stabilitate si ductilitate cadre metalice

45
Raport de Cercetare Grant: CNCSIS Td, Cod CNCSIS 1 STUDIUL STABILITATII SI DUCTILITATII HALELOR METALICE USOARE CU STRUCTURI IN CADRE CU SECTIUNI VARIABILE DE CLASA 3 SI 4 Autor: Cristutiu Ionel-Mircea Universitatea: POLITEHNICA Timisoara Revista de Politica Stiintei si Scientometrie - Numar Special 2005 - ISSN- 1582-1218 1/45

Upload: roxana-loredana

Post on 17-Nov-2015

86 views

Category:

Documents


12 download

DESCRIPTION

Cadre metalice

TRANSCRIPT

Raport de Cercetare

Raport de Cercetare

Grant: CNCSIS Td, Cod CNCSIS 1STUDIUL STABILITATII SI DUCTILITATII HALELOR METALICE USOARE CU STRUCTURI IN CADRE CU SECTIUNI VARIABILE DE CLASA 3 SI 4

Autor: Cristutiu Ionel-MirceaUniversitatea: POLITEHNICA TimisoaraCUPRINS

1. INTRODUCERE

1.1 Noiuni generale

1.2.Soluii constructive generale

1.3 Soluii de nchideri

1.4 Cerine impuse de normele romaneti n vigoare

1.5 Stabilitatea riglei transversale

1.6 Stabilitatea stlpului

2. STUDIUL STABILITATII CADRELOR METALICE PORTAL

2.1 Instabilitatea n planul cadrului

2.2 Cadrele studiate i modul de analizare

2.3 Analiza de stabilitate

2.4 Cazuri practice de proiectare

3 STUDIUL DUCTILITATII CADRELOR METALICE PORTAL

3.1 Introducere3.2 Cadrele studiate i metodele de analiz

3.3 Ductilitatea cadrelor portal

3.4 Cazuri practice de proiectare4. COMPORTAREA IMBINARILOR CADRELOR METALICE PORTAL4.1. Introducere4.2. Metoda componentelor - generaliti

4.3. mbinrile studiate i metodele de analiza

4.4. Rezultatele analizelor

4.5 Teste experimentale5. CONCLUZII

6. BIBLIOGRAFIE1. INTRODUCERE1.1 Noiuni generale

Datorit avantajelor tehnico-economice pe care le prezint, construciile metalice n general i profilele din oel cu perei subiri formate la rece n special au cunoscut o dezvoltare exponenial n ultimele decenii, n special n rile industriale dezvoltate din Europa i Statele Unite.

O definiie exhaustiv n legtur cu noiunea de "hal metalic uoara", mai ales n contextul actual al dezvoltrii sectorului de construcii metalice ca i al afluxului de noi tehnologii, este extrem de dificil de formulat. Totui, se poate afirma c halele metalice uoare, n accepiunea actual a acestui termen, constituie o familie de sisteme constructive cu urmtoarele elemente comune din punct de vedere al utilitii, al sistemului adoptat pentru structura metalic de rezisten, al sistemului de nchidere respectiv al dispozitivelor de transport nterior:

A) Utilitate: exclusiv cldiri din sectorul ne-rezidenial (spaii de producie, cu caracter comercial si depozite)

B) Sistemul adoptat pentru structura metalic de rezisten const n:

cel mai frecvent structuri metalice cu un singur nivel i cu una sau mai multe deschideri, realizate n sistem de cadru portal;

structuri metalice cu un singur nivel, care au prevzut n interior un planeu intermediar tip mezanin cu extindere parial pe suprafaa construit;

structuri metalice cu mai multe nivele, avnd planeele intermediare realizate din tabl cutat i beton armat, n sistemul de dal colaborant.

C) Sistemele de nchidere sunt realizate pe baz de tabl cutat, iar scheletul de rezisten al nchiderilor este realizat din profile de oel cu perei subiri formate la rece;

D) Dispozitivele de transport interior au capaciti reduse, putnd fi att rezemate la faa interioar a stlpilor ct i suspendate de riglele cadrelor.

1.2 Soluii constructive generale.

Ca urmare a modificrilor permanente ale tehnologiilor de producie, de depozitare i de distribuie, exist o cerere continua pe pia pentru construciile din oel cu un singur nivel. Cu toate c, n acest domeniu domin sectorul industrial, exist si alte sectoare cu dimensiune semnificativ cum ar fi cel al structurilor pentru spaii comerciale sau pentru agrement. n domeniile menionate, oelul rmne materialul de construcie fr rival, iar structurile realizate din acest material nsumeaz n oricare an al ultimei perioade circa 90% din totalul suprafeei construite.

Cauzele principale ale acestei stri de fapt pot fi atribuite urmtorilor factori:

Rezistena ridicat a materialului care permite acoperirea unor considerabile deschideri libere: deschideri de peste 23 m se realizeaz n mod curent n fiecare an;

Viteza de execuie, care permite o punere n funcie mai prompt a obiectivului respectiv i deci o recuperare mai rapid a investiiei;

Adaptabilitatea sistemului constructiv, care permite extinderea acestuia sau schimbarea destinaiei sale. Circa o treime din cheltuielile de investiii pentru construcii industriale sunt destinate extinderilor sau modificrilor;

Reutilizarea i / sau reciclarea materialelor de construcie.

Structura pe cadre metalice de tip portal cu inim plin, a devenit la ora actual soluia cea mai rspndita pentru cldiri industriale deoarece se preteaz la un grad ridicat de industrializare a execuiei, ceea ce conduce la costuri si termene de execuie mai mici.

Cadre portal cu o singur deschidere

Cadrele de tip portal cu deschideri libere (L) mergnd pana la 43 m ofer o mare versatilitate a soluiilor constructive.

n cazul adoptrii unor nlimi la streaina (H) de 4 pana la 5 m, rezulta elemente structurale i detalii de mbinare relativ uoare, ns aceste nlimi pot fi eventual depite pentru a se asigura condiiile impuse de utilizarea spaiului respectiv (considerente de gabarit interior de depozitare sau de gabarit de pod rulant). Evident c o structur mai nalta este supus la ncrcri de nivel mai ridicat dect una joas, datorit crora, de exemplu pentru creteri ale nlimii la streaina de pn la (10 m) numai preul structurii de rezistenta principale (cadrele metalice) crete cu 25%. La aceasta se adaug i costurile suplimentare ale nchiderilor.

Figura 1.1 Cadre portal cu o singur deschidere

Minimizarea costurilor de utilizare ale cldirii (climatizare interioar, iluminare) se poate realiza limitnd cat mai mult posibil volumul construit, prin limitarea nlimii la streaina: la aceasta se poate aduga i adoptarea unei nlimi reduse la coam (n relaie cu panta minim admis pentru nvelitoare), ceea ce contribuie la eliminarea spaiilor interioare moarte de sub acoperi.

Cadre cu stlpi intermediari

n cazul n care deschiderea liber nu este absolut necesar, ea poate fi mprit n dou prin introducerea unui stlp intermediar, ceea ce reduce costul structurii cu 20-25% (evident, minus costul fundaiilor suplimentare necesare irului de stlpi intermediari introdui).

