mk-p02(30.11.10.)-metode proracuna.dimenzionisanje

63
Metalne konstrukcije Metalne konstrukcije Metalne konstrukcije Metalne konstrukcije 2010./2011. 2010./2011. Predavanje br. 2 / 30.11.10.

Upload: smaja1986

Post on 30-Dec-2015

185 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

fbggbdfv

TRANSCRIPT

Page 1: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije2010./2011.2010./2011.Predavanje br. 2 / 30.11.10.

Page 2: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 22

SADRŽAJ PREDAVANJA

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA2.1.1 UVOD2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONA2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

2.2 PRORAČUN I KONSTRUISANJE NOSEĆIH ELEMENATA ČEL.KONST. 2.2.1 Proračun i konstruisanje aksijalno zategnutih štapova2.2.2 Proračun i konstruisanje ekscentrično zategnutih štapova2.2.3 Proračun i konstruisanje aksijalno pritisnutih štapova

Page 3: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 33

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA2.1.1 UVOD

Do kraja 19. veka projektovanje i proračun kao računski dokaz nosivosti i sigurnosti konstrukcija je bilo nepoznatoOsnovni principi građenja: iskustvo i analogija sa sličnim, (uspešno) izgrađenim konstrukcijama (primeri: katedrale u zapadnoj Evropi)Druga polovina 19. veka - razvoj matematike i primenjene mehanikePostepena primena matematičkih i mehaničkih modela u proračunu konstrukcijaSavremeno građevinarstvo: faza projektovanja obavezno prethodi izvođenju radovaCilj projekta: sigurnost, funkcionalnost, trajnost, ekonomičnost, izvodljivost i estetika objekta

Page 4: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 44

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA - UVODDo kraja 19. veka projektovanje i proračun kao računski dokaz nosivosti i sigurnosti konstrukcija je bilo nepoznato

Osnovni principi tradicionalnog građenja: iskustvo i analogija sa sličnim, (uspešno) izgrađenim konstrukcijama (primeri: katedrale u zap. Evropi)

Druga polovina 19. veka - razvoj i postepena primena matematike i primenjene mehanike u proračunu konstrukcija

Savremeno građevinarstvo: faza projektovanja obavezno prethodi izvođenju radova

Cilj projekta: sigurnost, funkcionalnost, trajnost, ekonomičnost, izvodljivost i estetika objekta

Page 5: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 55

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA - UVOD

Kriterijum sigurnosti: najvažniji

Projekat konstrukcije obezbeđuje uslove da konstrukcija primi sva očekivana opterećenja uz odgovarajući stepen sigurnosti

Period obezbeđivanja sigurnosti: faza montaže i faza eksploatacije

Ako kriterijumi sigurnosti nisu ispunjeni, sledi lom konstrukcije ili njenog dela, ili gubitak stabilnosti konstrukcije kao celine

Posledice: žrtve i materijalna šteta

Zaključak: projektant nosi veliku odgovornost

Page 6: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 66

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA - UVODKriterijum funkcionalnosti konstrukcije: zadovoljenje zahteva bitnih za funkcionisanje objekta u skladu sa njegovom namenom (npr.: štetne deformacije, vibracije, itd.)

Kriterijum trajnosti konstrukcije: izbor i kvalitet materijala, kvalitetizvođačkih radova, konstrukciona rešenja, antikoroziona zaštita (AKZ), protivpožarna zaštita (PPZ)

Kriterijum ekonomičnosti: min. težina, jednostavna izrada i montaža...

Kriterijum izvodljivosti: tehnološke mogućnosti potencijalnih izvođača, mogućnosti transporta, uslovi lokacije, itd.

