Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-6. Міцність і стійкість оболонок / Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-6. Strength and Stability of Shell Structures

The Member States of the EU and EFTA recognise that Eurocodes serve as reference documents for the following purposes:

– as a means to prove compliance of building and civil engineering works with the essential requirements of Council Directive 89/106/ EEC, particularly Essential Requirement N°1 – Mechanical resistance and stability – and Essential Requirement N°2 – Safety in case of fire;

– as a basis for specifying contracts for construction works and related engineering services;

– as a framework for drawing up harmonised technical specifications for construction products (ENs and ETAs)

Єврокоди, оскільки вони безпосередньо відносяться до будівельних споруд, мають прямий зв’язок із тлумачними документа­ми² розділу 12 CPD, незважаючи та те, що вони мають різну природу з гармоні­зованими стандартами на вироби³. Таким чином, технічні аспекти, які випливають з Єврокодів для будівель і споруд, повинні в повній мірі бути розглянутими Техніч­ними комітетами CEN та/чи робочими групами EOTA, які розробляють стан­дарти на будівельні вироби, з позицій досягнення повної сумісності технічних специфікацій з Єврокодами.

The Eurocodes, as far as they concern the construction works themselves, have a direct relationship with the Interpretative Docu­ments² referred to in Article 12 of the CPD, although they are of a different nature from harmonised product standards³. Therefore, technical aspects arising from the Eurocodes work need to be adequately considered by CEN Technical Committees and/or EOTA Working Groups working on product stan­dards with a view to achieving a full compa­tibility of these technical specifications with the Eurocodes.

²Відповідно до ст. 3.3 документа CPD основні вимоги (ER) отримають конкретну форму у тлумачних документах для створення необхідних зв’язків між основними вимогами та мандатами для гармонізованих EN та ETAG/ETA.

³Відповідно до ст. 12 CPD тлумачні документи мають:

а) надати конкретної форми основним вимогам, узгодивши термінологію і технічні засади і вказавши класи або рівні для кожної вимоги, де це необхідно;

b) вказати методи встановлення співвідношення між цими класами або рівнями вимог із техніч­ними вимогами, наприклад, методи розрахунку і перевірки, технічні правила проектування і т. ін.;

c) слугувати рекомендацією для встановлення узгоджених стандартів і настанов для Європейсь­кого технічного ухвалення.

Єврокоди фактично відіграють подібну роль у сфері ER 1 і частині ER 2.

²According to Art. 3.3 of the CPD, the essential requirements (ERs) shall be given concrete form in interpretative documents for the creation of the neces­sary links between the essential requirements and the mandates for harmonised ENs and ETAGs/ETAs.

³According to Art. 12 of the CPD the interpretative documents shall :

a) give concrete form to the essential requirements by harmonising the terminology and the technical bases and indicating classes or levels for each requirement where necessary;

b) indicate methods of correlating these classes or levels of requirement with the technical specifications, e.g. methods of calculation and of proof, technical rules for project design, etc.;

c) serve as a reference for the establishment of harmonised standards and guidelines for European technical approvals.

The Eurocodes, de facto, play a similar role in the field of the ER 1 and a part of ER 2.

Стандарти Єврокодів регламентують загальні правила проектування для прак­тичного використання всіх конструкцій та їх компонентів як традиційного, так і інноваційного характеру. Унікальні фор­ми конструкції або умови проектування спеціально не охоплюються, і в таких випадках проектувальнику потрібен додатковий експертний розгляд.

The Eurocode standards provide common structural design rules for everyday use for the design of whole structures and component products of both a traditional and an innovative nature. Unusual forms of construction or design conditions are not specifically covered and additional expert consideration will be required by the designer in such cases.

Національні стандарти, що впроваджують Єврокоди

Національні стандарти, що впроваджують Єврокоди, завжди включають повний текст Єврокоду (включаючи всі додатки), виданий CEN, якому можуть передувати Національний титульний лист та Націо­нальна передмова, а також можуть супро­воджуватися Національним додатком.

Національний додаток може включати інформацію відносно тих параметрів, які залишилися відкритими в Єврокодах для національного вибору, відомі як націо­нально визначені параметри для вико­ристання при проектуванні будівель та інженерних споруд, що будуть зведені у зацікавленій країні, а саме:

– значення часткових коефіцієнтів надій­ності та/або класифікацію випадків, для яких Єврокод регламентує використання альтернатив;

– значення, які слід використовувати там, де в Єврокоді наведено тільки символ;

– специфічні дані країни (географічні, клі­матичні тощо), наприклад, карта вітру;

– конкретні методики для тих випадків, коли Єврокод регламентує використання альтернатив.