Figura 1.2 Cadre cu stlpi intermediari

Necesitatea schimbrii de pant a acoperiului ca i a introducerii unor sisteme de colectare corespunztoare pentru apa de ploaie este eliminat dac se folosesc unul sau mai multe iruri de stlpi intermediari, ceea ce permite meninerea acoperiului n dou ape caracteristic cadrului portal cu o singura deschidere.

Un avantaj suplimentar al cadrului cu stlpi intermediari se manifest atunci cnd exist cerina compartimentrii spaiului interior, caz n care aceti stlpi pot susine pereii despritori dintre ncperi sau n caz de necesitate pot fi folosii pentru susinerea unor planee intermediare.

Cum elementele structurii principale de rezistent (stlpii exteriori si riglele nclinate ale cadrului) rezulta cu dimensiuni ale seciunii transversale mai mici dect n cazul deschiderii libere, vor trebui luate msuri pentru ca structura in ansamblul ei sa fie suficient de rigid pentru a face fat la solicitri orizontale (vnt, seism).

Cadre cu tirant

Cadrul cu tirant reprezint o soluie constructiv, eficient prin reducerea momentelor ncovoietoare din stlpi i a reaciunilor orizontale din fundaii, care vor fi preluate parial de ctre tirantul (T). Totui, n acest caz intervin i o serie de dezavantaje, nu numai n ceia ce privete introducerea tirantului ca element structural suplimentar ci datorit necesitaii introducerii pendulilor intermediari verticali (T1) prin care se evita o ncovoiere nedorit a tirantului. Totodat este necesar prevederea unor elemente de contravntuire cu rol de preluare a compresiunii induse n tirant de succiunea din vnt pe acoperi.

Figura 1.3 Cadre cu tirant

La cldirile care necesit luminator zenital, trebuie prevzut i o structur suplimentar care sa susin acest element precum i diverse elemente de instalaii dispuse eventual n grosimea pereilor si.

n cazul acoperiurilor cu panta mai mic dect 15(, soluia cadrului cu tirant devine nepractic deoarece mpingerile riglelor cresc excesiv i, n acelai timp, pot s apar dificulti n ceea ce privete realizarea constructiv a blocajelor tirantului n zona colului de cadru. Similar cadrului cu stlpi intermediari, trebuiesc luate msuri speciale pentru asigurarea rigiditii structurii la fore orizontale.

Cadre cu ferme

Structurile ce utilizeaz cadre cu ferm au fost practic eliminate n ultimul timp de structurile cu cadru portal. Fac excepie cadrele cu deschideri peste 40 m sau acelea n cazul crora exist cerine estetice deosebite n ceea ce privete structura. Cu toat puternica diminuare a consumului de oel pe metru ptrat adus de ferme (n special cnd se realizeaz din profile tubulare) preul manoperei de execuie respectiv al celei de montaj cresc n cazul utilizrii acestui sistem.

n ciuda celor menionate, structurile cu ferme prezint numeroase avantaje, cum ar fi:

Permit acoperirea unor deschideri mari;

Asigur posibiliti remarcabile de montare a instalaiilor;

Au o capacitate ridicat de preluare a unor ncrcri utile i / sau tehnologice.

n cazul anumitor cldiri, toate aceste caracteristici pot deveni eseniale. Exemplele tipice n acest sens includ industria automobilelor, aeronautica, sau atelierele pentru prelucrri grele, unde principala exigen este realizarea unei trame modulare libere de mari dimensiuni, ceea ce conduce la o nalta flexibilitate, d posibilitatea unei funcionaliti complexe, respectiv disponibilitatea operrii cu dispozitive de transport suspendate direct de structura acoperiului.

Un raport de 10 pn la 15 intre deschiderea fermei i nlimea maxim a acesteia conduce la o relaie optim rezistent-rigiditate n cazul acestei structuri. Pentru deschideri de peste 20 m se poate introduce la realizarea fermei o contra-sageat, care are rolul de a compensa deformaiile datorate aciunii ncrcrilor permanente.

Cum nlimea maxim a unei ferme cu deschidere de pn la 50 m poate ajunge la 5 m, ceea ce conduce la mrirea artificiala a nlimii cldirii, din raiunea de a include elementele structurale din zona fermei sub acoperiul cldirii, cu rol exclusiv de protecie la intemperii. n concluzie, trebuie subliniat faptul c modul tradiional de proiectare al cldirilor de acest tip abord separat structura si respectiv elementele de nchidere. Exist ins, in mod evident, o conlucrare intre structur si nchidere, care luat in considerare permite proiectare mai economic a acestor construcii.

1.3 Soluii de nchiderin ultimii 10-15 ani, piaa produselor din tabl cutat de oel a nregistrat o cretere fr egal. Aceast imens popularitate a nveliurilor de protecie contra intemperiilor realizate pe baza de table cutate din oel (Fig. 1.4), cu aplicaii att la cldiri cu scop industrial ct i la cele cu alte destinaii se datoreaz mai multor factori care se vor evidenia in continuare.

a) tabl pentru acoperi

(t=0.45-1.0mm)b) tabl pentru perei

(t=0.45-0.7mm)c) tabl pentru panee

(t=0.6-1.5mm)

Figura 1.4 Tipuri de tabl cutat utilizat pentru construcia halelor metalice

n perioada de timp menionat s-a manifestat o tendin general de utilizare a structurilor cu deschideri libere mari i cu durate scurte de execuie. Acest stil de a construi impune acoperirea rapid a structurii pentru a permite desfurarea celorlalte faze ale lucrrii la adpost de intemperii. Pn i utilizarea culorilor de finisaj extern a devenit important la ora actual, iar investitorii ncearc s realizeze cldiri cu identitate proprie i bine conturat din acest punct de vedere. nvelitorile realizate din tabl cutat sunt capabile s satisfac toate aceste cerine. Totui succesul acestui produs nu ar fi fost posibil dac el nu ar fi att de accesibil i la un pre competitiv.

n cadrul analizei structurii costurilor unei cldiri industriale parter tipice (prezentat sub forma de diagram sectorial n figura de mai jos), elementele de acoperire i nchidere, inclusiv izolaia termic i elementele de fixare dein circa 30% din preul final al construciei. Acest procentaj, nsumat cu cele 15% pe care le reprezint costul structurii de rezisten, conduce la un procentaj dominant al elementelor din oel in cadrul costului global al cldirii. Aceste costuri sunt ,in mod evident, doar aproximative si pot sa varieze ca urmare a interveniei diverilor factori printre care cei mai importani sunt calitatea proiectrii, amplasamentul construciei si cerinele din tem.

Ansamblul furniturii pe partea de construcie impune in general tehnologia de execuie iar preul acesteia reprezint circa jumtate din costul final, cealalt jumtate fiind reprezentat de alte elemente (Figura 1.5). Egalitatea nu este ns respectata ntotdeauna, iar anumite modificri de tem pot disimula uneori costurile reale ale construciei.

