Geometri Balklängd LH 10m Balkdimensioner - IPE400 Flänsbredd b 180mm Tjocklek fläns t 13.5mm Bredd liv d 8.6mm Total balkhöjd h tot ht 400mm h tot t 0.387m Materialegenskaper - stål Elasticitetsmodul E 210 GPa Skjuvmodul G 81GPa Tröghetsmoment kring styva axeln Iy 231.3010 Tröghetsmoment kring veka axeln Iz 13.17810 Välvstyvhet Cw Vridstyvhet C Transversal böjstyvhet Bz Storheter - IPE400 6 4 m 6 4 m 9 4 10300010 kN mm 6 2 41.6 10 kN mm E Iz 3 2 2.767 10 kN m Beräkning av kritisk last med avseende på vippning Symmetrifaktor Dubbelsymmetriskt tvärsnitt 0 h tot Lastens angreppshöjd a 2 a Korrektionsfaktor 200 mm 0.517 ht C Parameter k 0.636 m Cw k LH 1 6.355 Parameter utläst från Figur 8.1 m Kritisk last q cr.hand 23 m Bz C 3 2 1 LH k LH 2 8.705 kN m Beräkning av kritisk moment med avseende på vippning Kritiskt vippningsmoment enligt tabellfall 2 M cr.hand q cr.hand LH 108.816 kN m 8 Beräkning av maximal nedböjning vid statisk analys 4 Maximal nedböjning enligt tabell 5 q cr.hand LH max.hand 384 E Iy 23 mm Beräkning av maximal spänning vid statisk analys Maximal spänning enligt tabell M cr.hand h tot max.hand Iy 2 94.091 MPa Analytisk beräkning för inspämmimgsmoment på stagbalk ska jämföras med beräkningar i ANSYS Geometri Längd huvudbalk LH 10m Balkbredd, huvudbalk bH 180mm Balkhöjd, huvudbalk hH 400mm Flänstjocklek, huvudbalk tH 13.5mm Livtjocklek, huvudbalk dH 8.6mm Vridstyvhet huvudbalk C 41.6kN m Välvstyvhet huvudbalk Cw Elasticitetsmodul E 210GPa Skjuvmodul G 81GPa Storheter 2 4 103kN m Vinkeländring från vridning och välvning i huvudbalken Punktlast Vridmoment i huvudbalk Parameter Q 1kN m LH C 2 Cw 3 3.178 tanh 0.204 3 3 Vinkeländring i huvudbalkens mitt Q LH H.hand.Q 48 Cw 41.249 10 3 rad Styvhetskonstant huvudbalk Q CH y top.Q Förskjutning i botten i fältmitt y bot.Q Skillnad handberäkningar och ANSYS kN m H.hand.Q Förskjutning i toppen i fältmitt Vinkeländring i huvudbalkens mitt, från ANSYS 24.243 Hämtat från ANSYS 8.160mm H.ansys.Q 8.160mm tan Hämtat från ANSYS y top.Q y bot.Q hH H.hand.Q .Q rad H.ansys.Q H.hand.Q 40.823 10 1.034 % 3 rad OK! Jämnt utbredd last Vridmoment i huvudbalk (konstant över hela längden) q 1kN m m 2 24 Parameter 1 4 5 1 2 cosh 0.195 4 Vinkeländring i huvudbalkens mitt 5q LH H.hand.q Förskjutning i toppen i fältmitt y top.q Förskjutning i botten i fältmitt y bot.q Vinkeländring i huvudbalkens mitt, från ANSYS H.ansys.q Skillnad handberäkningar och ANSYS 48.636mm 3 rad Hämtat från ANSYS 48.636mm Hämtat från ANSYS tan y top.q y bot.q hH H.hand.q .q 245.916 10 384Cw H.ansys.q H.hand.q 248.09 10 0.884 % 3 rad OK! Räknar om krafter i ANSYS till moment och jämför med handberäkningar - IPE400 Huvudbalkens längd LH 10m Huvudbalkens höjd hH 400mm Utböjning vid mittspann e0 Reducerad maximal utböjning Kurvatur från imperfektion LH 300 e0 e1 23.57 mm 2 