Wpływ podatności węzłów na przechył zastępczy w pozasprężystej analizie szkieletów stalowych

Zgodnie z zaleceniami współczesnych norm projektowania stalowych konstrukcji

prętowych imperfekcje wprowadza się do modelu obliczeniowego już na etapie

analizy statycznej. Najczęściej są to zastępcze imperfekcje geometryczne

w postaci zastępczego przechyłu wstępnego szkieletu stalowego oraz zastępczego

wygięcia wstępnego pręta ściskanego, które pozwalają pośrednio uwzględnić

także imperfekcje różne od geometrycznych. W niniejszej pracy zagadnienia

dotyczące imperfekcji analizowano przy zastosowaniu podejścia statystycznego,

wykorzystując prętowo-tarczowy model szkieletu wielokondygnacyjnego wraz

ze statystycznie uzasadnionymi imperfekcjami geometrycznymi. Wykorzystano

model efektywnego losowego zastępczego przechyłu wstępnego sformułowanego

przez Machowskiego na podstawie analizy statystycznej losowych przechyłów

wstępnych słupów dla populacji szkieletów stalowych mających cechy próby

reprezentatywnej. Celem pracy była wstępna analiza wpływu podatności węzłów

na wartość statystycznie uzasadnionego zastępczego przechyłu wstępnego

szkieletu w kontekście obowiązujących norm polskich. Obliczenia porównawcze

przeprowadzono na przykładzie 9. kondygnacyjnego budynku o szkielecie

stalowym, dla którego przyjęto dwuwymiarowy model prętowy o regularnej siatce

dyskretyzacji. Konstrukcja była analizowana w zakresie sprężysto-plastycznym,

model konstrukcji uwzględniał nieliniowość materiałową oraz nieliniowości

geometryczne w postaci dużych przemieszczeń (tj. dużych translacji i dużych

obrotów) oraz efekt wzmocnienia naprężeniowego. Zachowując nieodkształconą

geometrię układu do modelu wprowadzono zastępcze poziome obciążenie

imperfekcyjne związane zastępczymi losowymi przechyłami wstępnymi

poszczególnych pięter lub zastępczym przechyłem wstępnym całego szkieletu.

Jako kryterium wyznaczenia wyznaczania zastępczego losowego przechyłu

wstępnego całego szkieletu przyjęto warunek zachowania przyrostu pracy

obciążeń imperfekcyjnych układu z węzłami o zadanej sztywności

odpowiadającej obciążeniu granicznemu. W analizowanym przypadku otrzymano

wartości zastępczych losowych przechyłów wstępnych szkieletu zależne

od sztywności początkowej węzłów rozpatrywanej ramy, co wskazuje na potrzebę

dalszej analizy opisywanego zjawiska.

Pełny tekst (pdf)

[1] De Luca A. & Mele E.: Analysis of steel frames in the light of Eurocode 3 and new

research results, [w:]: Plastic hinge based methods for advanced analysis and design

of steel frames ed. by D.W. White and W.F. Chen. SSRC, Lehigh Univ. Bethlehem,

PA USA 1993, pp.97-152.

[2] DIN 18800:1990. Teil 2: Stahlbauten, Stabilitätsfälle, Knicken von Staben und

Stabwerken.

[3] European specifications for steel structures. 1st ed, ECCS, 1993.

[4] Kartal M.E., Başağa H.B., Bayraktar A., Muvafık M.: Effects of semi–rigid

connection on structural responses, Electronic Journal of structural Engineering,

(10) 2010, pp. 22-34, http://www.ejse.org

[5] Machowski A.: Zagadnienia stanów granicznych i niezawodności szkieletów

stalowych budynków wielokondygnacyjnych, Monografia 262, Seria Inżynieria

Lądowa, Politechnika Krakowska, Kraków 1999.

[6] Machowski A., Tylek I.: Conceptions of equivalent imperfections in analysis of steel

frames, Advanced Steel Construction, Vol.4, No.1 (2008), pp. 13-25.

[7] PN-B-03200:1990: Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.

[8] PN-EN 1993-1-1:2005: Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-1:

Reguły ogólne i reguły dla budynków.

[9] PN-EN 1993-1-8:2006: Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-8:

Projektowanie węzłów.

[10] Vogel U: Calibrating frames, Stahlbau, No.10/1985, pp. 295-301.