Kriterijum estetike: vidni delovi konstrukcije bitno utiču na estetiku

Page 7: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 77

2.1 METODE PRORAČUNA KONSTRUKCIJA - UVODMetode proračuna sigurnosti i funkcionalnosti konstrukcije:

1. determinističke; 2. probabilističke

Podela je izvršena prema pristupu određivanju sigurnosti i načinu uvođenja koeficijenta sigurnosti

Deterministički pristup (stariji): sve karakteristike materijala, opterećenja i koeficijent sigurnosti (ν), se smatraju determinisanim (određenim) vrednostima i propisuju se tehničkim propisima i standardima

Koeficijent sigurnosti daje dozvoljene napone u elementima konstrukcije

Deterministička metoda proračuna se zasniva na dopuštenim naponima, i najčešće se naziva metoda ili teorija dopuštenih napona

Page 8: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 88

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONARazvoj linearne teorije elastičnosti omogućio je analizu ponašanja čeličnih konstrukcija u domenu elastičnog – linearnog ponašanja

Eksperimenti (radni dijagram čelika) su pokazali da je čelik do granice razvlačenja idealno elastičan materijal, koji se ponaša saglasno Hukovom zakonu (E = σ / ε)

Po ovoj metodi napon na granicirazvlačenja (fy) određuje početak loma

feDirektna posledica usvojenih pretpostavkije nastanak metode dopuštenih napona

Prihvaćena i danas

Page 9: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 99

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONAMetoda dopuštenih napona: usled spoljašnjeg opterećenja, ni ujednom preseku konstrukcije, max. normalni (σmax) i smičući (τmax) napon ne smeju da budu veći od dopuštenih (σdop i τdop), odnosno:

σmax ≤ σdop = fy / ν ..........(2.1)

τmax ≤ τdop = ( fy / ) / ν ...(2.2) fu

fy = napon na granici razvlačenjaν > 1,0; koeficijent sigurnosti fy

σdop

3

Page 10: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1010

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONA

Zadovoljenje uslova dopuštenih napona obezbeđuje:1. sigurnost od loma2. trajno elastično ponašanje elemenata konstrukcije

Koeficijent sigurnosti pokriva:1. nesigurnosti oko procene opterećenja2. nesigurnosti oko procene karakteristika materijala3. nesigurnosti oko tačnosti geometrije elemenata konstrukcije4. odstupanja stvarnih statičkih uticaja od računskih

(netačne pretpostavke, netačnost statičkih metoda)

Page 11: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1111

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONA

ANALIZA OPTEREĆENJA – PODELA OPTEREĆENJA

- Prema promeni u vremenu i prostoru: stalna, promenljiva

- Prema odgovoru konstrukcije na delovanje: statička, dinamička

-Prema pravcu delovanja: vertikalna, horizontalna, kosa

- Prema načinu apliciranja: koncentrisana, linijska, površinska, zapreminska

- Prema karakteru: osnovna, dopunska, izuzetna

Page 12: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1212

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONA

Kombinacija opterećenja: istovremeno dejstvo više različitih opt. Za različite elemente konstrukcije merodavne različite kombinacije opt.Provera napona se vrši za uticaje (M, T, N) od merodavnih kombinacijaPri kombinovanju različitih opt. sva opt. se uzimaju sa 100% vrednostiZa različite kombinacije opt. je propisan različit koeficijent sigurnostiPropisi definišu tri slučaja opt. i odgovarajuće koeficijente

Nema redukcije opt. koja bi uzela u obzir smanjenu verovatnoćuistovremenog delovanja više različitih promenljivih opterećenja

Page 13: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1313

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONAOdnosi vrednosti koeficijenata sigurnosti i posledice:νI / νII = 1,50 / 1,33 = 1,125 → II slučaj opt. je merodavan samo ako su uticaji od dopunskog opt. za 12,5% veći od uticaja usled osnovnog opt.

νI / νIII = 1,50 / 1,20 = 1,25 → III slučaj opt. je merodavan samo ako su uticaji od dopunskog opt. za 25% veći od uticaja usled osnovnog opt.