y( x) e1 sin x LH Jämnt utbredd last Vertikal last Moment q 1 kN m M( x y) q y( x) LH Totalt moment handber. M tot.hand q y ( x ) dx 150.053 N m 0 För en stagbalk Vid stagbalk Reaktionskraft i överkant vid stagbalk Rök.1stgb Reaktionskraft i underkant vid stagbalk Ruk.1stgb Moment vid stagbalk M 1stgb 303.51N 303.49N Rök.1stgb Ruk.1stgb hH 2 121.4 N m Vid stöd - lika vid båda stöden Reaktionskraft i överkant vid stödet Rök.1stöd Reaktionskraft i underkant vid stödet Ruk.1stöd Moment vid stöd M 1stöd 35.809N 35.819N Rök.1stöd Ruk.1stöd hH 2 14.326 N m Kontroll Totalt moment ANSYS M tot.ansys M 1stgb M tot.hand Skillnad totalt moment 2M 1stöd M tot.ansys M tot.hand 150.051 N m 1.013 10 3 % Fördelning av vridande moment Andel av totalt vridande moment i stagbalken Andel av totalt vridande moment i stöd M 1stgb 80.906 % M tot.ansys M 1stöd 0.095 M tot.ansys Andel av maximalt böjmoment 2 Maximalt böjmoment Storlek på vridande moment i stagbalken vs maximalt böjmoment M böj q LH M 1stgb M böj 8 12.5 kN m 0.9712 % För två stagbalkar Vid stagbalkar Reaktionskraft i överkant vid stagbalk Rök.2stgb Reaktionskraft i underkant vid stagbalk Ruk.2stgb Moment vid stagbalk M 2stgb 180.88N 180.87N Rök.2stgb Ruk.2stgb hH 2 72.35 N m OK! Vid stöd - lika vid båda stöden Reaktionskraft i överkant vid stödet Rök.2stöd Reaktionskraft i underkant vid stödet Ruk.2stöd Moment vid stöd M 2stöd 6.6823N 6.6964N Rök.2stöd Ruk.2stöd hH 2 2.676 N m Kontroll Totalt moment ANSYS Skillnad totalt moment M tot.ansys2 2 M 2stgb M tot.hand 2 2M 2stöd M tot.ansys2 M tot.hand 150.051 N m 8.259 Fördelning av vridande moment Andel av totalt vridande moment i stagbalken Andel av totalt vridande moment i stöd M 2stgb 0.482 M tot.ansys2 M 2stöd 0.018 M tot.ansys2 Andel av maximalt böjmoment - OBS! Ej i samma punkt som stagbalken 2 Maximalt böjmoment Storlek på vridande moment i stagbalken vs maximalt böjmoment M böj M 2stgb M böj q LH 8 12.5 kN m 0.5788 % För tre stagbalkar Vid stagbalkar Reaktionskraft i överkant vid stagbalk i fältmitt Rök.3stgb.m Reaktionskraft i underkant vid stagbalk i fältmitt Ruk.3stgb.m 179.84N 179.97N 10 4 % OK! Moment vid stagbalk M 3stgb.m Rök.3stgb.m Reaktionskraft i överkant vid stagbalk vid L/4 och 3L/4 Rök.3stgb.y 95.516 N Reaktionskraft i underkant vid stagbalk i L/4 och 3L/4 Ruk.3stgb.y 95.406N Moment vid stagbalk M 3stgb.y Rök.3stgb.y Reaktionskraft i överkant vid stödet Rök.3stöd 2.1302N Reaktionskraft i underkant vid stödet Ruk.3stöd Moment vid stöd M 3stöd hH Ruk.3stgb.m Ruk.3stgb.y 2 hH 71.962 N m 38.184 N m 2 Vid stöd - lika vid båda stöden 2.1742N Rök.3stöd Ruk.3stöd hH 0.861 N m 2 Kontroll Totalt moment ANSYS Skillnad totalt moment M tot.ansys3 M 3stgb.m M tot.hand 3 2 M 3stgb.y M tot.ansys3 M tot.hand Fördelning av vridande moment Andel av totalt vridande moment i stagbalken i fältmitt