Normele de calitate trebuiesc ntotdeauna respectate, n special n ceea ce privete nvelitoarea i nchiderile, deoarece un sistem de nchidere bine conceput i executat poate prezenta elemente benefice pentru exploatarea ulterioar a cldirii. nvelitoarea i nchiderile trebuie s ndeplineasc anumite cerine de baz eseniale pentru cldire. Aceste cerine includ rezistena la intemperii, rezistena propriu-zis a elementelor de nchidere, sigurana n exploatare i desigur izolarea termic i acustic. Au fost enumerai doar unii dintre parametrii care trebuiesc respectai, ns exista numeroi alii. Nendeplinirea cerinelor legate de un singur parametru poate face cldirea respectiv nefuncional sau n orice caz poate obliga la remedieri costisitoare.

LEGENDA:

Fundaii = 4%

Costuri preliminare = 10%

nchideri = 30%

Ferestre, pori, =5%

Pardoseli i finisaje = 9%

Costuri auxiliare = 27%

Structura de rezisten din oel = 15%

Figura 1.5 Costuri ealonate ale unei hale metalice

Sistemele moderne de nvelitori si nchideri au devenit extrem de sofisticate n anumite cazuri, ncercnd s satisfac o gam ntreag de cerine funcionale. Uneori, factorii care impun performanele acestor sisteme pot influenta preul de cost, ceea ce nu nseamn ins c sistemele mai scumpe ar putea rspunde tuturor cerinelor in aceeai msura. Pana la un anumit punct, fiecare sistem poate i trebuie s fie conceput pentru a rspunde funciunii cldirii respective.

Sistemul cel mai frecvent utilizat actualmente i considerat ca sistem etalon n industrie este sistemul de nchidere cu dublu strat de tabl cutat (Figura 1.6). Att din punct de vedere al performanelor ct i al costului, acest sistem constituie o soluie eficient pentru o cldire parter "tipic" avnd nvelitoarea i nchiderile realizate pe baz de tabl cutat din otel. S-ar putea chiar spune ca toate celelalte sisteme disponibile la ora actual deriv din acest sistem. fiind realizate de obicei pentru a satisface cerine particulare de cele mai diverse naturi. n ultimul timp au fost fcute progrese n sensul ameliorrii performanelor structurale ale elementelor de nchidere, ale rezistenei rosturilor acestora la agenii atmosferici, al metodelor alternative de izolaie i de finisaj. Aceste perfecionri au contribuit la creterea eficienei economice a produselor respective, mai ales n ceea ce privete costurile operaiunilor de execuie pe antier.

a) b)

Figura 1.6 - Structura nchiderilor dublu strat a) acoperi; b) perete

Este binecunoscut faptul c eliminarea tehnologiilor de execuie care implic tieri pe antier (generatoare de deeuri), respectiv a detaliilor pretenioase din punct de vedere al preciziei, pot ameliora n mod semnificativ eficiena global a unui produs. innd cont de aceste considerente, ca i de viteza de montaj realizat, , rezult clar c soluia descris este cea ideala pentru ndeplinirea unor cerine specifice. nvelitorile respectiv nchiderile din tabl cutat de oel au reuit s ating la ora actual toate performanele descrise mai sus.

Figura 1.7 - Profile de oel utilizate pentru rigle de perete i pane de acoperi

Tehnologiile moderne de producie, utilajele sofisticate ca i materialele cu caracteristici tehnice avansate au permis productorilor industriali obinerea gamei largi de profile (Figura 1.7) disponibile astzi, utilizate n special pentru pane de acoperi i rigle de perete, acestea din urm constituind structura secundar a unei hale metalice. Oferta pare nelimitat mai ales dac se ine cont de faptul c se produc profile i table profilate cu dimensiuni ale seciunii transversale, respectiv cu lungimi tot mai mari.

Aproape toate ntreprinderile specializate produc vat mineral cu lungime astfel dimensionat nct termoizolaia acoperiului s se poat realiza din fii unice desfurate ntre coam i streain (lungimi de pn la 25 m sunt uzuale). Utilizarea unor asemenea lungimi reduce numrul suprapunerilor termoizolaiei i deci necesitatea tratrii rosturilor pentru a le face mai rezistente la aciunea agenilor atmosferici. n plus, prin reducerea rosturilor se reduce timpul de montaj i zonele poteniale de infiltraie a apei.

Unul dintre elementele luate n considerare este limea util a panoului de nchidere respectiv, ca i sistemul de etanare prevzut pe latura lung a panoului. Panourile se pot furniza n anumite cazuri cu limi de pn la 1200 mm, avnd elementele de etanare deja aplicate din fabric pe laturile lungi, ca detaliu finit.

Toate aceste caracteristici sunt importante, fiind introduse pe pia n scopul de a oferi soluia optim pentru oricare cerina de tem, respectiv o metod modern de montaj pe antier. Odat cu noile exigente de reducere a consumurilor energetice s-au modificat prevederile normelor conform crora este necesar sa fie introduse termoizolaii mai scumpe respectiv produse ameliorate. Sistemele de nvelitori-nchideri au fost modificate pentru a rspunde acestor cerine i satisfac astzi noile normative fiind oferite intr-o gama variata de preuri de cost.

1.4 Cerine impuse de normele romaneti n vigoare

Condiiile specifice de natur climatic i n special cele seismice existente in Romnia impun n scopul satisfacerii condiiilor de siguran i exploatare normal a construciilor, respectarea unor prescripii tehnice i norme de proiectare adecvate. Acestea se refer la: Condiii de rezisten

Calculul de rezisten al construciilor metalice se face prin metoda strilor limit iar verificrile de rezisten ale elementelor structurale se fac n conformitate cu procedurile prescrise de ctre STAS 10108 /0-78 [1]. Calculul elementelor din otel Aceste verificri se fac la starea limit ultim gruparea fundamental sau respectiv gruparea special, sub aciunea combinaiei de ncrcri celei mai dezavantajoase pentru elementul respectiv. Combinaiile de ncrcri vor fi realizate conform STAS 10101 /0A-77 [2] Aciuni n construcii. Clasificarea i gruparea aciunilor pentru construcii civile i industriale".

Condiii de exploatare normal

Verificrile la starea limit a exploatrii normale se fac n conformitate cu specificaiile corespunztoare din STAS 10108/0-78 Calculul elementelor din otel. Gruprile de ncrcri pentru verificarea la starea limita a exploatrii normale se alctuiesc conform STAS 10101/0A-77, cu respectarea limitelor deplasrilor prevzute in STAS 10108/0-78.

Condiii de rigiditate

Configurarea general a structurii, repartiia maselor ct i distribuirea sistemelor de contravntuiri prevzute n perei respectiv n acoperi, se vor face astfel nct:

Perioadele proprii de oscilaie a structurii dup direcia transversal, longitudinal respectiv diagonal s rezulte cu valori apropiate;

Respectarea acestor prevederi permite asigurarea unei rigiditi satisfctoare a structurii, ca i un comportament adecvat al acesteia sub aciunea solicitrilor orizontale (vnt, seism, dispozitive de transport interior).

