Tento komplexní jev má různé formy. Obecně můžeme rozlišovat mezi globálním boulením prvků konstrukce (štíhlé sloupy v tlaku, klopení ohýbaných nosníků) a lokálním boulením plechů (v tlaku nebo smyku). Po dosažení kritického zatížení prvek změní svůj tvar na nový, energeticky výhodnější: vybočí. A to se může stát i tehdy, když je napětí v prvku hluboko pod pevností materiálu, ze kterého je vyroben. Další zatěžování pak může způsobit významné a poněkud nepředvídatelné deformace, které mohou vést až k úplné ztrátě únosnosti prvku.
IDEA StatiCa pomáhá inženýrům s globálním i lokálním boulením ocelových prvků.
Boulení přípoje
Boulení obvykle není u styčníků zásadním problémem, nicméně je třeba ověřit, že se boulení nevyskytuje a že výsledky pevnostní analýzy, která používá pouze geometricky lineární analýzu, jsou správné. Samozřejmě při použití nevhodného detailu může k boulení snadno dojít...
IDEA StatiCa Connection dokáže provést lineární analýzu boulení modelu styčníku. Výsledky jsou predikovány formou vlastních tvarů boulení. Pro každý tvar boulení je vypočítáno kritické zatížení, při kterém dochází k boulení dokonalého modelu. Kritické zatížení je vyjádřeno násobiteli zatížení působícího na styčník. Podle tvaru boulení a násobitele kritického zatížení může uživatel určit bezpečný návrh proti boulení. Obecné informace o analýze boulení v IDEA StatiCa naleznete v naší teoretické příručce.
Hledáte analýzu boulení v aplikaci? Stačí sledovat tutoriál pro EN nebo pro normu AISC.
Na rozdíl od ostatních typů analýz analýza boulení neposkytuje jednoznačnou odpověď vyhovuje/nevyhovuje. Místo toho je nutné kritické součinitele zatížení interpretovat na základě použité normy. A nakonec je to inženýr, kdo rozhodne, zda je výsledek analýzy vyhovující, nebo ne. Podívejte se na odpovídající části teoretické příručky: Analýza boulení podle Eurokódu a Analýza boulení podle AISC.
Limitní hodnota se také může lišit pro tvary boulení vyskytující se na prvku konstrukce nebo pro tvary, kdy se boulí přídavný plech v přípoji. Toto téma je popsáno v následujícím článku: Globální vs. lokální boulení. Co to znamená?
Další příklad provedené analýzy boulení na přípoji ztužidla společně s interpretací výsledků byl představen v jednom z našich webinářů Connection Wednesdays.
Srovnání výsledků IDEA StatiCa Connection s jinými nástroji naleznete v ověřovacích příkladech.
Boulení tenkostěnných (za studena tvarovaných) prvků
U tenkostěnných průřezů je situace ještě komplikovanější...
IDEA StatiCa Connection je primárně určena pro posouzení přípojů za tepla válcovaných prvků, které nejsou boulením významně ovlivněny. Provádí se geometricky lineární a materiálově nelineární analýza, díky které je výpočet rychlý a stabilní. Tento typ analýzy však nezohledňuje ztrátu stability. Pokud potřebujete prozkoumat chování stability, provedení lineární analýzy boulení vám může pomoci odhalit nebezpečné oblasti a poskytnout součinitel pro Eulerův bod bifurkace.
Článek Tenkostěnné (za studena tvarované) prvky uvádí důležité faktory, které je třeba zohlednit při analýze tenkostěnných průřezů v IDEA StatiCa. Toto téma je také probíráno v záznamu webináře Tenkostěnné prvky – problémy s boulením.
- Proveďte lineární analýzu boulení a pečlivě vyhodnoťte každý tvar boulení; prvních 5 zobrazených tvarů boulení nemusí stačit.
- Nespoléhejte se na plasticitu tenkostěnných prvků a místo toho omezte napětí von Mises na mez kluzu nebo i nižší hodnotu.
- Uvědomte si, že lokální boulení, které není zohledněno, může jinak přerozdělit vnitřní síly v komponentách.
- Uvědomte si, že tuhost komponent se může lišit v důsledku různých módů porušení nebo jejich kombinace.
- Uvědomte si, že prezentovaná posouzení a detailování komponent (např. šrouby, svary) vycházejí z návodů pro standardní prvky. Normové posouzení tenkostěnných prvků se může lišit, a poskytnuté testy pak nemusí být správné.
Obecně lze IDEA StatiCa Connection použít pro modelování chování tenkostěnných (za studena tvarovaných) přípojů, ale pro kompletní normové posouzení je nutné použít jiné nástroje a konečné rozhodnutí musí být učiněno jako závěr z několika použitých metod a postupů.
Boulení prvku
Před dvěma lety IDEA StatiCa představila novou aplikaci určenou k vyhodnocení chování boulení celých prvků konstrukce. Pokročilý a osvědčený model CBFEM známý z aplikace Connection byl implementován do IDEA StatiCa Member pro provádění různých úrovní analýz. S tímto nástrojem lze provést geometricky a materiálově nelineární analýzu, přičemž lze zohlednit i geometrické imperfekce.
Analytický model Member poskytuje 3 typy analýz:
- MNA – Materiálově nelineární analýza, pro kontrolu napětí/přetvoření v průřezech podél prvku.
- LBA – Lineární analýza boulení (stabilita), vyhodnocuje lineární vlastní čísla a vlastní tvary (kritické součinitele a tvary boulení). Na základě těchto hodnot inženýr zvolí, který z nich zohlednit pro nelineární analýzu GMNIA, a zadá hodnoty geometrických imperfekcí.
- GMNIA – Geometricky a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi, vyhodnocuje napětí/přetvoření podél prvku v materiálově a geometricky (včetně imperfekcí) nelineární analýze. Jako limit pro normové posouzení je nastaveno 5% plastické přetvoření.
Pro seznámení se se základy IDEA StatiCa Member doporučujeme přečíst si teoretickou příručku IDEA StatiCa Member, abyste lépe pochopili její možnosti. Samozřejmě existuje i několik videí prezentujících sílu tohoto nástroje. Můžete začít úvodním webinářem: IDEA StatiCa Member – Řešení pro boulení.
Praktické tutoriály k IDEA StatiCa Member vám pomohou začít s používáním aplikace, ať už od nuly, nebo v rámci BIM workflow. Některé důležité aspekty jsou probírány v záznamu webináře Co byste měli vědět, než začnete používat aplikaci IDEA StatiCa Member? a ve dvou následujících článcích: Vliv okrajových podmínek a Imperfekce.
Ověřovací proces nové aplikace byl dokončen a studie byly publikovány společně s univerzitními týmy. Můžete si projít několik ověřovacích příkladů.
Shrnutí
Při zkoumání problémů s boulením u stavebních konstrukcí je vždy nutné využít svůj inženýrský úsudek a cit. Nicméně IDEA StatiCa vám s tím může pomoci.
- Pro posouzení ocelových přípojů je zde IDEA StatiCa Connection, která dokáže zkontrolovat nejen napětí/přetvoření, ale také nejkritičtější tvary boulení a odpovídající kritické zatížení.
- Globální stabilitu lze analyzovat v IDEA StatiCa Member, která umožňuje inženýrům provést geometricky a materiálově nelineární analýzu s imperfekcemi za účelem nalezení tvarů boulení a součinitelů prvku konstrukce.
Obě aplikace jsou k otestování dostupné ve 14denní bezplatné zkušební verzi.
