Oferuje moduł STAL1993-3D do wymia-

rowania prętów przestrzennych kon-

strukcji stalowych wg PN-EN 1993 pod

kontrolą programu RM-3D, a przezna-

czony do użytkowania na komputerach

typu PC wyposażonych w 32- lub 64-bitowy sys-

tem Windows.

CHARAKTERYSTYKA PROGRAMU

Moduł STAL1993-3D przeznaczony jest do wymiarowania prętów

przestrzennych konstrukcji stalowych ściśle wg postanowień oraz zaleceń normy PN-EN 1993 – Projektowanie konstrukcji stalo-wych. Jest on zintegrowanym składnikiem pakietu programów ozna-

czonych skrótową nazwą RM3D przeznaczonych do analizy statycz-nej i kinematycznej oraz wymiarowania przestrzennych konstrukcji prętowych o dowolnym schemacie statycznym.

Integralność modułu STAL1993-3D z programem głównym RM-3D

polega na tym, że wyniki analizy statycznej i kinematycznej dokony-wanej przez program RM-3D są przekazywane do modułu. Oznacza to, że moduł STAL1993-3D nie może być używany jako autonomicz-

ny program użytkowy. Każda zmiana danych związanych z wymiaro-waniem - a mająca wpływ na pracę statyczną całej konstrukcji - po-woduje automatyczne wykonanie analizy statycznej oraz uaktualnie-nie wyników obliczeń dla wszystkich warunków wymiarowania.

Do podstawowych atutów modułu STAL1993-3D należą:

pełna zgodność z wymaganiami i zaleceniami normy PN-EN 1993,

wymiarowanie prętów dowolnie złożonych przekrojów jednogałęziowych,

wymiarowania prętów o przekrojach wielogałęziowych z różną konfiguracją i rodzajem kształtowników ich gałęzi,

automatyczne określanie niektórych aspektów normowych wynikają-cych ze stanu sił przekrojowych w pręcie oraz typu jego przekroju,

automatyczne wskazywanie najbardziej miarodajnego warunku nośności pręta,

wizualne sygnalizowanie przekroczenia warunków nośności pręta,

łatwa lokalizacja pręta o najniekorzystniejszym warunku nośności,

indywidualne i grupowe zadawanie danych wymiarowania,

prostotę posługiwania się jego opcjami i funkcjami,

graficzną wizualizację danych i wyników obliczeń,

generowanie tabeli warunków normowych wraz z diagramem stop-ni wykorzystania nośności prętów konstrukcji z możliwością selek-cjonowania i sortowania wg wskazanego klucza,

całkowitą swobodę tworzenia dokumentacji graficzno-tekstowej dzięki korzystaniu z gotowych arkuszy, opracowanych w konwencji obliczeń ręcznych, automatycznie przesyłanych do zaawansowanych edytorów tekstu (WordPad, MS Word , MS Works, StarOffice, OpenOffice).

Dzięki tym cechom moduł STAL1993-3D jest wyjątkowo spraw-

nym i efektywnym narzędziem warsztatu projektanta konstrukcji w zakresie wymiarowania prętów przestrzennych konstrukcji stalowych.

Ogólna koncepcja działania modułu STAL1993-3D

Przedmiotem procesu wymiarowania dokonywanego przy pomocy modułu STAL1993-3D jest dowolny pręt lub grupa prętów przestrzen-

nej konstrukcji stalowej (wykreowanej w trybie Schemat programu RM-3D) o przekrojach jednogałęziowym lub wielogałęziowym, o stałych lub liniowo zmiennych wzdłuż osi pręta wymiarach, któremu został przypi-sany materiał z grupy ”Stal1993”. Oznacza to, że przedmiotem wymia-rowania mogą być pręty o następujących typach przekrojów:

składane jednokształtownikowe wszystkich typów możliwych do zadeklarowania w programie RM-3D,

wielogałęziowe zadeklarowane jako "stalowe - wielogałęziowe”,

składane wielokształtownikowe zbudowane z wielu kształtowni-

ków połączonych ze sobą spawami, z wyjątkiem przekrojów zawie-rających rurę okrągłą,

wielomateriałowe, jeśli tzw. materiałem podstawowym przekroju jest "stal",

zawierające otwory wprowadzane w trybie definiowania przekroju programu RM-3D.

