Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 4-1. Бункеры

Подождите немного. Документ загружается.

ТКП EN 1993-4-1-2009

166

8.1.5

Ограничения на размещение кольца

(1) Смещение любой кольчатой пластины или кольца по вертикали относительно центра пере-

ходного сочленения не должно превышать

, где t — это толщина листа цилиндра, разве что

для проверки эффекта эксцентриситета выполняется расчет изгиба оболочки в соответствии со стан-

дартом EN 1993-1-6.

Примечание — Это правило связано с тем, что размещение колец на большем расстоянии от переходного

сочленения оказалось неэффективным; см. рисунок 8.2.

(2) Упрощенные правила, приведенные в п. 8.2, применяются только в тех случаях, когда выпол-

няется это требование.

Безразмерный эксцентриситет e/λ

Рисунок 8.2 — Развитие мембранных напряжений в кольце и смежной оболочке,

если кольцо смещено относительно центра

8.2 Анализ сочленения

8.2.1

Общие положения

(1) Переходное сочленение бункера последовательного класса 1 можно рассчитать, используя

простые выражения и нагрузки из смежных сегментов оболочки, которые выводятся с помощью мем-

бранной теории.

(2) Если расчеты переходного сочленения выполнять на ЭВМ, они должны удовлетворять требо-

ваниям стандарта EN 1993-1-6.

(3) Если расчеты на ЭВМ не применяются и бункер поддерживается равномерно, может быть

предпринят анализ зон

ы переходного сочленения в соответствии с п. 8.2.2.

(4) Если расчеты на ЭВМ не применяются и бункер поддерживается обособленными опорами

или стойками, анализ переходного сочленения должен проводиться в соответствии с п. 8.2.3.

8.2.2 Переходные сочленения с однородной поддержкой

(1) Эффективное сечение переходного сочленения должно оцениваться следующим образом:

Сегменты оболочки, которые сопрягаются в центре сочленения должны быть поделены на верх-

ние (группа A) и нижние (группа B); см. рисунок 8.3 (a). С самого начала всеми сегментами кольчатой

пластины на уровне центра сочленения можно пренебречь. Если к кольчатой пластине прикрепить

вертикальную подпорку в другой радиальной координатой относительно центра сочл

енения, ее, на-

ряду с другими сегментами, можно рассматривать в качестве сегмента оболочки; см. рисунок 8.3.

Напряжение в юбке

Напряжение в хоппере

Коэффициент

напряжения

в окружном

нап

авлении

Напряжение в кольцевой

кольчатой пластине

ТКП EN 1993-4-1-2009

167

a) b)

Рисунок 8.3 — Эффективное сечение цилиндра, хоппера и переходного кольца:

a — геометрия;

b — эффективность кольцевой балки при сжатии

в окружном направлении

(2) Эквивалентная толщина сегментов t

eqA

и t

eqB

в каждой группе определяется, исходя из сле-

дующих выражений:

, (8.1)

, (8.2)

(3) Соотношение α — более тонких сегментов к более толстым сегментам соответствующей груп-

пы листов — должно определяться, исходя из выражения:

, (8.3)

при:

, (8.4)

, (8.5)

(4) В одной из двух групп с более тонкими листами эффективная длина каждого сегмента обо-

лочки должна определяться исходя из выражения:

, (8.6)

где β — угол между центральной линией оболочки и осевой линией бункера (неполный угол в

вершине конуса) для данного листа. Полезная площадь поперечного сечения каждого сег-

мента оболочки должна определяться исходя из выражения:

, (8.7)

Из двух групп в группе с более толстыми листами полезная площадь поперечного сечения каж-

дого сегмента оболочки должна определяться исходя из выражения:

. (8.8)

Кольчатая пластина

Эта полка неэффективна

при сжатии по окружности

ТКП EN 1993-4-1-2009

168

В данной группе полезная площадь поперечного сечения каждого сегмента оболочки должна оп-

ределяться исходя из выражения:

. (8.9)

(5) Полезная площадь поперечного сечения A

кольчатой пластины, соединенной с узлом со-

членения через центр сочленения, должна определяться исходя из выражения:

, (8.10)

где r — радиус цилиндрической стенки бункера;

b — радиальная ширина кольца из кольчатых пластин;

— толщина кольца из кольчатых пластин.

