Általános bevezetés
Az IDEA StatiCa Member egy statikai tervezőszoftver acélszerkezeti elemek – beleértve azok kapcsolatait és a szükséges környező gerendákat és oszlopokat – tervezéséhez és szabványellenőrzéséhez.
Nem szokványos acélszerkezeti elemek tipikus példái
Sok kiváló eszköz létezik 3D acélvázak tervezésére – SAP2000, Robot Structural Analysis, SCIA Engineer stb.
Ezek szinte minden acélszerkezet-tervezői követelményt lefednek. Ennek ellenére vannak még megválaszolatlan kérdések. Elsősorban a következő területeken:
- Kapcsolatok, részletek, csomópontok
- Stabilitás és kihajlás
Az IDEA StatiCa az acélszerkezetek bonyolultabb részeire fókuszál, és a következőket kínálja:
- IDEA StatiCa Connection bármilyen topológiájú csomópontok és kapcsolatok ellenőrzésére
- IDEA StatiCa Member a stabilitással és kihajlással kapcsolatos összes tisztázatlan kérdés megoldására
Minden statikus mérnök általában valamilyen 3D végeselemes szoftverben számítja ki az acélszerkezetet. Ezután egyenként kell vennie a szerkezeti elemeket, és két fő ellenőrzést kell elvégeznie rajtuk:
- Keresztmetszet-ellenőrzés
- Stabilitás-ellenőrzés
A kiszámított belső erőket használja, és a nemzeti tervezési szabványban meghatározott analízis-képleteket alkalmazza.
Ugyanezt a megközelítést alkalmazzuk a Member acél moduljában is.
A statikus mérnök 3D végeselemes szoftverben számítja ki az acélszerkezetet (vázat). A vizsgált szerkezeti elemet és az összes hozzá kapcsolódó szerkezeti elemet leválasztjuk a modellezett 3D szerkezetről, és CBFEM segítségével oldjuk meg.
- Az acélváz globális analízise a 3D végeselemes szoftverben történik.
- Minden vizsgált szerkezeti elemet CBFEM módszerrel modellezünk.
- Egyszerűbb modellt alkalmazunk minden kapcsolódó szerkezeti elemre (csomópontokban összekötve). A kapcsolódó szerkezeti elemek a végükön alátámaszthatók.
- A csomópontokat és kapcsolatokat az IDEA StatiCa Connection felhasználói felületén tervezzük.
- A szerkezeti elemen speciális gyártási műveletek alkalmazhatók – harántirányú vagy hosszirányú merevítők, nyílások, vágások...
- A terhek a szerkezeti elemeken és a kapcsolódó szerkezeti elemek végein alkalmazhatók (egyensúlyi elv, ahogy a Connection esetében is).
- A vizsgált szerkezeti elemet a kiszámított belső erőkből származtatott standard terhek terhelik (a modell és a terhesetek importálása során). A felhasználó kiválaszthatja a teher helyzetét, pl. a gerenda felső övén.
- A kapcsolódó szerkezeti elemeket standard terhek és a véginternális erők terhelik.
CBFEM modell egy oszlopról. Egy vizsgált oszlop, négy kapcsolódó szerkezeti elem, és a lehorgonyzás pontos modellje
Rácsos (bordázott) gerenda CBFEM modellje két oszlop között
A Member analízis modelljét CBFEM módszerrel hozzuk létre. A Member háromféle analízist kínál:
- MNA – Anyagilag nemlineáris analízis (Materially Non-linear Analysis).
- LBA – Lineáris kihajlási analízis (stabilitás)
- GMNIA – Geometriailag és anyagilag nemlineáris analízis imperfekciókkal
A statikus mérnökök a Member-ben sokkal magasabb szinten végezhetik el ugyanazt az ellenőrzést, mint a standard munkafolyamatokban:
- Keresztmetszet-ellenőrzés: az MNA-t alkalmazzuk. Egy 5 %-os alakváltozás-ellenőrzést alkalmazunk.
