Deplanace prvku – Zatížení ve středu smyku
Popis analytického modelu
Zahrnutím kondenzovaných elementů do výpočetního modelu se prvky značně prodloužily. V aplikaci IDEA StatiCa Connection verze 20.1 a nižší měly prvky ve výchozím nastavení délku 1,5×h pro otevřené průřezy a 2×h pro uzavřené průřezy. Konce prvků složených ze skořepin byly vyztuženy vazbami, přes které se přenáší zatížení. Díky těmto vazbám je konec prutu tuhý při deplanaci.
V programu IDEA StatiCa Connection verze 21.0 a vyšší se za konce prvků přidávají kondenzované elementy. Kondenzovaný element má stejné vlastnosti, jako kdyby byl složen ze skořepinových prvků s pružnými materiálovými vlastnostmi. Délka kondenzovaného elementu je 4×h pro typ posudek napětí a přetvoření. Zatížení působí na konci zhuštěných prvků, takže jsou přípoje mnohem méně ovlivněny tuhostí. Tento model je efektivnější a umožňuje snížit výchozí délku prvku na 1,25×h pro otevřené i uzavřené průřezy.
Více informací o tématu najdete v článku Kondenzované superelementy - neviditelné, ale zásadní.
To znamená, že celkové délky prvků s výchozím nastavením se zvětšily z 1,5×h na 5,25×h a z 2×h na 5,25×h pro otevřené a uzavřené průřezy. Deplanace podle Vlasovovy teorie postupuje po délce prutu a kroutící moment se nezvyšuje lineárně, ale spíše exponenciálně.
V předchozích verzích (20.1 a níže) měl tedy kroutící moment malý vliv, ale nyní může být velmi významný; nyní je přibližně 6,5× vyšší, pokud je deplanace u přípoje omezena. Samozřejmě se zvyšuje i využití plechů, šroubů a svarů.
Všimněte si, že kroutící moment závisí na délce prvku, místě působení zatížení, okrajových podmínkách na obou koncích, případně na některých mezilehlých podporách nebo výztuhách. Uživatel by si tedy měl uvědomit, že kroutící moment je stále nepřesný. Jen je nyní prut delší, takže se blíží skutečné velikosti, pokud lze zdůvodnit kroucení.
Opravdu prvek deplanuje?
Zásadní otázkou je, zda je kroucení a deplanace prvku skutečně možné. Často je na horní pásnici prvku uložena stropní deska, která účinně zabraňuje jakémukoliv kroucení prvku. V takovém případě lze kroucení a deplanaci zanedbat a není nutné posuzovat tento prvek a celý přípoj na působení těchto účinků.
Pokud jsou horní pásnice těchto nosníků skutečně zajištěny proti vybočení, není tento způsob porušení relevantní a vnitřní síly by měly být odpovídajícím způsobem upraveny.
Jak se zbavit nežádoucího kroutícího momentu?
Existují dva způsoby, jak kroutící moment v aplikaci Connection zanedbat.
Podívejme se na každou možnost zvlášť.
Výpočet ekvivalentního kroutícího momentu
U všech prvků je pozice zatížení v jejich těžišti. U oboustranně symetrických průřezů (např. průřezy profilu I, H, RHS, CHS) je těžiště shodné se středem smyku. Pokud zatížení prochází středem smyku, nevyvozuje smyková síla žádné dodatečné kroucení.
U ostatních prutů s jednou nebo žádnou osou souměrnosti je však poloha středu smyku posunuta od těžiště. Smyková síla působí v těžišti, čímž vzniká kroutící moment. Tento kroutící moment odpovídá smykové síle vynásobené vzdáleností mezi těžištěm a středem smyku.
Pokud inženýr předpokládá, že se prvek nemůže otáčet, měl by být tento kroutící moment vyvážen opačným kroutícím momentem zadaným v působících účincích zatížení. Uvědomte si, že tento ekvivalentní kroutící moment se při použití možnosti Zatížení v rovnováze zobrazí v nevyvážených silách.
Nyní si to ukážeme na praktickém příkladu.
Máme přípoj s nosníkem U průřezu. Podívejte se na tvar průřezu, jeho charakteristiky a zatížení na obrázku níže.
Tento nosník se nadměrně zkroutí a vykazuje nerealistický průběh napětí a deformace, což negativně ovlivní posudek. Ve skutečnosti je však po celé délce nosníku zabráněno kroucení, takže by k takovému chování dojít nemělo.
Pro dosažení správného chování modelu je třeba vypočítat ekvivalentní kroutící moment M'x působící v opačném směru a přidat jej k účinkům zatížení pro daný prvek. V tomto příkladu je třeba pro LE1 připočítat moment M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm.
Mějte na paměti, že rozhodnutí o tom, zda prvek deplanuje či nikoliv a jestli je tedy nutné přidat ekvivalentní kroutící moment závisí vždy na inženýrovi a jeho úsudku. V předpisech nebo publikacích jsou ustanovení, která mohou pomoci.
Výrobní operace Stabilizace proti klopení
Dalším způsobem stabilizace prvku je použití operace Stabilizace proti klopení.
Přečtěte si následující články a dozvíte se, jak tato funkcionalita funguje.