Кристалл и комета. Новые возможности расчета и конструирования несущих элементов и узлов стальных конструкций

1. КРИСТАЛЛ и КОМЕТА новые возможности расчета и конструирования несущих элементов и узлов стальных конструкций

“Компьютерное моделирование конструкций и сооружений”
Киев, 11-12 октября 2016
КРИСТАЛЛ и КОМЕТА
новые возможности
расчета и конструирования
несущих элементов и узлов
стальных конструкций
Юрченко В. В., к. т. н.
ведущий научный сотрудник SCAD Soft
доцент Киевского национального университета строительства и архитектуры

2.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчет элементов металлических конструкций по EN1993-1-1
Главное окно программы
Информационные режимы:
Сталь
Сортамент
металлопроката
Болты
Расчетные режимы:
Геометрические
характеристики
Сопротивление сечений
Болтовые соединения
Сварные соединения
Критический момент
Огибающие
Балки
Стойки
Связи
Фермы
Киев, 11-12 октября, 2016
2/44

3.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Исходная информация о сечении
Геометрическая длина
элемента
Типы поперечных сечений,
несущих стержневых
элементов, реализованные
в программе
АВТОМАТИЧЕСКИЙ
ПОДБОР сечений по списку
сортамента
Детальный ПРОВЕРОЧНЫЙ
РАСЧЕТ несущей
способности
Киев, 11-12 октября, 2016
3/44

4.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Внутренние усилия в сечении
Общий случай нагружения
(произвольное количество
комбинаций)
ДЛЯ ВСЕХ ТИПОВ СЕЧЕНИЙ!!!
Импорт расчетных
сочетаний усилий
из вычислительного
комплекса SCAD
Киев, 11-12 октября, 2016
4/44

5.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Главное окно программы и классы сечений
1 класс – “полный
шарнир”
2 класс – упругопластические деформации
стали
3 класс – упругие
деформации стали при
отсутствии потери местной
устойчивости
4 класс – потеря местной
устойчивости элементов
сечения
Киев, 11-12 октября, 2016
5/44

6.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Учет закритический работы элементов конструкций (EN1993-1-1)
Концепция «эффективной ширины» элементов сечений
b
“Эффективная ширина” тонкой пластины при
отсутствии несовершенств (по вон Карману):
cr ,beff
k 2 E
b
12 1 v 2 eff
t
2E
2
b
f y p p
beff
2
Расчетные
напряжения
Фактические
напряжения
Nx
0,5be
0,5be
bf
bf,c
bf,in
a
fy
r
R
Nx
E
1
1
f y p p
u
cr
h
hc
hin
u
beff
b
0,5be
0,5be
1,0
0,8
фон Карман
Вінтер
0,6
“Эффективная ширина” тонкой пластины с
несовершенствами (по Винтеру):
0,4
beff
Ейлер
0,2
0
p
0
1,0
2,0
b
fy
fy
1 0, 22
b
1
,
052
1
;
p
cr
t k E
p
p
3,0
Киев, 11-12 октября, 2016
6/44

7.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Построение эффективного сечения и корректировка усилий
Расчет “эффективных”
ширин сжатых элементов
сечения, учитывающих
местную потерю
устойчивости
Корректировку внутренних
усилий необходимо выполнять
только:
► для расчетных сечений, в
которых происходит местная
потеря устойчивости элементов
сечения (стенок, полок);
► и только лишь в тех случаях,
когда такая корректировка
приводит к увеличению
значений изгибающих моментов
M y , jkm M y , jkm N jkm ez , jkm
M z , jkm M z , jkm N jkm e y , jkm
Киев, 11-12 октября, 2016
7/44

8.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Прочностные проверки при осевом растяжении и сжатии
Прочность на сжатие при действии продольной силы N – пп. 6.2.4:
N jkm
Когда Aeff , jkm Ag , j
N cRd , jkm
N jkm M 0
f y , j Aeff , jkm
1,0
4 класс
Когда Aeff , jkm Ag , j
2, 3 классы
N jkm
N cRd , j
N jkm M 0
Ag , j f y , j
1,0
Прочность на растяжение
при действии продольной
силы N – пп. 6.2.3:
N jkm
N tRd , j
N jkm M 0
Ag , j f y , j
1,0
Киев, 11-12 октября, 2016
8/44