- Stabilitás-ellenőrzés: az LBA megmutatja a stabilitási tönkremenetel alakját, és javaslatot ad az imperfekció meghatározására. Ezt követően a GMNIA-t alkalmazzuk. Egy 5 %-os alakváltozás-ellenőrzést alkalmazunk, vagy a maximális teherbírás elérését (a konvergencia végét).
Ugyanazt a modellt használjuk, mint az IDEA StatiCa Connection-ben – a komponens alapú végeselem-módszert (Component Based Finite Element Method):
IDEA StatiCa Connection elméleti háttér
Modell leírása
Az IDEA StatiCa Member alkalmazás a szerkezet többszintű modelljével dolgozik, kombinált terhekkel. A cél a szerkezet kiválasztott – „vizsgált” – szerkezeti elemeinek megfelelő vizsgálata és ellenőrzése.
A modell egyéb részei a következők:
- Kapcsolódó szerkezeti elem(ek) – minden szerkezeti elem, amely a vizsgált szerkezeti elem(ek)hez kapcsolódik
- Kapcsolat(ok) – a vizsgált és a kapcsolódó szerkezeti elemek CBFEM kapcsolata(i)
- Végtámaszok a kapcsolódó szerkezeti elemeken
- Terhek a vizsgált szerkezeti elemen
- Terhek a kapcsolódó szerkezeti elemeken
- Véginternális erők a kapcsolódó szerkezeti elemeken
Egy szeizmikus merevítőrendszer részét képező szerkezeti elem CBFEM modellje
A vizsgált szerkezeti elemet „levágjuk” a szerkezetről, és külön vizsgáljuk. A vizsgált szerkezeti elemen és a kapcsolódó szerkezeti elemeken lévő összes terhet ugyanúgy kell alkalmazni, mint a teljes szerkezet 3D modelljében. A „vágás” helyein, amely a kapcsolódó szerkezeti elemek végén történik, a belső erőket a szerkezeti elemekre ható terhekként alkalmazzuk. Az így terhelt levágott szerkezet egyensúlyban van. Ez azt jelenti, hogy elméletileg az analitikai modellhez nincs szükség alátámasztásra. A CBFEM modell pontosabb, mint egy standard szerkezetielem-modell. Ez előny, de részleges egyensúly-megsértést is okoz. Ezért hasznos alátámasztást alkalmazni a kapcsolódó gerendák végein. Az alátámasztásokat úgy kell meghatározni, hogy a levágott szerkezet ugyanúgy viselkedjen, mint a teljes szerkezetben. A program ezt a statikus mérnök megítélésére bízza.
Vizsgált szerkezeti elem
A vizsgált szerkezeti elem az a vizsgálat alatt álló elem, amelyre a terheket közvetlenül alkalmazzuk. A vizsgált szerkezeti elemen a terhek alkalmazhatók a szerkezeti elem középvonalára vagy közvetlenül az elem egyes lemezeire a terhelés valós területével. A vizsgált szerkezeti elemeket teljes egészében héjelemekkel modellezzük.
A vizsgált szerkezeti elem modellje
Kapcsolódó szerkezeti elemek
A kapcsolódó szerkezeti elemek a vizsgált szerkezeti elemhez csatlakozó csonk részre és a kapcsolódó szerkezeti elem fennmaradó, egyszerűsített részére oszlanak. A csonkot héjelemekkel modellezzük (teljes CBFEM modell), az egyszerűsített részeket pedig egyszerű, hat szabadságfokú 1D gerendaelemekkel. Csak a vizsgált szerkezeti elemmel alkotott csomóponthoz közeli szükséges részt (a csonkot) modellezzük héjelemekkel, hogy felgyorsítsuk a számítást. A kapcsolódó szerkezeti elemek végeit a felhasználó által meghatározott, a kapcsolódó szerkezeti elem helyi koordinátarendszerében tetszőleges irányú elmozdulás- vagy elfordulás-korlátozás támasztja alá.
