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Calcul d'une colonne en acier. Calcul d'une colonne en acier Comment calculer le moment de flexion d'une jambe de force |
En pratique, il devient souvent nécessaire de calculer une crémaillère ou une colonne pour la charge axiale (longitudinale) maximale. La force avec laquelle le rack perd son état stable (capacité portante) est critique. La stabilité du rack est influencée par la façon dont les extrémités du rack sont fixées. En mécanique des structures, sept méthodes sont envisagées pour sécuriser les extrémités d’une jambe de force. Nous considérerons trois méthodes principales : Pour assurer une certaine marge de stabilité, il est nécessaire que la condition suivante soit remplie : Où : P - force effective ; Un certain facteur de stabilité est établi Ainsi, lors du calcul de systèmes élastiques, il est nécessaire de pouvoir déterminer la valeur de la force critique Pcr. Si l'on tient compte du fait que la force P appliquée à la crémaillère ne provoque que de petits écarts par rapport à la forme rectiligne de la crémaillère de longueur ι, alors elle peut être déterminée à partir de l'équation où : E - module d'élasticité ; A et B sont des constantes d'intégration, déterminées par les conditions aux limites. La valeur minimale de la force critique sera pour n = 1 (entier) et L'équation de la ligne élastique du support ressemblera à : où : z - ordonnée actuelle, avec valeur maximale z=l; où : μ - coefficient de longueur réduite (Tableau) ; , (tableau); et la tension critique sera : Évidemment, la force critique P cr = 247 kgf provoquera une contrainte dans la tige de seulement 41 kgf/cm 2, ce qui est nettement inférieur à la limite d'écoulement (1 600 kgf/cm 2), cependant, cette force provoquera une flexion de la tige. tige, et donc perte de stabilité.
Moment d'inertie de la section On calcule la flexibilité du rack : Évidemment, la tension dans le rack est de 100 kgf/cm 2 et elle est égale à la tension admissible [σ] = 100 kgf/cm 2 Nous sélectionnons la poutre en I n°36 dans l'assortiment et ses données : F = 61,9 cm 2, i min = 2,89 cm. où : μ du tableau, égal à 2, en tenant compte du mode de pincement de la crémaillère ; 5 kgf, ce qui est approximativement égal à la tension admissible, et 0,97 % de plus, ce qui est acceptable dans les calculs techniques. Conclusions Littérature utilisée : Les efforts dans les crémaillères sont calculés en tenant compte des charges appliquées sur la crémaillère. Piliers B Les piliers centraux de la charpente du bâtiment sont calculés comme des éléments comprimés centralement sous l'action de la plus grande force de compression N provenant du propre poids de toutes les structures de toit (G) et de la charge de neige et de la charge de neige (P). sn). Figure 8 – Charges sur le pilier central Le calcul des piliers intermédiaires comprimés centralement est effectué : a) pour la force Où - résistance de conception le bois est comprimé dans le sens du fil ; Superficie de la section transversale nette de l'élément ; b) pour la stabilité où est le coefficient de flambement ; – surface de section transversale calculée de l'élément ; Les charges sont collectées dans la zone de couverture selon le plan par poste intermédiaire (). Figure 9 – Zones de chargement des colonnes centrales et extérieures Fin des messages Le poteau le plus extérieur est sous l'influence de charges longitudinales par rapport à l'axe du poteau (G et P sn), qui sont collectés dans la zone et transversalement, et X. De plus, la force longitudinale résulte de l’action du vent. Figure 10 – Charges sur le pilier extérieur G – charge du poids mort des structures de revêtement ; X – force horizontale concentrée appliquée au point de contact de la barre transversale avec la crémaillère. Dans le cas d'encastrement rigide de crémaillères pour ossature simple travée : Figure 11 – Schéma des charges lors du pincement rigide des crémaillères dans la fondation où sont les charges de vent horizontales du vent respectivement à gauche et à droite appliquées au poteau à l'endroit où la barre transversale le jouxte. où est la hauteur de la section de support de la barre transversale ou de la poutre. L'influence des forces sera importante si la traverse sur le support a une hauteur importante. Dans le cas d'un support articulé de la crémaillère sur la fondation pour une charpente à une seule travée : Figure 12 – Diagramme de charge pour le support articulé des crémaillères sur la fondation Pour les structures à ossature multi-travées, lorsqu'il y a du vent de gauche, p 2 et w 2, et lorsqu'il y a du vent de droite, p 1 et w 2 seront égaux à zéro. Les piliers extérieurs sont calculés comme des éléments comprimés et flexibles. Les valeurs de la force longitudinale N et du moment de flexion M sont prises pour la combinaison de charges auxquelles se produisent les contraintes de compression les plus importantes. 