Asigurarea stabilitii generale i configurarea antiseismic

Stabilitatea generala a structurii se asigur prin respectarea prevederilor constructive incluse n STAS 10108/0-78, respectiv prin crearea unor sisteme legturi la nivelul structurii i n punctele de rezemare care s elimine pericolul instabilitii la nivel global.

n structurile metalice formate din bare, contravntuirile joac un rol deosebit n preluarea i transmiterea la reazeme a sarcinilor orizontale cu rol destabilizator. Proiectantul structurii de rezisten va distribui sistemele de contravntuiri n aa fel nct ele sa asigure stabilizarea structurii i n acelai timp s rspund cerinelor arhitecturale.

Tipul de contravntuire utilizat n cazul halelor metalice construite la noi n ar este contravntuirea n X (Figura 1.8) lucrnd exclusiv la ntindere. Se recomand prevederea ntinztoarelor, pentru compensarea abaterilor dimensionale realizate la montajul structurii de rezisten.

Figura 1.8 - Structura tipic a unei hale metalice cu contravntuiri n X

Configurarea antiseismic a elementelor structurii de rezisten precum i a ansamblului acesteia se face n conformitate cu prevederile normativului P 100 92 [3]

Aceste prevederi se refer la:

a)Asigurarea caracterului dispativ al structurii prin:

Asigurarea ductilitii seciunilor transversale (se lucreaz cu seciuni transversale de Clasa 1 sau 2 (eventual 3), in conformitate cu prevederile normei europene Eurocode3 [4], preluate de Normativul P 100-92);

Asigurarea ductilitii mbinrilor cu uruburi;

Asigurarea ductilitii mbinrilor intre bazele stlpilor i sistemul de fundare (n special n ceea ce privete buloanele de ancoraj)

b) Limitarea deplasrii orizontale de nivel la H/100, cu condiia ca elementele structurii s nu fie afectate de deplasrile respective (unde prin H s-a notat nlimea la streaina a halelor cu un singur nivel)

c) Limitarea zvelteilor stlpilor ( n aa fel nct ca acetia s corespund principiilor constructive aferente unei structuri disipative:

(1.1)

unde :

(1.2)

Astfel, pentru otelul marca OL 37 se obine

i n consecina condiia (1) devine:

(1.3)

ceea ce conduce in mod evident la stlpi metalici masivi.

d) Respectarea unor prevederi speciale referitoare la ductilitatea sistemelor de contravntuiri, mai ales n cazul halelor industriale grele (cu poduri rulante masive sau adpostind procese tehnologice grele);

e) n cazul structurilor din elemente cu seciunea transversal de Clasa 3 sau de Clasa 4 (n conformitate cu Normativul P100-92), fora tietoare de baz utilizata n cadrul verificrii la gruparea special de ncrcri coninnd solicitarea seismic, se va determina cu un coeficient de reducere ( = 1.

f) Daca forma cldirii respective in plan orizontal este neregulat (adic nu este ptrat sau dreptunghiular), se recomanda divizarea structurii prin rosturi in subansamble de form rectangular (sau ct mai apropiate de aceast form)

Rosturi de dilataie

n conformitate cu prevederile STAS 10108/0-78, rosturile de dilataie ale halelor metalice parter se dispun la intervale de 90 m n lungul construciei. n dreptul rostului de dilatare, cadrul metalic transversal al structurii de rezisten se dubleaz.

Rosturile de dilatare pot avea n anumite cazuri i funcie de rosturi seismice, caz n care ele se dispun n raport cu criteriile aferente conformrii antiseismice.

1.5 Stabilitatea riglei transversale

Rigla transversala a cadrului portal este alctuit dintr-o poriune vutat i una constant n conformitate cu starea de eforturi din bar. Aceasta trebuie proiectat la moment ncovoietor i for axial n prima faz. De asemenea este necesar asigurarea stabilitii generale a riglei i asigurarea ei mpotriva flambajului lateral. Flambajul lateral n cazul riglei este asigurat de panele de acoperi care la rndul lor sunt solidarizate ntre ele cu tabla cutat, att la partea exterioar ct i la partea interioar. n general verificarea de stabilitate n cazul elementelor unei structuri supuse la ncovoiere i / sau compresiune se face ntre doua rezemri laterale ale tlpii comprimate. n cazul cadrelor metalice portal, talpa comprimat a riglei variaz ntre talpa interioara i cea exterioara (vezi figura 1.9).

Figura 1.9 Diagrama de moment ncovoietor a unui cadru articulat

Panele de acoperi (de obicei amplasate la talpa superioar a riglei) pot asigura stabilitatea riglei in mai multe moduri si anume:

suport lateral direct cnd sunt conectate la talpa comprimat

suport lateral intermediar intre suporturile care asigura mpiedicarea la rsucire ( permind ca distana dintre acestea s creasc), cnd sunt conectate la talpa ntins

suporturile mpotriva rsucirii, cnd acestea sunt conectate la talpa comprimat i urmtoarele condiii mai trebuiesc ndeplinite:

seciunea grinzii este dublu T

mbinarea dintre pana de acoperi i rigla cadrului se va realiza cu cel puin dou uruburi

nlimea panelor nu trebuie s fie mai mic de 25% din nlimea riglei cadrului

n toate cazurile, panele de acoperi trebuie la rndul lor sa fie legate de tabla cutat i de asemenea toate cadrele s fie legate ntre ele printr-un sistem de contravntuiri n planul nclinat al riglelor, pentru asigurarea stabilitii generale a construciei (vezi Figura 1.8) .

Legturi insuficiente ntre panele de acoperi pot aprea datorit utilizrii tablei plane, utilizrii elementelor de nchidere de tip sandwich sau a panourilor compozite, sau chiar i n cazul n care grosimea termoizolaie este prea mare. Fiecare dintre aceste cazuri trebuie tratat separat, cu mare atenie. Oricum un mare numr de productori de pe pia asigur informaii suficiente despre propriul sistem de nchidere i n ce msura acesta leag panele de acoperi intre ele.

Cadrele portal cu o singur deschidere sunt proiectate astfel nct articulaiile plastice s se formeze in stlp sub mbinare i n rigl n imediata vecintate a coamei, n timp ce vuta s rmn n domeniul elastic. Aceast abordare a fost fcut de Morris i Nakane [6], bazat pe ideea c apariia unei plasticizri la limita vutei din rigl ar conduce la o instabilitate prematur a cadrului. Oricum experiena a artat c apariia unei plastificri a riglei la terminarea vutei este iminent. Totodat un rol important n ceia ce privete apariia acestei articulaii, l joac i forma stlpului (vutat sau nevutat).

1.6 Stabilitatea stlpului

Stlpii cadrelor metalice portal pot avea diferite seciuni, si anume seciune variabila in lungul barei (vutai, vezi fugura1.10a) sau seciune constanta(figura 1.10b).

a)b)

Figura 1.10 Tipuri de stlpi utilizai

Stlpul va fi ales astfel nct rezistena sa la moment ncovoietor si for axial (compresiune) s nu fie depit, iar momentul maxim aplicat s nu depeasc momentul plastic capabil al seciunii. In mod normal seciunea stlpilor va fi dublu T, care reamintete faptul ca efectul predominant asupra stlpului l are momentul ncovoietor si nu fora axial.