Вони можуть також містити:

– рекомендації щодо застосування довід­кових додатків;

– посилання на додаткову інформацію, яка не суперечить нормативним вимогам і допомагає при користуванні Єврокодами.

National Standards implementing Eurocodes

The National Standards implementing Eurocodes will comprise the full text of the Eurocode (including any annexes), as published by CEN, which may be preceded by a National title page and National foreword, and may be followed by a National Аnnex.

The National Аnnex may only contain information on those parameters which are left open in the Eurocode for national choice, known as Nationally Determined Parameters, to be used for the design of buildings and civil engineering works to be constructed in the country concerned, i.e.:

– values for partial factors and/or classes where alternatives are given in the Eurocode,

– values to be used where a symbol only is given in the Eurocode,

– country specific data (geographical, climatic, etc.), e.g. wind map,

– the procedure to be used where alternative procedures are given in the Eurocode.

It may also contain

– decisions on the use of informative annexes, and

– references to non-contradictory complement­tary information to assist the user to apply the Eurocodе.

Зв’язки між Єврокодами та гармонізованими технічними специфікаціями (ENs та ETAs) для виробів

Необхідна узгодженість між гармонізо­ваними технічними специфікаціями для будівельних виробів та технічними прави­лами для будівель і споруд та будівельних робіт. Крім того, у повній інформації, яка супроводжує CE маркування будівельних виробів і має відношення до Єврокодів, має бути чітко зазначено, які національно визначені параметри були взяті до уваги.

Links between Eurocodes and harmonised technical specifications (ENs and ETAs) for products

There is a need for consistency between the harmonised technical specifications for construction products and the technical rules for works. Furthermore, all the information accompanying the CE Marking of the construction products which refer to Eurocodes shall clearly mention which Nationally Determined Parameters have been taken into account.

Додаткова інформація щодо EN 1993-1-6

В EN 1993-1-6 надані вказівки з проектування сталевих конструкцій та розрахунку на міцність і стійкість оболонок при проектуванні будівель та інженерних споруд.

EN 1993-1-6 призначений для викорис­тання замовниками, проектувальниками, підрядниками і відповідними державними органами.

EN 1993-1-6 призначений для вико-ристання з EN 1990, іншими частинами EN 1991 і EN 1992-1999 для проектування конструкцій.

Additional information specific for EN 1993-1-6

EN 1993-1-6 gives pointing from planning of steel constructions and calculation on durability and firmness of shells at planning of buildings and civil engineering works for wind.

EN 1993-1-6 is intended for the use by clients, designers, contractors and relevant authorities.

EN 1993-1-6 is intended to be used with EN 1990, the other Parts of EN 1991 and EN 1992-1999 for the design of structures.

Національний додаток до EN 1993-1-6

У цьому стандарті наведені альтернативні методи, оцінки і рекомендації з примітками, які вказують, де необхідно зробити національні вибір. Таким чином, національний стандарт, який імплементує EN 1993-1-6, повинен мати Національний додаток, до якого включено усі національно визначені параметри, які використовуються при проектуванні сталевих конструкцій, що будуть побудовані у відповідній країні.

Національний вибір дозволено для EN 1993-1-6 за допомогою:

− 3.1.(4)

− 4.1.4 (3)

− 5.2.4 (1)

− 6.3 (5)

− 7.3.1 (1)

− 7.3.2 (1)

− 8.4.2 (3)

− 8.4.3 (2)

− 8.4.3 (4)

− 8.4.4 (4)

− 8.4.5 (1)

− 8.5.2 (2)

− 8.5.2 (4)

− 8.7.2 (7)

− 8.7.2 (16)

− 8.7.2 (18) (2 рази)

− 9.2.1 (2)P

National annex for EN 1993-1-6

This standard gives alternative procedures, values and recommendations with notes indicating where

national choices may have to be made. Therefore the National Standard implementing EN 1993-1-6

should have a National Annex containing all Nationally Determined Parameters to be used for the

design of steel structures to be constructed in the relevant country.

