ANVÄNDNINGSOMRÅDE. ÖVERFÖRINGING AV SNITTKRAFTER.

Transkript

1 Prgram för stålldiimensiineriing enlliigt BSK 99 / EC3. Från Sfttware engiineeriing AB

2 ANVÄNDNINGSOMRÅDE. Dimensineringsprgrammet är via en överföringsrutin integrerat med statiksystemet Prblemlösaren. Detta beter, att snittkrafterna i statiken autmatisk överföres till stålmdulen när användaren går från statik- till stålmdul. Stålmdulen kan ike användas sm ett självständigt prgram! Överföringen av snittkrafter sker för den eller de lastkmbinatiner, sm användaren markerar innan statiksystemet lämnas. Stålmdulen består egentligen av två separata rutiner: Tvärsnittskntrll av enskillda eller samtliga stänger i knstruktinen. Denna rutin bestämmer tvärsnitsklass h tvärsnittets kapaitet för de snittkrafter sm påverkar tvärsnittet. Dessutm beräknas utnyttjandegraden för var snittkraft samt kmbinatiner N+M g N+V+M. Resultatet visas kså grafisk, där graden av utnyttjande visas med hjälp av lika färger enligt nedan. Utnyttjandegrad > 1 röda stänger Utnyttjandegrad > 0.8 lilla stänger Utnyttjandegrad > 0.5 blå stänger Utnyttjandegrad > 0.25 bruna stänger Utnyttjandegrad < 0.25 gröna stänger Balk/pelarkntrll. I denna rutin utförs, förutm bestämning av tvärsnittsklass kså beräkning av tvärsnittets kapaitet, kså knäknings- h vippningsberäkning. Har du i statikdelen delat in en balk/pelare i flera delstänger med knutar, kan du i denna rutinen sammansätta delstängerna till en stång igen innan knäknings h vippningskntrllen genmförs. ÖVERFÖRINGING AV SNITTKRAFTER. Välj vilka laster sm skall föras över till ståldimensineringen. Valet går till på samma sätt sm vid utskrift. OBS! Markeras flera lastkmbinatiner (brtt/bruks 2:a rdningens teri, kmmer dessa vid överföring av tvärsnittskrafter till ståldimensineringen att adderas. Lastkmbinatinerna skall kntrlleras var för sig. 2

3 INDATA / BERÄKNINGSGÅNG ( BSK99 ) Ståldimensinering finns både enligt BSK99 h EC3 ( ENV Eurde N.3 ). Beskrivning av EC3 kmmer längre fram i manualen. Här finns möjlighet att markera samtliga eller det antal stänger man önskar kntrllera. Vid kntrll av tex. En pelare eller balk sm sträker sig över fler stänger, markerar man dessa stänger h kryssar därefter i rutan längst till höger. På detta sätt behandlas dessa stänger sm en kntinuerlig stång i beräkningen. Säkerhetsklass 1, 2, 3 mtsvaras av låg, nrmal h hög. Kntrlklass 1 h 2 mtsvaras af skärpt h nrmal. Materialkeffiient default Tillverkning (svetsad, varm- eller kallvalsat). Klika på pilen till höger h välj. Stålkvalitet. Klika på pilen till höger h välj. E-Mdul sättes default till 210 Gpa, men kan ändras av användaren. Flytspänningarna sättes av prgrammet efter vald stålkvalitet, men kan ändras. Markera stänger För att prgrammet skall veta vilka stänger, sm skall kntrlleras, skall de önskade stängerna markeras. Markeras alla stänger eller ett önskat antal utför prgrammet en ttalkntrl m inte rutan längst till höger ikryssats. Detta innebär dimensinering av tvärsnitten, utan kntrll av knäkning, vippning eller bukling. Dessa kntrller utesluts, eftersm prgrammet saknar detaljinfrmatin m varje stång. Tex. knäklängder. Kntrll av knäkning, vippning h skjuvning kan bara utföras för en stång åt gången eller en stång sammansatt av ett antal stänger, sm markerats sm sammanhängande. Detta gäller dk inte plana- h rymd-ramar, sm kan dimensineras för knäkning med knäklängder = 0.9 eller 1.0 * stånglängden. 3