1) 0,9 (G + P c + vent de gauche) 2) 0,9(G + P c + vent de droite) Pour un poteau inclus dans l'ossature, le moment de flexion maximal est pris comme max parmi ceux calculés pour le cas de vent à gauche M l et à droite M en : où e est l'excentricité de l'application de la force longitudinale N, qui comprend la combinaison de charges la plus défavorable G, P c, P b - chacune avec son propre signe. L'excentricité des racks à hauteur de section constante est nulle (e = 0), et pour les racks à hauteur de section variable, elle est considérée comme la différence entre axe géométrique section de support et l'axe d'application de la force longitudinale. Le calcul des piliers extérieurs comprimés et courbés est effectué : a) pour la force : b) pour la stabilité forme plate flexion en l'absence de fixation ou avec une longueur calculée entre les points de fixation l p > 70b 2 /n selon la formule : Les caractéristiques géométriques incluses dans les formules sont calculées dans la section de référence. Depuis le plan du cadre, les entretoises sont calculées comme un élément comprimé centralement. Calcul des sections composites comprimées et comprimées-cintrées est réalisé selon les formules ci-dessus, cependant, lors du calcul des coefficients φ et ξ, ces formules prennent en compte l'augmentation de la flexibilité de la crémaillère due à la conformité des connexions reliant les dérivations. Cette flexibilité accrue est appelée flexibilité réduite λ n. Calcul des racks en treillis peut être réduit au calcul des fermes. Dans ce cas, la charge de vent uniformément répartie est réduite à des charges concentrées dans les nœuds de la ferme. On pense que les forces verticales G, P c, P b ne sont perçues que par les courroies de jambe de force. Calcul du pilier centralLes crémaillères sont des éléments structurels qui travaillent principalement en compression et en flexion longitudinale. Lors du calcul du rack, il est nécessaire de garantir sa solidité et sa stabilité. Assurer la durabilité est atteint par sélection correcte sections de crémaillère. Lors du calcul d'une charge verticale, le schéma de conception du pilier central est accepté comme articulé aux extrémités, puisqu'il est soudé en bas et en haut (voir Figure 3). Le poteau central supporte 33% du poids total du plancher. Le poids total du sol N, kg, sera déterminé par : y compris le poids de la neige, la charge du vent, la charge de l'isolation thermique, la charge du poids du cadre de revêtement, la charge du vide. N = R 2 g,. (3.9) où g est la charge totale uniformément répartie, en kg/m2 ; R - rayon interne du réservoir, m. Le poids total du sol se compose des types de charges suivants :
Et le poids total du sol N, kg : La force perçue par la béquille se calcule : La section transversale requise du rack est déterminée à l'aide de la formule suivante : Voir 2, (3.12) où : N est le poids total du sol, en kg ; 1600 kgf/cm 2, pour l'acier VSt3sp ; Le coefficient de flambement est structurellement supposé =0,45. Selon GOST 8732-75, un tuyau d'un diamètre extérieur D h = 21 cm est sélectionné structurellement, diamètre interne d b = 18 cm et une épaisseur de paroi de 1,5 cm, ce qui est acceptable puisque la cavité du tuyau sera remplie de béton. Surface de la section transversale du tuyau, F : Le moment d'inertie du profil (J) et le rayon de giration (r) sont déterminés. Respectivement: J = cm4, (3,14) Où - caractéristiques géométriques sections. Rayon d'inertie : r=, cm, (3,15) où J est le moment d'inertie du profil ; F est l'aire de la section requise. Flexibilité: La tension dans le rack est déterminée par la formule : Kg/cm (3,17) Dans ce cas, d'après les tableaux de l'annexe 17 (A. N. Serenko) il est supposé = 0,34 Calcul de la résistance de la base du rackLa pression de conception P sur la fondation est déterminée : Р= Р" + Р st + Р bs, kg, (3,18) Р st =F L g, kg, (3,19) R bs = L g b, kg, (3,20) où : P"-effort support vertical P"= 5885,6 kg ; R st - poids du rack, kg ; g - densité de l'acier g = 7,85*10 -3 kg/. R bs - poids du béton coulé dans le rack, kg ; gb -gravité spécifique qualité du béton.g b =2,4*10 -3 kg/. Surface requise de la plaque à chaussures avec pression admissible sur la base de sable [y] f = 2 kg/cm 2 : Une dalle avec côtés est acceptée : aChb = 0,65 × 0,65 m La charge répartie, q pour 1 cm de dalle sera déterminée : Moment de flexion de calcul, M : Moment résistant de calcul, W : Épaisseur de la plaque d : L'épaisseur de la dalle est supposée être d = 20 mm. 1. Collecte de charges Avant de commencer le calcul d'une poutre en acier, il est nécessaire de collecter la charge agissant sur la poutre métallique. En fonction de la durée d'action, les charges sont divisées en permanentes et temporaires.
