EN сталь / TKP EN 1993-4-1-2009

ТКП EN 1993-4-1-2009

8.1.5 Ограничения на размещение кольца

(1) Смещение любой кольчатой пластины или кольца по вертикали относительно центра переходного 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 выполняется это требование.

Напряжение в кольцевой кольчатой пластине

Безразмерный эксцентриситет e/λ

Рисунок 8.2 — Развитие мембранных напряжений в кольце и смежной оболочке, если кольцо смещено относительно центра

8.2 Анализ сочленения

8.2.1Общие положения

(1)Переходное сочленение бункера последовательного класса 1 можно рассчитать, используя простые выражения и нагрузки из смежных сегментов оболочки, которые выводятся с помощью мембранной теории.

(2)Если расчеты переходного сочленения выполнять на ЭВМ, они должны удовлетворять требованиям стандарта EN 1993-1-6.

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

8.2.2Переходные 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 сочленения, ее, наряду с другими сегментами, можно рассматривать в качестве сегмента оболочки; см. рисунок 8.3.

166

ТКП EN 1993-4-1-2009

Кольчатая пластина

Эта полка неэффективна при сжатии по окружности

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 teqA и teqB в каждой группе определяется, исходя из следующих выражений:

(3) Соотношение α — более тонких сегментов к более толстым сегментам соответствующей группы листов — должно определяться, исходя из выражения:

при:

(4) В одной из двух групп с более тонкими листами эффективная длина каждого сегмента оболочки должна определяться исходя из выражения:

где β — угол между центральной линией оболочки и осевой линией бункера (неполный угол в вершине конуса) для данного листа. Полезная площадь поперечного сечения каждого сегмента оболочки должна определяться исходя из выражения:

Из двух групп в группе с более толстыми листами полезная площадь поперечного сечения каждого сегмента оболочки должна определяться исходя из выражения:

167

ТКП EN 1993-4-1-2009

В данной группе полезная площадь поперечного сечения каждого сегмента оболочки должна определяться исходя из выражения:

(5) Полезная площадь поперечного сечения Aep кольчатой пластины, соединенной с узлом сочленения через центр сочленения, должна определяться исходя из выражения:

где r — радиус цилиндрической стенки бункера;

b — радиальная ширина кольца из кольчатых пластин; tp — толщина кольца из кольчатых пластин.

(6) Общая полезная площадь Aet кольца при повышении силы сжатия в окружном направлении должна определяться исходя из выражения:

все сегменты

(7) Если сочленение состоит только из цилиндра, юбки и хоппера (см. рисунок п. 8.4), общая полезная площадь кольца Aet может быть рассчитана с помощью альтернативного выражения из:

(8)Если в переходном сочленении используются профили, имеющие более сложную геометрию, при оценке переходного сочленения должны считаться полезными только сегменты кольчатой пластины, удовлетворяющие условию п. 8.1.5 (1).

(9)Расчетное значение эффективной силы сжатия в окружном направлении Nθ,Ed, которая развивается в сочленении, должно определяться исходя из выражения:

где (см. рисунок 8.5):

r — радиус цилиндрической стенки бункера;

β— неполный угол хоппера (в верхней части);

μ— коэффициент трения о стенку хоппера.

168

ТКП EN 1993-4-1-2009

Цилиндр

Кольцо

Юбка

Хоппер

Рисунок 8.4 — Представление простого переходного сочленения из кольчатых пластин

(10) Максимальное расчетное напряжение при сжатии σuθ,Ed для сочленения, имеющего равно-

определяется здесь

Рисунок 8.5 — Локальное давление и результирующие нагрузки на переходное кольцо вследствие мембранного напряжения

169

ТКП EN 1993-4-1-2009

8.2.3 Кольцевая балка переходного сочленения

(1)При расчете бункеров последовательного класса 3 должен проводиться числовой анализ конструкции, который позволяет моделировать все элементы из листа, наподобие сегментов оболочки,

ине предполагает воздействие призматической балки на любой криволинейный элемент. Этот анализ должен учитывать конечную ширину обособленных опор.

(2)Применительно к бункерам других последовательных классов должны быть рассчитаны изгибающие и крутящие моменты в зоне кольцевой балки с учетом эксцентриситета при загрузке и с опорой на центр тяжести кольцевой балки.

(3)Общее осевое давление сжатия в окружном направлении, возникшее в балке, должно подразумеваться как неизменное по периметру окружности. Оно определяется из выражения:

nφh,Ed — расчетное значение меридионального натяжения на единицу окружности в вершине

μ— коэффициент трения о стенку хоппера.

(4) Изменение окружной координаты θ расчетного изгибающего момента Mr,Ed вокруг горизонтальной (радиальной) оси (позитивный изгибающий момент) и расчетного скручивающего момента Тθ,Ed в кольцевой балке должно быть принято за:

где (см. рисунок 8.6):

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

nϕh,Ed — расчетное значение результирующей растягивающего мембранного напряжения в вершине хоппера.

(5) Пиковые значения расчетного изгибающего момента вокруг радиальной оси, которые встречаются над опорой Mrs,Ed и в середине пролета Mrm,Ed , должны определяться из:

170

ТКП EN 1993-4-1-2009

(6) Если применяется кольцевая балка с открытым сечением, следует предполагать, что сопротивление крутящему моменту оказывается полностью за счет деформации, если не проводить более точный анализ. Если деформация оказывает противодействие крутящему моменту, пиковые расчетные значения изгибающего момента вокруг вертикальной оси в каждой полке должны быть приняты в виде Mfs,Ed в опоре и Mfm,Ed в середине пролета и могут быть исчислены следующим образом:

где h — расстояние по вертикали между полками кольцевой балки.