(6) Общая полезная площадь A

кольца при повышении силы сжатия в окружном направлении

должна определяться исходя из выражения:

все сегменты

. (8.11)

(7) Если сочленение состоит только из цилиндра, юбки и хоппера (см. рисунок п. 8.4), общая по-

лезная площадь кольца A

может быть рассчитана с помощью альтернативного выражения из:

, (8.12)

при:

, (8.13)

, (8.14)

где r — радиус цилиндрической стенки бункера;

— толщина стенки цилиндра;

— толщина листа юбки;

— толщина стенки хоппера;

— полезная площадь кольца из кольчатых пластин.

(8) Если в переходном сочленении используются профили, имеющие более сложную геометрию,

при оценке переходного сочленения должны считаться полезными только сегменты кольчатой пла-

стины, удовлетворяющие условию п. 8.1.5 (1).

(9) Расчетное значение эффективной силы сжатия в окружном направлении N

θ,Ed

, которая разви-

вается в сочленении, должно определяться исходя из выражения:

, (8.15)

где (см. рисунок 8.5):

r — радиус цилиндрической стенки бункера;

β — неполный угол хоппера (в верхней части);

— эффективная длина цилиндрического сегмента над переходным сочленением (см. п. (4));

— эффективная длина сегмента хоппера (см. п. (4));

φh,Ed

— расчетное значение меридионального напряжения на единицу окружности в верхней

части хоппера;

— осредненное давление на эффективную длину цилиндрического сегмента;

— осредненное давление на эффективную длину сегмента хоппера

μ — коэффициент трения о стенку хоппера.

ТКП EN 1993-4-1-2009

169

Рисунок 8.4 — Представление простого переходного сочленения из кольчатых пластин

(10) Максимальное расчетное напряжение при сжатии σ

uθ,Ed

для сочленения, имеющего равно-

мерную поддержку, должно определяться исходя из выражения:

, (8.16)

при:

, (8.17)

где N

θ,Ed

— эффективная сила сжатия в окружном направлении; см. п. (9);

— общая полезная площадь кольца; см. п. (7);

r — радиус цилиндрической стенки бункера;

b — ширина кольчатой пластины.

Рисунок 8.5 — Локальное давление и результирующие нагрузки

на переходное кольцо вследствие мембранного напряжения

определяется здесь

Цилиндр

Коль

Юбка

Хоппе

ТКП EN 1993-4-1-2009

170

8.2.3 Кольцевая балка переходного сочленения

(1) При расчете бункеров последовательного класса 3 должен проводиться числовой анализ кон-

струкции, который позволяет моделировать все элементы из листа, наподобие сегментов оболочки,

и не предполагает воздействие призматической балки на любой криволинейный элемент. Этот ана-

лиз должен учитывать конечную ширину обособленных опор.

(2) Применительно к бункерам других последовательных классов должны быть рассчитаны изги-

бающие и крутящие моменты в зоне кольцевой балки с учетом эксцентриситета при загрузке и с опо-

рой на центр тяжести кольцевой балки.

(3) Общее осевое давление сжатия в окружном направлении, возникшее в балке, должно подра-

зумеваться как неизменное по периметру окружности. Оно определяется из выражения:

, (8.18)

где (см. рисунок 8.5):

— радиус цилиндрической стенки бункера;

β — неполный угол хоппера (в верхней части);

— полезная длина цилиндрического элемента выше перехода (см. п. 8.2.2 (4));

— полезная длина сегмента хоппера (см. п. 8.2.2 (4));

φh

— расчетное значение меридионального натяжения на единицу окружности в вершине

хоппера;

— локальное давление на эффективной длине сегмента цилиндра;

— давление на эффективной длине сегмента бункера;

μ — коэффициент трения о стенку хоппера.