National choice is allowed in EN 1993-1-6 through:

− 3.1.(4)

− 4.1.4 (3)

− 5.2.4 (1)

− 6.3 (5)

− 7.3.1 (1)

− 7.3.2 (1)

− 8.4.2 (3)

− 8.4.3 (2)

− 8.4.3 (4)

− 8.4.4 (4)

− 8.4.5 (1)

− 8.5.2 (2)

− 8.5.2 (4)

− 8.7.2 (7)

− 8.7.2 (16)

− 8.7.2 (18) (2 times)

− 9.2.1 (2)P

1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

1 General

1.1 ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Scope

(1) У EN 1993-1-6 наведені основні правила проектування листових сталевих конструкцій, що мають форму оболонки повороту.

(2) Цей стандарт призначений для застосу­вання сумісно з EN 1993-1-1, EN 1993-1-3, EN 1993-1-4, EN 1993-1-9 та відповідними частинами EN 1993, включаючи:

Частина 3.1 для башт і щогл;

Частина 3.2 для димарів;

Частина 4.1 для бункерів;

Частина 4.2 для резервуарів;

Частина 4.3 для трубопроводів.

(3) Цей стандарт визначає характеристичні та розрахункові значення опору конструкції.

(4) Цей стандарт відповідає вимогам до проектування відповідних граничних станів за несучою здатністю щодо:

– межі пластичності;

– циклічної пластичності;

– втрати загальної стійкості;

– втоми.

(5) Загальна рівновага конструкції (зсув, вертикальне переміщення, перекидання) в даному стандарті не розглядається, але міститься у EN 1993-1-1. Спеціальні поло­ження в особливих сферах застосування містяться у відповідних частинах EN 1993.

(6) Положення даного стандарту застосову­ються до вісесиметричних оболонок та зв’яза­них з ними кругових або кільцевих пластин, а також до кільцевих перерізів балок і ребер жорсткості, якщо вони є частиною цілої конструкції. Розглядаються загальні процеси комп’ютерних розрахунків усіх форм оболо­нок. У додатках наведені докладні вирази для розрахунків вручну непідкріплених циліндрів і конусів.

(7) Циліндричні та конічні панелі в даному стандарті детально не розглядаються. Проте наведені положення можуть бути використані, якщо належним чином будуть враховані відповідні граничні умови.

(8) Цей стандарт призначений для розрахунку сталевих пустотілих конструкцій. Якщо для пустотілих конструкцій, виготовлених з ін­ших матеріалів, відсутні стандарти, положен­ня даного стандарту можуть використову­ватися за умови належним чином врахованих відповідних властивостей матеріалу.

(9) Використання цього стандарту перед­бачено в межах діапазону температур, визначених у відповідних прикладних частинах EN 1993. Максимальна температура обмежена, щоб впливом повзучості можна було знехтувати, якщо відповідною прик­ладною частиною не розглядаються ефекти повзучості за високих температур.

(10) Положення цього стандарту застосо­вуються до конструкцій, що задовольняють умови попередження крихкого руйнування, наведені у EN 1993-1-10.

(11) Положення цього стандарту застосо­вуються для проектування конструкцій, що знаходяться під дією впливів, які можна розглядатися як квазістатичні.

(12) У цьому стандарті передбачається, що вітрове навантаження і потік сипких твердих речовин, в цілому, можна розглядати як квазістатичні впливи.

(13) Динамічні ефекти мають бути враховані згідно з відповідною прикладною частиною EN 1993, включаючи наслідки від втоми. Проте, рівнодіючі напруження, що виникають через динамічну поведінку, розглядаються в цій частині як квазістатичні.

(14) Положення цього стандарту застосову­ються до конструкцій, які зведені відповідно до вимог EN 1090-2.

(15) Даний стандарт не враховує аспекти витоків.

(16) Цей стандарт призначений для розрахунків температури металу в діапазоні від –50 °С до +300 °С; відношення радіуса до товщини в діапазоні від 20 до 5000.

(1) EN 1993-1-6 gives basic design rules for plated steel structures that have the form of a shell of revolution.

(2) This Standard is intended for use in conjunction with EN 1993-1-1, EN 1993-1-3, EN 1993-1-4, EN 1993-1-9 and the relevant application parts of EN 1993, which include:

Part 3.1 for towers and masts;

Part 3.2 for chimneys;

Part 4.1 for silos;

Part 4.2 for tanks;

Part 4.3 for pipelines.

(3) This Standard defines the characteristic and design values of the resistance of the structure.

(4) This Standard is concerned with the requirements for design against the ultimate limit states of:

plastic limit;

cyclic plasticity;

buckling;

fatigue.

(5) Overall equilibrium of the structure (sliding, uplifting, overturning) is not included in this Standard, but is treated in EN 1993-1-1. Special considerations for specific applica­tions are included in the relevant application parts of EN 1993.