Kapcsolódó gerendák modellje
Kapcsolatok
A vizsgált és a kapcsolódó szerkezeti elemek közötti kapcsolatok pontosan úgy vannak meghatározva, ahogyan azok az IDEA StatiCa Connection-ben modellezve vannak. Vegye figyelembe, hogy ezeket nem ellenőrzi az IDEA StatiCa Member, mivel ez az alkalmazás a szerkezeti elem szempontjából kritikus terhekkel dolgozik, nem a kapcsolatok szempontjából kritikusakkal. A kapcsolatok megfelelő ellenőrzését az IDEA StatiCa Connection-ben kell elvégezni.
Alátámasztások
Az IDEA StatiCa Member hozzáadja a kiválasztott szerkezeti elem(ek) végeselemes analízisének második szintjét. Az első szintet a standard 3D végeselemes programban végezzük el. A második szint az első szinten kiszámított belső erőket használja. Az így terhelt szerkezet egyensúlyban van.
A pontosabb modell (pl. a szerkezeti elemek helyi excentricitásai, a szerkezeti elemek valós hosszai...) és különösen a GMNIA analízishez alkalmazott imperfekciók okozzák, hogy az egyensúly nem marad fenn. A statikus mérnök megítélésén alapuló, ésszerű alátámasztás alkalmazása javasolt.
Standard alátámasztások definiálhatók a kapcsolódó szerkezeti elemek végein. Mindhárom elmozdulás és mindhárom elfordulás megszüntethető alátámasztással. Az alátámasztásokat a szerkezeti elem helyi koordinátarendszerében határozzuk meg.
Végtámaszok a kapcsolódó szerkezeti elemen – szelemen; az x-irány és mindhárom elfordulás alátámasztott
Terhek
A vizsgált szerkezeti elemet (vagy a szerkezet egy darabját) úgy kell terhelni, ahogyan a teljes szerkezetben terhelve van. Az önsúlyt nem alkalmazzuk automatikusan; csak a felhasználó által meghatározott terheket vesszük figyelembe. A következő terheket alkalmazzuk:
- Vonalmenti terhek a vizsgált és a kapcsolódó szerkezeti elemeken
- Belső erők a kapcsolódó szerkezeti elemek végkeresztmetszeteiben
Vonalmenti terhek
A statikus mérnök nagyon jól ismeri a vonalmenti és koncentrált terheket a 3D végeselemes szoftverekből. Az ilyen terhek idealizáltak az 1D szerkezeti elemek szempontjából. A valóságban nem léteznek. A valós terhek általában felületi terhek, vagy a szerkezeti elemek más elemek kapcsolatain keresztül vannak terhelve.
A felhasználó alkalmazhat vonalmenti terheket a vizsgált szerkezeti elemeken, de több részletet is meg kell adnia – melyik övön vagy gerincen van alkalmazva a teher, a terhelt terület szélessége stb. Emellett a koncentrált terheket jobb meghatározott hosszúságú és szélességű felületi terhekként megadni.
A kapcsolódó szerkezeti elemeken a vonalmenti terheket a 3D végeselemes szoftverekben megszokott standard módon alkalmazzuk.
A koncentrált teher meghatározott szélességű vonalmenti teherként van megadva
Véginternális erők
Belső erők a kapcsolódó szerkezeti elemek végkeresztmetszeteiben. Ezeket a kapcsolódó szerkezeti elemekre ható terhelésként alkalmazzuk. Ez nagyon hasonló a szerkezeti elemek terheléséhez az IDEA StatiCa Connection kapcsolatmodelljeiben.
Belső erők mint teherhatások a kapcsolódó szerkezeti elem végén
Gyakorlati példa
A CBFEM modell összeállításának folyamatát a következő példa mutatja be.