4 Önskar man dimensinera en stång, markeras bara denna stång. Består den stången, sm skall dimensineras av flera delstänger, markeras alla delstängerna. Dessutm skall fältet till höger m stångtabellen markeras. Man kan markera de stänger man önskar dimensinera på följande två sätt: TVÄRKRAFTSBUCKLING. Krpp med d/tw > 69*eps för en avstyvad krpp eller d/t > 30*eps*sqrt(k_tau) för en avstyvad krpp kntrlleras för kapaitet mt tvärkraftsbukling. Defaultvärde är utan ändavstyvning. Förväntar du inga prblem med bukling väljer du detta alternativ ( du behöver inte besvara denna rutin, m detta är fallet ). Kapaiteten för flänsbukling beräknas med enkell överkritisk metd enligt avsnitt i EN Bukling utan ändavstyvningar kräver, att d/tw < 69*eps för en avstyvad krpp. Kapaiteten för krppen beräknas dk under förutsättning av ändavstyvningar, m detta är nödvändigt. Bukling med ändavstyvningar tillåter att d/tw > 69*eps h prgrammet beräknar krppens kapaitet. Bukling med änd- h mellanavstyvningar tillåter att d/t > 30*eps*sqrt(k_tau). Väljer du detta alternativ öppnas ett fönster, där du anger buklingsfältets längd h höjd. KAPACITETSBERÄKNING Efter att indatan är klar startas Kapaitetsberäkningen h resultatet presenteras på skärmen. Alla beräkningsbara kapaiteter h interaktinsfrmler redvisas. I resultatet står förklaringar till de lika betekningarna. De följer BSK. Utskriften på printer kan senare begränsas till endast aktuella utnyttjandegrader. Vi redvisar kså beräkningsparametrar för att beräkningen skall kunna följas vid en eventuell kntrll. Vid "UTNYTTJANDEGRAD" står ett snittvärde. I detta snitt finns den högsta utnyttjandegraden. Avviker dimensinerade tvärsnitt myket från de sm användes i statiken bör statikberäkningen göras m. Jämför resultaten h kntrllera att dessa inte avviker för myket. 4

5 KNÄCKNINGS-/VIPPNINGSDATA. I denna fliken anger du knäknings- h vippningslängder samt ett vippningsmment eller vippningsparametrar till beräkning av vippningsmmentet. KRITISKT VIPPNINGSMOMENT. Prgrammet beräknar kritiska vippningsmmentet ( ) r M enligt BSK sid. 55. Denna frmel gäller för dubbelsymmetriskt tvärsnitt sm är påverkat av en eller flera punktlaster. För andra belastningsfall h tvärsnitt kan M beräknas enligt HB(K) sid Här finns sidhänvisningar till r beräkningsfrmler h diagram i annan litteratur. Välj ett alternativ sm Du vet är på säkra sidan. I denna rutin kan Du ange M för någt av de andra belastningsfallen. Vid hämtning av ny stång kmmer indatafältet att nllställas. GLOBAL SNITTKONTROLL. r Kmmer Du från statiken h har en knstruktin med många standardprfiler kan det vara lämpligt att börja med denna rutin. Den glbala snittkntrllen kan ge en snabb fingervisning m hur hårt utnyttjad knstruktinen är h vilka stänger sm mer i detalj behöver undersökas. Endast stänger med standardprfil beräknas. Den redvisade utnyttjadegraden bygger på interaktinsfrmler för snittkntrll enligt BSK sid. 56 h 57. RESULTAT. Vi vill i denna sammanställning visa vilka frmler (i detta fall för dubbelsymmetriska I-tvärsnitt) det är sm ligger bakm varje betekning i resultatutskriften samt ge en sidhänvisning till handbken Bygg, Knstruktinsteknik (HB(K)) eller BSK. UTSKRIFT AV RESULTAT. 5