Dla przekrojów składających się z kilku kształtowników wykonanych z różnych gatunków stali, przyjmowany jest jeden rodzaj stali okre-ślony przez materiał podstawowy przekroju. Podczas wymiarowania prętów stalowych kształty będące otworami oraz te, którym przypisa-no inny materiał niż stal, są pomijane.

Pod pojęciem przekroju jednogałęziowego należy rozmieć, oprócz przekrojów składających się z jednego kształtownika (składane jed-nokształtownikowe}, również przekroje składające się z wielu kształ-towników (składane wielokształtownikowe), w których wszystkie kształtowniki są ze sobą połączone spawami. Aby wielokształtowni-kowe przekroje składane mogłyby być dopuszczone do wymiarowa-nia, muszą one spełniać następujące warunki:

Nie mogą zawierać żadnego pojedynczego kształtownika, który nie jest połączony co najmniej jednym spawem z pozostałymi kształ-townikami przekroju.

Nie mogą zawierać kształtowników typu "rura okrągła" i "trójkąt" ponieważ dla tego typu kształtowników norma nie precyzuje spo-sobu określania smukłości ścianek, co jest konieczne dla ustalenia klasy przekroju.

Poszczególne kształtowniki nie mogą się wzajemnie przenikać powierzchniami.

W przeciwnym razie wymiarowanie pręta nie będzie możliwe.

Podstawą wszelkich obliczeń związanych z wymiarowaniem pręta są:

charakterystyka przekroju pręta określana w programie głównym,

schemat i geometria pręta oraz jego uwarunkowanie kinematyczne wynikające z jego powiązania z innymi prętami konstrukcji, okre-ślane w programie głównym,

wyniki obliczeń statycznych dla obliczeniowych i charakterystycz-nych wartości obciążeń dostarczanych przez program główny dla kombinacji aktywnych (włączonych do obliczeń) grup obciążeń,

równania i wyrażenia wynikające wprost z postanowień i zaleceń normy PN-EN 1993.

BIURO KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA UL. SKRAJNA 12 45-232 OPOLE TEL: 77 455 04 28

http:// www.cadsis.com.pl e-mail: cadsis@cadsis.com.pl

Zasada działania modułu STAL1993-3D polega na operowaniu

tzw. kontekstami wymiarowania - właściwymi dla konkretnej sytuacji statycznej i kinematycznej pręta, a mianowicie:

Przekrój

Ścianki

Długości wyboczeniowe

Łączniki (dla prętów o przekrojach wielogałęziowych)

Zwichrzenie (dla prętów o przekrojach co najmniej monosymetrycznych i otwartych)

Stan graniczny nośności, a w ramach niego:

Rozciąganie

Ściskanie (stateczność)

Skręcanie

Ścinanie

Zginanie (stateczność)

Zginanie z siłą podłużną

Zginanie ze ściskaniem

Środnik pod obciążeniem skupionym

Nośność łączników (dla prętów o przekrojach wielogałęziowych)

Stan graniczny użytkowania (SGU)

Lista kontekstów jest ustalana przez moduł STAL1993-3D auto-

matycznie i nie wszystkie konteksty wymiarowania są wykazywane na tej liście, lecz tylko te, które są merytorycznie właściwe dla wymia-rowanego pręta, a wynikające z jego stanu pracy statycznej, uwarun-kowań kinematycznych, kształtu i charakterystyki geometrycznej przekroju. Niektóre z kontekstów wymiarowania są dodatkowo opa-trzona numerem wzoru związanego z konkretnym warunkiem w okre-ślonym w normie.