9.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Прочностные проверки при изгибе
Изгибная прочность при действии момента My (Mz) – пп. 6.2.5:
4 класс
2, 3 классы
M y , jkm
M cRd , jkm
M
y , jkm
N jkm ez , jkm M 0
W y ,eff , jmk f y , j
M y , jkm M 0
1,0
W y ,el , j f ya , j
1 0
Изгибная прочность при косом изгибе – пп. 6.2.9.3:
4 класс
M 0 M y , jkm N jkm ez , jkm
f y , j
W y ,eff , jmk
2, 3 классы
M z , jkm N jkm e y , jkm
1,0
Wz ,eff , jmk
M 0 M y , jkm
M z , jkm
1,0
f y , j W y ,el , j Wz ,el , j
Сдвиговая прочность при действии поперечной силы Qz (Qy) –
пп. 6.17...6.20:
Qz , jmk S y , j M 0
0,58 I y , j t w f y , j
1,0 3, 4 классы
Qz , jmk M 0
0,58 f y , j Avz , j
1,0
Киев, 11-12 октября, 2016
2 класс
9/44

10.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
f y , j Avz , j
Qz , jkm
Прочностные проверки на совместное действие при
2 3 M 0
Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента
My (Mz) и поперечной силы Qz (Qy) – пп. 6.2.8:
M y , jkm M 0
2
A
vz
,j
2 класс: f
W
y, j
y , pl , j 4t
w, j
M y , jkm M 0
3 класс:
A
f y , j W y ,el , j
6
t
w, j
2
vz , j
1, 0
1, 0
2Qz , jkm M 0
1
0, 58 A f
vz , j y , j
M
4 класс:
y , jkm
2
N jkm ez , jkm M 0
A
f y , j W y ,eff , jkm
6t w , j
2
vz , eff , jkm
1, 0
Изгибная прочность при одновременном действии изгибающего момента
My, продольной N и поперечной Qz сил – пп. 6.2.10:
N jkm
N cRd , jkm
M y , jkm N jkm ez , jkm
M y ,cRd , jkm
2
M yf , pl , Rd , j 2Qz , jkm M 0
1
1 1,0
M y , pl ,cRd , j 0,58 f y , j Avz , j
Киев, 11-12 октября, 2016
10/44

11.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Прочностные проверки на совместное действие
Изгибная прочность при одновременном действии изгибающих
моментов My, Mz и продольной силы N – пп. 6.2.9:
2 класс:
для двутавровых сечений:
5 N jkm M 0
2;
1,0
Ag , j f y
для прямоугольных труб:
M y , jkm M z , jkm
1,0
M
M
Ny , Rd , j Nz , Rd , j
3 класс:
4 класс:
N jkm
Ag , j f y , j
N jkm
Aeff , jkm f y , j
M y , jkm
W y ,el ,min, j f y , j
M z , jkm
Wz ,el ,min, j f y , j
M y , jkm N jkm ez , jkm
W y ,eff ,min jkm f y , j
1,66
N jkm M 0
1,0 1,13
Ag , j f y , j
1
2
6,0
M0
M z , jkm N jkm e y , jkm
Wz ,eff ,min jkm f y , j
1
M0
Киев, 11-12 октября, 2016
11/44

12.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Проверки устойчивости при центральном сжатии
Несущая способность, ограниченная изгибной формой потери
устойчивости при действии сжимающей силы – пп. 6.3.1:
4 класс:
N jkm M 1
1,0
y , jmk Aeff , jmk f y , j
N jkm M 1
1,0
z , jmk Aeff , jmk f y , j
2, 3 классы:
N jkm M 1
1,0
y , j Ag , j f y , j
N jkm M 1
1,0
z , j Ag , j f y , j
Киев, 11-12 октября, 2016
12/44

13.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Проверки устойчивости при центральном сжатии
Несущая способность, ограниченная
крутильной и изгибно-крутильной формами
потери устойчивости – пп. 6.3.1:
2, 3 классы:
N jkm M 1
T , j Ag , j f ya , j
1 0
N jkm M 1
TF , j Ag , j f ya , j
1 0
4 класс:
N jkm M 1
T , jmk Aeff , jmk f y , j
N jkm M 1
TF , jmk Aeff , jmk f y , j
1,0
1,0
Киев, 11-12 октября, 2016
13/44

14.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Проверки устойчивости при центральном сжатии
Изгибные формы выпучивания при центральном сжатии:
i y2, j
iz2, j
N cr , y , j E 2 Ag , j ; N cr , z , j E 2 Ag , j
lef , y
lef , z
2
2
Крутильная форма выпучивания при центральном сжатии:
GI t , j
2 EI , j
2 EI , j
1
N cr ,T , j 2
2 GI t , j 2
2
2
2
i y , j iz , j y0, j z0, j i0, j
lef ,T , j
lef2 ,T , j
Изгибно-крутильная форма выпучивания при центральном сжатии:
N cr ,TF , j
N cr , y , j i0,2 j
2 i0,2 j y0,2 j
1 N cr ,T , j
N cr , y , j
2
2
y0, j N cr ,T , j
N cr ,T , j
1
4
N cr , y , j
i0, j N cr , y , j
Киев, 11-12 октября, 2016
14/44