A tervezőnek ellenőriznie kell egy keretben lévő tartó kifordulási ellenállását. A standard megközelítés alkalmazásakor a teljes keretet 3D végeselemes szoftverben számítják ki. Ezután a tartót külön ellenőrzik. A peremfeltételeket meg kell határozni; a szabványok általában merev vagy csuklós alátámasztást feltételeznek. Általánosságban akár egy félmerev csomópont rugója is választható. Ez a döntés kulcsfontosságú tényező a kifordulási ellenállás értékelésében, és teljes mértékben a tervező becslésétől függ. A kiszámított belső erőket összehasonlítják az analitikus képletekkel meghatározott kifordulási ellenállással.
A Member alkalmazás teljesen ugyanazokat az elveket alkalmazza. A vizsgált szerkezeti elemet a szerkezet teljes modelljéből vágjuk ki. A peremfeltételeket nem becsüljük meg, hanem az összes kapcsolódó részt pontosan modellezzük. A peremfeltételek problémája nincs teljesen megoldva, mivel a kapcsolódó szerkezeti elemek végeit alá kell támasztani. A kapcsolódó szerkezeti elemek alátámasztásai a tervező döntésétől függenek, de ezek hatása a vizsgált szerkezeti elem teherbírására több nagyságrenddel kisebb, mint a standard megközelítés esetén.
Példa a tartó modelljére csomópontokkal, kapcsolódó szerkezeti elemekkel és terhekkel
A vizsgált AM1 szerkezeti elemet – a tartót – a felső övön ható megoszló teher terheli. A csomópontokat az IDEA StatiCa Connection-ben modellezzük és ellenőrizzük.
Az oszlopok a modellben a kapcsolódó szerkezeti elemek. Alul befogottak. Felül csak keresztirányban (y, z) vannak alátámasztva. Ez lehetővé teszi, hogy az oszlopokat a szerkezet többi részének súlya terhelje – ebben a példában normálerő és hajlítónyomaték formájában. Ezek nagysága megfelel a 3D modellen a végeselemes szoftverben megoldott belső erőknek. Az oszlopokra más teher nem hat.
A további kapcsolódó szerkezeti elemek a másodlagos gerendák. Ezek egyszerűen alátámasztottak, és a valós terhek a teljes hosszuk mentén vannak rájuk alkalmazva. Végeiken egyszerű alátámasztásokat alkalmazunk, kiegészítve a hosszanti x tengely körüli elfordulás korlátozásával.
Természetesen a CBFEM modell is bizonyos mértékig leegyszerűsített. Mindazonáltal pontosabban írja le a vizsgált szerkezeti elem viselkedését, mint az analitikus képleteken és a peremfeltételek és a nyomatéki ábra becslésén alapuló standard megközelítés.
A következő ábrák a tartó várható viselkedését mutatják.
A tartó MNA-val meghatározott deformációja
LBA-val meghatározott kihajlási alakzat
Analízis
Az IDEA StatiCa Member háromféle analízis elvégzésére képes:
- Anyagilag nemlineáris analízis
- Lineáris kihajlási analízis
- Geometriailag és anyagilag nemlineáris analízis imperfekciókkal
Az első két analízis felhasználható szerkezeti elemek szabványellenőrzéséhez, pl. az Általános módszer alkalmazásával (EN 1993-1-1, 6.3.4. pont), de leginkább a harmadik, legpontosabb analízis előkészítésére szolgálnak.
Anyagilag nemlineáris analízis (MNA)
Az anyagilag nemlineáris és geometriailag lineáris statikus analízis elegendő a kihajlási problémák nélküli tömör szerkezeti elemekhez. Az IDEA StatiCa Member alkalmazás célja bonyolult szerkezeti elemek megoldása, így az MNA analízis általában nem elegendő a teljes értékeléshez. Ez az analízis szükséges a többi analízistípus elvégzéséhez.