Pojedina opt. mogu menjati svoj karakter, zavisno od situacije:Primer 1: vetar u opštem slučaju ima karakter dopunskog opt.; ali za spreg za prijem vetra ovo je jedino opt. i tretira se kao osnovno;

Primer 2: bočni udari i sile kočenja kranova u opštem slučaju imaju karakter dopunskog opt.; za elemente spregova za prijem bočnih udara i sila kočenja ovo je jedino opt. i tretira se kao osnovno

Page 14: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1414

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONAOstale pretpostavke metode:

1. elementi se računaju sa srednjim naponima u presecima

2. proračun ne obuhvata zaostale napone usled valjanja, sečenja, zavarivanja i sl.

3. proračun ne obuhvata uticaje koncentracije napona pri skretanju toka sila

4. proračun ne obuhvata uticaje geometrijskih imperfekcijaelemenata

Page 15: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1515

2.1.2 METODA DOPUŠTENIH NAPONA

Zaključci:

1. učinjene aproksimacije su veoma grube

2. metoda dimenzionisanja čeličnih konstrukcija prema dopuštenim naponima je jasna i jednostavna

3. poseduje zadovoljavajuću tačnost za linearne (i nelinearne) probleme

4. Uz pravilnu primenu nikada nije bila uzrok havarije čeličnih konstrukcija

Page 16: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1616

GRANICE RAZVLAČENJA OSNOVNIH VRSTA ČELIKADebljina proizvoda [mm] → < 16 16...40 40...63 63...80 80...100

↓ Vrsta čelika fy [MPa]

Č0361 235 225 215 205 195

Č0451 275 265 255 235 225

Č0452 275 265 255 245 235

Č0453 275 265 255 245 235

Č0362 235 225 215 215 215

Č0363 235 225 215 215 215

Č0561 355 345 335 315 305

355

355

fy [MPa] fy [MPa] fy [MPa]fy [MPa]

345

345

Č0562 335 325 315

Č0563 335 315 305

ffyy ≡ Re ≡ σv

Page 17: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1717

DOZVOLJENI NAPONI [MPa ] ZA OSNOVNE VRSTE ČELIKA(DEBLJINA MATERIJALA < 16 mm, TEORETSKE VREDNOSTI)

Slučaj opterećenja → I (νI =1,50) II (νII =1,33) III (νIII =1,20)

↓ Vrsta čelika σdoz τdoz

Č0361 157

157

157

183

183

183

237

237

237

91 177 102 196 113

Č0451 106 206 119 229 132

Č0452 106 206 119 229 132

Č0453 106 206 119 229

Č0362 91 177 102 196 113

132

Č0363 91 177 102 196 113

Č0561 137 266 154 296 171

137

137

σdoz

266

266

τdoz σdoz τdoz

Č0562 154 296 171

Č0563 154 296 171

Page 18: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1818

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Uzroci nastanka: grube aproksimacije u metodi dopuštenihnapona, stohastička priroda većine promenljivih opt. (vetar, sneg, seizmika, temperatura, ljudska navala itd.)

Ideja: u proračun konstrukcija uvesti što realnije parametre

Krajnji cilj koncepta proračuna: probabilistička metoda zasnovana na primeni teorije verovatnoće

Svi parametri proračuna se uvode preko tzv. krivih raspodele

Metoda zasad nije primenljiva u inženjerskoj praksi, zbog veoma složenih krivih raspodele

Page 19: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 1919

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Pojednostavljenje metode: primenom tzv. Gausove krive raspodele za sve parametre u proračunu i primenom tzv. karakterističnih vrednosti (srednja vrednost i standardna devijacija) se određuje stepen sigurnosti

Metoda graničnih stanja primenjena u regulativama (npr. EVROKOD) predstavlja dalje pojednostavljenje postupka

Samo svojstva materijala i opterećenja su statistički obrađeni

Page 20: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2020

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJASvojstva materijala i opterećenja se uvode u proračun se preko svojih karakterističnih vrednosti