Andel av totalt vridande moment i stagbalken i L/4 och 3L/4 Andel av totalt vridande moment i stöd M 3stgb.m M tot.ansys3 M 3stgb.y M tot.ansys3 M 3stöd M tot.ansys3 47.958 % 0.254 5.737 10 3 2M 3stöd 1.062 10 4 150.053 N m % OK! Andel av maximalt böjmoment 2 Maximalt böjmoment Storlek på vridande moment i stagbalken vs maximalt böjmoment M böj q LH M 3stgb.m M böj 8 12.5 kN m 0.5757 % Kontroll om skruvar, hålkanttryck och förbandsplåt klarar inspänningsmomentet Geometri Skruvdiameter d Håldiameter d0 d Ändavstånd i kraftriktning e1 1.2 d 0 16.8 mm Kantavstånd tvärs kraftriktning e2 1.2 d 0 16.8 mm Centrumavstånd i kraftriktningen p1 2.2 d 0 30.8 mm Centrumavstånd tvärs kraftriktningen p2 2.4 d 0 33.6 mm Höjd stagbalk h st 180mm Valsradie stagbalk Rst 9mm Flänstjocklek stagbalk tst 8.0mm Tjocklek liv stagbalk d st 5.3mm Längd förbandsplåt Lf 59mm Höjd förband hf h st Bredd förband bf 12mm Area skruvtvärsnitt A 12mm 2mm 14 mm 2 tst d 2 Rst 2 2 5mm 2 113.097 mm 4 Storheter Tröghetsmoment förband Böjmotstånd förband If Wy.f bf hf 3 2.515 12 bf hf 6 Elasticitetsmodul E 210GPa Skjuvmodul G 81GPa 10 6 4 m 2 3.699 4 3 10 mm 136 mm Sträckgräns stål, karakteristiskt fyk 355MPa Partialkoefficient, stål M0 1.0 Partitialkoefficient, stål M2 1.20 Sträckgräns stål, dimensionerande Enligt kapitel 6.1 i SS-EN 1993-1-1 fyk fyd 355 MPa M0 Sträckgräns skruv fyb 640MPa Stålkvlitet 8.8 Brottgräns skruv fub 800MPa Stålkvalitet 8.8 Nominell brottgräns stål i livet fu Stålkvalitet 355, t < 40 mm 510MPa Dimensionernade krafter från böjande moment - extremt lastfall Balklängd L 25m Bredd gångbrygga b 4m Utspridd last q 5 kN 2 m Storsta moment i en huvudbalk Partialkoefficient Godtyckligt moment från egentyngd Största dimensionerande moment i en huvudbalk Största inspänningsmoment, förutsätter att två eller tre stagbalkar används M max.k d Gk M max.d M insp q b L 2 2 8 781.25 kN m 0.91 M max.k 0.2 d 1.2 Gk 156.25 kN m d 1.5 M max.k 0.0058 M max.d 1.237 7.175 kN m 3 10 kN m Kapacitet förbandsplåt, plan böjning M insp Kapacitet m.h.t. moment d d Utnyttjande fyd 193.955 MPa Wy.f Mindre än 1,0 - OK! 0.546 Kommentar: Eftersom livplåten har kapacitet nog för kravet för plan böjning har garanterat även IPE-balken det. Den behöver inte kontrolleras separat. Kapacitet skruvar i livplåt (Tabell 3.4 SS-EN 1993-1-8:2005) Parameter för area v Dimensionerande bärförmåga med avseende på skjuvning i skruv Stålkvalitet 8.8 0.6 v fub A Fv.Rd Dimensionerande kraft M insp Fv.Ed Fv.Ed Utnyttjande Fv.Rd 45.239 kN M2 hf 70.066 kN 2 e2 EJ OK! 1.549 Kommentar: Livplåten kan göras så pass bred att fyra skruvar får plats, istället för bara två. F,v,Ed halveras då för de enskilda skruvarna. Dessutom kan en större skruvdiameter väljas. Kapacitet hålkanttryck i livet på IPE (Tabell 3.4 SS-EN 1993-1-8:2005) Parameter ab min k1 min e1 e1 