Les charges sur une poutre sont divisées en deux types : de conception et standard. Les charges de conception sont utilisées pour calculer la résistance et la stabilité de la poutre (1 état limite). Les charges standard sont établies par des normes et sont utilisées pour calculer la flèche des poutres (2e état limite). Les charges de conception sont déterminées en multipliant la charge standard par le facteur de charge de fiabilité. Dans le cadre de ce calculateur, la charge de calcul est utilisée pour déterminer la flèche de la poutre à réserver. Après avoir collecté la charge surfacique sur le sol, mesurée en kg/m2, vous devez calculer la part de cette charge surfacique supportée par la poutre. Pour ce faire, vous devez multiplier la charge superficielle par le pas des poutres (ce qu'on appelle la bande de charge). Par exemple : Nous pensions que charge totale le résultat était Qsurface = 500 kg/m2 et l'espacement des faisceaux était de 2,5 m. Alors la charge répartie sur la poutre métallique sera : Qdistribuée = 500 kg/m2 * 2,5 m = 1250 kg/m.Cette charge est entrée dans le calculateur 2. Construire des diagrammesAprès avoir construit les schémas, un calcul est effectué pour la résistance (1er état limite) et la flèche (2ème état limite). Afin de sélectionner une poutre en fonction de sa résistance, il est nécessaire de trouver le moment d'inertie requis Wtr et de sélectionner un profilé métallique approprié dans le tableau d'assortiment. La déflexion verticale maximale est prise conformément au tableau 19 du SNiP 2.01.07-85* (Charges et impacts). Point 2.a en fonction de la portée. Par exemple, la déflexion maximale est de fult=L/200 avec une portée de L=6m. signifie que le calculateur sélectionnera une section d'un profilé laminé (poutre en I, canal ou deux canaux dans une boîte), dont la déflexion maximale ne dépassera pas fult=6m/200=0,03m=30mm. Pour sélectionner un profilé métallique en fonction de la déflexion, recherchez le moment d'inertie requis Itr, obtenu à partir de la formule permettant de trouver la déflexion maximale. Et également un profilé métallique approprié est sélectionné dans le tableau d'assortiment.4. Sélection d'une poutre métallique dans le tableau d'assortiment A partir de deux résultats de sélection (états limites 1 et 2), un profilé métallique avec un grand nombre de sections est sélectionné. La colonne est un élément vertical structure porteuse bâtiment, qui transfère les charges des structures situées au-dessus vers les fondations. Lors du calcul des colonnes en acier, il est nécessaire de se guider sur la SP 16.13330 « Structures en acier ». Pour une colonne en acier, une poutre en I, un tuyau, un profilé carré ou une section composite de canaux, d'angles et de tôles sont généralement utilisés. Pour les colonnes comprimées centralement, il est optimal d'utiliser un tuyau ou un profilé carré - ils sont économiques en termes de poids métallique et ont un bel aspect esthétique, cependant, les cavités internes ne peuvent pas être peintes, ce profilé doit donc être hermétiquement fermé. L'utilisation de poutres en I à larges ailes pour les poteaux est très répandue - lorsque le poteau est pincé dans un plan ce type le profil est optimal. La méthode de fixation de la colonne dans la fondation est d'une grande importance. La colonne peut avoir une fixation articulée, rigide dans un plan et articulée dans l'autre, ou rigide dans 2 plans. Le choix de la fixation dépend de la structure du bâtiment et est plus important dans le calcul car La longueur de conception de la colonne dépend de la méthode de fixation. Il faut également considérer le mode de fixation des pannes, panneaux muraux , poutres ou fermes sur un poteau, si la charge est transmise depuis le côté du poteau, alors l'excentricité doit être prise en compte. En pratique, le poteau n'est pas considéré séparément, mais une charpente ou un modèle tridimensionnel du bâtiment est modélisé dans le programme, il est chargé et le poteau dans l'assemblage est