(6) The provisions in this Standard apply to axisymmetric shells and associated circular or annular plates and to beam section rings and stringer stiffeners where they form part of the complete structure. General procedures for computer calculations of all shell forms are covered. Detailed expressions for the hand calculation of unstiffened cylinders and cones are given in the Annexes.

(7) Cylindrical and conical panels are not explicitly covered by this Standard. However, the provisions can be applicable if the appropriate boundary conditions are duly taken into account.

(8) This Standard is intended for application to steel shell structures. Where no standard exists for shell structures made of other metals, the provisions of this standards may be applied provided that the appropriate material properties are duly taken into account.

(9) The provisions of this Standard are intended to be applied within the temperature range defined in the relevant EN 1993 application parts. The maximum temperature is restricted so that the influence of creep can be neglected if high temperature creep effects are not covered by the relevant application part.

(10) The provisions in this Standard apply to structures that satisfy the brittle fracture provisions given in EN 1993-1-10.

(11) The provisions of this Standard apply to structural design under actions that can be treated as quasi-static in nature.

(12) In this Standard, it is assumed that both wind loading and bulk solids flow can, in general, be treated as quasi-static actions.

(13) Dynamic effects should be taken into account according to the relevant application part of EN 1993, including the consequences for fatigue. However, the stress resultants arising from dynamic behaviour are treated in this part as quasi-static.

(14) The provisions in this Standard apply to structures that are constructed in accordance with EN 1090-2.

(15) This Standard does not cover the aspects of leakage.

(16) This Standard is intended for application to structures within the following limits:

design metal temperatures within the range 50°C to +300 °C; radius to thickness ratios within the range 20 to 5000.

ПРИМІТКА. Слід зазначити, що правила розрахунку напруження за цим стандартом можуть бути досить консервативними стосовно деяких геометричних форм і умов навантаження для відносно товстостінних оболонок.

NOTE: It should be noted that the stress design rules of this standard may be rather conservative if applied to some geometries and loading conditions for relatively thick-walled shells.

1.2 НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ

1.2 Normative references

(1) Цей Європейський стандарт містить положення інших публікацій у вигляді датованих або недатованих посилань. Ці нормативні посилання знаходяться у відповід­них місцях тексту, а перелік публікацій приводиться нижче. Для датованих посилань подальші поправки або редакції будь-яких таких публікацій застосовуються до цього Європейського стандарту лише за умови, що вони включені до нього поправкою або редакцією. Для недатованих посилань засто­совується останнє видання публікації, на яку дається посилання.

EN 1090-2 Виробництво сталевих і алюмінієвих конструкцій. Частина 2: Технічні вимоги до сталевих конструкцій;

EN 1990 Основи проектування конструкцій;

EN 1991 Єврокод 1: Навантаження на споруди;

EN 1993 Єврокод 3: Проектування сталевих конструкцій:

Частина 1.1: Загальні правила і правила для будівель;

Частина 1.3: Холодноформовані тонкі елемен­ти і листи;

Частина 1.4: Неіржавіючі сталі;

Частина 1.5: Елементи пластинчастих конструкцій;

Частина 1.9: Втомна міцність сталевих конструкцій;

Частина 1.10: Вибір сталі з врахуванням в’язкого руйнування і властивостей сталі щодо товщини листа;

Частина 1.12: Додаткові правила для розши­рення області EN 1993 до включення сталі S 700;

Частина 2: Сталеві мости;

Частина 3.1: Башти і щогли;

Частина 3.2: Димарі;

Частина 4.1: Бункери;

Частина 4.2: Резервуари;

Частина 4.3: Трубопроводи;

Частина 5: Пальові споруди.

(1) This European Standard incorporates, by dated or undated reference, provisions from other publications. These normative references are cited at the appropriate places in the text and the publications are listed hereafter. For dated references, subsequent amendments to or revisions of any of these publications apply to this European Standard only when incorporated in it by amendment or revision. For undated references the latest edition of the publication referred to applies.