Tworzenie dokumentac j i

Tworzenie dokumentacji wymiarowania jest całkowicie swobodne i może być dokonywane w dwóch formach:

Tekstowo-graficzna - dla pojedynczego pręta, generowana w kon-wencji obliczeń "ręcznych" (komentarze, wzory, podstawienia, ry-sunki), o dwóch stopniach szczegółowości - pełnej i skróconej.

Tabelaryczna - dla grupy prętów, generowana jako zestaw tabel zawierających podstawowe dane i wyniki wymiarowania dla po-szczególnych prętów grupy. Ta forma ma również dwa stopnie szczegółowości.

Przykład dokumentu

Przykład dokumentu szczegółowego w formie pełnej (fragment):

Pręt nr 4 Zadanie: Hala stalowa z suwnicą.rm3

Przekrój: 1,9

Wymiary przekroju:

h=200,0 s=76,0 g=5,2 t=9,1 r=9,5 ey=20,7

Charakterystyka geometryczna przekroju:

Iyg=13246,8 Izg=3040,0 A=46,80 iy=16,8 iz=8,1 Iw=14635,7

It=9,6 is=9,6.

Materiał: S 355 Granica plastyczności fy=355 MPa oraz wytrzymałość na rozciąga-nie fu = 490 dla g=5,2.

Połączenie gałęzi Przyjęto skratowanie o rozstawie węzłów l1 = 714,3 mm (układ skratowania: 2 wg

rys. 6.9). Pręty skratowania zaprojektowano z U 100 ze stali S 355.Zastępcze momen-

ty bezwładności elementu złożonego:

Iyeff = 0,5 h02 Ach = 0,5×3,342×23,40 = 13020,8 cm4

Stan graniczny nośności.

xa = 2,500; xb = 2,500; Przęsło nr: 2, 2, 2. Obciążenia: CW+St

Przyjęto następujące współczynniki częściowe M:

M0 = 1; M1 = 1; M2 = 1,25.

Dla materiału o granicy plastyczności 355 MPa, przyjęto = 1,2.

Klasa przekroju:

= = = 0,814

Nr: c [mm] t [mm] k (c/t)1 (c/t)2 (c/t)3 c/t Klasa

1 162,9 5,2 1,000 0,943 - 26,849 30,917 34,823 31,323 3

2 61,3 9,1 1,000 0,682 0,565 7,323 8,136 12,847 6,767 1

3 61,3 9,1 1,000 0,705 0,553 7,323 8,136 12,710 6,767 1

4 162,9 5,2 0,531 0,000 - 54,618 62,893 INF 31,323 1

5 61,3 9,1 1,000 0,000 0 7,323 8,136 INF 6,767 1

6 61,3 9,1 0,065 0,000 0 439,302 488,113 INF 6,767 1

Przekrój spełnia warunki przekroju klasy 3

Nośność na ściskanie xa = 2,500; xb = 2,500; Przęsło nr: 2, 2, 2. Obciążenia: CW+St+Snl+Snp+Ww

Siła osiowa: NEd = -102,163 kN

Pole powierzchni przekroju: A = 46,80 cm2 Pole powierzchni przekroju efektywnego: Aeff = 46,80 cm2

Przesunięcie środka ciężkości: eNy = 0,00; eNz = 0,00 cm.