Totodat, tipul de stlp ales la realizarea cadrului se va face i n funcie de modul de prindere al acestuia n fundaie. Astfel pentru o prindere articulata a cadrului in fundaie se va alege un stlp cu seciune variabil n concordan cu starea de eforturi din bar, n timp ce pentru o prindere ncastrata sau semirigid se va alege un stlp cu seciune constant. n funcie de tipul de stlp utilizat i mbinarea rigl-stlp va fi diferit: pentru stlpii cu seciune variabil, mbinarea se va realiza la partea superioara a stlpului(figura 1.11a), iar pentru stlpii cu seciune constant, mbinarea se va realiza la faa stlpului(figura 1.11b).

Figura 1.11 Tipuri de mbinare rigl-stlp

Stabilitatea laterala a cadrului va fi asigurata i n acest caz de riglele de perete, care vor fi fixate de talpa exterioar a stlpului.

2. STUDIUL STABILITATII CADRELOR METALICE PORTAL

2.1 Instabilitatea n planul cadruluiPentru a nelege mai bine conceptul de instabilitate al cadrului n planul su, este nevoie a se avea n vedere dou efecte primare n ceia ce privete comportarea structurii. Primul dintre acestea este reprezentat de efectele de ordinul doi, al doilea fiind considerat cel al instabilitii.

Efectele de ordinul doi

Efectele de ordinul doi, n forma lor simplificat, se datoreaz n primul rnd deplasrii laterale a cadrului n planul su. Aceast deplasare va cauza excentriciti ale forelor verticale, care vor genera n cele din urm momente de ordinul doi datorit forei axiale aplicate excentric n elementele verticale. Aceste momente de ordinul doi n literatura de specialitate sunt cunoscute sub numele de efectele P- (P fora axial aplicat la excentricitatea ) (Figura 2.1). Aceste momente pot avea o importan ridicat n proiectarea n domeniul plastic a cadrelor metalice portal, n cazurile n care elementele sunt relativ zvelte, rezultatul verificrii lund n considerare aceste momente pot conduce la mrirea seciunilor transversale.

Figura 2.1 Efectele P- asupra cadrelor portal

Dou concepte importante trebuiesc avute n vedere i anume:

Efectele P-, se datoreaz nu numai ncrcrilor orizontale,ct i urmtoarelor efecte:

- asimetria structurii;

- asimetria ncrcrilor;

- lipsa verticalitii stlpilor;

Efectele P- nu cauzeaz neaprat instabilitatea cadrului. Ceia ce este necesar n acest caz, este o metod pentru a determina dac efectele P- sunt importante sau nu, i daca acestea vor cauza instabilitatea cadrului.

Instabilitatea

Conceptul de instabilitate poate fi foarte bine neles, prin considerarea unei console verticale ncrcate cu o for axial (Figura 2.2)

Figura 2.2 Instabilitatea unei console verticale

La fore axiale relativ reduse i/sau zveltei mici ale consolei, orice for disturbatoare va cauza deformarea consolei cu o valoare finit, iar n momentul n care aceast perturbaie este ndeprtat, consola va reveni la forma ei iniial. La valori ridicate ale forei axiale , chiar i cea mai mic for disturbatoare, va cauza deformarea incontrolabil a barei, datorit efectelor de ordinul doi. Fora care cauzeaz instabilitate, este cunoscut sub numele de for elastic critic, iar raportul dintre aceasta i fora de exploatare care acioneaz asupra barei este demunit factorul elastic critic, cr :

n normele n vigoare este specificat c o valoare nseamn c efectele de ordinul II sunt nesemnificante i pot fi neglijate.

O valoare , n mode general indic o structur potenial nestabil, caz n care o analiz de ordinul doi este necesar a fi efectuat. Aceleai efecte pot aprea i n cazul cadrelor metalice portal, n consecin orice for orizontal disturbatoare trebuie luat n considerare, pentru a putea realiza o interpretare i o judecat a fenomenului de instabilitate. n mod normal elementele cadrului au imperfeciuni iniiale, generate de procesul de producie sau de montajul structurii, acesta este un alt aspect care poate genera instabilitate, fr luarea n considerare a unei fore orizontale.

Instabilitatea n-afara planului cadrului este verificat, inndu-se cont de lungimea efectiv a elementelor individuale, ntre punctele de prinderi laterale. Acesta este o metod simplificat de proiectare a unei structuri simple, inndu-se cont de comportarea structurii pe direcie longitudinal. Oricum n planul cadrului rezistena la deplasarea lateral, este conferit de rigiditatea elementelor i a mbinrilor, din acest motiv sunt necesare prevederi, care s in cont i de legarea cadrului pe direcie longitudinal nu numai prin intermediul riglelor de perete i al panelor de acoperi, dar i prin contravntuirile din pereii longitudinali i din acoperi.

Cadrele metalice portal pot ceda fie prin pierdea stabilitii generale, sau prin pierderea stabilitii locale. Pierderea stabilitii locale se poate datora flambajului lateral prin ncovoiere rsucire a riglei cadrului, sau n unele cazuri a stlpului.

Pentru a urmrii stabilitatea cadrelor metalice portal cu rigla acoperiului nclinat, s-au analizat mai multe cadre avnd aceiai nlime i deschidere, pante ale acoperiului diferite, i de asemenea prinderi la baza stlpului diferite. nainte de a trece la analiza propriu zis, s-a realizat calibrarea lor pe baza unor teste experimentale.

2.2 Cadrele studiate i modul de analizare

Au fost studiate un numr de cadre portal, avnd aceiai nlime la streain, cu unghiuri de acoperi diferite (10%, 20%) diferite moduri de prindere a stlpului la baza (Figura 2.3). Toate cadrele au rigla vutat i stlpi cu seciune constant sau variabil dup caz (Figura 2.4).

(a) articulat(b) semi-rigid(c) rigid

Figura 2.3: Prinderea stalpului la baza

(a) stlp variabil (var)(b) stlp constant (con)

Figura. 2.4: Tipuri de cadre portal

Cadrele notate var, au stlpi cu seciune variabil de Clas 1 pn la Clas 3, iar cele notate con au stlpi cu seciune constant de Clas 1. Seciunea riglelor este de Clas 1 pan la Clas 3. Dimensiunile principale ale cadrelor sunt prezentate n Tabelul 2.1. Oelul utilizat este S235.

Analizele efectuate sunt: 3D static elasto-plastic i 3D de flambaj. Analizele spaiale au fost efectuate cu programul ANSYS v5.4 iar elementele au fost modelate cu elemente de tip SHELL43 plastice. Comportarea materialului a fost considerate elastica-perfect plastica. In analizele 3D, au fost considerate blocaje laterale ale riglei introduse de pane [1]. Blocajele laterale sunt de 4 tipuri ( Figura 1) i anume: tipul 1 fr blocaje laterale, tipul 2 blocarea deplasrii laterale, tipul 3 blocarea deplasrii laterale ct i a rotirii, tipul 4 blocarea deplasrii laterale dar i a deplasrii laterale a tlpii comprimate (n punctele n care se dispun contrafie).