EN 1090-2 Execution of steel structures and aluminium structures – Part 2: Technical requirements for steel structures;

EN 1990 Basis of structural design;

EN 1991 Eurocode 1: Actions on structures ;

EN 1993 Eurocode 3: Design of steel structures:

Part 1.1: General rules and rules for buildings;

Part 1.3: Cold formed thin gauged members and sheeting;

Part 1.4: Stainless steels;

Part 1.5: Plated structural elements;

Part 1.9: Fatigue strength of steel structures;

Part 1.10: Selection of steel for fracture toughness and through-thickness properties;

Part 1.12: Additional rules for the extension of EN 1993 up to steel grades S 700

Part 2: Steel bridges;

Part 3.1: Towers and masts;

Part 3.2: Chimneys;

Part 4.1: Silos;

Part 4.2:Tanks;

Part 4.3:Pipelines;

Part 5: Piling.

1.3 ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ

1.3 Terms and definitions

Терміни, визначені в EN 1990 для загального використання в будівельних Еврокодах, також застосовуються у цьому стандарті. Якщо не вказано інше, визначення, приведені в ISO 8930, також застосовуюються у цьому стандарті. На додаток до EN 1993-1-1 для цілей цього стандарту застосовуються наступні визначення:

The terms that are defined in EN 1990 for common use in the Structural Eurocodes apply to this Standard. Unless otherwise stated, the definitions given in ISO 8930 also apply in this Standard. Supplementary to EN 1993-1-1, for the purposes of this Standard, the following definitions apply:

1.3.1 форми та геометрія конструкцій

1.3.1 structural forms and geometry

1.3.1.1 оболонка

1.3.1.1 shell

Конструкція або елемент конструкції, утворений зігнутим тонким листом.

A structure or a structural component formed from a curved thin plate.

1.3.1.2 оболонка повороту

1.3.1.2 shell of revolution

Оболонка, геометрична форма якої визнача­ється серединною поверхнею, утвореною поворотом меридіональної твірної навколо однієї осі на кут 2π радіан. Оболонка може мати будь-яку довжину.

A shell whose geometric form is defined by a middle surface that is formed by rotating a meridional generator line around a single axis through 2π radians. The shell can be of any length.

1.3.1.3 замкнута вісесиметрична оболонка

1.3.1.3 complete axisymmetric shell

Оболонка, яка складається з декількох частин, кожна з якої є оболонкою повороту.

A shell composed of a number of parts, each of which is a shell of revolution.

1.3.1.4 сегмент оболонки

1.3.1.4 shell segment

Оболонка повороту певної геометричної фор­ми з постійною товщиною стінки: циліндр, зрізаний конус, зрізана сфера, кільцева плас­тина, тороїдальна система або інша форма.

A shell of revolution in the form of a defined shell geometry with a constant wall thickness: a cylinder, conical frustum, spherical frustum, annular plate, toroidal knuckle or other form.

1.3.1.5 панель оболонки

1.3.1.5 shell panel

Незамкнута оболонка повороту: форма оболонки визначається поворотом твірної навколо осі на кут, менший ніж 2π радіан.

An incomplete shell of revolution: the shell form is defined by a rotation of the generator about the axis through less than 2π radians.

1.3.1.6 серединна поверхня

1.3.1.6 middle surface

Поверхня, яка в кожній точці розташована посередині між внутрішньою і зовнішньою поверхнями оболонки. Якщо оболонка під­кріплена з одного або з обох боків, як базова серединна поверхня приймається серединна поверхня зігнутого листа оболонки. Середин­на поверхня є базовою поверхнею для розра­хунку і може мати розриви при зміні товщини або в місцях з’єднання оболонок, внаслідок чого виникає ексцентриситет, який може суттєво впливати на просторову поведінку оболонки.

The surface that lies midway between the inside and outside surfaces of the shell at every point. Where the shell is stiffened on either one or both surfaces, the reference middle surface is still taken as the middle surface of the curved shell plate. The middle surface is the reference surface for analysis, and can be discontinuous at changes of thickness or at shell junctions, leading to eccentricities that may be important to the shell structural behaviour.

1.3.1.7 з’єднання

1.3.1.7 junction

Лінія, на якій перетинаються два або більше сегментів: може включати елемент жорсткос­ті. Колова лінія, по якій елемент жорсткості кріпиться до оболонки, можна вважати з’єднанням.

The line at which two or more shell segments meet: it can include a stiffener. The circumferential line of attachment of a ring stiffener to the shell may be treated as a junction.

1.3.1.8 стрингер

1.3.1.8 stringer stiffener

Місцевий елемент жорсткості, що проходить по меридіану оболонки, і є твірною оболонки повороту. Застосовується для збільшення стійкості або в якості допоміжного елемента при прикладанні місцевих навантажень. Він не призначений для забезпечення первинного опору згинаючим ефектам від поперечного навантаження.