Geschweißte Stahlverbindungen - sich sorgen oder sich nicht sorgen?

Schweißnähte und Schrauben sind die schwierigsten Elemente bei der Bemessung von Verbindungen. Excel-Tabellen vereinfachen ihre Berechnung. Ihre Modellierung in allgemeinen FEM-Programmen ist kompliziert, weil diese Programme nicht die notwendigen Randbedingungen anbieten. Darum wurde die CBFEM-Methode entwickelt und in IDEA StatiCa implementiert.

Schweißmodell nach CBFEM

IDEA StatiCa verfügt in seinem Solver über eine einzigartige Methode, die komponentenbasierte Finite-Elemente-Methode (CBFEM). Das in der CBFEM verwendete Schweißnahtmodell wird beschrieben und mit verschiedenen Stahlbemessungsnormen verifiziert. Der Tragwiderstand und die Verformungskapazität werden auch mit den wichtigsten Versuchsprogrammen verglichen.

Es gibt mehrere Optionen für die Behandlung von Schweißnähten in numerischen Modellen. Die großen Verformungen machen die mechanische Analyse komplexer, und es ist möglich, verschiedene Netz-Modelle, verschiedene kinetische und kinematische Variablen und konstitutive Systeme zu verwenden. Im Allgemeinen werden verschiedene Arten von geometrischen 2D- und 3D-Modellen und damit Finite-Elemente mit ihrer Anwendbarkeit für verschiedene Genauigkeitsstufen verwendet. Das am häufigsten verwendete Materialmodell ist das übliche Richtungs-unabhängige Plastizitätsmodell, das auf dem von Mises Fließkriterium basiert. Eigenspannungen und Verformungen durch Schweißen werden im Bemessungsmodell nicht angenommen.

Die Last wird durch Kraft-Verformungs-Bedingungen auf der Grundlage der Lagrange'schen Formulierung auf die gegenüberliegende Platte übertragen. Die Verbindung wird als Multi-Point-Constraint (MPC) bezeichnet und setzt die Finite-Elemente-Knoten einer Plattenkante in Beziehung zu einer anderen Kante oder Fläche. Die Finite-Elemente-Knoten sind nicht direkt verbunden. Der Vorteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, Netze mit unterschiedlichen Dichten zu verbinden. Die Zwangsbedingung ermöglicht die Modellierung der Mittellinienoberflüche der verbundenen Platten mit dem Versatz, der die reale Schweißkonfiguration und Halsdicke berücksichtigt. Die Lastverteilung in der Schweißnaht wird von der MPC abgeleitet, so dass die Spannungen im Halsbereich berechnet werden. Dies ist wichtig für die Spannungsverteilung in der Platte unter der Schweißnaht und für die Modellierung von T-Stücken.

In unserem theoretischen Hintergrund können Sie mehr Information darüber finden, wie die CBFEM Methode Schweißnähte beschreibt und prüft.

Wenn Sie etwas mehr über CBFEM im Allgemeinen wissen wollen, ist der vollständige allgemeine theoretische Hintergrund definitiv der beste Ausgangspunkt.

Schweißnähte nach Normen und Richtlinien.

Schweißnäthe nach AISC Norm

Schweißnähte werden nach AISC 360 - Kapitel J2 geprüft. Die Festigkeit von CJP-Schweißnähten wird in gleicher Weise wie die des Grundwerkstoffs angenommen und wird nicht geprüft. Da die meisten Benutzer von IDEA Statica bereits daran gewöhnt sind, werden alle für die Prüfung erforderlichen Werte in Tabellen ausgedruckt.

Bei der Schweißnahtbemessung werden die minimale und maximale Schweißnahtgröße und die ausreichende Länge der Schweißnaht überprüft. Die maximale Schweißnahtgröße wird gemäß AISC 360-16 - J2 geprüft. Die minimale Schweißnahtgröße wird gemäß Tabelle J2.4 geprüft.  Eine detaillierte Beschreibung der Parameter ist in diesem Artikel zu finden. 

Um Ihnen die Gewissheit zu geben, dass Ihre Entwürfe vollständig und genau sind, werden die IDEA StatiCa-Ergebnisse gemäß den AISC-Anforderungen gründlich getestet und verifiziert: 

Schweißnäthe nach Eurocode Norm

Kehlnähte werden gemäß EN 1993-1-8 geprüft. In diesem Fall geht es dem Ingenieur um die Bemessungswiderstand und die Schweißnahtausnutzung. 