×10-1

= 1661,4 kN (6.10)

Warunek nośności:

= 0,061 < 1 (6.9)

Stateczność elementu ściskanego:

Wyboczenie dla osi Y (krzywa

"d")

Wyboczenie dla osi Z (krzywa

"d") Wyboczenie skrętne (krzywa "d")

= =

0,204

= =

0,880

= =

1,225

0,5×[1+0,76×(0,204-

0,2)+0,2042] = 0,522

0,5×[1+0,76×(0,880-

0,2)+0,8802] = 1,146

0,5×[1+0,76×(1,225-

0,2)+1,2252] = 1,639

= 0,997

= 0,532

= 0,366

przyjęto χ = 0,997 1 przyjęto χ = 0,532 1 przyjęto χ = 0,366 1

Przyjęto najmniejszą wartość współczynnika χ = 0,366

×10-1 = 608,826 kN (6.47)

Warunek stateczności:

= 0,168 < 1 (6.46)

Nośność przekroju na zginanie: xa = 2,500; xb = 2,500; Przęsło nr: 2, 2, 2 Obciążenia: CW+St+Snl+Snp+Suw+Wl

Nośność na zginanie względem osi Y:

Mc,Rd = Mel,Rd = = ×10-3 = 250,806 kNm

Nośność na zginanie względem osi Z:

Mc,Rd = Mel,Rd =

=

×10-3 = 107,92 kNm

Warunek stateczności przy zginaniu:

= ×10-3 = 250,806 kNm (6.55)

= = 0,480 < 1 (6.54)

Nośność przekroju zginanego z siłą podłużną xa = 2,500; xb = 2,500; Przęsło nr: 2, 2, 2. Obciążenia: CW+St+Snl+Snp+Suw+Wl

Największe naprężenia normalne z uwzględnieniem ścinania:

×10 - ×103 -

×103 = -201 MPa

x,Ed = 201 < 355 = = (6.42)

Ostrożne przybliżenie nośności (nie jest warunkiem decydującym):

+ + = 0,566 < 1 (6.2)

Nośność pręta złożonego xa = 2,500; xb = 2,500; Przęsło nr: 2, 2, 2. Obciążenia: CW+St+Snl+Snp+Suw+Wl

Sztywność pręta: - dla osi Y

= 91992,559 kN

Ieff = 0,5 h02 Ach = 0,5×33,362×23,4 = 13020,8 cm4

Siły wewnętrzne dla e0 = L/500:

= 121,65 kNm

= 319,983 kN

= -409,334 kN

yf/235 235/355

0M

yRd,c

fAN

46,80×355

1

Rd,c

Ed

N

N 102,163

1661,4

y,cr

yeff

N

fA 46,8×355

39906,467×10

z,cr

yeff

N

fA 46,8×355

2143,649×10

T,cr

yeff

N

fA 46,8×355

1107,809×10

22,015,0

22,015,0

22,015,0

22

1

1

0,522+ 0,522²-0,204²

22

1

1

1,146+ 1,146²-0,880²

22

1

1

1,639+ 1,639²-1,225²

1M

yRd,b

fAN

0,366×46,80×355

1

Rd,b

Ed

N

N 102,163

608,826

0M

ymin,el fW

706,50×355

1

0M

ymin,el fW

304,00×355

1

1M

yyLTRd,b

fWM

1,000×706,50×

355

1

Rd,b

Ed

M

M 120,366

250,806

z

Ed,z

y

Ed,yEdEd,x

J

yM

J

zM

A

N -89,351

46,8

-120,366×-18,75

13246,81

3,508×10

3040

355

1 0M

yf

Rd,z

Ed,z

Rd,y

Ed,y

Rd

Ed

M

M

M

M

N

N 89,351

1661,4

120,366

250,806

3,508

107,92

3

20d

vd

haEAnS

2×210×13,50×71,43×33,36 2

78,833102

vEdcrEd

IEd0Ed

EdSNNN1

MeNM 89,351×0,0100 + 120,366

1-89,351/39906,467+89,351/91992,559

mI2

AhM

n

NN

eff

ch0EdEdmax,Ed,ch

-89,351

2 +

121,650×33,36×23,40

2×13020,81×1 102

mI2

AhM

n

NN

eff

ch0EdEdmin,Ed,ch

-89,351

2 -

121,650×33,36×23,40

2×13020,81×1 102

y Y

z

Z

37

5

200