3d 0 3d 0 2.8 e2 d0 1 4 1.0 1.7 2.5 fub fu 1.66 Både för skruv 0.15 i ände och vid kant För skruv vid kant Dimensionerande bärförmåga med avseende på hålkanttryck Fb.Rd Dimensionerande kraft Fb.Ed Utnyttjande k 1 ab fu d d st 6.73 kN M2 M insp 2 hf Fb.Ed 35.033 kN 2 e2 EJ OK! 5.205 Fb.Rd Kommentar: Hålkanttrycket kan bli så stort i stagbalkens liv att förbandsplåten behöver svetsas mot stagbalken. Det kan dock bli problematiskt att svetsa längst förbandsplåtens över- och underkant eftersom det är så litet spelrum mot flänsarna. Ett bättre alternativ kan då vara att såga av stagbalkens flänsar och svetsa livet direkt mot livplåten. Beräkna svetslängd när skruvar inte klarar dimensionerande krafter. Här svetsas endast i förbandsplåtens över- och underkant, ej änden. a - mått (valt värde) Parameter enligt. Tabell 4.1 i SS-EN 1993-1-8 a 3mm För stål 355 0.9 w Normalspänning vinkelrätt a-mått vink Normalspänning parallellt a-mått par Skjuvspänning vinkelrätt svetsens längdaxel vink 0 0 0 2 fu Skjuvspänning parallellt svetsens längdaxel Dimensionerande kraft per svets Effektiv svetslängd w M2 par Fsvets.Ed Leff 3 M insp hf 52.756 kN Fsvets.Ed fu w M2 3 64.5 mm 2 a Fsvets.Ed Skjuvspänning parallellt svetsens längdaxel par Leff a fu w M2 Kontroll 2 vink Minsta svetslängd Lsvets 3 Leff 1 2 vink 2a 2 Ska bli = 1! 0.5 par 70.5 mm Kommentar: Den minsta svetslängden ovan gäller när förbandsplåten svetsas i över- och underkanten mot stagbalk och/eller livplåt. Den kan kortas ned genom att även svetsa i plåtens ändar. Om det svetsas mot livplåten kan dessutom ett större a-mått väljas eftersom båda plåtarna då är lika tjocka. Dimensionernade krafter från skjuvkrafter Skjuvkraften är 0 eftersom det endast är ändmoment i balken. Räkna ut effektiv längd på stagbalkarna och kontrollera kapaciteten med avseende på plan böjning och vippning E 210GPa LM ( 500 1000 1500 2000)mm IPE100 som stagbalk Ctot.ipe100 d ( 214.89 165.08 134.157 113.011) kN m rad 10mm d0 d e1 1.2 d 0 14.4 mm p1 2.2 d 0 26.4 mm dist 2mm 12 mm 10mm Lf e1 Lst dist LM Lf 100mm Ist.100 171 10 8 4 m Lst h st.100 E Ist.100 Lst.eff Ctot.ipe100 E Ist.100 Ctot.ipe100 Lst ( 12.231 12.273 12.287 12.296) h st.100 h st.100 Lst.eff.ipe100 52 mm 2 ( 0.448 0.948 1.448 1.948) m h st.100 Lst.eff ( ) p1 e1 Lst ( 1.223 1.227 1.229 1.23 ) m h st.100 ( 1.671 2.175 2.677 3.178 ) m IPE120 som stagbalk Ctot.ipe120 d ( 403.198 308.927 250.657 210.958 ) kN m rad 10mm d0 d e1 1.2 d 0 14.4 mm p1 2.2 d 0 26.4 mm dist 2mm 12 mm 10mm Lf e1 dist Lst LM e1 Lf 120mm Ist.120 318 10 Ctot.ipe120 Lst.eff.ipe120 Lst 52 mm 8 4 m Lst ( 10.069 10.114 10.135 10.146 ) h st.120 h st.120 2 ( 0.448 0.948 1.448 1.948 ) m h st.120 E Ist.120 p1 ( 1.208 1.214 1.216 1.218 ) m h st.120 ( 1.656 2.162 2.664 3.166 ) m IPE140 som stagbalk Ctot.ipe140 d ( 783.70 581.06 462.32 383.88 ) kN m