Steel_Cold_Formed_Sections

Manuál
Za studena tvarované ocelové průřezy
Všechny informace uvedené v tomto dokumentu mohou být změněny bez předchozího upozornění.
Žádnou část tohoto dokumentu není dovoleno reprodukovat, uložit do databáze nebo systému pro
načítání ani publikovat, a to v žádné podobě a žádným způsobem, elektronicky, mechanicky, tiskem,
fotografickou cestou, na mikrofilmu ani jinými prostředky bez předchozího písemného souhlasu
vydavatele. Firma Scia nezodpovídá za žádné přímé ani nepřímé škody vzniklé v důsledku nepřesností
v dokumentaci nebo softwaru.
© Copyright 2008 Scia Group nv. Všechna práva vyhrazena.
2
Obsah
Úvod .......................................................................................................................................................... 1
Materiál ..................................................................................................................................................... 2
Průřezy ..................................................................................................................................................... 3
Posudky únosnosti ................................................................................................................................. 7
Lokální příčné síly ................................................................................................................................... 8
Hodnoty nastavení lokálních příčných sil ............................................................................................ 9
Další data lokálních příčných sil .......................................................................................................... 10
Návrh vaznic .......................................................................................................................................... 11
Návrh podle EN ...................................................................................................................................... 12
Návrh podle AISI NAS 2007 .................................................................................................................. 13
3
Úvod
Modul návrhu ocelových profilů tvarovaných za studena (EC-EN1993-1-3) je rozšířením modulu
EC-EN esasd.01.01 pro ocel, zaměřeným na návrh profilů tvarovaných za studena podle evropského
standardu EC-EN 1993. Posudky únosnosti i stability lze provádět analogicky jako u existujících
posudků oceli u profilů válcovaných za tepla.
Tento modul se zabývá následujícími tématy:
- Určení počátečního tvaru
- Výpočet efektivních vlastností průřezu včetně lokálního a deformačního vzpěru
- Posudky MSÚ
- Speciální požadavky u vaznic vyztužených oplechováním
Referenční normy:
EC-EN1993-1-3:2006 Obecná pravidla - doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované
prvky a plošné profily
Ocelové prvky tvarované za studena se vyrábějí z ocelového plechu konstrukční kvality, který je
tvarován buď lisováním z polotovarů tažených z plechů či svitků, nebo častěji postupným válcováním
oceli s použitím několika forem. K formování tvarů není nutná vysoká teplota (na rozdíl od ocelových
dílců válcovaných za tepla) – odtud název „tvarování za studena“. Ocelové pruty a další výrobky
tvarované za studena jsou tenčí, lehčí, obvykle levnější a jejich výroba je jednodušší než u
odpovídajících produktů válcovaných za tepla díky nižší hmotnosti. K dispozici je široká škála různých
tlouštěk oceli, které vyhovují v různých konstrukčních i jiných oblastech použití.
Modul návrhu ocelových profilů EC-EN1993-1-3:2006 pro návrh ocelových prvků tvarovaných za
studena je integrován a implementován jako součást stávajícího návrhu ocelových prvků v prostředí
norem Eurokód a tvoří rozšíření této standardní normy pro ocelové průřezy (esasd.01.01).
Tento modul se zabývá následujícími tématy:
- Určení počátečního tvaru
- Výpočet efektivních vlastností průřezu včetně lokálního a deformačního vzpěru
- Posudky MSÚ
- Speciální požadavky u vaznic vyztužených oplechováním
Referenční normy:
EC-EN 1993-1-3:2006 Obecná pravidla - doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované
prvky a plošné profily
EC-EN 1993-1-5:2006 (části)
EN 1993-1-3:2006/AC:2009 (list oprav)
1
Materiál
Knihovna ocelových materiálů je rozšířena o třídy oceli uvedené v normě pro tento typ řezu.
2
Průřezy
Podporované typy
Při generování počátečního tvaru a efektivního průřezu jsou podporovány následující typy průřezů:
- průřezy ze standardní knihovny profilů,
- dvojice za studena tvarovaných profilů,
- obecné tenkostěnné průřezy,
- obecné průřezy s tenkostěnnou reprezentací,
- tenkostěnné geometrické profily,
- všechny ostatní průřezy, které podporují střednici a neobsahují zaoblení.
Pomocí funkce obecných průřezů lze zakreslit uživatelem definované průřezy pomocí integrovaných