15.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Проверки устойчивости плоской формы изгиба
Несущая
способность,
ограниченная потерей
общей устойчивости
плоской формы изгиба
при действии
изгибающего момента –
пп. 6.3.2.1, 6.3.2.2:
4 класс:
M
y , jkm
N jkm ez , jkm M 1
LT , jmkW y ,eff , jmk f y , j
1,0
2, 3 классы:
M y , jkm M 1
LT , jW y ,el , j f y , j
1,0
Киев, 11-12 октября, 2016
15/44

16.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Вычисление критического момента
EI z , j
2
M cr , y , j C1, j
kz , j Lj
2
2
k
L
GI
I y,j
k
I
2
z,j j
t,j
z,j
w,j
C
z
C
z
C
z
2, j g , j
2, j g , j
3, j j , j
I y , j I z , j kw , j I z , j
2 EI z , j
C1, j – коэффициент, учитывающий характер эпюры
изгибающего момента;
C 2 , j – коэффициент, учитывающий положение точки
приложения нагрузки по отношению к центру сдвига;
C 3 , j – коэффициент, учитывающий ассиметрию сечения
относительно оси большей жесткости;
k z , j L j – расчетная длина элемента при проверке устойчивости
плоской формы изгиба (расстояние между поперечным
раскреплением элемента из плоскости изгиба);
kw , j L j – расстояние между сечениями элемента,
закрепленными от депланации
Киев, 11-12 октября, 2016
16/44

17.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Критический момент» (EN1993-1-1)
Главное окно программы
C2
C1
Киев, 11-12 октября, 2016
17/44

18.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений» (EN1993-1-1)
Проверки устойчивости при совместном действии
Несущая способность,
ограниченная потерей общей
устойчивости при
одновременной действии
продольной силы и моментов
– пп. 6.3.3:
N jkm
N b , Rd , jkm
N jkm
N b , Rd , jkm
k yy
k zy
C m , LT M y , Ed N jkm ez , jkm
M yb , Rd , jkm
C m , LT M y , Ed N jkm ez , jkm
M yb , Rd , jkm
k C M
mz
yz
k C M
mz
zz
z , Ed
N jkm e y , jkm
M z , Rd , j
z , Ed
N jkm e y , jkm
M z , Rd , j
1 ;
M1
1 ;
Киев, 11-12 октября, 2016
M1
18/44

19.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
ЧТО НОВОГО???
Автоматизированное построение
областей несущей способности
Киев, 11-12 октября, 2016
19/44

20.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
ЧТО НОВОГО???
Автоматизированное построение
областей несущей способности
Киев, 11-12 октября, 2016
20/44

21.

КРИСТАЛЛ 21.1.1.1
Расчетный режим «Сопротивление сечений»
ЧТО НОВОГО???
Автоматизированное построение
областей несущей способности
Киев, 11-12 октября, 2016
21/44

22. КОМЕТА 21.1.1.1 Расчет узлов металлических конструкций Главное окно программы

Объект проектирования –конструкция узла определенного типа
Задача – автоматизированный подбор неизвестных параметров конструкции узла
при удовлетворении ограничений несущей способности ее элементов, а также
конструктивных и сортаментных ограничений
Расчетные режимы :
Жесткие базы колонн
Шарнирные базы колонн
Стыки балок
Узлы сопряжений ригелей с
колоннами
Узлы ферм
Типовые узлы
Киев, 11-12 октября, 2016
22/44

23.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Технология работы с программой
Задание исходной информации
Генерирование
чертежа узла стадии
КМ
Гибкое корректирование
проектного решения
Подбор рационального
проектного решения
Проверка
несущей способности
Киев, 11-12 октября, 2016
23/44

24.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Жесткие базы колонн»
Типы конструкций узлов
жестких баз колонн
Общий случай
загружения колонны
Несколько расчетных
комбинаций нагружения
Киев, 11-12 октября, 2016
24/44

25.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Жесткие базы колонн»
Ввод исходных данных:
сечение колонны, марки стали
колонны и опорной плиты,
класс бетона
Чертеж узла базы колонны с
возможностью экспорта в AutoCAD
Киев, 11-12 октября, 2016
25/44

26.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Жесткие базы колонн»: ЧТО НОВОГО?
«Кривые взаимодействия»
- НОВАЯ страница
Автоматическое построение
области несущей способности
базы колонны в осях:
«N-My», «N-Mz», «My-Mz», «MyQz», «Mz-Qy» и «N-Qy», «N-Qz»
Киев, 11-12 октября, 2016
26/44