rad 12mm d0 d e1 1.2 d 0 16.8 mm p1 2.2 d 0 30.8 mm dist 2mm 14 mm 10mm Lf e1 dist Lst LM p1 e1 Lf 2 ( 0.441 0.941 1.441 1.941 ) m h st.140 140mm Ist.140 541 10 8 4 m E Ist.140 Lst Ctot.ipe140 h st.140 h st.140 Lst.eff.ipe140 59 mm ( 7.205 7.244 7.26 7.275 ) ( 1.009 1.014 1.016 1.019 ) m Lst h st.140 ( 1.45 1.955 2.457 2.96 ) m IPE160 som stagbalk Ctot.ipe160 d ( 1173 887.08 713.323 597.862 ) kN m rad 12mm d0 d e1 1.2 d 0 16.8 mm p1 2.2 d 0 30.8 mm dist 2mm 14 mm 10mm Lf e1 dist Lst LM p1 e1 Lf 2 ( 0.441 0.941 1.441 1.941 ) m h st.160 160mm Ist.160 869 10 E Ist.160 Ctot.ipe160 8 4 m Lst h st.160 h st.160 Lst.eff.ipe160 Lst 59 mm ( 6.967 6.976 6.983 6.946 ) ( 1.115 1.116 1.117 1.111 ) m h st.160 ( 1.556 2.057 2.558 3.052 ) m IPE180 som stagbalk Ctot.ipe180 d ( 1747 1327 1070 897.294 ) kN m rad 12mm d0 d e1 1.2 d 0 16.8 mm p1 2.2 d 0 30.8 mm dist 2mm 14 mm 10mm Lf e1 dist Lst LM p1 e1 Lf 2 ( 0.441 0.941 1.441 1.941 ) m h st.180 180mm Ist.180 1317 10 E Ist.180 Ctot.ipe180 8 4 m Lst h st.180 h st.180 Lst.eff.ipe180 Lst 59 mm ( 6.345 6.351 6.354 6.34 ) ( 1.142 1.143 1.144 1.141 ) m h st.180 ( 1.583 2.084 2.585 3.082 ) m Kontrollera extremt lastfall L 25m b 4m q 5 kN 2 m M max.k q b L 2 781.25 kN m 2 8 0.91 d Gk M max.k 0.2 M max.d 156.25 kN m d 1.2 Gk M insp d 1.5 M max.k 0.0058 M max.d 7.175 kN m Kontroll kapacitet med avseende på plan böjning - förbandsplåten är dimensionerande M1 fy 1.0 355MPa Wipe180 d fy Wipe180 0.138 3 146 10 mm M insp M1 d 3 1.237 49.142 MPa OK! 3 10 kN m Kontroll kapacitet med avseende på vippning. Kap 6.3.2.3 i SS-EN 1993-1-1 Stagbalkarna antas vara vertikalt gångjärnslagrade genom sin infästning i förbandsplåten. 0.34 LT M cr 18.771kN m Wipe180 fy LT 1.662 M cr LT.0 0.4 LT 0.5 1 2 LT LT LT.0 2.095 LT 0.75 1 1 min 1.0 LT 2 LT kc f 0.276 2 LT 2 LT LT 1.0 1 0.5 1 kc LT LT.mod M b.Rd M insp M b.Rd f 1 2.0 0.501 0.8 2 1 0.276 Wipe180 fy LT.mod LT M1 OK! 14.327 kN m Spänningar i huvudbalkarna från vridning innan stagbalkarna börjar ta last - Punktlast i fältmitt Indata G 81GPa E 210GPa fy 355MPa Balk IPE400 LH Iy 3 25 Wy It 3 3 6 4 0.514 10 mm 3 3 38.1 10 mm 9 6 490 10 mm 6 Ww 4 28.2 10 mm h 400mm b 180mm t 13.5mm d 8.6mm ht 4 1160 10 mm Wv Iw 4 23130 10 mm h t 0.387 m Kontroll typ av vridning k 0.636 k LH m 1.908 2.544 3.18 3.816 4.452 5.088 5.724 6.36 6.996 7.632 8.268 8.904 9.54 10.176 10.812 ... 1 m utböjningsfaktor 750 Skjuvspänning från St:Venantsk vridning - vid stöd sv1 LH LH m G It 2 E Iw Spänning från välvning - Längst flänsarnas ytterkanter i fältmitt w3 LH LH m G It 2 E Iw 3 2 G It LH 2 2 3 3 y1 E Iw y1 1 1 2 3 B3 ht B3 glapp 48 E Iw Tsv1 6 glapp 48 E Iw LH m LH m 10 ht Qglapp utböjningsfaktor Qglapp Wv y1 tanh( ) ) y1 Tsv1 utböjningsfaktor glapp ( tanh( ) ) LH m cosh( ) LH m glapp ( 3 2 Qglapp 8 2 Ww Qglapp LH m 4 10 6 3 G It glapp Skjuvspänning från