Overzicht
Deze module ontwerpt en controleert stalen elementen volgens CSA S16-24. Het ondersteunt I-vormen, T-vormen, Kanalen, en HSS-secties (RHS, SHS, CHS), met behulp van standaard Canadese secties of door de gebruiker gedefinieerde aangepaste secties.
De module controleert de axiale spanning, axiale compressie, buigen om beide hoofdassen, schuintrekken, en de gecombineerde interacties tussen deze effecten. Compressiecontroles omvatten buiging, torsie, en buigtorige knik. Buigcontroles omvatten laterale torsie-knik voor zijdelings niet-ondersteunde staven. Sectieclassificatie voor lokale knik wordt automatisch uitgevoerd voorafgaand aan elke weerstandsberekening.
Met behulp van de module
The module is available in SkyCiv Structural 3D Member Design. Kiezen CSA S16-24 als de Ontwerpcode. The previous edition, CSA S16-14, is still available in the same list.
Ontwerper uitvoeren (the SkyCiv section optimizer) can be used with CSA S16-24 to find the most efficient section.
The settings (versnelling) button opens the member design settings, which include a Report Mode option for the calculation report:
- Gedetailleerd (standaard): shows the calculations in detail, with the formulas used at each step
- Tabellen: only shows the relevant variables, in tables
Through the API, the design code is CSA_S16-24. Zien S3D.design in the SkyCiv API documentation.
Sectieclassificatie
Voordat er enige weerstand wordt berekend, de module classificeert de sectie per clausule 11. De flens en het lijf worden onafhankelijk geclassificeerd. Elk wordt vergeleken met de tabel 2 breedte-tot-diktelimieten voor de heersende spanningsverdeling: compressie, buigen, of een combinatie van beide.
De resulterende flensklasse en lijfklasse drijven elke aandrijving aan, welke weerstandsformule van toepassing is op dat element in Clausules 13.3 en 13.5. Klas 1 en 2 gebruik kunststof profieleigenschappen. Klas 3 maakt gebruik van elastische sectie-eigenschappen. Klas 4 activeert de onderstaande reductie van de effectieve breedte.
Klas 4 Effectieve eigenschappen
Voor een klas 4 element, de module berekent een effectieve breedte voor de compressieflens en een effectieve hoogte voor het lijf, volgens de clausule 11 bepalingen inzake effectieve breedte. Vervolgens leidt het een effectief gebied en een effectieve sectiemodulus af uit deze gereduceerde afmetingen.
Deze effectieve eigenschappen vervangen de bruto-eigenschappen voordat de druk- en buigweerstand worden berekend. Dezelfde weerstandsclausules gelden ongeacht de klasse. Alleen de sectie-eigenschappen die erin worden ingevoerd, veranderen.
Een sectie met zowel flens als lijf geclassificeerd als Klasse 4, of een klasse 4 element waarvan de effectieve breedte of hoogte afneemt tot nul of lager, valt buiten het ondersteunde bereik van de module en stopt de berekening.
Webslankheid onder gecombineerde axiale en buiging
CSA S16-24-tabel 2 limiet voor webclassificatie, h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>)(1 − 0.65x), toepassingen x = C<sub>f</sub>/φC<sub>y</sub> als proxy voor de werkelijke spanningsgradiënt van het web. Deze proxy ontkoppelt van de werkelijke gradiënt wanneer de axiale kracht dicht bij zijn capaciteit ligt, maar het moment klein is. De sectie leest dan als bijna axiaal, ook al bevindt het web zich niet in de buurt van een uniforme compressiespanningstoestand.