Az acél anyagdiagramjai a numerikus modellekben
Lineáris kihajlási analízis (LBA)
Ebben az analízistípusban a szerkezetet tökéletesnek tekintjük, geometriai vagy anyagi imperfekciók nélkül, és az anyag rugalmas. A lineáris kihajlási analízis megadja az αcr tényezőt – a méretezési terhek minimális szorzóját, amellyel elérhető a szerkezeti elem elasztikus kritikus ellenállása. A tényező meghatározza azt a terhet, amelynél elérjük az Euler-féle kritikus kihajlási terhet. Egy valós, tökéletlen szerkezet valós kihajlási terhe jóval alacsonyabb lehet, ezért magas biztonsági tartalék javasolt:
- αcr > 15 – MNA használandó
- αcr < 15 – GMNIA használandó
Az LBA másik, hasonlóan fontos eredménye a kihajlási alakzat. Ez információt ad arról, hogy a modellezett szerkezet melyik része veszíti el a stabilitását. A felhasználónak ellenőriznie kell az összes kihajlási módot, és ki kell választania a fontosakat az imperfekciók alkalmazásához. A fontos kihajlási alakzatok általában a vizsgált szerkezeti elem szinuszos félhullámú ívtorzulását vagy karcsú lemezek helyi kihajlását okozzák.
Kihajlási alakzatok
A kihajlási alakzat arról is tájékoztat minket, hogy a szerkezeti elem a gyengébb vagy erősebb tengely körüli hajlítási kihajlásban, csavarási kihajlásban (tengelyirányban terhelt oszlopok esetén), kifordulásban (hajlított gerendák esetén) vagy helyi kihajlásban (karcsú lemezekkel rendelkező szerkezeti elemek esetén) hibásodik meg. Vegye figyelembe, hogy bonyolult szerkezetek esetén a kihajlási alakzatok több szerkezeti elem különböző alakú kihajlását is kombinálhatják. Emellett, ha egy teljes keretet modellezünk, a keret egészében fog kihajlani, nem pedig az oszlopok és a tartó külön-külön.
Hajlítási, csavarási, kifordulási kihajlás
A kihajlási módok kiszámításához a Lanczos-algoritmust alkalmazzuk.
Ennek az algoritmusnak van egy korlátja: ha ugyanahhoz vagy nagyon hasonló kihajlási tényezőhöz több kihajlási alakzat is tartozik, a módszer csak az egyik alakzatot tudja kiszámítani. Ez tipikusan vékonyfalú szerkezetek esetén fordulhat elő, amelyeknél egyetlen kihajlási tényezőhöz sok különböző alakzat tartozhat, ezért a felhasználónak tisztában kell lennie ezzel a korlátozással.
Minden kihajlási alakzathoz mindig létezik egy második, ugyanolyan kihajlási tényezőjű, de ellentétes deformációjú alakzat is. Ezt szem előtt kell tartani az alakzatok kombinálásakor a GMNIA-hoz szükséges imperfekció kialakításánál – a felhasználónak érdemes lehet az ellentétes előjelű kihajlási alakzatot használnia, ha az így kapott alakzat kritikusabb egy másik kihajlási móddal kombinálva.
A kihajlási alakzatokat közvetlenül használjuk fel az imperfekciók alkalmazásához a legkifinomultabb analízistípusban – a GMNIA-ban.
Geometriailag és anyagilag nemlineáris analízis imperfekciókkal (GMNIA)
A geometriailag és anyagilag nemlineáris analízis imperfekciókkal a statikus terhelés legkifinomultabb analízistípusa. Minden imperfekciót (lemezek változó vastagsága, egyenetlenség, maradó feszültségek, anyagbeli inhomogenitások, alátámasztások helytelen illesztése...) egyenértékű geometriai imperfekciókkal helyettesítünk, amelyek az LBA által kiszámított kihajlási alakzatok segítségével állíthatók be. A felhasználó kiválasztja az imperfekcióhoz használt kihajlási alakzat maximális amplitúdóját. Az imperfekciók leírása a következő fejezetben található.