välvning - i flänsarnas centrum i fältmitt w3 LH LH m G It 2 E Iw 3 3 y1 ( Skjuvspänning från välvning - i flänsarnas centrum vid stöd w1 LH 2 tanh( ) ) G It 2 E Iw 3 utböjningsfaktor 3 y1 tanh( ) ) 1 1 2 cosh( ) glapp 48 E Iw LH m Tw3 ( 2 ht Qglapp 3 E Iw LH m LH m glapp y1 LH m utböjningsfaktor Qglapp y1 glapp 2 ht 2 b ht t S Tw3 S Iw t 10 glapp 48 E Iw Qglapp 16 2 G It LH m LH m 6 2 Qglapp 8 2 Tsv1 Tw1 Qglapp 2 2 b ht t S 16 Tw1 S Iw t 3 10 6 Tsv1 Spänningar i olika punkter i balken vid y = L.H/750 60 [MPa] sv1 LH 40 w3 LH w3 LH w1 LH 20 0 10 20 LH [m] Kommentar: Exempelberäkning av effektivspännig - gångbrygga med två stagbalkar Indata IPE240 Huvudbalkarnas längd LH Elastiska böjmotståndet Wely Balkhöjd h 240mm Tjocklek fläns t 9.8mm Tjocklek liv d 6.2mm Area liv Aliv 12.0m 3 3 324 10 mm (h 2 2t ) d 1366.48 mm Materialdata stål Flytgräns, karakteristisk fyk Partitialkoefficient Flytgräns, dimensionerande 355MPa 1.0 M0 fyk fyd 355 MPa M0 Jämt utbredd last Jämt utbredd vertikal last q 5 kN m Spänningar från yttre last Maximalt moment av jämt utbredd last Största plana spänning av jämt utbredd last Maximal horisontalkraft av jämt utbredd last Största skjuvspänning av jämnt utbredd last. Antar att skjuvkraften delas jämt över livet. 2 M q.max q LH 8 M q.max q Wely Vq.max q LH 2 Vq.max q Aliv 90 kN m 277.778 MPa Spänning i huvudbalkarnas över- och underkant i fältmitt 30 kN 21.954 MPa Spänning i huvudbalkarnas liv vid stöd Spänningar från fri vridning Utböjning från fri vridning Utböjning innan skruvarna börjar ta last. Beror av skruvarnas dimensioner och placering LH y glapp 750 Spänningar när en stagbalk används Spänning i flänsar i fältmitt enligt Figur 7.7 (en stagbalk) w.en.stgb 32.182MPa Skjuvspänning i liv vid upplag enligt Figur 7.8 (en stagbalk) sv.en.stgb 10.985MPa Spänningar när två stagbalkar används 2 Spänning i flänsar i fältmitt w.två.stgb w.en.stgb sv.två.stgb sv.en.stgb 37.161 MPa 3 2 Skjuvspänning i liv vid upplag 12.684 MPa 3 Effektivspänningar 2 q Största effektivspännig i flänsar i fältmitt w.två.stgb fyd 0 0.787 < 1,0 OK! 2 Största effektivspännig i liv vid stöd 0 3 q sv.två.stgb fyd 0.029 < 1,0 OK! Punktlast Punktlast i fältmitt P 10kN Spänningar från yttre last Maximalt moment av jämt utbredd last P Wely P VP P Spänning i 92.593 MPa huvudbalkarnas över- och underkant i fältmitt 5 kN 2 VP Största skjuvspänning av jämnt utbredd last. Antar att skjuvkraften delas jämt över livet. 30 kN m 4 M max.P Största plana spänning av jämt utbredd last Maximal horisontalkraft av jämt utbredd last P LH M max.P Aliv Spänning i huvudbalkarnas liv längst hela balken 3.659 MPa Effektivspänningar 2 P Största effektivspännig i flänsar i fältmitt w.två.stgb fyd 2 P 3 fyd 0.134 < 1,0 OK! 2 Största effektivspännig i liv vid stöd 0 3 P sv.två.stgb fyd 0.006 < 1,0 OK!
© Copyright 2024