Konstruktor cz.7 - Belka stalowa
Program "Belka stalowa" przeznaczony jest do obliczeń statycznych i sprawdzania nośności stalowych belek ciągłych.
Założenia
Program oblicza siły przekrojowe w belce wykorzystując model metody przemieszczeń w ujęciu macierzowym. W wyniku analizy statycznej otrzymujemy obwiednie sił przekrojowych (momentów i sił tnących) uwzględniającą pełną kombinatorykę dla wszystkich grup obciążeń (z relacjami typu wykluczenie lub występowanie łączne). Algorytm sprawdzania nośności belek wykonany został w oparciu o normę PN-B-03200: 1990. "Konstrukcje stalowe; Obliczenia statyczne i projektowanie". Program oblicza belki ciągłe o praktycznie dowolnej liczbie przęseł (max 100). Dla każdego przęsła w 121 punktach obliczane są ekstremalne wartości sił przekrojowych i na podstawie tych wartości są określane ekstremalne wartości momentów zginających i sił tnących służące sprawdzaniu nośności w każdym przęśle.
Wprowadzanie danych
Podczas wprowadzania danych korzystamy z intuicyjnego interfejsu, który podpowiada kolejność wprowadzania poszczególnych parametrów. Mamy tutaj 4 zakładki, pogrupowane tematycznie oraz według logicznej kolejności. I tak zakładka Geometria pozwala na zdefiniowanie ilości przęseł, rozpiętości, typu przekroju oraz rodzaju podpór. W zakładce Grupy obciążeń definiujemy poszczególne grupy obciążeń występujących w projekcie. Wartości poszczególnych obciążeń określamy w kolejnej zakładce - Obciążenia. Ustalenie warunków dotyczących kombinatoryki odbywa się w sposób identyczny jak w programie Konstruktor-Rama2D. Wygląd zakładek dotyczących wprowadzania grup obciążeń oraz obciążeń jest analogiczny jak w przypadku modułu Konstruktor - Belka żelbetowa. Ostatnia zakładka "Nośność" służy do określenia parametrów potrzebnych podczas wymiarowania belki stalowej. Definiujemy tutaj m.in.: klasę stali, charakter obciążeń, dane dotyczące zabezpieczenia przed zwichrzeniem, rozstaw żeber poprzecznych.
Obliczenia
Program oblicza statykę belki ciągłej macierzową metodą przemieszczeń z uwzględnieniem pełnej kombinatoryki po grupach obciążeń. Wyniki mogą być podane dla poszczególnych grup obciążeń oraz dla kombinacji grup obciążeń. W drugim przypadku podawana jest obwiednia sił tnących i momentów w poszczególnych punktach belki. Dla każdej grupy obciążeń należy określić charakter obciążenia (stałe lub zmienne) oraz zdefiniować współczynniki obciążenia. W przypadku obciążania belki wielkościami obliczeniowymi oba współczynniki obciążenia powinny mieć wartość "1" (ustawienie domyślne). Wyniki w postaci ekstremalnych sił przekrojowych i wartości sił im odpowiadających, podawane są w programie dla obciążeń obliczeniowych (z uwzględnieniem podanych współczynników obciążenia), natomiast dla obliczenia ekstremalnych wartości ugięć są przyjmowane wartości charakterystyczne.
Algorytm sprawdzania nośności belki na zginanie opracowano w oparciu o normę PN-B-03200: 1990 "Konstrukcje stalowe; Obliczenia statyczne i projektowanie". Program sprawdza warunki nośności dla każdego przęsła belki z uwzględnieniem możliwości zwichrzenia belki.
W przypadku belki z wymuszoną osią obrotu należy podać odległość pomiędzy punktem przecięcia śladu płaszczyzny stężenia z osią środnika, a pasem górnym belki.
- dla momentów maksymalnych z uwzględnieniem warunków podparcia pasa górnego i odległości przyłożenia obciążenia od pasa górnego. Równocześnie jest sprawdzany warunek nośności z uwzględnieniem odpowiadającej siły poprzecznej,
- dla momentów minimalnych z uwzględnieniem warunków podparcia pasa dolnego i odległości przyłożenia obciążenia od pasa górnego.
Równocześnie jest sprawdzany warunek nośności z uwzględnieniem odpowiadającej siły poprzecznej.
W celu określenia współczynnika zwichrzenia użytkownik musi podać na końcach przęsła warunki brzegowe w kierunku prostopadłym do płaszczyzny obciążenia, oraz sposób obciążenia pręta zgodnie z tablicą Z1-2 normy PN-B-03200. Współczynnik ß przyjęto w kierunku bezpieczeństwa równy jeden.
Nośność przęsła belki na ścinanie jest sprawdzana w miejscu występowania ekstremalnej siły poprzecznej. Nośność środnika jest określana ze wzoru (16) normy PN-B-03200.
Program sprawdza czy nośność środnika bez żeber poprzecznych jest wystarczająca do przeniesienia sił skupionych. W przypadku gdy nośność nie jest wystarczająca pojawia się komunikat o konieczności zastosowania żeber poprzecznych. Nośność jest sprawdzana w miejscach występowania sił skupionych dla podanej długości strefy docisku pod siłą. W przypadku gdy nad podporą następuje zmiana sztywności belki, przy sprawdzaniu nośności środnika na działanie reakcji, przyjęto punkt przyłożenia podparcia do lewego przęsła belki.Program dla wybranej przez użytkownika kombinacji grup obciążeń oblicza wielkość ugięcia dla każdego przęsła belki. Ugięcie liczone jest w stanie sprężystym dla wartości charakterystycznych obciążeń. Ekstremalna wartość ugięcia jest porównywana z wartością dopuszczalną podaną przez użytkownika.
Program belka umożliwia wprowadzanie zmian przekroju dla poszczególnych przęseł belki. Własność ta uwzględniana jest w obliczeniach statycznych oraz wymiarowaniu.
Przy zmianie przekroju należy pamiętać, że położenie osi belki nie ulega zmianie. Przy dużych zmianach wysokości przekroju może to spowodować pewne błędy w obliczeniach statycznych.
