Plastická únosnost polokompaktních ocelových profilů

Vědecké poznatky se v průběhu času vyvíjejí a téma návrhové únosnosti ocelových průřezů třídy 3 není výjimkou. V Eurokódu 3 „Navrhování ocelových konstrukcí“ se předpokládá, že průřezy třídy 3 nepřenesou větší namáhání, než je jejich pružná únosnost, i když dnes již uznáváme, že vnitřní plastické přerozdělení může, někdy i výrazně, jejich únosnost zvýšit. Druhá generace Eurokódů proto připravuje aktualizaci.

Výzkumné projekty SEMI-COMP a SEMI-COMP+

Výsledkem dvou výzkumných projektů financovaných evropským Výzkumným fondem pro uhlí a ocel (RFCS) je ekonomičtější metoda navrhování ocelových průřezů třídy 3: 

• SEMI-COMP "Plastická únosnost prutů z polokompaktních ocelových průřezů – ekonomičtější návrh" (RFSR-CT-2004-00044)
• SEMI-COMP+ "Valorizace plastické únosnosti prutů z polokompaktních ocelových průřezů – ekonomičtější návrh" (RFS2-CT-2010-00023)
  

Před zveřejněním závěrů obou výše uvedených výzkumných projektů se průřezy třídy 3 mohly spoléhat pouze na svoji pružnou únosnost. Nově navržený přístup umožňuje do určité míry využít i plastické vlastnosti materiálu – jakousi pružno-plastickou únosnost, která je vyšší než při pouhém spoléhání se na pružné vlastnosti. Výsledkem je, že ocelový materiál lze použít hospodárnějším způsobem.

První projekt byl po třech letech výzkumu dokončen v roce 2008. Výsledkem byl výpočetní model, který je plně v souladu se zásadami Eurokódu 3 a zároveň umožňuje zvýšit návrhovou únosnost průřezů třídy 3. Vytvořený model byl ověřen řadou numerických i experimentálních zkoušek. 

Cílem druhého výzkumného projektu bylo rozšířit nově vyvinutý návrhový postup mezi odbornou veřejnost prostřednictvím různých aktivit, kterými byly vypracované pokyny pro navrhování, specifický software nazvaný „Semi-Comp Design“ a odborné semináře. Více informací o pokynech pro navrhování najdete na internetových stránkách: www.tugraz.at/en

Zahrnutí poznatků SEMI-COMP+ do nové generace normy EN 1993-1-1

Navrhování polokompaktních průřezů bude zahrnuto do příští generace normy EN 1993-1-1 a využívá stejný přístup, jaký byl navržen v programu SEMI-COMP+. V konečném návrhu se nachází v příloze B. Návrh polokompaktních průřezů v návrhu nové generace EN 1993-1-1 podporuje následující typy profilů:

• I- nebo H- průřezy (válcované nebo svařované)
• obdélníkové trubky nebo dvouose-symetrické svařované uzavřené průřezy
• kruhové nebo eliptické trubky
  

Návrhový přístup SEMI-COMP+

Jak již bylo uvedeno, tento přístup dovoluje pro průřezy třídy 3 využít pružno-plastickou návrhovou únosnost. Tu lze interpretovat jako lineární interpolaci mezi pružnou a plastickou únosností (na obrázku naznačeno čárkovaně):

V současném přístupu je čárkovaná čára vynechána, čímž dochází u průřezů třídy 3 k výraznému poklesu ohybové únosnosti, protože dojde k náhlému přechodu z plastické únosnosti na pružnou. Díky čárkované čáře (elasto-plastické chování), tedy lineárnímu přechodu mezi plastickou a pružnou oblastí, se pro průřezy třídy 3 získá vyšší únosnost.

Průřezy I nebo H

Tabulka 13 v publikaci SEMI-COMP+ nabízí jednoduchou metodu pro stanovení pružno-plastických návrhových hodnot pro I nebo H průřezy třídy 3:

RHS-průřezy (obdélníkové trubky)

Tabulka 14 v publikaci SEMI-COMP+ nabízí jednoduchou metodu pro stanovení pružno-plastických návrhových hodnot pro obdélníkové trubky třídy 3:

Modifikované klasifikační meze

Výzkumný projekt SEMI-COMP+ odhalil, že klasifikační meze v současné normě EN 1993-1-1 nesplňují stanovenou úroveň bezpečnosti podle ESDEP (European Steel Design Program). Navržená modifikace klasifikačních mezí je již nějakou dobu zabudována ve SCIA Engineer. Více informací najdete na: help.scia.net/webhelplatest/

Úprava mezí je uvedena v tabulce 8 publikace SEMI-COMP+:

Implementace v programu SCIA Engineer

SCIA Engineer nabízí metodu návrhu podle SEMI-COMP+ již od verze 17. Ve výchozím nastavení je tato metoda automaticky aktivována a poskytuje tak ekonomičtější řešení. Nastavení můžete změnit v dialogu Nastavení oceli:

Pokud je metoda aktivována a průřez je klasifikován jako třída 3 a jedná se o průřez typu I-/H nebo RHS, použije se přístup SEMI-COMP+, jak je znázorněno níže na příkladu s profilem HE300AA:

Upravené moduly průřezu W3,y a W3,z jsou interpolované hodnoty mezi pružným a plastickým modulem průřezu. Hodnoty c/tref udávají, ke které straně jsou interpolované hodnoty blíže. Hodnota c/tref bližší 0 znamená, že interpolovaný modul průřezu je blíž k plastickému modulu průřezu, zatímco hodnota c/tref bližší 1 znamená, že interpolovaný modul průřezu je blíž k pružného modulu průřezu.

Další informace o implementaci v programu SCIA Engineer naleznete zde: help.scia.net/webhelplatest/

Zdroje:

• Valorizační projekt Semi-Comp+, č. RFS2-CT-2010-00023, podkladové informace, 22. března 2012
• prEN 1993-1-1:2020 (příloha B)