(a) tip 1(b) tip 2(c) tip 3(d) tip 4

Figura 2.5: Tipuri de blocaje laterale

Tabelul 2.1: Dimensiuni principale

Nr.CodeTip

cadruLxHPrinderea

la bazaRiglaStlp

constantavariabila

11C-1var12x4.8pin10%h=270

b=135

tf=10

tw=5h=270...600

b=135

tf=10

tw=6h=240...600

b=180

tf=12

tw=8

21C-1var12x4.8sem10%

31C-2var12x4.8pin20%

41C-2var12x4.8sem20%

53C-1con12x4.8sem10%h=270

b=135

tf=10

tw=5h=270...600

b=135

tf=10

tw=6h=400

b=180

tf=12

tw=8

63C-1con12x4.8rig10%

73C-2con12x4.8sem20%

83C-2con12x4.8rig20%

mbinarea rigl-stlp este rigid i este prezentat n Figura 2.4. mbinarea rigla-stlp i prinderea stlpului la baz au fost modelate cu elemente de contact.ncrcrile verticale permanente i din zpad au fost introduse n punctele de rezemare a panelor. O for orizontal la coltul cadrului a fost considerat ca 12% din cele verticale. De asemenea n calcul au fost considerate i imperfeciuni iniiale de nclinare i ncovoiere.

Calibrarea modelelor

Modelele spaiale au fost calibrate pe baza unor rezultate experimentale, obinute de Halasz i Ivany. Geometria, dimensiunile seciunilor, detaliu de baza a cadrelor testate sunt prezentate n Tabelul 2.1.

2.3 Analiza de stabilitate.

Pentru cadrele portal, deoarece n rigla se dezvolt eforturi axiale semnificate, problema stabilitii este mult mai complex dect n cazul cadrelor multietajate [4]. Dup cum bine este cunoscut, elementele acestor cadre i pot pierde stabilitatea prin flambaj cu ncovoiere-rsucire. In conformitate cu EC3 (EN 1993-1-1) , elementele cu seciuni de Clas 1 i Clas 2, pentru care flambajul prin ncovoiere-rsucire ar putea fi un mod de cedare, trebuie s verifice:

Elementele cu seciuni de Clasa 3 solicitate la compresiune cu ncovoiere, trebuie s verifice urmtoarea relaie:

Pentru a observa comportarea cadrelor metalice considerate, acestea au fost supuse unor analize neliniare elasto-plastice, analize realizate cu programul ANSYS. In cadrul acestor analize au fost considerate blocaje de tipul 2 (Fig. 2.5). Mecanismul de cedare difer ntre cele dou tipuri de cadre, instabilitatea se produce dup cum urmeaz: flambaj lateral prin ncovoiere-rsucire a riglei , cadre var, flambaj prin ncovoiere-rsucire a riglei i stlpului n cazul cadrelor de tip con

(a) var(b) con

Figura. 2.6: Instabilitatea locala a elementelor

Comparaia intre rezultatele analizelor numerice i prevederilor n prEN1993-1-1 [5] pentru elemente de Clasa 3, avnd talpa superioar blocat lateral sun prezentate n tabelul urmtor:

Tabelul 2.2: Rezultate comparative intre analiza cu MEF si normeCadru

Nr.Fu [kN]

Analiza MEFNorme

1344260

2349275

3394285

4402303

5297198

6313208

7336210

8361227

Rezultatele demonstreaz influenta pe care o au modul de prindere a stlpului la baz i unghiul de acoperi la capacitatea ultim a cadrului.

Comportarea cadrului sub efectul forelor aplicate poate fi studiat i prin intermediul unor analize de flambaj, rezultnd n acelai timp i modul de flambaj al cadrului. Aceste analize au fost fcute cu programul Ansys, v.5.4, rezultnd comportamentul spaial al cadrului. In aceste analize au fost considerate blocajele laterale din Figura 2.5. Fora critic elastic pentru fiecare caz n parte (tip cadru, tip prindere lateral) sun trasate n Figura 2.7.

Figura 2.7: Valorile forelor critice in funcie de tipul de blocaj lateral

S-a observat c modul de flambaj i valorile forelor critice depind de tipul de prindere lateral a cadrului. Modurile proprii de flambaj sunt prezentate n Figura 2.8 pentru diferite tipuri de prindere: tipul 1 flambaj lateral al riglei la valori relativ sczute ale forei critice (Figura 2.8 a), tipul 2 flambaj prin ncovoiere-rsucire a riglei i stlpului, fora critic crete substanial (Figura 2.8 b); tipul 3 flambaj prin ncovoiere-rsucire a riglei i a stlpului, valoarea forei critice creste de aproximativ trei ori fa de cazul precedent (Figura 2.8 c); tipul 4 flambaj prin ncovoiere-rsucire a riglei i stlpului (Figura 2.8 d), lungimea de flambaj a riglei fiind redus datorit unui blocaj lateral suplimentar la talpa comprimat nregistrndu-se o cretere a forei critice fa de cazul 2. S-a observat de asemenea ca modul de flambaj este similar pentru cele doua tipuri de cadre (stlp cu seciune constanta sau variabila).

a) prindere de tip 1b) prindere de tip 2

c) prindere de tip 3d) prindere de tip 4

Figura 2.8: Forme de flambaj

Din ultimele figuri se poate observa importana blocajelor laterale pentru imbunatatirea rezistena la flambaj a cadrelor.

2.4 Cazuri practice de proiectare

Rezultatele prezentate n paragrafele anterioare se refer la un numr de cadre calibrate, avnd diferite soluii de prindere a stlpului la baz i diferite blocaje laterale. In continuare vor fi analizate cteva cadre parter. Cadrele selectate sunt des ntlnite n proiectarea curent a halelor metalice, avnd stlpi articulai n fundaie, cu seciune variabil, rigle vutate, i un unghi de acoperi de 80 (Figura 2.9). Lungimea vutei este de 0.15*L. Dimensiunile i caracteristicile sunt date n Tabelul 2.3.

