Обзор

В 1993-1-1: Проектирование стальных конструкций (Еврокод 3) изложены рекомендации по проектированию стальных конструкций для использования в зданиях с использованием метода предельного состояния.. Проектирование в предельном состоянии влечет за собой сравнение учтенных расчетных нагрузок с уменьшенными несущими нагрузками сечений и элементов.. Эти коэффициенты предназначены для учета изменчивости условий нагрузки и свойств материала.. Для предельного предельного состояния (ULS) дизайн, чтобы быть довольным, следующее соотношение должно быть истинным:

\(ULS \;Фактор * Нагрузка ≤ Снижение \;Фактор * Capacity\)

This design guide outlines the procedure for designing a structural steel member in accordance with EN 1993-1-1 API рендерера SkyCiv В 1993-1-1 Конструкция стального элемента модуль.

Содержание

• Свойства материала
  • Изготовление
  • Марка стали
  • Предел текучести
• Классификация разделов
  • Элементы сжатия
  • Классификационные коэффициенты
  • Распределение пластических напряжений
  • Упругое распределение напряжений
• Сопротивление секции
  • Гибка
  • ножницы
  • компрессия
  • напряжение
• Buckling Resistance
  • Гибка
  • компрессия

---

Свойства материала

Изготовление

В 1993-1-1 предоставляет рекомендации по проектированию четырех типов изготовления стальных конструкций.:

• Горячекатаные профили: Горячекатаные профили производятся путем нагревания и прокатки стальной заготовки на стане для достижения необходимой формы.. Примеры включают двутавровые сечения UB/UC/UBP., Т-профили, Швеллеры и угловые секции.
• Сварные секции: Сварной (или сфабрикован) Секции состоят из нескольких горячекатаных плоских листов, сваренных между собой в продольном направлении и образующих стальной профиль.. Секции, изготавливаемые по индивидуальному заказу, обычно свариваются..
• Горячие готовые секции: Горячекатаные профили производятся путем нагрева стали выше температуры рекристаллизации перед прокаткой для повышения прочности конечного продукта.. Эти профили почти всегда представляют собой структурные полые профили. (РХС/СХС/КХС).
• Холоднокатаные профили: Холоднокатаные профили изготавливаются путем прессования стальной заготовки через мельницу при комнатной температуре.. Холодную штамповку можно использовать для изготовления полых профилей и более тонких открытых профилей.. Примечание RU 1993-1-1 содержит рекомендации только для полых холоднодеформированных профилей.

Марка стали

В Европе и Великобритании имеется множество марок стали. (сильные стороны) который можно использовать для проектирования в соответствии с EN 1993-1-1. Существует несколько европейских стандартов на материалы для различных типов стальных изделий.:

• В 10025: Горячекатаный прокат.
• В 100210: Конструкционные полые профили горячей обработки.
• В 10219: Холодноформованные сварные конструкционные полые профили.

Горячекатаные профили (В 10025)

Ниже представлены распространенные марки и ориентировочные пределы текучести для горячекатаных стальных профилей.:

Структурные полые профили горячей отделки (В 100210)

Доступность распространенных марок и ориентировочные пределы текучести для полых конструкционных профилей, обработанных горячим способом, приведены ниже.:

Урожай & Предел прочности

Предел текучести материала – это предел напряжения, после которого произойдет пластическая деформация.. Предел прочности – это максимальное напряжение, которое материал может выдержать, прежде чем он выйдет из строя. / распадается на части. Предел текучести и прочности стальных профилей зависит от марки и толщины стали.. Обычно прочность увеличивается с увеличением марки стали, но уменьшается с увеличением толщины стали..

В 1993-1-1 Стол 3.1 обеспечивает упрощенный подход для расчета предела текучести и прочности сечения на основе его марки и толщины.. Более подробный расчет прочности материала можно выполнить, обратившись к соответствующему стандарту материала.. SkyCiv RU 1993-1-1 Модуль «Проектирование стальных элементов» делает нет используйте это упрощение и вместо этого обратитесь к соответствующим стандартам материалов для расчета прочности материала..

Выбор раздела в SkyCiv RU 1993-1-1 Конструкция стального элемента

SkyCiv В 1993-1-1 Конструкция стального элемента Инструмент позволяет пользователям выбирать стандартный стальной профиль из базы данных SkyCiv или создавать полностью индивидуальный профиль.. Программа автоматически рассчитывает значения предела текучести для полки и стенки профиля на основе выбранной марки стали.. Пользователи также могут выбрать собственную марку стали и при необходимости вручную ввести свойства материала..

