Wpływ podatności węzłów na przechył zastępczy w pozasprężystej analizie szkieletów stalowych

• Autorzy: Tylek I. , Kuchta K.

Warianty tytułu

EN

Influence of joints rigidity on steel building frames equivalent tilt in post-elastic analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

According to contemporary standard recommendations for design of steel structures imperfections are taking into account in the stage of static analysis. Most often these are equivalent geometrical imperfections in the form of equivalent initial tilt of frame as a whole and equivalent initial bow of compressed bar which indirectly allow to take into consideration also imperfections other than geometrical. In this paper imperfection problems were analyzed with the use of statistical approach, utilizing bar-disk model of multistory building frame and statistically based geometrical imperfections. Model of effective random equivalent initial tilt formulated by Machowski on the basis of steel skeleton column initial tilts statistical analysis was used. The aim of this paper was analysis influence of joints rigidity on statistically based frame equivalent initial tilt value in the context of Polish standards currently in force. Comparative calculations were conducted for exemplary 9-story steel building frame. Two-dimensional bar structure model with regular mesh and elastic-plastic (bilinear) model of material was assumed. Large displacements (translations and rotations) and effect of stress stiffening were take into account. Random initial tilts of column or whole structure were introduced in the form of random horizontal equivalent forces. Random equivalent initial tilt for frame as a whole was determined according to criterion of imperfectional forces work increase for limit point on equilibrium path. In analyzed case values of frame random equivalent initial tilts turned out to be dependent on joint rigidity what indicates need of further analysis of described phenomenon.

Słowa kluczowe

PL

przechył zastępczy; szkielet stalowy; analiza pozasprężysta; węzeł podatny

EN

equivalent tilt; steel skeleton; post-elastic analysis; semi-rigid joint

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 2
• Strony: 285--299
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il.

Twórcy

autor

Tylek I.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych

autor

Kuchta K.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych

Bibliografia

• [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.