(4) Изменение окружной координаты θ расчетного изгибающего момента M

r,Ed

вокруг горизон-

тальной (радиальной) оси (позитивный изгибающий момент) и расчетного скручивающего момента

θ,Ed

в кольцевой балке должно быть принято за:

, (8.19)

, (8.20)

при:

, (8.21)

где (см. рисунок 8.6):

θ — окружная координата (в радианах), измеренная в исходной точке координат одной опоры;

— периферический угол в радианах, стянутый полупролетом кольцевой балки;

j — количество равноудаленных обособленных опор;

— радиус центра тяжести кольцевой балки;

— радиальный эксцентриситет цилиндра относительно центра тяжести кольцевой балки

(положительный, если центр тяжести имеет больший радиус);

— радиальный эксцентриситет опоры относительно центра тяжести кольцевой балки (по-

ложительный, если центр тяжести имеет больший радиус);

— вертикальный эксцентриситет центра сочленения относительно центра тяжести кольце-

вой балки (положительный, если центр тяжести находится ниже центра сочленения);

xc,Ed

— расчетное значение результирующей сжимающего мембранного напряжения в основа-

нии цилиндра;

ϕh,Ed

— расчетное значение результирующей растягивающего мембранного напряжения в вер-

шине хоппера.

(5) Пиковые значения расчетного изгибающего момента вокруг радиальной оси, которые встре-

чаются над опорой M

rs,Ed

и в середине пролета M

rm,Ed

, должны определяться из:

, (8.22)

. (8.23)

ТКП EN 1993-4-1-2009

171

(6) Если применяется кольцевая балка с открытым сечением, следует предполагать, что сопро-

тивление крутящему моменту оказывается полностью за счет деформации, если не проводить более

точный анализ. Если деформация оказывает противодействие крутящему моменту, пиковые расчет-

ные значения изгибающего момента вокруг вертикальной оси в каждой полке должны быть приняты

в виде M

fs,Ed

в опоре и M

fm,Ed

в середине пролета и могут быть исчислены следующим образом:

, (8.24)

, (8.25)

где h — расстояние по вертикали между полками кольцевой балки.

Рисунок 8.6 — Эксцентриситет вертикальных нагрузок на кольцевую балку

(7) Периферические мембранные напряжения σ

θ,Ed

, которые накапливаются в каждой полке коль-

цевой балки, должны быть исчислены на основании параметров осевой нагрузки N

θ,Ed

, радиального

осевого момента M

r,Ed

и изгибающих моментов при деформации M

f,Ed

с помощью прикладной теории

проектирования изгиба и деформации, а также путем принятия главных векторов напряжения, опре-

деленных в п.п. (3) – (6).

(8) Наибольшее значение периферического мембранного напряжения σ

θ,Ed

(работающего как на

растяжение, так и на сжатие), которое накапливается в полках кольцевой балки в любом положении

по периметру окружности, должно определяться как σ

mθ

,Ed

(9) Наибольшее давление сжатия при периферическом мембранном напряжении σ

θ,Ed

, которое

развивается в полках кольцевой балки в любом положении по периметру окружности, должно опре-

деляться как σ

cθ,Ed

8.3 Сопротивление конструкций

8.3.1 Общие положения

(1) Переходное соединение должно удовлетворять требованиям стандарта EN 1993-1-6. Они мо-

гут быть выполнены посредством оценки следующих параметров расчетного сопротивления.

8.3.2 Сопротивление предельному состоянию пластичности

8.3.2.1 Общие положения

(1) Расчетное значение сопротивления должно определяться посредством положений, преду-

смотренных в стандарте EN 1993-1-6. Вместо простого и достаточно точного приближения к этим по-

ложениям можно использовать следующие оценочные параметры сопротивления.

Переходное

сочленение конуса

илин

др

ом

Центр тяжести

эффективного сечения

кольцевой балки, G

Ось

ТКП EN 1993-4-1-2009

172

8.3.2.2 Сопротивление на основе оценки эластичности

(1) Расчетное значение сопротивления должно определяться в точке наивысшего напряжения

соединения.

(2) Расчетное значение сопротивления в предельном состоянии пластичности должно опреде-

ляться с помощью выражения:

, (8.26)

8.3.2.3

Сопротивление на основе оценки пластичности

(1) Расчетное значение сопротивления должно определяться с учетом возможности достижения

результирующей мембранного напряжения при растяжении n

ϕh,Rd

в зоне соединения хоппера.