Попробуйте RU 1993-1-1 Steel Design Module

---

Классификация разделов

Классификация разделов — это система, используемая EN 1993-1-1 определить подверженность сечения локальному короблению до достижения его полной пластической способности.. Большие тонкие формы обычно более подвержены локальному короблению, чем маленькие., коренастые формы. SkyCiv В 1993-1-1 Конструкция стального элемента инструмент автоматически рассчитывает классификацию стандартных и нестандартных стальных профилей на основе применяемых условий нагрузки. Еврокод 3 имеет четыре категории классификации разделов:

• Класс 1: Секции, которые могут образовывать пластиковый шарнир и развивать пластический момент/осевое сопротивление., это означает, что вся секция может достичь предела текучести при изгибе и/или сжатии.. Класс 1 секции также имеют высокую вращательную способность. Свойства пластикового сечения используются при расчете мощности..
• Класс 2: Секции с возможностью формирования пластикового шарнира, но имеют ограниченную вращательную способность.. Еврокод 3 относится к классу 1 и класс 2 разделы аналогично практически для всех расчетов мощности.
• Класс 3: Секции, которые могут достигать предела текучести в своих экстремально сжимаемых волокнах., но локально прогибаться до достижения сопротивления пластическому моменту. Свойства упругого сечения используются при расчете грузоподъемности..
• Класс 4: Локальное выпучивание произойдет до того, как будет достигнут предел текучести в части сечения.. Приведенные свойства упругого сечения используются в расчетах грузоподъемности..

Заметка, Класс 4 sections include additional complexity in calculation of section properties / resistance and are not covered in this guide.

Элементы сжатия

Классификация секций определяется путем разбиения секции на ряд элементов сжатия и расчета их гибкости. (чистая длина относительно толщины). Элементы классифицируются как:

• Внутренний: Защищен от коробления на обоих концах – т.е.. полотно двутавра.
• Выдающийся: Ограничено только от коробления на одном конце – т.е.. фланец двутавра.

Рассчитанные значения гибкости сравниваются с табл. 5.2 на RU 1993-1-1 определить свой класс. Классификация сечения принята как наименее благоприятная классификация его элементов сжатия.. Заметка, классификация сечений меняется в зависимости от сил на сечении (особенно варьирующаяся осевая сила). Ниже приведены методы классификации каждого типа нагрузки..

Классификационные коэффициенты

Детали, подверженные сжатию

Элементы при чистом сжатии классифицируются на основе их гибкости только с использованием ограничений, указанных ниже..

куда:

\(ε = \sqrt{\гидроразрыва{235}{f_y}}\)

Детали, подверженные изгибу

Внутренние элементы при чистом изгибе классифицируются в зависимости от их гибкости (пределы указаны ниже)..

Выдающиеся элементы, подвергающиеся чистому изгибу, классифицируются на основе соотношения сжимающих и растягивающих напряжений при значении изгибающего момента, в результате чего сжимающее напряжение равно пределу текучести на крайнем волокне.. Метод расчета этого коэффициента подробно описан в разделе ниже..

Детали, подверженные сжатию & Гибка

Элементы, подвергающиеся комбинированному сжатию и изгибу, классифицируются по степени их сжимаемости. / распределение растягивающих напряжений при приложенной сжимающей нагрузке. Это соотношение представлено символом α для распределения пластического напряжения и символом ψ для распределения упругого напряжения..

Распределение пластических напряжений

Формулы расчета коэффициента пластических напряжений (а ) для профилей различной формы приведены ниже.

I-Section Plastic Stress Distribution

T-Section Plastic Stress Distribution

Обратите внимание, что распределения напряжений по малой оси для Т-образных сечений аналогичны распределениям напряжений для двутавровых сечений..

Channel Plastic Section Stress Distribution

Обратите внимание, что распределение напряжений по главной оси для Т-образных сечений аналогично распределениям для двутавровых сечений..

RHS Plastic Stress Distribution

Упругое распределение напряжений

Расчеты распределения упругих напряжений аналогичны для всех сечений и форм., за счет линейного распределения напряжений между крайними волокнами. Формула расчета минимального напряжения в сечении при приложении сжатия и изгиба приведена ниже..