Die plastische Umverteilung in Schweißnähten wird verwendet, um die Spannungssingularitäten in Schweißelementen automatisch zu vermeiden und die Spannung weiter entlang der Schweißnahtlänge neu zu verteilen. 

Es ist auch wichtig, sich der Prämisse bewusst zu sein, dass die Festigkeit von Stumpfnähten die gleiche ist wie die des Grundmetalls und nicht überprüft wird. Um mehr über die Schweißnahtprüfung nach Eurocode zu erfahren, kann unser theoretischer Hintergrund wieder hilfreich sein. 

Überprüfung der Schweißverbindungen nach Eurocode :

Schweißnähte nach anderen Norman

Die meisten von Ihnen wissen bereits, dass Sie mit IDEA Statica Stahlverbindungen nach bisher acht nationalen Normen und Standards bemessen können. Mit Ausnahme des oben genannten AISC und Eurocodes wird hier in den übrigen Normen beschrieben, wie Schweißnähte von CBFEM behandelt werden:  

Schweißnahtübertragung in BIM-Verbindungen

Bei der Modellierung einer Stahlverbindung in CAD-Software mit IDEA StatiCa BIM-Verbindungen gab es früher einige Schwachstellen beim Übertragen der Schweißnaht. Die neue IDEA StatiCa Version 20.1, die im Oktober 2020 veröffentlicht wurde, brachte mehrere Verbesserungen, um das Leben des Ingenieurs zu vereinfachen und den Konstruktionsprozess zu beschleunigen. 

Export empfohlener Schweißnähte

Während des Modellierungsprozesses in der CAD-Software werden manchmal einige Schweißnähte weggelassen oder nicht korrekt importiert. In solchen Situationen besteht jetzt die Möglichkeit, empfohlene Schweißnähte hinzuzufügen. Wenn Sie diese Option auswählen, wird eine Überprüfung auf möglicherweise fehlende Schweißnähte durchgeführt. Solche Schweißnähte werden dann hinzugefügt und zusammen mit den übrigen Komponenten importiert.  

Fehlende Schweißnahtprüfung

Um Singularitäten in Ihrer Verbindung zu vermeiden , sollten Sie nach der Übertragung der Verbindung zu IDEA StatiCa überprüfen, ob keine Schweißnähte in der Verbindung fehlen. Zu diesem Zweck haben wir ein weiteres nützliches Tool hinzugefügt, mit dem der Benutzer automatisch nicht geschweißte Teile der Verbindung finden kann. Diese Funktion identifiziert und listet alle relevanten Platten und Plattenkanten auf und ermöglicht das Hinzufügen der fehlenden Schweißnähte.

Sie können diese Funktionalität ausführen, indem Sie mit der rechten Maustaste auf Operationen im Baum der Objekte auf der rechten Seite der Szene klicken.

Zusammenfassung

Die Verbindungsbemessung in IDEA StatiCa enthält ein verifiziertes CBFEM-Modell von Schweißnähten, das Normprüfungen, eine realistische Spannungsumverteilung und Verbindungsplatten mit Netzen unterschiedlicher Dichte ermöglicht. Die Gültigkeit der Ergebnisse wird anhand einer Reihe von Beispielen für jede Bemessungsnorm gezeigt. Das Finite-Elemente-Modell wird automatisch generiert, was ein großer Vorteil gegenüber allgemeinen FEM-Programmen ist. Kürzlich wurden einige Verbesserungen hinzugefügt, um den Importprozess von Verbindungen aus CAD-Software zu beschleunigen.

Schweißnähte sind eine großartige Möglichkeit, Stahlverbindungen zu erstellen, aber Ingenieure brauchen ein genaues und schnelles Werkzeug für ihre Konstruktion und den Code-Check. Aus diesem Grund sollten Sie IDEA StatiCa in Ihren Projekten verwenden. 

Wenn Sie Ihre Fähigkeiten im Verbindungsentwurf verbessern wollen, probieren Sie doch mal unser IDEA StatiCa Campus online Training?

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