kreslicích nástrojů nebo vkládáním průřezů prostřednictvím souborů dxf a dwg.
Je podporována průměrná mez kluzu v implementaci podle EN 1993-1-3.
V návrhu je použita tloušťka ocelového jádra (bez potahu), nikoli skutečná tloušťka průřezu. Tloušťku
potahu může uživatel zadat do zobrazeného pole Tloušťka kovového potahu. Výsledná tloušťka jádra
se zobrazuje v poli Střední tloušťka.
Průměrná mez kluzu
Možnosti v části Průměrná mez kluzu jsou k dispozici, nastavíte-li možnost Výroba na hodnotu
Tvářený za studena.
Je-li výběrová položka Typ tváření nastavena na hodnotu Válcování, součinitel k za touto položkou je
nastaven na hodnotu 7. Při nastavení výběrové položky na hodnotu Jiná metoda má součinitel k
hodnotu 5.
3
Průměrná mez kluzu se používá v následujících výpočtech únosnosti:
- osový tah,
- osový tlak,
- ohybový moment,
- krouticí moment,
- rovinný vzpěr,
- prostorový vzpěr,
- návrh vaznic – únosnost průřezu.
Tloušťka ocelového jádra
Správce průřezů je rozšířen o skupinu Střední ocelová tloušťka.
Tato skupina je viditelná jen tehdy, je-li parametr Výroba nastaven na hodnotu Tvářený za studena a
průřez je převzat z knihovny profilů a jeho hodnota Kód tvaru se pohybuje od 111 do 126 nebo se
jedná o za studena tvarovaný dvojitý průřez (2CFUo, 2CFUc, 2CFCo, 2CFCc, 2CFLT).
Aktivuje-li uživatel možnost Střední ocelová tloušťka, zobrazí se vstupní pole Tloušťka kovového
potahu a uživatel může zadat tloušťku potahu.
Výsledná tloušťka se pak zobrazí v poli Tloušťka. Tato hodnota má šedou barvu, protože ji počítá
program.
Vypočítává se takto:
tjádro = tnominální – tkovové potahy
kde:
tnominální = tloušťka načtená z knihovny
tkovové potahy = redukce zadaná uživatelem
Poznámky:
Vstupní pole Kovový potah je omezeno minimální hodnotou 0 mm, nelze do něj tedy zadat zápornou
hodnotu.
Vstupní pole Kovový potah je dále omezeno maximální hodnotou tnominální - 0,1 mm. Toto omezení
zaručuje, že tloušťka jádra nebude nikdy menší než 0,1 mm (tj. má-li průřez tloušťku 2 mm, uživatel
nemůže zadat například tloušťku kovového potahu 2,3 mm, ale nejvýše 1,9 mm).
4
V obou případech by se mělo zobrazit varování a místo zadané hodnoty by měla být nastavena
příslušná mezní hodnota.
Nastavená tloušťka ocelového jádra se používá všude tam, kde se počítá s tloušťkou průřezu:
- ve správci průřezů jsou ovlivněny vlastnosti plného průřezu i efektivní tvary a vlastnosti;
- v posudcích je tloušťka jádra použita ve všech vzorcích a mezních hodnotách, kde se pracuje s
tloušťkou.
Počáteční tvar
Správce průřezů je rozšířen o skupinu Počáteční tvar.
Skupina Počáteční tvar se zaškrtávacím políčkem Povolit je viditelná jen tehdy, je-li položka Výroba
nastavena na hodnotu Tvářený za studena, a u obecného průřezu tehdy, jestliže byla definována
tenkostěnná reprezentace.
Je-li průřez tvarovaný za studena vybrán ze standardní knihovny nebo importován pomocí nástroje pro
obecné průřezy, proběhne automaticky výpočet počátečního tvaru průřezu. Tvar průřezu je rozdělen
na několik částí a zobrazen.
Podporovány jsou následující typy prvků:
- I (vnitřní prvek)
- F (pevný prvek, není vyžadována redukce)
- SO (vyčnívající prvek, symetrický)
- UO (vyčnívající prvek, nesymetrický)
- RUO (vyztužené typy nesymetrických vyčnívajících výztuží)
- RI (vyztužený vnitřní prvek)
- DEF (Dvojité přeložení hrany).
Typy se přiřazují automaticky během zpracování.
Počáteční tvar si může uživatel prohlédnout na vygenerované kartě Počáteční tvar.
Pomocí tlačítka Opravit počáteční tvar ve skupině Počáteční tvar může uživatel počáteční tvar
změnit.
5
Tlačítko Spuštění výpočtu ve skupině Počáteční tvar otevírá dialogové okno Spuštění výpočtu, v
němž se vypočítávají efektivní vlastnosti průřezu.
Efektivní tvar
U počátečních tvarů jsou v programu Scia Engineer určeny prvky mezi zaobleními. Pro výpočet
efektivní šířky se však používá náhradní šířka. Tento postup je stanoven normou EN 1993-1-3, čl. 5.1
a obr. 5.1 na str. 19. Získaná efektivní šířka založená na náhradní šířce je znovu přepočtena s cílem
určit efektivní šířku prvku v programu Scia Engineer.
Iterativní přístup k namáhání v tlaku a ohybu
U definice namáhání v tlaku a ohybu norma nestanovuje povinné použití iterací, iterací výztuhy a
obecných iterací průřezu, lze je však určit volitelně v nastavení oceli v produktu Scia Engineer.
Efektivní šířka vnitřních tlakových prvků a vyčnívajících tlakových prvků se počítá podle EN 1993-1-5,
čl. 4.4. Postup stanovení efektivní šířky/tloušťky rovinných prvků s vyztuženými okraji je dán normou
EN 1993-1-3, čl. 5.5.3.2 a 5.5.3.1. Postup určení efektivní šířky/tloušťky prvků s vyztuženým středem
stanoví norma EN 1993-1-3, čl. 5.5.3.3 a 5.5.3.1.
Nástroj Spuštění výpočtu graficky znázorňuje efektivní řezy.
6
Posudky únosnosti
Posudky únosnosti
Na rozdíl od EN1993-1-1 pro průřezy tvarované za studena podle EN1993-1-3 neexistuje žádná
klasifikace.
Provádějí se následující posudky:

osový tah,

osový tlak,

ohybový moment,

smyková vnitřní síla,

krouticí moment,

lokální příčné síly,

kombinace tahu a ohybu,

kombinace tlaku a ohybu,

kombinovaný smyk,

osová síla a ohybový moment,

kombinovaný ohyb,

lokální příčná síla.
Posudek lokálních příčných sil se provádí automaticky ve všech polohách, v nichž dochází ke skokové
změně v grafu smykové síly. Pomocí dat lokálních příčných sil může uživatel aktivovat volbu Bez
lokálních příčných sil a určit tak, že v místě přídavných dat nemá být prováděn posudek.
Pozn.: Pro průřezy s kódem tvaru 115 (za studena tvarovaný průřez Omega) a v případě vyztužených
stojin, na které se vztahuje čl. 6.1.7.4, jsou implementovány speciální postupy.
Posudky stability
Provádějí se následující posudky stability:

rovinný vzpěr,

torzní a prostorový vzpěr,

klopení v příčném směru,

ohyb a osový tlak,

ohyb a osový tah,

kombinovaný ohyb,

posudek na tah.
Pro určení únosnosti v prostorovém vzpěru se používá obecná rovnice třetího řádu.
U určování ohybu a osového norma EN 1993-1-3 připouští dvě různé varianty, uživateli je proto dána
možnost výběru z obou metod:

Interakce EN 1993-1-1 podle článku 6.3.3,

alternativní metoda podle EN 1993-1-3, článek 6.2.5(2).
7
Lokální příčné síly
Účinky lokálních příčných sil jsou definovány v čl. 6.1.7, str. 47.
Posudek se provádí POUZE v případě zatížení Vz.
Únosnost pro lokální příčnou sílu se bere relativně vzhledem k podpoře, NIKOLI podle lokální osy z.
Hodnota FEd by tedy měla být určena podle souřadnicového systému osy LCS a NIKOLI vzhledem k
souřadnicovému systému hlavní osy!
Má-li průřez více stojin, používá se pro stanovení zatěžovacích podmínek maximální výška stojiny.
Oproti čl. 6.1.7.2(4) se v programu Scia Engineer používá vždy přesná zadaná nosná délka ss, tj. není
implementováno zjednodušení spočívající v použití minimální délky pro obě protilehlá zatížení.
Posudek lokálních příčných sil se standardně provádí s použitím výchozího nastavení. Toto výchozí
nastavení se určuje v dialogovém okně Nastavení oceli. V případě potřeby může uživatel výchozí
nastavení přepsat pomocí volby Lokální příčné síly – další data.
8
Hodnoty nastavení lokálních příčných sil
Nastavení oceli je rozšířeno o novou kartu Tvářený za studena. Tato karta obsahuje skupinu Lokální
příčné síly. V této skupině může být jako vstup zadána hodnota Nosná délka ss.
Vstupní pole Nosná délka ss je omezena minimální hodnotou 10 mm, nižší hodnoty nejsou povoleny
(viz čl. 6.1.7.3(3)).
9
Další data lokálních příčných sil
Data lokálních příčných sil lze definovat ve větvi Data pro posudek stability servisu Ocel.
Jméno
Posudek lokálních
příčných sil
Není-li vybráno, nebude proveden posudek lokálních příčných sil.
Zatěžovací podmínky
Zatěžovací podmínky jsou standardně určovány automaticky. Pomocí této
výběrové položky může uživatel výchozí nastavení změnit.
- Automaticky určený
- Koncová jedno-pásnice (EOF)
- Vnitřní jedno-pásnice (IOF)
- Koncová dvou-pásnice (ETF)
- Vnitřní dvou-pásnice (ITF)
Nosná délka ss
Výchozí hodnoty z nastavení
Nosná délka ss se standardně načítá z nastavení oceli.
Připojený k průřezu
Je-li výběrová položka Nosná délka ss nastavena na hodnotu Připojený k
průřezu, uživatel může vybrat průřez pomocí správce průřezů. Nosná šířka
bude poté nastavena shodně s šířkou průřezu.
Ruční zadání
Je-li výběrová položka Nosná délka ss nastavena na hodnotu Ruční zadání,
uživatel může zadat požadovanou hodnotu do vstupního pole. V tom případě
je vstupní pole omezeno minimální hodnotou 10 mm, nižší hodnoty nejsou
povoleny.
Hodnota
Viz výše.
Rotace stojiny
zabráněna
Je-li zaškrtnuto políčko Rotace stojiny zabráněna, budou místo vzorců podle
obrázků 6.7a a 6.7b použity vzorce uvedené v čl. 6.1.7.2(4), str. 50.
Další informace naleznete v manuálu Teoretický základ.
Rozsah
Data lokálních příčných sil se standardně používají jen pro skutečnou polohu,
pro niž byla zadána. Pomocí pole Rozsah může uživatel určit, že tato data
platí v určitém rozsahu poloh. Tento postup lze použít v případech, kdy se v
grafu smykové síly nacházejí dvě špičky (nebo více) blízko sebe. Standardně
má tento rozsah hodnotu 0 mm, což znamená, že data platí jen pro aktuální
úsek. Rozsah nemůže být záporný.
Pozice x
Definuje polohu přídavných dat lokálních příčných sil na nosníku.
Tato hodnota je analogická definici všech ostatních typů přídavných dat v
programu Scia Engineer.
Zadání souřadnice
Viz výše.
Opakování
Viz výše.
Posudek lokálních příčných sil se provádí automaticky ve všech polohách, v nichž dochází ke skokové
změně v grafu smykové síly.
Pomocí dat lokálních příčných sil může uživatel zrušit zaškrtnutí políčka Posudek lokálních příčných
sil a určit tak, že v místě přídavných dat nemá být prováděn posudek. V takovém případě se místo
toho zobrazí ve výstupu varování.
Tento postup se používá například v případě, že je použit přípoj na úhelník bránící lokálnímu vyboulení
stojiny, jak je uvedeno v čl. 6.1.7.1(3).
Není-li zaškrtnuto políčko Posudek lokálních příčných sil, všechny ostatní vlastnosti s výjimkou
parametru Rozsah jsou skryté.
10
Návrh vaznic
Jestliže průřez splňuje speciální požadavky stanovené normou a popsané v manuálech Teoretický
základ pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena, provádí se speciální posouzení vaznic
podle EN 1993-1-3, kapitola 10.
Nastavení oceli obsahuje dvě specifické položky, které se týkají návrhu vaznic.
Nastavení národní přílohy
Přístupová cesta: dialogové okno Data o projektu > tlačítko se třemi tečkami v části Národní
příloha > Návrh ocelových konstrukcí > Obecné: karta Tvářený za studena
Metoda pro χLT
Metoda stanovení redukčního součinitele klopení pro vzpěrnou únosnost volné pásnice je uvedena v
čl. 10.1.4.2, str. 82.
Podle národní přílohy je však možné tuto metodu vybrat a do nastavení národní přílohy proto byla
přidána odpovídající položka.
V současné době je podporována pouze metoda popsaná v uvedeném článku a výběrová položka
proto obsahuje jen jednu možnost. V budoucnosti, až budou implementovány specifické metody podle
národních příloh, je bude možné do této výběrové položky přidat.
Nastavení oceli
Přístupová cesta: Knihovny > Nastavení > Ocel: karta Tvářený za studena
Limit pro velkou osovou sílu
Čl. 10.1.4.2(5) zavádí pojem „relativně velké osové síly“. V programu Scia Engineer je tato síla
kvantifikována pomocí mezní hodnoty.
Vstupní pole umožňuje zadat pouze hodnoty v rozsahu od 0 do 1. Jako výchozí je nastavena hodnota
0,10.
11
Návrh podle EN
Tento manuál popisuje modul pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena podle EN1993-13:2006 včetně EN1993-1-3:2006/AC:2009.
Veškeré podrobnosti o aktuální implementaci normativních omezení v programu naleznete v
samostatném manuálu Teoretický základ.
12
Návrh podle AISI NAS 2007
Ačkoli je tento manuál zaměřen na modul pro návrh ocelových profilů tvarovaných za studena podle
EN1993-1-3:2006 včetně EN1993-1-3:2006/AC:2009, principy, které popisuje, platí obecně, tedy i pro
modul pro návrh za studena tvarovaných profilů podle normy AISI NAS 2007.
Veškeré podrobnosti o aktuální implementaci normativních omezení v programu naleznete v
samostatném manuálu Teoretický základ věnovaném výlučně návrhu podle normy AISI NAS 2007.
13