Section Classification in SkyCiv EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента tool automatically determines the Section Classification of standard and custom sections based on the user-input loading. An example output for a Grade S 275, 430x100x64 Channel with 20kN of compression loading is detailed below.

A single Section Classification value is used for all calculations based on the applied axial force and direction of applied bending moment. If a member has bending moment applied about both axes, the most conservative classification from each direction is adopted. Users can also override the automatic calculation of Section Classification and specify a classification manually.

Заметка, Пункт 5.4.1(3) specifies that singly symmetric sections (such as T-sections and Channels) cannot be designed using plastic analysis when bent about their non-symmetric axis. Hence sections of this nature are automatically assigned Class 3.

---

Сопротивление секции

Гибка

Section Bending Resistance

Допустимый изгибающий момент секции рассчитывается по EN 1993-1-1 Пункт 6.2.5.

\(M_{с,Rd} = W*f_y/γ_{М0}\)

Где W – модуль пластического сечения. (W_pl) для класса 1 & 2 разделы, или модуль упругого сечения (W_он) для класса 3 разделы, е_и - предел текучести материала, а γ - коэффициент понижения частичной надежности..

Модуль сечения формы — это геометрическое свойство, которое количественно определяет сопротивление формы изгибу.. The plastic section modulus assumes that the entire section reaches its yield strength under bending. Модуль пластического сечения сечения рассчитывается следующим образом::

\(W_{pl} = A_{С} * y_{С} + A_{T} * y_{T} \)

Где А_С и А_T это области по обе стороны от пластиковой нейтральной оси (ПНА), и у_с / и_T расстояние от ООПТ до центроида этих областей. Заметка, Местоположение PNA равно положению геометрического центра тяжести для симметричных форм, но будет нет равняться расположению геометрического центра тяжести для асимметричных форм.

Модуль упругого сечения принимается для всего сечения (форма) остается эластичным при изгибе, т.е.. ни одна часть сечения не превышает предел текучести (е_и) материала. Модуль упругого сечения сечения рассчитывается следующим образом::

\(W_{он} = frac{я}{и}\)

Где I — второй момент площади, а y — геометрический центр тяжести фигуры.. Note for an asymmetric shape, the elastic modulus value used in design is the lesser value for positive and negative bending about that axis.

Calculating Section Bending Resistance in SkyCiv EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

Once the relevant Section Classification has been calculated, модуль рассчитывает допустимый изгибающий момент секции (Мак) about each principal axis. Results for the same 430x100x64 Channel are shown in the example below.

Попробуйте RU 1993-1-1 Steel Design Module

ножницы

Section Shear Resistance

Shear resistance is calculated using EN 1993-1-1 Пункт 6.2.6. Capacity calculations are dependent on the Section Classification of the steel member. Capacity for Class 1 & 2 sections are calculated based on plastic shear resistance, whereas an elastic shear resistance is used for Class 3 & 4 разделы.

Plastic shear resistance is calculated using the formula below:

\(V_{pl,Rd}=A_v * (f_y / \SQRT{3}) / γ_{М0}\)

Where Av is the shear area of the section in the direction of applied shear force. For most sections this area is equivalent to the area of the web for major axis direction shear, and the area of the flanges for the other direction. Formulae for calculating shear area are provided in EN 1993-1-1 Пункт 6.2.6(3).

Elastic shear resistance is calculated using the relationship below, which ensures the shear stress at the critical point of the cross-section is less than the yield stress.

\(τ_{издание}/(f_y / (\SQRT{3 * γ_{М0}})) ≤ 1\)

The shear stress at this critical point is calculated as follows:

\(τ_{издание}знак равно(V_{издание} * S)/(я * T)\)

Где В_{издание} is the applied shear force, S is the first moment of area, I is the section moment of area and t is the thickness at the critical stress location.

The elastic shear stress formula can then be arranged to represent a resistance value (в кН):

\(V_{он,Rd} знак равно (я * T * \SQRT{3})/(S * f_y)\)

Shear Buckling

Long, slender webs may buckling under applied shear force before they reach their elastic shear resistance. Webs are susceptible to shear buckling if they satisfy the formula below from EN 1993-1-1 Пункт 6.2.6(6):

\(час / T > 72 * ε/η \)

куда η is a factor usually taken as 1.0. Webs susceptible to shear buckling must be checked in accordance with Section 5 или И 1993-1-5. Заметка, shear capacity in accordance with EN 1993-1-5 is not covered in the SkyCiv EN 1993-1-1 инструмент, but a warning will be displayed if a section is susceptible to shear buckling.

