas definidas por el usuario.
El módulo comprueba la tensión axial., compresión axial, flexión sobre ambos ejes principales, el cortante, y las interacciones de acción combinada entre estos efectos. Las comprobaciones de compresión incluyen flexión., de torsión, y pandeo de flexión-torsional. Las comprobaciones de flexión incluyen pandeo lateral por torsión para miembros no soportados lateralmente.. La clasificación de las secciones para pandeo local se realiza automáticamente antes de cada cálculo de resistencia..
Usando el módulo
El módulo está disponible en SkyCiv Structural 3D Member Design. Elegir CSA S16-24 como el Código de diseño. La edición anterior, CSA S16-14, todavía está disponible en la misma lista.
Ejecutar diseñador (el optimizador de la sección SkyCiv) Se puede utilizar con CSA S16-24 para encontrar la sección más eficiente..
los ajustes (engranaje) El botón abre la configuración de diseño de miembros., que incluyen un Modo de informe opción para el informe de cálculo:
- Detallada (defecto): muestra los cálculos en detalle, con las fórmulas utilizadas en cada paso
- Mesas: sólo muestra las variables relevantes, en tablas
A través de la API, el código de diseño es CSA_S16-24. Ver Diseño s3d en la documentación de la API de SkyCiv.
Clasificación de secciones
Antes de calcular cualquier resistencia, el módulo clasifica la sección por Cláusula 11. El ala y el alma se clasifican de forma independiente.. Cada uno se compara con la tabla. 2 Límites de ancho a espesor para su distribución de tensión gobernante.: compresión, de flexión, O una combinación de ambos.
La clase de brida y la clase de alma resultantes determinan qué fórmula de resistencia se aplica a ese elemento en las Cláusulas 13.3 y 13.5. Clase 1 y 2 utilizar propiedades de sección plástica. Clase 3 utiliza propiedades de sección elástica. Clase 4 desencadena la reducción del ancho efectivo a continuación.
Clase 4 Propiedades efectivas
para una clase 4 elemento, el módulo calcula un ancho efectivo para el ala comprimida y una altura efectiva para el alma, según la cláusula 11 disposiciones de ancho efectivo. Luego deriva un área efectiva y un módulo de sección efectiva a partir de estas dimensiones reducidas..
Estas propiedades efectivas reemplazan las propiedades brutas antes de que se calculen la resistencia a la compresión y a la flexión.. Las mismas cláusulas de resistencia se aplican independientemente de la clase.. Sólo cambian las propiedades de sección que se les introducen..
Una sección con ala y alma clasificada como Clase 4, o una clase 4 elemento cuyo ancho o alto efectivo se reduce a cero o menos, queda fuera del alcance admitido del módulo y detiene el cálculo.
Esbeltez del alma bajo combinación axial y de flexión
Tabla de CSA S16-24 2 límite de clasificación web, h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>)(1 − 0.65x), usos x = C<sub>f</sub>/φC<sub>y</sub> como indicador del gradiente de estrés real de la web. Este proxy se desacopla del gradiente verdadero siempre que la fuerza axial está cerca de su capacidad pero el momento es pequeño.. La sección entonces se lee casi axial., a pesar de que su red no está realmente cerca de un estado de tensión de compresión uniforme.
El módulo reemplaza x con la verdadera fracción de tensión elástica, 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), dónde f<sub>a</sub> es el esfuerzo axial promedio y f<sub>b</sub> es el esfuerzo de flexión extremo de la fibra. El límite de esbeltez del alma se convierte en:
h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>) × [0.35 + 0.65(1 − α)²]
A α = 1 (compresión axial pura), esto se reduce a 0.35 × 1900/√F<sub>y</sub> ≈ 670/√F<sub>y</sub>, Tabla de CSA S16-24 1 límite. A α = 0 (flexión pura), da el completo 1900/√F<sub>y</sub> límite. entre los dos, el término cuadrático está calibrado contra el clásico (Timoshenko) teoría del pandeo de placas, que es convexo en todo el rango del gradiente de tensión en lugar de lineal.
El 0.65 El coeficiente coincide con el coeficiente principal de la fórmula base.. Da un pequeño margen adicional sobre el 0.62 valor requerido para la tangencia exacta a la curva teórica.
Validación contra la teoría de placas y CSA S16-24
la hipotesis: el límite con corrección cuadrática sigue siendo conservador en relación tanto con la rigurosa teoría de pandeo de placas elásticas como con la propia tabla de CSA S16-24 1 y mesa 2 límites, en todo el rango de gradiente de tensión, no sólo en los puntos finales puro-axial y puro-flexión donde la fórmula no modificada ya es exacta.
Tabla 1 prueba esto contra la teoría de placas clásica en todo el rango de gradiente, De la flexión pura a la compresión axial pura. Tabla 2 lo prueba contra la tabla del código 1 (solo axial) y mesa 2 (relación de carga) límites, barriendo la tensión combinada axial y de flexión de 0 a φF<sub>y</sub>. Ambos usan F<sub>y</sub> = 350 MPa, E = 200000 MPa, y ν = 0.3. en ambos, El límite del módulo permanece en o por debajo del valor de referencia.. Es más conservador cerca de la mitad del rango de gradiente y converge a los valores del código en los puntos finales puramente axial y de flexión pura..
| Caso de estrés | 1 − ψ | f1 | f2 = ψf1 | fa | fb | α | k(ψ) Timoshenko | h/w Timoshenko | h/w propuesto | Margen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pruebas de diseño de flexión | 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% | |
| Triangular | 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% | |
| Compresión | 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 Tabla 1 | h/w Tabla 2 | h/w propuesto | Margen vs tabla 1 | Margen vs tabla 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% |
Combinaciones de carga y clasificación de secciones informadas
El módulo compara el miembro con cada combinación de carga en el modelo., ni un solo caso de carga. Clasificación de la sección, y cualquier clase 4 reducción de propiedad efectiva, se repite para cada combinación de carga. El gradiente de tensión gobernante α Depende de la fuerza axial y el momento de esa combinación., entonces cambia de combinación en combinación.
Cada verificación de servicios públicos (tensión, compresión, de flexión, el cortante, acciones combinadas) informa solo su propia combinación de carga gobernante. Esa combinación es la que produzca su índice de utilidad más alto para ese cheque.. Diferentes controles pueden regirse por diferentes combinaciones.
La clasificación de secciones y la tabla. 2 El resultado de esbeltez mostrado en el informe no sigue esta lógica que rige por verificación.. En lugar, se toman de la combinación de carga con la fuerza axial mayorada más alta, C<sub>f</sub>, en todo el modelo. Esta combinación no es necesariamente la que rige cualquier verificación de utilidad individual.. Una sección podría reportarse como Clase 3 basado en su más alto-C<sub>f</sub> combinación. Una combinación diferente, con un mas pequeño C<sub>f</sub> pero un momento más grande, podría producir un resultado menos favorable α. Esa combinación clasificaría la sección como Clase 4 si se comprobara solo.