Karakteristična vrednost: veličina koja sa određenim stepenom verovatnoće neće biti prekoračena u nepovoljnijem smislu

Ostali faktori neizvesnosti obuhvataju se parcijalnim koeficijentimasigurnosti

Umesto jedinstvenog koeficijenta sigurnosti (metoda dopuštenih napona) koristi se više parcijalnih koeficijenata sigurnosti (za materijal, za opterećenja, za otpornost)

Primenjeni koncept se naziva poluprobabilistički

Page 21: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2121

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Suštinska razlika:

Deterministički koncept (metoda dopuštenog napona) - konstrukcija se dimenzioniše kao apsolutno sigurna na dejstvo normiranog opt.

Poluprobabilistički koncept (metoda graničnih stanja) - konstrukcija se dimenzioniše tako da sa određenom verovatnoćom neće doživeti izvesna moguća granična stanja

Stepen verovatnoće kojim se garantuje sigurnost konstrukcije usvaja se prema težini posledica od mogućih nezgoda

Page 22: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2222

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Granično stanje: stanje u kome konstrukcija ili neki njen deo gubi funkciju za koju je projektovan

Zavisno od načina na koji konstrukcija gubi određenu funkciju, postoje i različite vrste graničnih stanja

Grupe graničnih stanja:1. granična stanja nosivosti2. granična stanja upotrebljivosti

Page 23: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2323

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJAGranična stanja nosivosti: rušenje i drugi vidovi gubitka nosivosti

Najčešći uzroci nastanka graničnog stanja nosivosti su:

1. gubitak statičke ravnoteže2. velika pomeranja konstrukcije kao krutog tela3. lom konstrukcije ili njenog dela usled prekoračenja otpornosti

poprečnog preseka4. gubitak stabilnosti elementa ili konstrukcije kao celine usled efekata 2.

reda5. prelazak sistema u mehanizam formiranjem plastičnih zglobova6. prekomerne deformacije7. zamor materijala

Page 24: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2424

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Granično stanje upotrebljivosti je definisano kriterijumima funkcionalnosti

Primeri: zahtevi vezani za deformacije (ugibe), vibracije, oštećenja sekundarnih elemenata i ograničenje funkcionalnosti opreme

Metodom graničnih stanja analizira se ponašanje konstrukcije za sva kritična granična stanja

Obično se konstrukcija dimenzioniše prema graničnom stanju nosivosti, a potom proverava na granično stanje upotrebljivosti

Page 25: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2525

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Granična stanja se izražavaju pomoću računskog modela

Računski model obuhvata tzv. osnovne promenljive:

1. dejstva (opterećenja, prinudne deformacije, temperatura...)2. svojstva materijala3. geometrijski podaci

Page 26: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2626

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJAOpšti slučaj dokaza graničnog stanja (nosivosti ili upotrebljivosti):

Sd ≤ Rd ....................................................(2.3)

Sd = proračunska vrednost efekta (unutrašnje sile, naponi, deformacije, itd.) usled spoljašnjih dejstavaRd = odgovarajuća proračunska otpornostSigurnost konstrukcije definišu dve osnovne veličine:

1. opterećenje ili uticaji koji deluju na konstrukciju: S2. otpornost same konstrukcije: R

Svaka od ovih veličina predstavlja jedan statistički skup:S = {s1, s2 ,.....,sn} ............................................(2.4)R = {r1, r2 ,.....,rn} ............................................(2.5)

Page 27: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2727

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Primer: promenljiva S, (obuhvata uticaje), uslovljena je vrstama opterećenja, načinom nanošenja, trajanjem, njihovom kombinacijom itd.

Promenljiva R, (obuhvata otpornost konstrukcije), zavisi od kvaliteta osnovnog materijala, načina izrade, grešaka pri izradi elemenata i dr.