Figura 2.9: Geometria cadrelor analizateTabelul 2.3: Dimensiunile principale ale seciunilorTip cadruH

[m]L

[m]Dimensiuni h*b*tf*tw [mm]

stlpVuta-riglaRigla constanta

var4x18pin418(350800)*220*12*10(400800)*200*12*10400*200*10*8

var4x24pin424(450900)*280*15*10(500900)*250*15*12500*250*12*10

var4x30pin430(5001200)*350*15*12(5501200)*300*15*12550*300*15*10

var6x18pin618(350800)*220*12*10(400800)*200*12*10400*200*10*8

var6x24pin624(450900)*280*15*10(500900)*250*15*12500*250*12*10

var6x30pin630(5001200)*350*15*12(5501200)*300*15*12550*300*15*10

var8x18pin818(350800)*220*12*10(400800)*200*12*10400*200*10*8

var8x24pin824(450900)*280*15*10(500900)*250*15*12500*250*12*10

var8x30pin830(5001200)*350*15*12(5501200)*300*15*12550*300*15*10

Cadrele au fost supuse unor analize elasto-palstice 3D cu programul de element finite Ansys v.5.4. Toate cadrele au fost modelate cu elemente de tip shell. In cadrul analizelor au fost aplicate blocaje laterale de tip 2 (vezi Fig. 2.5). Oelul utilizat fiind S235. Din Tabelul 2.3 se poate observa c pentru aceiai deschidere i nlime diferit a cadrului a fost pstrat aceiai seciune de element.O comparaie ntre rezultatele obinute i normele de proiectare este prezentat n Tabelul 2.4. Se observa c forele ultime obinute n urma analizelor neliniare el-plastice (mult mai apropiate de cazul real) sunt superioare celor rezultate aplicnd formulele din norme.De asemenea crescnd nlimea structurii, fora ultim scade, aceasta poate fi explicat de rolul pe care stlpul l joaca n comportarea global a cadrului.

Mai mult, nici n aceste cazuri nu a fost nregistrat o instabilitate globala, ci una local. Mecanismul de cedare fiind flambaj prin ncovoiere-rsucire a riglei sau a stlpului, depinznd de nlimea cadrului (Figura 2.10).

Tabelul 2.4: Rezultate comparative MEF si NormeDenumire cadruFu [kN]

Analiza MEFNorma

var4x18pin615418

var4x24pin967551

var4x30pin1220720

var6x18pin569426

var6x24pin836527

var6x30pin1100696

var8x18pin544407

var8x24pin796523

var8x30pin1050684

a) H=4 mb) H=6 m

c) H=8 m

Figura. 2.10: Moduri de cedare

3 STUDIUL DUCTILITATII CADRELOR METALICE PORTAL

3.1 IntroducereStructurile sunt proiectate uzual astfel nct o parte din energia nmagazinata n timpul cutremurelor puternice sa fie disipat prin deformaii inelastice . Pentru prevenirea colapsului structurii, valorile acestor deformaii plastice trebuie limitate n conformitate cu ductilitatea locala i globala a structurii i cu capacitatea de disipare a energiei.

n cazul utilizrii metodei la stri limita, proiectarea antiseismic a structurilor poate fi realizat n prezent prin intermediul a dou metode de analiz structural. Prima metod folosete analiza dinamic neliniar care poate furniza cu un grad suficient de acuratee rspunsul n timp al structurii la aciunea unor cutremure. Cea de-a doua metoda se bazeaz pe analiza modala n domeniul elastic utiliznd un spectru de proiectare, care furnizeaz, funcie de perioada T, pseudo-spectrul normalizat al acceleraiei, necesar pentru un anumit nivel al rspunsului inelastic Aceste spectre inelastice se obin n normele de proiectare antiseismic modificnd spectrul de rspuns elastic de proiectare prin intermediul factorului q, care ia n considerare capacitatea structurii de disipare a energiei.

Evaluarea corect a factorului q, care poate fi definit ca raportul dintre valoarea acceleraiei care conduce la cedarea structurii i valoarea acceleraiei corespunztoare formrii primei articulaii plastice, necesit realizarea unor analize dinamice pentru diferite tipuri de miscri seismice. Performanele globale seismice ale cadrelor metalice portal pot fi evaluate printr-o analiz neliniar inelastic de tip pushover. Pentru analiza neliniar pushover, cadrele sunt ncrcate cu o for orizontal cresctoare (Figura 3.1), acesta deformndu-se lateral n funcie de magnitudinea forei aplicate.

Figura 3.1 - Analiza inelastic Pushover

Sub aciunea forei orizontale, structura se comport elastic pn la apariia primei articulaii plastice corespunztor factorului de amplificare e, dup care structura se comport inelastic pn la colapsul acesteia.

3.2 Cadrele studiate i metodele de analiz

Au fost studiate patru cadre, avnd aceiai deschidere i nlime, dar dou pante diferite. Toate cadrele au rigle vutat i stlpi cu seciune constant sau variabil. Mai multe detalii sunt prezentate n Tabelul 2.1.

Cazul 1C corespunde stlpilor cu seciune variabil cuprins ntre Clasa 1 i Clasa 3. 3C reprezint cazul cu stlpi constani de Clas 1. Riglele au seciuni intre Clasa 1 i 3 n toate cazurile. Otelul utilizat este S235.

Analizele efectuate sunt urmtoarele: analiz 2D static elasto-plastic, analiz 2D neliniar time-history, analiz 3D static elasto-plastic. Analizele 2D au fost realizate cu programul Drain 3DX, iar analizele 3D cu programul de elemente finite ANSYS. In cazul programului Drain 3DX, cadrele au fost modelate cu elemente de tip fibr, iar n cadrul analizelor n ANSYS, au fost utilizate elemente SHELL43. In ambele analize a fost considerat un material avnd un comportament biliniar elasto-plastic. In analizele 3D, au fost considerate blocaje laterale ale riglei datorate panelor [1]. Blocajele laterale sunt de 4 tipuri ( Figura 2.5) i anume: tipul 1 fr blocaje laterale, tipul 2 blocarea deplasrii laterale, tipul 3 blocarea deplasrii laterale ct i a rotirii, tipul 4 blocarea deplasrii laterale dar i a deplasrii laterale a tlpii comprimate (n punctele n care se dispun contrafie).mbinarea rigla-stlp este rigida conform Figurii 2.4. Pentru analizele 2D capacitatea i rigiditatea la rotire a mbinrii rigl-stlp ct i prinderea stlpului la baz au fost evaluate n conformitatea cu metoda componentelor din EN 1993-1-8 [2]. In cadrul analizelor 3D mbinarea rigl-stlp i prinderea stlpului la baz a fost modelat utiliznd elemente de contact.

Figura 3.2 Seciune dublu T modelata cu elemente de fibra

Modelarea cu elemente de tip fibr a unei seciuni dublu T este prezentat n Figura 3.2. Seciunea elementului a fost mprit ntr-un numr de fii, concentrnd proprietile fiecrei fii n centru ei de greutate.

3.3 Ductilitatea cadrelor portal

Metoda spectrului de capacitate

Metoda spectrului de capacitate compar capacitatea efectiv a structurii cu cerina de capacitate indus de micarea seismic. Relaia ntre capacitatea efectiv i cea necesara poate fi reprezentat utiliznd dou metode: (1) un rspuns spectral liniar-elastic cu o amortizare ridicat; (2) rspuns spectral inelastic. Cum s-a putut observa i din paragraful anterior, cadrele metalice portal sunt caracterizate printr-o clas de ductilitate redus spre medie, fiind recomandat prima metod. In consecin, capacitatea spectral necesar a structurii, ca efect a micrii seismice, poate fi construit prin trasarea spectrului acceleraie, linear elastic , Sa, pentru un sistem cu un singur grad de libertate raportat la spectrul deplasrilor, Sd, pentru o valoare dat a amortizrii vscoase, . Acesta se va trasa utiliznd formula:

Figura 3.3 Spectrul de capacitate

Fora lateral i capacitatea de deplasare a structurii vor fi reprezentate utiliznd relaia for-deplasare global (F-) obinut n urma unei analize neliniare de tip pushover. Presupunnd c rspunsul seismic global al structurii este dat de primul mod fundamental de vibraie, curba pushover poate fi convertit ntr-o relaie acceleraie-deplasare idealizat (a*-*), corespunztoare unui sistem cu un singur grad de libertate, dup cum urmeaz:

unde m* reprezint masa unui sistem echivalent cu un singur grad de libertate, iar este factorul de participare global [4]. Relaia a*-* (curba de capacitate) este trasat mpreun cu spectrul Sa-Sd, pentru o valoare a amortizrii vscoase =5%, n Figura 3.3. Punctele de intersecie ale celor dou curbe reprezint acceleraia i deplasarea necesar unei proiectri antiseismice. Aceste valori corespunztoare deplasrii, vor fi luate n considerare n continuare pentru a stabilii starea limit a structurii.

