Элементы, раскрепленные из плоскости

Балки и аналогичные конструктивные элементы, работающие на изгиб, могут рассматриваться как раскрепленные из плоскости, если их сжатые полки удерживаются в таком положении, которое позволяет предотвратить изгибно-крутильную форму потери устойчивости. Для тонкостенных стальных элементов каркаса такое раскрепление, как правило, обеспечивается благодаря обшивке настилами, гипсокартоном (для стен) или напольными покрытиями (например, из деревянных досок или бетонных плит). Прогоны покрытия и стеновые прогоны также часто считаются раскрепленными в поперечном направлении благодаря креплению по всей длине ограждающих элементов обшивки. Однако поскольку обшивка крепится, как правило, только по одной стороне элемента, то при наличии знакопеременных (например, ветровых) нагрузок прогоны покрытия и стеновые прогоны должны быть рассчитаны на изгибно-крутильную форму потери устойчивости при соответствующем варианте загружения.

Расчет раскрепленных из плоскости легких стальных тонкостенных балок аналогичен проектированию соответствующих обычных изгибаемых элементов. Должны быть предусмотрены следующие проверки:

– несущей способности на изгиб;

– несущей способности на срез;

– локальный отказ стенки;

– эксплуатационной пригодности по 2-й группе предельных состояний (на прогиб).

Как указывалось ранее, ключевое различие между тонкостенными конструкциями и обычными стальными элементами состоит в подверженности тонкостенных стальных профилей потере местной устойчивости и устойчивости формы сечения, что учитывается использованием в расчете характеристик эффективного сечения. Однако помимо этого, вследствие использования малых толщин повышаются риски потери устойчивости элемента от сдвига, смятия, выпучивания или потери устойчивости стенки под действием локальных поперечных сил.

Несущая способность поперечного сечения легких стальных тонкостенных элементов на изгиб рассматривается в §6.1.4 EN 1993-1-3, который дает следующее определение предельного изгибающего момента:

W_eff –момент сопротивления эффективного поперечного сечения профиля в упругой стадии.

Формула предполагает потерю несущей способности профиля вследствие пластической деформации сжатой полки. В случае, когда пластическая деформация возникает сначала в растянутой зоне, могут использоваться резервы пластической работы растянутой части сечения, что подробно рассматривается в §6.1.4.2 EN 1993-1-3. В этом случае изгибающий момент будет ограничен максимальным сжимающим напряжением σ_com,Ed, достигая .

Несущая способность на срез рассматривается в §6.1.5 EN 1993-1-3 и определяется выражением:

где:

R_sb – критическое напряжение при сдвиге, учитывающее потерю устойчивости стенки;

h_w – высота стенки между срединными линиями полок;

φ – наклон стенки относительно полок.

Использование обозначения Q_b подразумевает несущую способность при сдвиге, определяемую устойчивостью, а не прочностью. Возможность потери устойчивости при сдвиге зависит от гибкости стенки, поэтому высокие профили, изготовленные из очень тонкой стали, наиболее подвержены такой форме утраты несущей

способности. Возможность потери устойчивости заложена в расчете использованием сопротивления стали R_sb, которое является функцией предела текучести R_yb и условной гибкости стенки . Значения R_sb приведены в таблице.

Таблица

Критическое напряжение R_sb при сдвиге

Условная гибкость стенки	Стенка без элементов жесткости на опоре	Стенка с элементом жесткости на опоре1)
1)Элементами жесткости являются ребра, усиливающие элементы и вкладыши, которые устанавливаются в опорной зоне для исключения искривления стенки и рассчитаны на опорную реакцию.

EN 1993-1-3 определяет гибкость стенки изгибаемых элементов для двух основных случаев:

для стенки без продольных элементов жесткости:

для стенки с продольными элементами жесткости в запас можно принимать:

Обозначения в формулах пояснены на рисунке.

f

Расчет на действие локальных напряжений от поперечных сил рассматривается в §6.1.7 EN 1993-1-3.