6 När dimensineringen är klar tas resultatet ut på printer. Det sm visas på skärmen skrivs ut. Man kan även innan utskrif redigera denna m layuten inte är tillfreds, kmmentarer kan läggas till et. SNITTKRAFTER M (mment) h V (tvärkraft) mtsvarar krafter sm påverkar stången i styva riktningen. x y x M (mment) h V (tvärkraft) mtsvarar krafter sm påverkar stången i veka riktningen. y T står för trsinsmment (vridmment). N (nrmalkraft) anges med negativt teken för tryk h psitivt för drag. Anges ingen knäklängd (under fliken knäkning/vippning), dvs. de har värdet 0, väljer prgrammet autmatiskt hela stånglängden (sista snittvärdet). Detta gäller även då ingen styning eller stagbing förekmmer. TVÄRKRAFTSKAPACITETER. M Rxd, M R Mmentkapaitet (dragen kant). x/y står för styva/veka riktningen. M = η W f t BSK sid. 53, HB(K) sid N Dragkraftskapaitet. N = Agr f där A gr är tvärsnittets bruttarea. BSK sid. 57, BH(K) sid M Rxd Mmentkapaitet i styva riktningen, trykt kant. Innehåller reduktinsfaktr för vippning. M Rxd = ω η b W f BSK sid. 53, HB(K) sid N Trykkraftskapaitet. x/y står för styva/veka riktningen. Innehåller reduktinsfaktr för knäkning i resp riktning. N = ω A gr f BSK sid. 58, HB(K) sid T Vridmmentkapaitet. T = Z v f där v BSK sid. 63, HB(K) sid Z är vridmtståndet enl. plastiitetsteri. V Tvärkraftskapaitet. Innehåller reduktinsfaktr för skjuvbukling. V = b t = ω v Aw f där w w w A BSK sid. 60, HB(K) sid Uttnyttjandegrad (interaktinsfrmler): 6

7 Snittkntrll N d M xd N + M x N M Rxd BSK sid. 56, HB(K) sid Alla de villkr sm gäller för expnenten finns naturligtvis med i prgrammet. α β N d M M xd N + M x + M y N M Rxd M R BSK sid. 56, HB(K) sid Alla de villkr sm gäller för expnenten finns naturligtvis med i prgrammet. Böjknäkning N + M x Böjknäkning kring x-axeln (styva riktningen). x N d M xd η N Rxd M Rxd BSK sid. 58, HB(K) sid där ω 0. 8 = x y N + M y Böjknäkning kring y-axeln (veka riktningen). N N d R α M + M R BSK sid. 58, HB(K) sid y 1.00 där α ω 0. 8 α h ω 0. 8 = y y = y Böjvridknäkning x N d M xd N + M x N Rxd M Rxd BSK sid. 59, HB(K) sid där ω 0. 8 x = x α β y N + M x + M y N d M M xd N R M Rxd M R y = ω y 0.8 BSK sid. 59, HB(K) sid där α = α ω x 0. 8, β β = h Beräkningsparametrarna har vi tagit med för att Du vid en eventuell handberäkningskntrll skall kunna följa beräkningsgången. Dessa kan naturligtvis väljas brt vid resultatutskrift. 7

8 β För att bestämma tvärsnittsklass. Tvärsnittsklassernas gränser - β pl, β el. BSK sid , HB(K) sid λ Ett mått på tvärsnittsdelens slankhet (effektiva tjklekar). HB(K) sid η Frmfaktrer. Finns med lite varstans i nrmen. BSK sid. 52-, HB(K) sid λ λ x BSK sid. 50, HB(K) sid λ yx BSK sid. 50, HB(K) sid λ b BSK sid. 54, HB(K) sid λ BSK sid. 61, HB(K) sid w Se mtsvarande sidr sm för λ. 8