27.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Жесткие базы колонн»: ЧТО НОВОГО?
«Кривые взаимодействия»
- НОВАЯ страница
Автоматическое построение
области несущей способности
базы колонны в осях:
«N-My», «N-Mz», «My-Mz», «MyQz», «Mz-Qy» и «N-Qy», «N-Qz»
Киев, 11-12 октября, 2016
27/44

28.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»
Ввод исходных данных:
сечение колонны, марки стали
колонны и опорной плиты,
класс бетона
Типы конструкций узлов
шарнирных баз колонн
Киев, 11-12 октября, 2016
28/44

29.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»
Несколько расчетных
комбинаций нагружений
Чертеж узла шарнирной базы колонны с
возможностью экспорта в AutoCAD
Две компоненты
поперечных усилий
Киев, 11-12 октября, 2016
29/44

30.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»: ЧТО НОВОГО?
В диаграмму факторов
ДОБАВЛЕНЫ:
«Прочность опорной плиты
на изгиб от действия
сосредоточенных сил усилий растяжения в
анкерных болтах»
«Сопротивление сдвигу,
воспринимаемое трением
на контакте опорная плита
- бетон фундамента»
«Несущая способность
поперечного сечения
колонны»
KRISTALL:
Киев, 11-12 октября, 2016
30/44

31.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Шарнирные базы колонн»: ЧТО НОВОГО?
Автоматическое поcтроение
области несущей способности
шарнирной базы колонны
в осях «N-Qy», «N-Qz» и «Qy-Qz»
Киев, 11-12 октября, 2016
31/44

32.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»
Монтажные стыки балок
на фланцевых соединениях
Монтажный стык балок на накладках
Киев, 11-12 октября, 2016
32/44

33.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»
Общий случай загружения
Несколько расчетных комбинаций
нагружений
Ввод исходных данных: сечение балок и
марки стали, тип болтов,…
Киев, 11-12 октября, 2016
33/44

34.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»: ЧТО НОВОГО?
«Кривые взаимодействия»
- НОВАЯ страница
Автоматическое построение области
несущей способности стыка балок в
осях «M-N», «M-Q» и «N-Q»
Киев, 11-12 октября, 2016
34/44

35.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»: ЧТО НОВОГО?
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОТРОЕНИЕ
областей несущей способности
стыка в осях «M-N», «M-Q» и «N-Q»
Киев, 11-12 октября, 2016
35/44

36.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»: НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Стыки балок с НЕРАВНОМЕРНЫМ
распределением болтов
ВДОЛЬ СТЕНОК
Киев, 11-12 октября, 2016
36/44

37.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»: НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Стыки балок с КОНЦЕНТРАЦИЕЙ
болтов вдоль растянутых
полок при РАВНОМЕРНОМ
распределении болтов вдоль стенки
Киев, 11-12 октября, 2016
37/44

38.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Стыки балок»: НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Стыки балок с КОНЦЕНТРАЦИЕЙ
болтов вдоль растянутых
полок при НЕРАВНОМЕРНОМ
распределении болтов вдоль
стенки
Киев, 11-12 октября, 2016
38/44

39.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»
Шарнирные сопряжения
Жесткие сопряжения
Киев, 11-12 октября, 2016
39/44

40.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Сопряжение ригеля
с колонной»
Ввод исходных данных: сечение
колонны и ригеля, марки стали
колонны и ригеля, оребрение и
усиление стенки колонны
Общий случай загружения
Киев, 11-12 октября, 2016
40/44

41.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»: ЧТО НОВОГО?
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ
областей несущей способности
сопряжения
Киев, 11-12 октября, 2016
41/44

42.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Сопряжение ригеля с колонной»: ЧТО НОВОГО?
В диаграмму факторов
ДОБАВЛЕНЫ:
«Несущая способность
поперечного сечения
колонны»
«Несущая способность
поперечного сечения
ригеля»
KRISTALL:
Киев, 11-12 октября, 2016
42/44

43.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Узлы ферм»: ЧТО НОВОГО?
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ
областей несущей способности
Киев, 11-12 октября, 2016
43/44

44.

КОМЕТА 21.1.1.1
Расчет узлов металлических конструкций
Расчетный режим «Узлы ферм»: ЧТО НОВОГО???
KRISTALL:
Диаграмма факторов ПОПОЛНЕНА
коэффициентами использования
ограничений несущей способности
элементов стержневых узла фермы
Киев, 11-12 октября, 2016
44/44

45. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

“Компьютерное моделирование конструкций и сооружений”
Киев, 11-12 октября 2016 г.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Юрченко В. В., к. т. н.
ведущий научный сотрудник SCAD Soft
доцент Киевского национального университета строительства и архитектуры