Excentricity a jak si s nimi poradit s Checkbotem
Údaje o projektu
V rámci návrhu rámové ocelové konstrukce pro průmyslový objekt bylo nutné řešit několik přípojů s výraznými excentricitami. Případová studie slouží jako ukázka, jak lze pomocí spolupráce globálního MKP software a nástrojů IDEA StatiCa efektivně pracovat s excentricitami a neporušit základní principy statiky, jako je rovnováha sil v přípoji.
Technické výzvy
Základní statický systém konstrukce není nijak výjimečný, projektanti však čelili zajímavému detailu v místě uložení svislic podpůrné konstrukce na horní pásnici vysokých vodorovných nosníků. V tomto uzlu bylo nutné navrhnout přípoje diagonál ztužení. Snaha navrhnout osovou geometrii tak, aby se diagonály, sloupky, hlavní nosníky a příčníky setkaly v jednom bodě by vedla k nepřiměřeně velikým přípojům. Proto bylo zvoleno řešení s excentrickým připojením diagonál, kdy osa diagonály směřuje do průsečíku sloupku s horním povrchem podpůrného nosníku.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Zobrazení v globálním MKP modelu, Zobrazení v IDEA StatiCa Checkbot}}}\]
Zadání excentricit
Zanedbání těchto excentricit při výpočtu vnitřních sil by vedlo k nepřesným vstupům pro posouzení přípoje a zanedbání dodatečného namáhání prutových prvků. Proto byla excentricita diagonály modelována již v globálním MKP prutovém modelu konstrukce. Je tak zohledněn správný úhel diagonál a přídavná namáhání od vlivu excentricity.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Excentricity v globálním MKP modelu}}}\]
Díky výstřednosti v přípoji byl tedy navržen kompaktnější přípoj a statik usnadnil práci konstruktérům, zhotoviteli ocelové konstrukce, ale svou práci si výrazně zkomplikoval. V globálním modelu se mu jeden přípoj rozpadl na dva samostatné uzly. Každý uzel s vlastní sadou vnitřních sil v rovnováze. Konstrukčně je však přípoj řešený jako jeden uzel a jako jeden celek se musí posoudit. Statik pak v těchto případech musí pro posouzení složit vnitřní síly a geometrii dvou uzlů do jednoho přípoje. Manuální řešení tohoto úkolu je pracné, je třeba dodržet konvenci vnitřních sil a při množství dat je snadné udělat chybu. To vše by platilo v časech před Checkbotem.
Práce s Checkbotem
Prutový model spolu s průřezy, vnitřními silami a excentricitami, který propojuje hlavní nosníky a lícuje s jejich horní pásnicí, byl importován do programu Checkbot. V něm byla využita funkce spojení dvou uzlů do jednoho přípoje a celou práci se skládáním sil tak Checkbot vyřešil. Výsledkem je jeden přípoj připravený pro posouzení v IDEA Connection, který zahrnuje přesné geometrické údaje z globálního modelu a zároveň rovnovážné vnitřní síly v posuzovaném uzlu.
Přímo v Checkbotu byla zadána excentricita diagonál, která vzniká připojením ramene úhelníku na styčníkový plech, který je navržen v ose sloupu. Tato malá excentricita byla v globálním MKP modelu zanedbána, a její dodatečné doplnění v Checkbotu tak umožňuje modelovat přípoj 1:1 se skutečným konstrukčním řešením.
Doplnění excentricity v Checkbotu znamená malé momentové nerovnováhy, kterou však lze zpravidla zanedbat. Výsledný přípoj je na následujícím obrázku.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Přípoj v aplikaci Connection}}}\]
Stav, kdy je geometrie globálního MKP modelu (osy prutů) zcela v souladu s geometrií v Checkbotu a následně modelem přípoje pro posouzení v Connection je ideální. Dosáhnout tohoto stavu však může být obtížné a ne vždy je to nutné. Práce statika je vždy o kompromisu mezi zjednodušením a výstižností modelu. Některé excentricity lze v globálním modelu zanedbat. Toto rozhodnutí je vždy na inženýrském úsudku statika.
Shrnutí
V prezentovaném příkladu poměrně jednoduchého přípoje by zjednodušení geometrie v globálním modelu zanedbáním výrazných excentricit vedlo k stanovení nekonzistentních účinků pro posouzení přípoje. Ideální řešení je tedy modelovat v MKP přípoj jako dva oddělené uzly a následně použít funkci aplikace IDEA StatiCa Checkbot "sloučení dvojice uzlů".
Díky tomu je možné modelovat dva uzly z MKP modelu jako jeden přípoj a korektně v návrhu zohlednit excentricitu.
Vyzkoušejte IDEA StatiCa zdarma
Další případové studie