calculé et le profil requis est sélectionné, mais dans les programmes il Il peut être difficile de prendre en compte l'affaiblissement de la section par les trous des boulons, il est donc parfois nécessaire de vérifier la section manuellement. Pour calculer un poteau, nous avons besoin de connaître les contraintes et les moments maximaux de compression/traction se produisant dans les sections clés ; pour cela, des diagrammes de contraintes sont construits. Dans cette revue, nous considérerons uniquement le calcul de la résistance de la colonne sans construire de schémas. Nous calculons la colonne en utilisant les paramètres suivants : 1. Résistance centrale à la traction/compression 2. Stabilité sous compression centrale (dans 2 plans) 3. Résistance sous l'action combinée de la force longitudinale et des moments de flexion 4. Vérification de la flexibilité maximale de la tige (dans 2 plans) 1. Résistance centrale à la traction/compression Selon SP 16.13330 clause 7.1.1, calcul de la résistance des éléments en acier avec résistance standard R. yn ≤ 440 N/mm2 avec traction centrale ou compression par force N doit être satisfait selon la formule UN n est la section nette du profil, c'est-à-dire en tenant compte de son affaiblissement par des trous ; R. y est la résistance de calcul de l'acier laminé (en fonction de la nuance d'acier, voir le tableau B.5 SP 16.13330) ; γ c est le coefficient des conditions de fonctionnement (voir tableau 1 SP 16.13330). À l'aide de cette formule, vous pouvez calculer la surface transversale minimale requise du profil et définir le profil. À l'avenir, dans les calculs de vérification, la sélection de la section de colonne ne pourra être effectuée qu'en utilisant la méthode de sélection de section, nous pouvons donc définir ici un point de départ inférieur auquel la section ne peut pas être. 2. Stabilité sous compression centrale Les calculs de stabilité sont effectués conformément à la clause 7.1.3 de SP 16.13330 en utilisant la formule UN— section brute du profilé, c'est-à-dire sans tenir compte de son affaiblissement par les trous ; R. γ φ — coefficient de stabilité sous compression centrale. Comme vous pouvez le constater, cette formule est très similaire à la précédente, mais ici le coefficient apparaît φ , pour le calculer, nous devons d'abord calculer la flexibilité conditionnelle de la tige λ (indiqué par une ligne ci-dessus). Où R. y—résistance calculée de l'acier ; E— module d'élasticité ; λ — flexibilité de la tige, calculée par la formule : Où je ef est la longueur de conception de la tige ; je— rayon de giration de la section. Longueurs estimées je l'ef des colonnes (crémaillères) de section constante ou des sections individuelles de colonnes étagées selon SP 16.13330 clause 10.3.1 doit être déterminé par la formule Où je— longueur de colonne ; μ — coefficient de longueur efficace. Coefficients de longueur effective μ les colonnes (crémaillères) de section constante doivent être déterminées en fonction des conditions de fixation de leurs extrémités et du type de charge. Pour certains cas de fixation des extrémités et le type de charge, les valeurs μ sont donnés dans le tableau suivant : Le rayon d'inertie de la section peut être trouvé dans le GOST correspondant au profil, c'est-à-dire le profil doit déjà être précisé à l'avance et le calcul se réduit à énumérer les sections. Parce que le rayon de giration dans 2 plans pour la plupart des profils est différentes significations sur 2 plans (seuls le tube et le profilé carré ont les mêmes valeurs) et la fixation peut être différente, et par conséquent les longueurs de conception peuvent également être différentes, alors les calculs de stabilité doivent être effectués pour 2 plans. Nous disposons désormais de toutes les données nécessaires pour calculer la flexibilité conditionnelle. Si la flexibilité ultime est supérieure ou égale à 0,4, alors le coefficient de stabilité φ calculé par la formule : valeur du coefficient δ doit être calculé à l’aide