De module vervangt x met de werkelijke elastische spanningsfractie, 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), waar f<sub>a</sub> is de gemiddelde axiale spanning en f<sub>b</sub> is de extreme buigspanning van de vezels. De slankheidslimiet van het web wordt:
h/w ≤ (1900/√F<sub>y</sub>) × [0.35 + 0.65(1 − α)²]
Bij α = 1 (pure axiale compressie), dit reduceert tot 0.35 × 1900/√F<sub>y</sub> ≈ 670/√F<sub>y</sub>, CSA S16-24-tabel 1 limiet. Bij α = 0 (puur buigen), het geeft het volledige 1900/√F<sub>y</sub> limiet. Tussen de twee, de kwadratische term is gekalibreerd tegen klassiek (Timosjenko) plaat knik theorie, die convex is over het spanningsgradiëntbereik in plaats van lineair.
De 0.65 De coëfficiënt komt overeen met de leidende coëfficiënt van de basisformule. Het geeft een kleine extra marge ten opzichte van de 0.62 waarde die nodig is voor een exacte raaklijn met de theoretische curve.
Validatie tegen plaattheorie en CSA S16-24
De hypothese: de kwadratisch gecorrigeerde limiet blijft conservatief ten opzichte van zowel de rigoureuze theorie van het knikken van elastische platen als de eigen tabel van CSA S16-24 1 en tafel 2 grenzen, over het volledige spanningsgradiëntbereik, niet alleen op de zuiver-axiale en zuiver-buigende eindpunten waar de ongewijzigde formule al exact is.
Tafel 1 toetst dit aan de klassieke plaattheorie over het volledige gradiëntbereik, van puur buigen tot pure axiale compressie. Tafel 2 test het tegen de tabel van de code 1 (alleen axiaal) en tafel 2 (belastingsverhouding) grenzen, gecombineerde axiale en buigspanning wegnemen 0 naar φF<sub>y</sub>. Beide gebruiken F<sub>y</sub> = 350 MPa, E = 200000 MPa, en ν = 0.3. In beide, de limiet van de module blijft op of onder de referentiewaarde. Het is het meest conservatief in het midden van het gradiëntbereik en convergeert naar de codewaarden op de zuiver-axiale en zuiver-buigende eindpunten.
| Stressgeval | 1 − ψ | f1 | f2 = ψf1 | fa | fb | α | k(ψ) Timosjenko | h/w Timosjenko | h/w voorgesteld | Marge |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Buiging | 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% | |
| Driehoekig | 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% | |
| Compressie | 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 Tafel 1 | h/w Tafel 2 | h/w voorgesteld | Marge versus tabel 1 | Marge versus tabel 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% |
Belastingcombinaties en gerapporteerde sectieclassificatie
De module vergelijkt het element met elke belastingscombinatie in het model, geen enkel belastinggeval. Sectie classificatie, en elke klasse 4 effectieve eigendomsreductie, wordt voor elke belastingscombinatie herhaald. De heersende spanningsgradiënt α hangt af van de axiale kracht en het moment van die combinatie, dus het verandert van combinatie tot combinatie.
Elke nutscontrole (spanning, compressie, buigen, schuintrekken, gecombineerde acties) rapporteert alleen zijn eigen heersende belastingscombinatie. Die combinatie is de combinatie die voor die cheque de hoogste nutsratio oplevert. Verschillende controles kunnen door verschillende combinaties worden beheerd.
De sectieclassificatie en tabel 2 Het slankheidsresultaat dat in het rapport wordt weergegeven, volgt niet deze logica per controle. In plaats daarvan, ze worden ontleend aan de belastingscombinatie met de hoogst meegerekende axiale kracht, C<sub>f</sub>, over het hele model. Deze combinatie is niet noodzakelijkerwijs de combinatie die van toepassing is op elke individuele energiecontrole. Een sectie kan worden gerapporteerd als Klasse 3 gebaseerd op zijn hoogste-C<sub>f</sub> combinatie. Een andere combinatie, met een kleinere C<sub>f</sub> maar een groter moment, zou een minder gunstig resultaat kunnen opleveren α. Die combinatie zou de sectie als Klasse classificeren 4 als het op zichzelf zou worden gecontroleerd.