Переходное сочленение конуса с цилиндром

Ось

Центр тяжести эффективного сечения кольцевой балки, G

Рисунок 8.6 — Эксцентриситет вертикальных нагрузок на кольцевую балку

(7)Периферические мембранные напряжения σθ,Ed, которые накапливаются в каждой полке кольцевой балки, должны быть исчислены на основании параметров осевой нагрузки Nθ,Ed, радиального осевого момента Mr,Ed и изгибающих моментов при деформации Mf,Ed с помощью прикладной теории проектирования изгиба и деформации, а также путем принятия главных векторов напряжения, определенных в п.п. (3) – (6).

(8)Наибольшее значение периферического мембранного напряжения σθ,Ed (работающего как на растяжение, так и на сжатие), которое накапливается в полках кольцевой балки в любом положении

по периметру окружности, должно определяться как σmθ,Ed.

(9) Наибольшее давление сжатия при периферическом мембранном напряжении σθ,Ed, которое развивается в полках кольцевой балки в любом положении по периметру окружности, должно определяться как σcθ,Ed.

8.3 Сопротивление конструкций

8.3.1 Общие положения

(1) Переходное соединение должно удовлетворять требованиям стандарта EN 1993-1-6. Они могут 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, предусмотренных в стандарте EN 1993-1-6. Вместо простого и достаточно точного приближения к этим положениям можно использовать следующие оценочные параметры сопротивления.

171

ТКП EN 1993-4-1-2009

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 определяться с помощью выражения:

8.3.2.3 Сопротивление на основе оценки пластичности

(1)Расчетное значение сопротивления должно определяться с учетом возможности достижения результирующей мембранного напряжения при растяжении nϕh,Rd в зоне соединения хоппера.

(2)Расчетное значение сопротивления в предельном состоянии пластичности nϕh,Rd должно определяться посредством выражения:

при:

β— неполный угол хоппера (в верхней части);

nϕh,Rd — меридиональное мембранное сопротивление на единицу окружности в верхней части хоппера;

pnc — среднее локальное давление на эффективную длину сегмента цилиндра; рnh — 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 можно использовать следующие оценочные параметры сопротивления.

(2)Расчетное значение сопротивления должно определяться в точке соединения, где встречается наивысшее сжимающее мембранное напряжение в окружном направлении.

(3)Расчетное значение сопротивления потере устойчивости в одной плоскости σip,Rd должно определяться с помощью выражения:

172

ТКП EN 1993-4-1-2009

где EIz — изгибная жесткость эффективного поперечного сечения кольца вокруг его вертикальной оси (см. рисунок 8.3);

Aet — эффективная площадь поперечного сечения кольца, представленная в п. 8.2.2; rg — радиус центра тяжести эффективного поперечного сечения кольца.

(4) Приведенный выше параметр оценки сопротивления и связанная с ним проверка устойчивости к потере устойчивости в одной плоскости (см. п. 8.4) могут быть опущены, если неполный угол конуса β больше βlim.

Примечание — Значение βlim может быть задано в национальном приложении. Рекомендуется значение

βlim = 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 можно 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 сопротивления короблению оболочки σop,Rd в стенке смежной с соединением должно определяться с помощью выражения:

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;

Aet — эффективная площадь поперечного сечения кольца, приведенная в п. 8.2.2; rg — 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 σop,\,Rd должно определяться с помощью выражения:

при:

173

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 bp с симметричными вертикальными усиливающими полками высотой bf, 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 σop,Rd

вкольцевой 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:

при:

174

ТКП EN 1993-4-1-2009

tf — толщина внешней вертикальной полки таврового сечения; bp — ширина кольца в виде кольчатой пластины;

bf — высота (ширина полки) внешней вертикальной полки таврового сечения; A — площадь поперечного сечения тавровой кольцевой балки;

xc — расстояние между центром тяжести таврового сечения и внешней гранью; Ir — осевой момент инерции таврового сечения вокруг его радиальной оси;

Iz — осевой момент инерции таврового сечения вокруг его вертикальной оси; It — равномерная постоянная кручения для таврового сечения;

γM1 — 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 применяться процедуры, предусмотренные стандартом EN 1993-1-6. Если компьютерный анализ не включает исследования на предмет потери устойчивости, для определения сопротивления потере устойчивости с целью верификации предельных состояний согласно стандарту EN 1993-1-6 может применяться раздел 8.3.

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

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

жено воздействию только равномерного мембранного напряжения в окружном направлении σuθ,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:

(4) Если для оценки предельного состояния пластичности используется расчет пластичности, верификация оценки предельного состояния пластичности соединения должна выполняться с помощью выражения:

(5) Предельное состояние потери устойчивости в одной плоскости соединения должно проверяться с помощью выражения:

(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 βlim, и над кольцом расположен цилиндр;

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

от отклонений от округлости кольцом, имеющим изгибную жесткость EIz вокруг своей вертикальной оси (изгибание в окружном направлении) выше чем:

где t — толщина самого тонкого пояса в цилиндре.

Примечание 1 — Значения βlim, kL и kR могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются зна-

чения = 10 и kR = 0,04.

175