9 STÅLDIMENSIONERING EC3. Förutsättningar h restriktiner. I prgrammet används benämningen 'stark' h 'svag' riktning. Krafter sm påverkar stången i den starka riktningen beteknas My h Vz, medan krafter i den svaga riktningen beteknas Mz h Vy. Tvärsnittsvärdena följer samma lgik, Iy, Wy.s.v. beteknar den starka riktningen, medan Iz, Wz.s.v. beteknar den svaga. Figurerna nedanför visar aktuella riktningar. Stark riktning Svag riktning Betekningar sm hänvisar till stark riktning: Mz Vy Iy Wy Wpy M Nk NE λ y Psitivt mment = tryk i OK Betekningar sm hänvisar till svag riktning: Mz Vy Iz Wz Wpz Mzd Nkzd NEzd λ z Psitivt mment = tryk i vänster sida Nrmalspänningar av nrmalkraft h böjmment beräknas med Naviers frmel, med antagelsen av, att lika tvärsnitt förblir lika vid böjning. Skjuvspänningar av vridmment beräknas efter Saint-Venants teri. Dvs. att vridningsmmentet antas ge Saint- Venantske skjuvspänningar. Denna antagelse är riktig för vridningsplana, irkuläre tvärsnitt. Antagelsen gäller för slutna tvärsnitt samt tvärsnitt med rektangulära tunnväggiga delar, sm utgår från ett punkt tex. kryssprfiler. Prgrammet aepterar alla flytgränser. Flytgränsens berende av gdstjkleken finns med. Vid överföring av snittkrafter från statikprgrammet h vid användning av rutinen 'Kapaitet markerade stänger' dimensineras ike stänger, där tvärsnittet är beskrivet mha. areal h tröghetsmment eller mha. xykrdinater. Dimensinering Dimensinering av stålknstruktiner företas i brttgränstillstånd. Räkningsmässig flytgräns f bestäms, genm att karakteristisk flytgräns fyk divideras med materialekeffiienten m. Partialkeffiienten m fremgår av BSK 99. 9

10 Följande värden används för stål: Densitet 7,85 kg/dm 3 Elastiitetsmdul E = 5 2,1 10 N / mm G-Mdul G = 5 0,8 10 N / mm Tværkntraktinstal ν = 0, 3 Længdeudvidelseskeffiient α 5 1 = 1,2 10 C 2 2 Prfilöversikt Prfilöversikten innehåller alla tillåtna prfiltyper. Bara hattprfilen ingår ike i denna prgramversin. T-prfiler i nedanstående figur är vänd 180 grader. Prgrammet bestämmer först prfilens tvärsnittsklass. Därefter beräknas tvärsnittets kapaitet för aktuella snitt 10