de la formule : chances α Et β voir tableau Valeurs des coefficients φ , calculé à l'aide de cette formule, ne doit pas être pris plus de (7,6/ λ 2) avec des valeurs de flexibilité conditionnelle supérieures à 3,8 ; 4.4 et 5.8 pour les types de section a, b et c, respectivement. Avec des valeurs λ < 0,4 для всех типов сечений допускается принимать φ = 1. Valeurs des coefficients φ sont donnés à l’annexe D SP 16.13330. Maintenant que toutes les données initiales sont connues, nous effectuons le calcul en utilisant la formule présentée au début : Comme mentionné plus haut, il faut faire 2 calculs pour 2 plans. Si le calcul ne satisfait pas à la condition, alors nous sélectionnons un nouveau profil avec plus grande valeur rayon de giration de la section. Vous pouvez également modifier le schéma de conception, par exemple en remplaçant le joint articulé par un joint rigide ou en fixant la colonne dans la travée avec des attaches, vous pouvez réduire la longueur de conception de la tige. Il est recommandé de renforcer les éléments comprimés avec des murs solides de section ouverte en forme de U avec des planches ou des grilles. S'il n'y a pas de bandes, la stabilité doit être vérifiée en cas de flambage par flexion-torsion conformément à la clause 7.1.5 du SP 16.13330. 3. Résistance sous l'action combinée de la force longitudinale et des moments de flexion En règle générale, la colonne est chargée non seulement d'une charge de compression axiale, mais également d'un moment de flexion, dû par exemple au vent. Un moment se forme également si la charge verticale n'est pas appliquée au centre de la colonne, mais sur le côté. Dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer un calcul de vérification conformément à la clause 9.1.1 SP 16.13330 en utilisant la formule Où N— force de compression longitudinale ; UN n est l'aire de la section transversale nette (en tenant compte de l'affaiblissement dû aux trous) ; R. y—résistance de conception de l'acier ; γ c est le coefficient des conditions de fonctionnement (voir tableau 1 SP 16.13330) ; n,Cx Et Oui— coefficients acceptés selon le tableau E.1 SP 16.13330 MX Et Mon- moments relatifs axes X-X et YY ; W xn, min et W yn,min - moments de résistance de la section par rapport aux axes X-X et Y-Y (peuvent être trouvés dans GOST pour le profil ou dans l'ouvrage de référence) ; B— bimoment, dans le SNiP II-23-81* ce paramètre n'était pas inclus dans les calculs, ce paramètre a été introduit pour prendre en compte le déplanage ; Wω,min – moment de résistance sectoriel de la section. S'il ne devrait y avoir aucune question avec les 3 premiers composants, alors la prise en compte du bi-moment pose quelques difficultés. Le bimoment caractérise les changements introduits dans les zones de distribution linéaire des contraintes de déplanation de section et, en fait, est une paire de moments dirigés dans des directions opposées Il est à noter que de nombreux programmes ne peuvent pas calculer le bi-couple, notamment SCAD qui n'en tient pas compte. 4. Vérification de la flexibilité maximale de la tige Flexibilité des éléments compressés λ = lef / i, en règle générale, ne doit pas dépasser les valeurs limites λ tu es donné dans le tableau Le coefficient α dans cette formule est le coefficient d'utilisation du profil, selon le calcul de stabilité en compression centrale. Tout comme le calcul de stabilité, ce calcul doit être fait pour 2 plans. Si le profil ne convient pas, il est nécessaire de modifier la section en augmentant le rayon de giration de la section ou en modifiant le schéma de conception (changer les fixations ou sécuriser avec des attaches pour réduire la longueur de conception). Si le facteur critique est une flexibilité extrême, alors la qualité d'acier la plus basse peut être choisie car La qualité de l'acier n'affecte pas la flexibilité ultime. La meilleure option peut être calculé à l’aide de la méthode de sélection. Publié dans Tagué , |
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