Performane seismice, factorul q

Performanele seismice globale a cadrelor au fost evaluate utiliznd o analiz static neliniar, echivalent (analiza push-over) i o analiz neliniar time-history. Analizele push-over au fost realizate pe cadre spaiale, analize n cadrul crora au fost simulate, individual, toate cele patru tipuri de blocaje laterale (vezi Figura 2.5). Fora seismic fiind evaluat n conformitate cu prevederile EC8. In cazul analizelor neliniare time-history, a fost utilizat accelerograma unui seism.In conformitate cu prima metoda, factorii q, calculai utiliznd equatia de mai jos, sunt trecui n Figura 3.4.

unde:

T - este perioada fundamental de vibraie;

cr - este factorul critic elastic de multiplicare a forelor gravitaionale (cr=Vcr/V);

u - factorul de multiplicare a forelor orizontale corespunztoare colapsului structurii;

y- factorul de multiplicare a forelor orizontale corespunztoare primei articulaii plastice.

Figura 3.4 Valorile factorului q calculate cu ecuaia

Valoarea factorilor q din Figura 3.4, confirm valorile prevzute n EN 1998-1 [5] pentru structuri nedisipative (q=1.5). De asemenea, se poate concluziona c, cadrele metalice portal, ar trebui proiectate n conformitate cu conceptual de structura slab disipativ pentru care q ia valori ntre 1.5 i 2.5. De asemenea redundanta i supra rezistena structurii, datorate prinderii laterale i a modului de prindere a stlpului la baz au un rol important. Valorile subunitare obinute pentru tipul de prindere 1, q2), maxim admis seciunilor de clasa 3.

Practic colapsul structurii nu a aprut n nici unul din cazurile analizate, chiar daca au fost nregistrate deplasri mari. In acest caz, starea limit ultim ar putea fi exprimat prin limitarea driftului inelastic.

Rezultatele obinute confirma valoarea de 1.5 a factorului de reducere a ncrcrii seismice propus in draftul final al EN 1998-1. Oricum, dac principiile proiectrii anti-seismice sunt corect aplicate, i structura este bine legat mpotriva pierderii stabilitii prin flambaj cu ncovoiere rsucire, redundana i supra-rezistena rezultate, ar putea mbuntii aceast valoare.

Referitor la comportarea mbinrilor rigla-stlp cu placa de capt extinsa, studiul efectuat a scos n eviden importana pe care o are verificarea unei mbinrii n conformitate cu metoda componentelor, ajungndu-se la concluzia ca nu uruburile reprezint neaprat punctul slab al unei mbinri, ci elementele componente ale mbinrii respective.

In toate cazurile mbinrile au rezultat a avea un comportament semi-rigid i nu rigid cum se consider n mod normal n analiza curent a unui cadru. Acest lucru ar trebui avut n vedere n proiectarea curent a unui cadru portal, deoarece starea de eforturi n structura ar putea diferi semnificativ.

De asemenea s-a observat ca cedarea ar putea avea loc n afara mbinrii i anume n vuta riglei, fr a fi afectate componentele mbinrii. Acest lucru s-a ntmplat n special n cazul analizelor neliniare elasto-plastice. Rezervele plastice ale mbinrilor sunt influenate n mare msur de zvelteea tlpilor i nu a inimii.6. BIBLIOGRAFIEENV 1993-1-1 Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for bulidings, 1992;

L.J. Morris and K. Nakane : Experimental behaviour of haunched member, Instability and plastic collaps of structure, Granada Publishing, 1983;

O. Halasz and M. Ivany : Test with simple elastic-plastic frames, Periodica Polytehnica, Budapest, November 1978;

J.M. Davies : Inplane stability in portal frames, The Structural Engineer, Vol. 68, No. 8, p. 141-147, 1990;

F.M. Mazzolani and V. Piluso: Seismic Design of Resistant Steel Frames, E & FN Spon, London, 1996;

EN 1998-1 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings, CEN/TC250/SC8, Draft No 4, December 2001;D. Dubina, I. M. Cristutiu, V. Ungureanu, Zs. Nagy : Stability and ductility performances of light steel industrial building portal frames, 3-rd European Conference of Steel Structures, Eurosteel 2002, Coimbra-Portugal;

I.M. Cristutiu : Stability and ductility of pitched roof portal frames for industrial steel buildings, 10-th European Summer Academy 2002, Advanced study in Structural engineering and CAE, Bauhaus University- Weimar, Weimar, Germania, 29iul. 10 aug., 2002;I.M. Cristitiu : Criterii de proiectare pentru halele metalice cu structur din cadre portal cu elemente cu seciuni variabile de clase 3 si 4 amplasate in zone seismice. Normative de proiectare. Soluii constructive. Referat nr. 1 in vederea intocmirii tezei de doctorat;

I.M. Cristutiu : Studiul Stabilitatii si ductilitaii halelor metalice usoare cu structuri in cadre. Lucare de disertatie master : Structuri si Tehnologii Noi pentru ConstructiiprEN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.8: Design of joints, 2002

STAS 10108/0-78: Calculul elementelor din otel, Instutul roman de standardizare

Jaspart JP. Etude de la semi-rigidite des noeuds pouter-colonne et son influence sur la rsistance des ossatures en acier. Phd. Thesis, Department MSM, Universit de Lige, 1991

Revista de Politica Stiintei si Scientometrie - Numar Special 2005 - ISSN- 1582-12182/36

_1085493410.dwg

_1173100869.dwg

_1173100874.unknown

_1173100876.unknown

_1173100878.unknown

_1173110046.unknown

_1173100879.unknown

_1173100877.unknown

_1173100875.unknown

_1173100871.unknown

_1173100872.unknown

_1173100870.dwg

_1087200703.unknown

_1087200988.unknown

_1087279683.dwg

_1159782901.unknown

_1173100868.dwg

_1159775037.unknown

_1087279247.dwg

_1087200866.unknown

_1087199899.dwg

_1087200006.dwg

_1087050837.dwg

_984062170.unknown

_1085491646.dwg

_1085491688.dwg

_1085470007.dwg

_976462854.unknown

_976463003.unknown

_976462786.unknown