(2) Расчетное значение сопротивления в предельном состоянии пластичности n

ϕh,Rd

должно оп-

ределяться посредством выражения:

, (8.27)

при:

, (8.28)

, (8.29)

— для цилиндра

;

— для юбки

;

— для сегмента конического хоппера

где (см. рисунок 8.5):

r — радиус цилиндрической стенки бункера;

— толщина стенки цилиндра;

— толщина листа юбки;

— толщина оболочки хоппера;

— площадь поперечного сечения кольца;

β — неполный угол хоппера (в верхней части);

— эффективная пластичная длина сегмента цилиндра над переходным соединением;

— эффективная пластичная длина сегмента хоппера;

— эффективная пластичная длина сегмента юбки ниже переходного соединения;

ϕh,Rd

— меридиональное мембранное сопротивление на единицу окружности в верхней части

хоппера;

— среднее локальное давление на эффективную длину сегмента цилиндра;

— осредненное давление на эффективную длину сегмента хоппера;

μ — коэффициент трения о стенку хоппера.

8.3.3 Сопротивление потере устойчивости в одной плоскости

(1) Расчетное значение сопротивления должно определяться в соответствии с положениями

стандарта EN 1993-1-6. Вместо простого и достаточно точного приближения к этим положениям мож-

но использовать следующие оценочные параметры сопротивления.

(2) Расчетное значение сопротивления должно определяться в точке соединения, где встречает-

ся наивысшее сжимающее мембранное напряжение в окружном направлении.

(3) Расчетное значение сопротивления потере устойчивости в одной плоскости σ

ip,Rd

должно оп-

ределяться с помощью выражения:

, (8.30)

ТКП EN 1993-4-1-2009

173

где EI

— изгибная жесткость эффективного поперечного сечения кольца вокруг его вертикаль-

ной оси (см. рисунок 8.3);

— эффективная площадь поперечного сечения кольца, представленная в п. 8.2.2;

— радиус центра тяжести эффективного поперечного сечения кольца.

(4) Приведенный выше параметр оценки сопротивления и связанная с ним проверка устойчиво-

сти к потере устойчивости в одной плоскости (см. п. 8.4) могут быть опущены, если неполный угол

конуса β больше β

lim

Примечание — Значение β

lim

может быть задано в национальном приложении. Рекомендуется значение

lim

= 20°.

8.3.4 Сопротивление потере устойчивости при боковом выпучивании и локальном короблении

оболочки в зоне соединения

8.3.4.1 Общие положения

(1) Расчетное значение сопротивления должно определяться в соответствии с положениями

стандарта EN 1993-1-6. Вместо простого и достаточно точного приближения к этим положениям мож-

но использовать следующие оценочные параметры сопротивления.

8.3.4.2 Локальное коробление оболочки в зоне соединения

(1) Имеются переходные соединения, где отсутствует кольцевое усиление (простое соединение

воронки с цилиндром) и переходные соединения, усиленные кольцом. Расчетное значение сопротив-

ления короблению оболочки σ

op,Rd

в стенке смежной с соединением должно определяться с помощью

выражения:

, (8.31)

где

— для цилиндрической стенки;

— для стенки конического хоппера;

здесь r — радиус цилиндрической стенки бункера;

β — неполный угол в вершине хоппера;

t — толщина листа в соответствующем сегменте оболочки;

— эффективная площадь поперечного сечения кольца, приведенная в п. 8.2.2;

— радиус центра тяжести эффективного поперечного сечения кольца.

8.3.4.3

Переходное соединение с кольчатой пластиной

(1) В соединениях, в которых кольцо в зоне перехода выполнено в виде кольчатой пластины,

расчетное значение сопротивления потере устойчивости при боковом выпучивании σ

op,\,Rd

должно

определяться с помощью выражения:

, (8.32)

при:

, (8.33)

, (8.34)

, (8.35)

, (8.36)

ТКП EN 1993-4-1-2009

174

, (8.37)

где r — радиус цилиндрической стенки бункера;

— толщина листа цилиндра;

— толщина листа юбки;

— толщина листа хоппера;

— толщина кольца в виде кольчатой пластины;

b — ширина кольца в виде кольчатой пластины;

— коэффициент продольного изгиба пластины в кольце с защемленной внутренней гранью;

— коэффициент продольного изгиба пластины в кольце со свободно опертой внутренней

гранью;

— частный коэффициент; см. п. 2.9.2.