Impact of Shear Force on Bending & Compression Resistance

High applied shear force can have a negative impact on the moment and axial resistance of a section. In EN 1993-1-1, this impact is captured by reducing the yield strength of the section relative to the magnitude of the applied shear (refer Clause 6.2.8 & 6.2.10). When the section shear force is меньше, чем half its plastic shear resistance in that direction, this impact can be neglected. If the applied shear is greater than this value, the reduced yield strength is calculated as follows:

\(f_{и,Rd} знак равно (1 -р) * f_y \)

куда:

\(ρ = (2 * V_{издание} / V_{pl,Rd} – 1)^2)

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента module automatically calculates any reduction in yield strength due to high applied shear force and uses this reduced value in section bending and compression resistance calculations. Заметка, this reduction only applies for the section resistance of a member, not the buckling resistance.

Calculating Shear Resistance in SkyCiv EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента tool calculates the shear capacity of a section in both principal axis directions. Results from the shear resistance calculations for a 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 подробно описаны ниже.

компрессия

Section Compression Resistance

В 1993-1-1 Пункт 6.2.4 рассчитывает степень сжатия (N_с) of a concentrically loaded Class 1,2 или 3 section as follows:

\(N_{с,Rd} = A*f_y / γ_{М0}\)

Where A is the gross area of the cross section and f_и - предел текучести сечения.

Calculating Section Compression Resistance in SkyCiv EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv One 1993-1-1 Конструкция стального элемента tool calculates the section compression resistance (N_с,Rd) for standard European sections and custom user-defined sections. Results from the section compression resistance calculations for a 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 подробно описаны ниже.

напряжение

Section Tension Resistance

В 1993-1-1 Пункт 6.2.3 рассчитывает грузоподъемность натяжного элемента (нет) to be the lesser of the plastic tension resistance and ultimate tension resistance:

\(N_{T,Rd} = min(A*f_{и}/γ_{М0} \; ,\; 0.9*A_{N}*f_u /γ_{М2})\)

Where A is the gross area of the section, А_N чистая площадь поперечного сечения (общая площадь без учета проходок/отверстий), е_и это yield strength раздела, е_U это растяжимый (окончательный) strength of the section.

Calculating Tension Resistance in SkyCiv EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента module assumes no significant holes are present in the section, следовательно, А_N принимается равным A. Results from the section tension resistance calculations for a 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 подробно описаны ниже.

 

Попробуйте RU 1993-1-1 Steel Design Module

Гибка & Осевая сила

When a section has applied axial tension or compression force, the effect of this force on the section bending moment resistance should be accounted for. The method for assessing this effect outlined in EN 1993-1-1 Пункт 6.2.9 varies for Class 1 & 2 и класс 3 разделы.

Класс 1 & 2 Разделы

Combined bending and axial force is assessed for Plastic sections by reducing the plastic moment resistance in each direction by an amount proportional to the axial force. This reduced moment resistance is referred to by the symbol M_N,Rd. Calculation of M_N,Rd varies depending on the section shape and is outlined in EN 1993-1-1 Пункт 6.2.9.1. Once reduced moment resistance is calculated, the following criterion is used for assessing combined bending and axial resistance:

\( (M_{и,издание} / M_{Ny,Rd})^α + (M_{с участием,издание} / M_{Nz,Rd})^ β ≤ 1\)

куда α and β are constants that vary with the section shape – refer EN 1993-1-1 Пункт 6.2.9.1.

Класс 3 Разделы

Combined bending and axial force in Elastic sections is instead assessed using a general elastic stress formula detailed below:

\( N_{издание} / N_{с,Rd} + M_{с участием,издание} / M_{cz,Rd} + M_{и,издание} / M_{су,Rd} ≤ 1\)

Note any reduction in yield strength required due to applied shear force should be used in calculation of the section resistance values in the formulae above.

---

Buckling Resistance

Гибка

Lateral Torsional Buckling Resistance

Long, unrestrained steel members can fail in lateral-torsional buckling prior to attaining their section bending moment resistance. Lateral torsional buckling occurs when the section rotates away from its major axis towards its minor axis, meaning moment resistance in the direction of applied bending is reduced. Guidance for calculating member lateral-torsional buckling resistance is provided in EN 1993-1-1 Пункт 6.3.2.