Svaki elemenat statističkog skupa (S ili R) je slučajna promenljiva veličina čije numeričke vrednosti čine takođe jedan statistički skup

Statističkom analizom se obuhvata samo odabrani podskup određenog statističkog skupa – uzorak

Page 28: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2828

2.1.3 METODA GRANIČNIH STANJA

Proračun se može podeliti na dva dela:

1. određivanje efekata u konstrukciji usled merodavne kombinacije dejstava

2. proračun otpornosti konstrukcije odnosno njenog dela

Page 29: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 2929

2.2 PRORAČUN I KONSTRUISANJENOSEĆIH ELEMENATA ČELIČNIH KONSTRUKCIJA

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJEAKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Zategnuti štapovi su konstruktivni elementi čije su poprečne dimenzije male u odnosu na dužinu i koji su pretežno napregnuti aksijalnim (podužnim) silama zatezanja

Zategnuti štapovi su najefikasniji konstruktivni elementi, jer maksimalno iskorišćavaju čelični materijal i poprečni presek elementa

Page 30: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3030

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Primena: izuzetno velika

pojasni štapovi i štapovi ispune rešetkastih nosača u zgradarstvu i mostogradnji (sl. a, e)štapovi horizontalnih i vertikalnih spregova u zgradarstvu i mostogradnji (sl. b, c)vešaljke i zatege kod spratnih zgrada ovešenog tipa (sl. d)noseći kablovi i vešaljke kod visećih mostova (sl. f),zatege kod jarbola (sl. g), itd.

Page 31: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3131

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Štapovi rešetkastih nosača u zgradarstvu i mostogradnji

Page 32: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3232

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Štapovi horizontalnih i vertikalnih spregova u zgradarstvu

Page 33: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3333

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Vešaljke i zatege kod spratnih zgrada ovešenog tipa

Page 34: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3434

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Noseći kablovi i vešaljke kod visećih mostova

Page 35: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3535

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Prema obliku poprečnog preseka razlikuje se nekoliko osnovnih tipova:

Otvoreni ili zatvoreni jednodelni valjani profili (TOP, HOP) kao što su L, T, I i U-profili i šuplji profiliUglavnom za zategnute štapove lakih rešetkastih nosača i spregova u zgradarstvu

Page 36: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3636

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Višedelni poprečni preseci od dva ili četiri ugaonika ili dva U-profilaPrimena - kao i jednodelni preseci ali za prijem većih opterećenja

Page 37: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3737

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Teški toplo valjani I-profili (HEA, HEB i HEM) ili I i sandučasti profili dobijeni zavarivanjem limovaPrimena - kod teških rešetkastih nosača (mostovi i industrijski objekti)

Page 38: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3838

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Okrugli čelik i pljošti čelikPrimena za dijagonalne štapove spregova i lakih rešetkastih rožnjača u zgradarstvuZbog svoje velike vitkosti nisu primenjivi za elemente opterećene aksijalnim silama alternativnog znaka (zatezanje/pritisak)

Page 39: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3939

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Prema obliku poprečnog preseka razlikuje se nekoliko osnovnih tipova:Kablovi i užad od visokovrednog čelikaOsnovna primena - viseći mostovi i mostovi sa kosim kablovimaOstale konstrukcije kod kojih se u konstruktivnom sistemu javljaju zatege velike dužine sa silama zatezanja velikog intenziteta

Page 40: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4040

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Višedelni preseci

Spajanje veznim limovima da bi se obezbedilo jedinstvo preseka, sprečilo razmicanje elemenata i olakšao transportVeze se izvode zavrtnjevima ili zavarivanjemMin. razmak veza:1,5-2 m

Page 41: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4141

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Aksijalno zategnuti štapovi – pravac zatežuće sile se poklapa sa težišnom osom štapa

Page 42: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4242

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Ponašanje štapova izloženih aksijalnom zatezanju istovetno je ponašanju uzorka pri ispitivanju na zatezanje(elastičnost – plastičnost – lom)