11 h snittkrafter. Förekmmer tex. ike mment Mz, beräknar prgrammet ike kapaiteten för Mz sv. BUCKLINGSKAPACITET. Om krppens slankhet h/t > 69*eps beräknas kapaiteten för flänsbukling. Knäkning av stänger Anges ingen knäklängd, väljer prgrammet knäklængd = stånglängd. För L-prfiler beräknas knäkning mkring huvudaxlarna. I övrigt beräknas alltid knäkning både m stark h svag axel. Vippning För att kunna genmföra en vippningsberäkning behöver man först beräkna det elastiska kritiska mment M_ri, sm ingår i själva vippningskntrllen. Detta mment är berende av stangens belastning h ändinspänningsförhållanden samt avstånd mellan fasthållningspunkterna mt sidvis utböjning. För att göra vippningskntrllen möjlig för användaren, har vi valt att erbjuda användaren valet mellan att ange M- ri eller låta prgrammet beräkna det elastiskt kritiska mment med hjälp av den generella frmel för M_ri i appendix F. I denna frmel ingår knstanterne C1, C2 g C3, sm avhänger av stångens belastning h finns i appendix F (tabell F1.1 g F1.2. ) för lika belastningstillfällen. Dessutm ingår effektiv-längdfaktrer k h kw. Dessa varierar från 0.5 vid full inspänning till 1.0 vid ingen inspänning, med 0.7 när den ene ändan är inspänd h den andre fri. Knäkningslängd axel y-y: Knäkning m stark axel. Knäkningslängd axel z-z: Knäkning m svag axel Vippningslängd: I detta fält anges avståndet mellan de punkter, där trykflänsen är fasthållen mt vippning. Är stången tex. 8m lång h du anger 2 m, indelar prgrammet stången i 4 st 2 m delar h kntrllerar den 2 metersdel där mmentet är störst. Är trykflänsen ike fasthållen mt vippning, anger du vippningslängd = stångens längd. Känner du det elastiska kritiska mmentet, kan du ange det i detta fält. Anger du ett tal > 0.0 beghöver resten av inddatavärderna inte anges, prgrammet använder det angivna Mri- mmentet i beräkningen. Effektiv längdfaktr k 1.0 vid gaffellagring i bägge änder. 0.7 vid inspänning i den ene änden h 0.5 vid inspänning i bägge änder. Effektiv längdfaktr kw: 1.0 vid behindrad välvning vid stångänder. 0.5 vid inspänning (förhindrad välvning i bägge stångänder. Vid delvis inspänning väljer du kw mellan 0.5 h 1.0.avhängigt av inspänningens strlek. Lastangreppspunkt za: är avståndet från tvärsnittets skjuventrum till lastens angreppspunkt. Psitiv för laster, sm angriper över skjuventrum h negativ m lasten angriper under. Detta avstånd är viktigt. Lastens belägenhet påverkar resultatet av vippningsberäkningen. Faktrerna C1, C2 g C3 avhänger av last h inspänndingsförhållanden h är tabellerade i DS/ENV , appendix vippning. 11

12 KAPACITETSBERÄKNING. Genm att klika på knappen EC3 startas beräkningen. Utskriften sker på samma sätt sm resultatudskriften i statikmdulen. Avhängigt av m du har markerat i fältet till höger m stånglistan eller ike får du lika resultatutskrifter: Utan markering i fältet till höger utförs en tvärsnittskntrll av valda stänger. Dk skall man vid kntrll av ramar markera hur knäklängden skall beräknas. Markerar man först en stång eller en stångs delstänger h dessutm markerar fältet till höger m stånglistan, skall indata i bägge efterföljande fält besvaras. Grafisk visning av utnyttjandegraderna Denna rutin kan bara användas, m du kmmer från statikmduln. Resultatet visas först i en kmpakt h översiktlig tabell på skärmen. Därefter visas knstruktinen grafisk på skärmen bakm listan, där stängernas utnyttjandegradr anges med hjälp av lika färger: Utnyttjandegrad > 1 röda stänger Utnyttjandegrad > 0.8 lilla stänger Utnyttjandegrad > 0.5 blå stänger Utnyttjandegrad > 0.25 bruna stänger Utnyttjandegrad < 0.25 gröna stänger Användaren kan alltså medelbart se för vilka stänger prfilvalet behöver ändras. Genm att klike med musen på en stång, visas aktuelt stångnummer. Önskar man skriva ut tabellen, väljer du printer eller textfil i printermenyn. Vi vill gärna förrda alternativet textfil. Sänder du resultatutskriften till textfil, sm du själv namnger, kan du imprtera filen med Wrd sv. h infga den i ditt dkument. Du slipper att lägga resultatet sm bilagr. Utskrift av resultat Med denna rutinen kan resultatet för kapaitetsberäkningen för 'enskilld stång' skrivas ut. Stänger i tabellöversikten, där utnyttjandegraden är > 1, kan bara behandlas enskillt. Det är ike möjligt att köra ttalkntrllen med ändrade prfilval. Vid ttalkntrllen hämtas prfilvalet alltid från indatafilen i statikmdulen. 12