Az eredmények értelmezése
A legtöbb tervezési szabvány két határállapotot különböztet meg – a használhatósági és a teherbírási határállapotot.
Használhatósági határállapot
A tervezési szabványok korlátokat írnak elő a szerkezeti elemek elmozdulására. Ezek úgy ellenőrizhetők, hogy a vizsgált szerkezeti elem elmozdulását összehasonlítjuk a korlátokkal.
Teherbírási határállapot
A teherbírási határállapotot elérhetjük a fő membrán-alakváltozás határértékének elérésével – ajánlott érték 5 % – vagy a kihajlásra hajlamos szerkezeti elemek esetén a maximális teher elérésével. A maximális teher akkor van elérve, amikor a megoldó leáll a konvergencia elérésekor (mivel a modellt erők, nem elmozdulások terhelik). A konvergencia végét az jelenti, hogy a modellhez már nem alkalmazható további terhelésnövekmény, és az analízis a meghatározott teher 100 %-a alatt is leállhat. A teher-alakváltozás diagram leszálló ága nem rögzíthető.
A konvergencia vége a GMNIA-ban
Imperfekciók
Az imperfekciók az alátámasztások pontatlanságai, a szerkezeti elemekben lévő maradó feszültségek, a lemezek változó vastagsága, a szerkezeti elemek egyenetlensége stb. Mindezeket az imperfekciókat egyenértékű geometriai imperfekcióval szimuláljuk. Háromféle geometriai imperfekció-típus vehető figyelembe:
- A szerkezet globális imperfekciói
- A szerkezeti elemek lokális imperfekciói
- A karcsú szerkezetielem-lemezek lokális imperfekciói
Minden imperfekció-típushoz vannak irányelvek pl. az EN 1993-1-1-ben és az EN 1993-1-5-ben.
Vegye figyelembe, hogy általánosságban mind a pozitív, mind a negatív előjelű (különböző irányú) imperfekció-alakzatokat vizsgálni kell. Csak akkor, ha a geometria szimmetrikus, mindkét imperfekció-irány ugyanazt az eredményt adja, és csak az egyiket kell vizsgálni.
Globális imperfekciók
A szerkezet globális imperfekcióit az EN 1993-1-1, 5.3.2 (3) pontja írja le. A szerkezetet a következő ábra szerinti egyenértékű dőlési imperfekció formájában kell megdönteni.
Egyenértékű dőlési imperfekció (az EN 1993-1-1 – 5.2. ábra alapján)
Az imperfekció szöge:
ahol:
- ϕ0 = 1/200 – az imperfekció alapértéke
- – az oszlopokra alkalmazandó, a h magasságtól függő csökkentő tényező
- h – a szerkezet magassága méterben
- – a sorban lévő oszlopok számától függő csökkentő tényező
- m – a sorban lévő oszlopok száma, csak azokat az oszlopokat számítva, amelyek a vizsgált függőleges síkban az oszlopok átlagértékének legalább 50 %-át kitevő NEd függőleges terhet hordozzák
A globális imperfekciókat a helyes terhek megszerzéséhez a globális analízis-modellben kell alkalmazni a szerkezetre. A globális imperfekciókat nem kell alkalmazni az IDEA StatiCa Member alkalmazás modelljében is, ha pl. csak egyetlen gerendát vizsgálunk.
A szerkezeti elemek lokális imperfekciói
A szerkezeti elemek lokális imperfekcióit az EN 1993-1-1, 5.3.2 (3) pontja írja le. Az imperfekciókat lokális ívtorzulás alakjában vesszük figyelembe e0/L amplitúdóval, ahol L a szerkezeti elem elméleti hossza (csomópontok közötti távolság).
