Оценка жесткости баз внецентренно нагруженных стальных колонн по EN 1993-1-8

Введение. Практика проектирования металлоконструкций показывает, что действительная работа конструкций узловых сопряжений практически никогда не является «чистым» шарниром и не существует «абсолютно жесткого» соединения элементов. В EN 1993-1-8 узлы металлических конструкций классифицируются как жесткие, номинально-шарнирные и полужесткие в зависимости от соотношения начальной вращательной жесткости узла и редуцируемой погонной жесткости. Актуальность исследования заключается в уточнении критериев отнесения баз внецентренно сжатых колонн к жестким, что позволит использовать методику EN 1993-1-8 в отечественной практике проектирования.

Материалы и методы. Применен сравнительный анализ типовых решений баз внецентренно сжатых колонн и произведена оценка их жесткости по EN 1993-1-8. Выполнен анализ влияния податливости баз внецентренно сжатых колонн одноэтажных промышленных зданий со смещаемой рамой на расчетную длину колонны и коэффициент снижения расчетного сопротивления (прочности) по пределу текучести.

Результаты. Приведена классификация узлов стальных конструкций с точки зрения конструктивной работы в соответствии с отечественной практикой проектирования стальных конструкций, базирующейся на СНиП II-23 (СП 16.13330). Представлены отличия в классификации узлов в зависимости от их вращательной жесткости по EN 1993-1-8. Проведена оценка жесткости баз типовых колонн и разработаны рекомендации по изменению критерия их классификации.

Выводы. Выполнена оценка жесткости типовых внецентренно нагруженных баз колонн. Установлено, что более 50 % типовых баз колонн попадают в разряд полужестких, что в соответствии с требованиями EN 1993-1-8 недопустимо. На жесткость баз колонн толщина плиты и класс прочности бетона фундамента влияют в меньшей степени. Жесткость на 60 % зависит от марки (класса) стали и диаметра анкерных болтов и высоты колонны. На основании этого рекомендуется пересмотр конструктивных решений, принятых в типовых решениях, или критериев отнесения типа базы колонны к жесткой.

1. Шурин А.Б., Туснин А.Р., Зинкевич И.В., Мухин А.В. Проектирование стальных конструкций в соответствии с требованиями EUROCODES : учебное пособие. М. : АСВ, 2021. 222 с.

2. Шурин А.Б., Надольский В.В. Опыт применения Еврокодов при проектировании стальных конструкций в Республике Беларусь // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 5. С. 740–751. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.5.740-751. EDN JAVYTK.

3. Шурин А.Б., Мухин А.В. Опыт конструирования ферм из гнутосварных профилей в соответствии с требованиями EN 1993-1 // Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини: збірник наукових праць. 2020. № 24. С. 141–149.

4. Tusnina V.M. Semi-rigid steel beam-to-column connections // Magazine of Civil Engineering. 2017. № 5 (73). С. 25–39. DOI: 10.18720/MCE.73.3. EDN ZNLKNH.

5. Ferdous W. Effect of beam-column joint stiffness on the design of beams // 23rd Australian Conference on the Mechanics of Structures and Materials. 2014. Pp. 701–706.

6. Bandyopadhyay M., Banik A. Numerical analysis of semi-rigid jointed steel frame using rotational springs // International Conference on Structural Engineering and Mechanics (ICSEM). 2013.

7. Туснина В.М., Платонова В.Д. Численный анализ жесткости фланцевых узлов «балка-колонна» // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 9. С. 28–33. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.09. 28-33. EDN ELLLJF.

8. Wald F., Gresnigt A.M., Weynand K., Jaspart J.P. Application of the Component Method to Column Bases // COST C1 Conference Liege 1998. 1999. Pp. 155–166.

9. Column Bases in Steel Building Frames / ed. K. Weynand. Brussels, 1999.

10. Wald F., Seifert J. The Column-Bases Stiffness Classification // Nordic Steel Colloquium. 1991. Pp. 309–316.

11. Bijlaard F., Steenhuis M. Prediction of the influence of connection behaviour on the strength, deformations and stability of frames, by classification of connections // Proceedings of the Second International Workshop on Connections in Steel Structures. 1992. Pp. 307–318.

12. Jaspart J.P., Wald F.A.E., Weynand K., Gresnigt N. Steel column base classification // HERON. 2008. Vol. 53. Issue 1/2. Pp. 69–86.

13. Ghosh U.K. Design of welded steel structures: principles and practice. Taylor & Francis, 2016. 244 p.

14. Degertekin S.O., Hayalioglu M.S. Design of non-linear semi-rigid steel frames with semi-rigid column bases // Electronic Journal of Structural Engineering. 2004. Vol. 4. Pp. 1–16. DOI: 10.56748/ejse.437

15. Алпатов В.Ю., Лукин А.О., Сахаров А.А. Исследования жесткости узла базы стальной колонны, состоящей из одной опорной плиты // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 9. С. 9–14. EDN UKFKDV.

16. Fisher J.M., Kloiber L.A. Steel Design Guide 1. Base Plate and Anchor Rod Design. 2nd Edition. AISC, 2006. 62 p.

17. Wald F., Sokol Z. Column Base Stiffness Classification // Stability and Ductility of Steel Structures. 1997. Pp. 675–682.