Page 43: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4343

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Dimenzionisanje aksijalno zategnutih štapova

Usled bušenja rupa za zavrtnjeve smanjuje se površina poprečnog preseka štapa na mestu izbušenih rupa

Bruto poprečni presek: puni presek štapa

Neto poprečni presek: bruto površina poprečnogpreseka umanjena za površine rupa u tom preseku:

Anet = A − n * d0 * tAnet = neto površina poprečnog presekaA = bruto površina poprečnog presekan = broj rupa za zavrtnjeve u posmatranom presekud0 = prečnik rupe za zavrtnjevet = debljina elementa

Page 44: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4444

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Kod zategnutih štapova u oslabljenim presecima se narušava homogeno naponsko stanje i dolazi do koncentracije napona u delovima preseka uz rupe

Osnova za naponsku analizu zategnutih štapova je pretpostavka o ravnomernoj raspodeli napona u neto preseku štapa

Realno ovakva raspodelase dostiže tek nakonlokalne plastifikacijepreseka

Page 45: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4545

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Dimenzionisanje preseka: računski napon zatezanja se upoređuje sa vrednošću dopuštenog napona

Nt = aksijalna sila zatezanjaAnet = neto površina poprečnog preseka (Anet = A − ΔA)A = bruto površina poprečnog presekaΔA = gubitak površine poprečnog preseka zavisno od površine rupaσdop = dopušteni napon za čelični materijal

Page 46: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4646

2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Neto površina poprečnog preseka je minimalna površina poprečnog preseka koja se javlja duž štapaKod štapova koji su vezani za čvorni lim zavarivanjem, neto površina poprečnog preseka je jednaka bruto površini poprečnog preseka (sl. a)

Anet = A

Kod višedelnih štapova neto površina je zbir neto površina pojedinih delova, jer se sila deli srazmerno površini elemenata u sastavu štapa

Page 47: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4747

2.2.2 PRORAČUN I KONSTRUISANJEEKSCENTRIČNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Ekscentrično zategnuti štapovi -opterećeni aksijalnom zatežućom silom i momentom savijanja

Moment savijanja može biti posledica ekscentrične veze štapa na krajevima (b), zakrivljenosti štapa (c), dejstva poprečnog opterećenja (d), ili koncentrisanog momenta (e)

Page 48: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4848

2.2.2 PRORAČUN I KONSTRUISANJEEKSCENTRIČNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Ukoliko su štapovi, pored aksijalne sile zatezanja Nt, napregnuti i momentom savijanja M oko jedne ili obe glavne ose inercije y-y i z-z, u njima se javlja složeno naponsko stanje, tj. ekscentrično zatezanje

Ako štap ima dovoljnu krutost, pa su deformacije štapa od poprečnog opterećenja male, uticaj deformacije se može zanemariti

Dimenzionisanje se vrši prema sledećem izrazu:

Direktno dimenzionisanje u ovom slučaju je teško sprovesti, pa se uglavnom vrši kontrola napona za već unapred usvojeni presek

Page 49: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 4949

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Veliki broj elemenata u nosećim čeličnim konstrukcijama ili njihovih delova izložen je potpunom ili delimičnom pritiskuStubovi, pritisnuti štapovi rešetkastih nosača (pojasni i štapovi ispune) kao i lučni nosači izloženi su naponu pritiska po celoj površinipoprečnog presekaGredni nosači, grede i stubovi okvira i ostali elementi opterećeni nasavijanje su delimično pritisnuti (preseci izloženi pritisku i zatezanju)Pri razmatranju elemenata čiji su makar i pojedini delovi poprečnog preseka pritisnuti, mora se voditi računa o njihovoj stabilnostiMože se, dakle, reći da napon pritiska izaziva pojave nestabilnosti čeličnih konstrukcija