Lateral-torsional buckling resistance is calculated using the below formula:

\(M_{б,Rd} = χ_{LT}*W*f_y/ γ_{M1}\)

Где W – модуль пластического сечения. (W_pl) для класса 1 & 2 разделы, or elastic section modulus (W_он) для класса 3 разделы. χ_LT is a reduction factor for lateral-torsional buckling, guidance for calculating this factor is provided in EN 1993-1-1 Пункт 6.3.2.2 и 6.3.2.3.

Compression Flange

Members fail in lateral-torsional buckling when the compression flange rotates and displaces laterally. If the compression flange of a member is sufficiently restrained, it will not be susceptible to lateral torsional buckling (refer EN 1993-1-1 Пункт 6.3.2.1(2)). Compression flange locations for standard sections under vertical loading are shown below.

Круглые полые профили (CHS) и квадратные полые секции (СВС) не подвержены боковому скручиванию, as they have equal section moment resistance about both axes (meaning lateral displacement and rotation don’t affect the member bending resistance).

Minor Axis Bending Buckling Resistance

The bending capacity for a member bent about its minor axis is equal to the minor axis section resistance about that axis. The minor axis section capacity is the minimum capacity a section can achieve about any axis, следовательно, элемент не может вращаться от этой оси в менее выгодную ориентацию..

Calculating Member Bending Resistance in EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента tool calculates carries out lateral-torsional resistance calculations in accordance with EN 1993-1-1 Пункт 6.3.2.2 и пункт 6.3.2.3, depending on the section shape and applied National Annex. Users also have the option to specify a member as having “Continuous Torsional Restraint” which will automatically skip all lateral-torsional buckling checks. Lateral-torsional buckling resistance calculations for a 5000mm long 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 подробно описаны ниже.

Попробуйте RU 1993-1-1 Steel Design Module

компрессия

Flexural Buckling Resistance

The compression buckling resistance of a member is also affected by its length and lateral rigidity. Безудержный, более длинные элементы, скорее всего, выйдут из строя из-за изгиба перед секцией. (давить) мощность достигнута. В 1993-1-1 Пункт 6.3.1.3 provides guidance on calculating member flexural buckling resistance for Class 1, 2 & 3 плиты настила моста:

\(N_{б,Rd} = χ*A*f_y/ γ_{M1}\)

куда χ is a reduction factor for flexural buckling. Guidance for calculating this factor is provided in EN 1993-1-1 Пункт 6.3.1.3. Flexural capacity must be checked about both axes to find the governing value for the member.

Calculating Flexural Buckling Resistance in EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Конструкция стального элемента tool calculates flexural buckling resistance about both principal axes based on restraint lengths and effective length factors specified by the user. Flexural buckling resistance of a 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 with an unrestrained length of 6000mm and 5000mm in the Z and Y axis (соответственно) подробно описаны ниже.

Torsional-Flexural Buckling Resistance

Open cross-sections are also susceptible to torsional-flexural buckling, which can be less than the member resistance to flexural buckling. Круглые полые профили (CHS) и квадратные полые секции (СВС) members are not susceptible to torsional-flexural buckling. В 1993-1-1 Пункт 6.3.1.4 provides guidance on calculating member torsional-flexural buckling resistance:

\(N_{bT,Rd} = χ_T*A*f_y/ γ_{M1}\)

куда χ_LT is a reduction factor for torsional-flexural buckling. Guidance for calculating this factor is provided in EN 1993-1-1 Пункт 6.3.1.3. Flexural capacity must be checked about both axes to find the governing value for the member.

Calculating Torsional-Flexural Buckling Resistance in EN 1993-1-1 Конструкция стального элемента

В SkyCiv ONE 1993-1-1 Steel Member Design tool calculates torsional-flexural buckling resistance for applicable open and closed sections in accordance with EN 1993-1-1 Пункт 6.3.1.4 based on compression restraint length in the major axis as specified by the user. Torsional-flexural buckling resistance of a 254×102 Вы можете найти ряд типов подключения, которые соответствуют вашим потребностям, не имея дело с загроможденными системами пользовательского интерфейса, которые требуют крутой кривой обучения даже для начала работы. 28 with an unrestrained length of 6000mm are detailed below.

Попробуйте RU 1993-1-1 Steel Design Module