mk-p02(30.11.10.)-metode proracuna.dimenzionisanje
DESCRIPTION
fbggbdfvTRANSCRIPT
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije2010./2011.2010./2011.Predavanje br. 2 / 30.11.10.
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
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.
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3131
2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA
Štapovi rešetkastih nosača u zgradarstvu i mostogradnji
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3232
2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA
Štapovi horizontalnih i vertikalnih spregova u zgradarstvu
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3333
2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA
Vešaljke i zatege kod spratnih zgrada ovešenog tipa
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 3434
2.2.1 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA
Noseći kablovi i vešaljke kod visećih mostova
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
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
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)
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)
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
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
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
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)
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
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
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
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
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)
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
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
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)
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
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)
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
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5454
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA
Provera nosivosti centričnopritisnutih štapova
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
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5656
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIHŠTAPOVA
Određivanje dužine izvijanja (SRPS U.E7.086)
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:
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
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 5959
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJEAKSIJALNOPRITISNUTIHŠTAPOVA
Izbor krive izvijanja
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6060
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA
Kriveizvijanja
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
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6262
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA
Vrednostibezdimenzionalnogkoeficijenta χ
Metalne konstrukcijeMetalne konstrukcije 6363
2.2.3 PRORAČUN I KONSTRUISANJE AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA
Provera nosivosti centričnopritisnutih štapova