Page 50: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5050

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Primeri aksijalno pritisnutih štapova:− pojasni štapovi i neki štapovi ispune rešetkastih nosača u

zgradarstvu i mostogradnji (sl. a, b)− neki štapovi horizontalnih i vertikalnih spregova u zgradarstvu (sl. c) i

mostogradnji− stubovi kod industrijskih i spratnih zgrada (sl. a, c)

Page 51: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5151

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Kod najvećeg broja pritisnutih elemenata granična nosivost nije uslovljena kriterijumom nosivosti, već kriterijumom stabilnosti

Pojam stabilnosti može se, najjednostavnije, definisati kao problem "prevremenog" loma konstrukcije

Usled nestabilnosti pritisnutih elemenata, dolazi do iscrpljenja nosivosti poprečnog preseka pre dostizanja dopuštenih napona

Kod tankozidnih elemenata se javljaju i dodatni fenomeni gubitkastabilnosti: bočno izvijanje i izbočavanje

Page 52: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5252

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Poprečni preseci aksijalno pritisnutih štapova mogu se izvoditi kao jednodelni i višedelni; proračun se bitno razlikujeKao jednodelni poprečni preseci koriste se valjani ili zavareni profili otvorenog poprečnog preseka (sl. a)Zbog ujednačenih geometrijskih karakteristika za obe glavne ose inercije, izuzetno su povoljni šuplji profili - cevi i sandučasti profili – (sl.b)Razni oblici višedelnih poprečnih preseka (sl.c)

Page 53: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5353

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Nacionalni standard za proračun centrično pritisnutih jednodelnih štapova: SRPS U.E7.081 iz 1986.

Standard obuhvata proračun nosivosti realnih štapova, tj., uveden je u proračun uticaj imperfekcija

Standard obuhvata i proračun višedelnih centrično pritisnutih štapova, ako su samostalni elementi međusobno povezani na rastojanjua ≤ 15 * imin, gde je imin min. poluprečnik inercije samostalnog elementa

Najpre se određuje tzv. dužina izvijanja štapa

Page 54: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5454

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Provera nosivosti centričnopritisnutih štapova

Page 55: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5555

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIHŠTAPOVA

Za štapove sa konstantnim momentom inercije i konstantnom normalnom silom dužina izvijanja prvenstveno zavisi od uslova oslanjanja

Page 56: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5656

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIHŠTAPOVA

Određivanje dužine izvijanja (SRPS U.E7.086)

Page 57: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5757

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Određuje se vitkost na granici razvlačenja λv iz Ojlerovog izraza za kritični napon:

Vrednosti vitkosti na granici razvlačenja λv za čelike Č.0361 i Č.0561:

Page 58: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5858

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Određuje se relativna vitkost:

λ¯ = λ / λe > 0,2 (za λ¯ ≤ 0,2 → χ = 1,0 → nema izvijanja)

Bezdimenzionalni koeficijent izvijanja χ ne zavisi samo od relativne vitkosti λ¯ , već i od imperfekcija

Vrednost koeficijenta izvijanja χ u zavisnosti od krive izvijanja i relativne vitkosti štapa mogu se očitati sa dijagrama, ili se mogu dobiti analitički na osnovu matematičke interpretacije krivih izvijanja

Izbor krive izvijanja zavisi od tipa poprečnog preseka

Page 59: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5959

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJEAKSIJALNOPRITISNUTIHŠTAPOVA

Izbor krive izvijanja

Page 60: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6060

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Kriveizvijanja

Page 61: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6161

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

α prestavlja stepen ekvivalentnih geometrijskih imperfekcija i ima vrednosti u zavisnosti od krive izvijanja

Page 62: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6262

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Vrednostibezdimenzionalnogkoeficijenta χ

Page 63: MK-P02(30.11.10.)-Metode proracuna.Dimenzionisanje

Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6363

2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA

Provera nosivosti centričnopritisnutih štapova