8.3.4.4 Переходное соединение с тавровым профилем

(1) Следующий метод расчета сопротивления должен применяться, если кольцо переходного со-

единения состоит из кольчатой пластины шириной b

с симметричными вертикальными усиливающими

полками высотой b

, расположенными на ее внешней грани, образуя кольцо с тавровым (Т-образным)

сечением, основание которого находится в центре соединения.

(2) Расчетное значение сопротивления потере устойчивости при боковом выпучивании σ

op,Rd

в кольцевой балке с тавровым сечением должно определяться на основании максимального усилия

сжатия в состоянии мембранного напряжения в окружном направлении на внутренней грани главной

кольчатой пластины кольца. Расчетное значение сопротивления должно определяться с помощью

выражения:

, (8.38)

при:

, (8.39)

, (8.40)

, (8.41)

, (8.42)

, (8.43)

, (8.44)

где r — радиус цилиндрической стенки бункера;

— толщина листа цилиндра;

— толщина листа юбки;

— толщина листа хоппера.

— толщина кольца в виде кольчатой пластины;

ТКП EN 1993-4-1-2009

175

— толщина внешней вертикальной полки таврового сечения;

— ширина кольца в виде кольчатой пластины;

— высота (ширина полки) внешней вертикальной полки таврового сечения;

A — площадь поперечного сечения тавровой кольцевой балки;

— расстояние между центром тяжести таврового сечения и внешней гранью;

— осевой момент инерции таврового сечения вокруг его радиальной оси;

— осевой момент инерции таврового сечения вокруг его вертикальной оси;

— равномерная постоянная кручения для таврового сечения;

— частный коэффициент, см. п. 2.9.2.

8.4 Верификация предельных состояний

8.4.1

Равномерно поддерживаемые переходные соединения

(1) Если расчеты бункера производились с помощью компьютерного анализа, должны приме-

няться процедуры, предусмотренные стандартом EN 1993-1-6. Если компьютерный анализ не вклю-

чает исследования на предмет потери устойчивости, для определения сопротивления потере устой-

чивости с целью верификации предельных состояний согласно стандарту EN 1993-1-6 может приме-

няться раздел 8.3.

(2) Если бункер опирается на юбку, которая доходит до однородного фундамента (см. п. 5.4.2),

и выполнены расчеты, предусмотренные в п. 8.2, можно считать, что переходное соединение подвер-

жено воздействию только равномерного мембранного напряжения в окружном направлении σ

uθ,Ed

, как

определено в п. 8.2.2 (10). Тогда следует провести верификацию следующих предельных состояний.

(3) Для оценки предельного состояния пластичности посредством оценки упругости предельное

состояние пластичности соединения должно определяться с помощью выражения:

, (8.45)

где σ

uθ,Ed

— расчетное значение напряжения, заимствованное из п. 8.2.2 (10);

p,Rd

— расчетное значение пластичного сопротивления, заимствованное из п. 8.3.2.2.

(4) Если для оценки предельного состояния пластичности используется расчет пластичности, ве-

рификация оценки предельного состояния пластичности соединения должна выполняться с помощью

выражения:

, (8.46)

где n

ϕh,Ed

— расчетное значение результирующей меридионального мембранного напряжения

в верхней части хоппера;

ϕh,Rd

— расчетное значение пластичного сопротивления, заимствованное из п.8.3.2.3.

(5) Предельное состояние потери устойчивости в одной плоскости соединения должно прове-

ряться с помощью выражения:

, (8.47)

где σ

uθ,Ed

— расчетное значение напряжения, заимствованное из п. 8.2.2 (10);

ip,Rd

— расчетное значение сопротивления потере устойчивости в одной плоскости, заим-

ствованное из п. 8.3.3.

(6) Верификацию предельного состояния при потере устойчивости в одной плоскости можно не

проводить, если будут удовлетворены оба из следующих двух условий:

— неполный угол конуса β больше чем β

lim

, и над кольцом расположен цилиндр;

— при высоте цилиндра L меньшей чем , верхняя граница цилиндра удерживается

от отклонений от округлости кольцом, имеющим изгибную жесткость EI

вокруг своей вертикальной

оси (изгибание в окружном направлении) выше чем:

, (8.48)

где t — толщина самого тонкого пояса в цилиндре.

Примечание 1 — Значения β

lim

, k

и k

могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются зна-

чения = 10 и k

= 0,04.