A kezdeti lokális ívtorzulás méretezési értékei (az EN 1993-1-1 – 5.1. táblázat alapján)
Mivel plasztikus analízist alkalmazunk, a táblázat jobb oldali oszlopát kell használni. Az e0 amplitúdót a fenti táblázat szerint kell megválasztani túlnyomórészt nyomott szerkezeti elemek esetén, ahol hajlítási, csavarási vagy csavarási-hajlítási kihajlás várható. Ha a szerkezeti elem túlnyomórészt hajlított, és a fő tönkremeneteli mód a kifordulás, az e0 amplitúdó k = 0,5 tényezővel csökkenthető az EN 1993-1-1, 5.3.4 (3) pontja szerint.
Két példát mutatunk be:
1. példa: Oszlop
Egy 4 m hosszú oszlopot axiális erő terhel, és αcr = 1,4 az erősebb tengely körüli kihajlásra és αcr = 1,5 a gyengébb tengely körülire. A többi érték lényegesen magasabb. Két esetet kell ellenőrizni:
- Kihajlás az erősebb tengely körül: A 6.2. táblázat szerint az a kihajlási görbe van kiválasztva, amely plasztikus analízis esetén e0 / L = 1 / 250 imperfekció-amplitúdónak felel meg. Ezért 4000 / 250 = 16 mm amplitúdót alkalmazunk az első kihajlási alakzatra. Lefuttatjuk a GMNIA-t, és kiértékeljük a határállapotokat.
- Kihajlás a gyengébb tengely körül: A 6.2. táblázat szerint a b kihajlási görbe van kiválasztva, amely plasztikus analízis esetén e0 / L = 1 / 200 imperfekció-amplitúdónak felel meg. Ezért 4000 / 200 = 20 mm amplitúdót alkalmazunk a második kihajlási alakzatra. Lefuttatjuk a GMNIA-t, és kiértékeljük a határállapotokat.
A minimális teherbírást kell alkalmazni. Alternatívaként mindkét kihajlási mód egyszerre is használható, ami biztonságosabb eredményhez és gyorsabb számítási időhöz vezet.
2. példa: Gerenda
Egy 6 m elméleti fesztávolságú (csomópontok közötti távolság) gerendát keresztirányú teher terhel. Az LBA azt mutatja, hogy az első kihajlási alakzat kifordulás, αcr = 1,9 értékkel. A többi kihajlási alakzat αcr értéke lényegesen magasabb. A 6.4. táblázat szerint az a kihajlási görbe van kiválasztva, amely e0 / L = 1 / 250 amplitúdónak felel meg. Mivel kifordulást vizsgálunk, a k0 = 0,5 tényező alkalmazható. 0,5 • 6000 / 250 = 12 mm amplitúdót alkalmazunk az első kihajlási módra. Lefuttatjuk a GMNIA-t, és kiértékeljük a határállapotokat
A karcsú szerkezetielem-lemezek lokális imperfekciói
Ha a szerkezeti elemek 4. osztályúak, a lemezek lokális imperfekcióit is alkalmazni kell. A panel imperfekció-amplitúdójának a / 200-nak kell lennie, ahol a a rövidebb panel-fesztáv az EN 1993-1-5, C.5. pontja szerint.
Karcsú lemezek helyi kihajlása
Bár a GMNIA elméletileg megfelelő analízis a karcsú szerkezeti elemek értékeléséhez, jelenleg még nem történt elegendő verifikáció és validáció annak megerősítésére, hogy a modell biztonságos. Ezért egyelőre nem javasolt az IDEA StatiCa Member használata karcsú (4. osztályú) szerkezeti elemekhez.
Az imperfekciók hatása a karcsú lemezek numerikus analízisére
Imperfekciók alkalmazása az IDEA StatiCa Member-ben
IDEA StatiCa Member lehetővé teszi imperfekciók alkalmazását a kihajlási alakzatokban, a felhasználó által abszolút értékben kiválasztott maximális amplitúdóval. Általában elegendő az első kihajlási alakzat az EN 1993-1-1 5.1. táblázata szerinti maximális amplitúdóval. A 4. keresztmetszet-osztályú szerkezeti elemek esetén több kihajlási alakzatot kell figyelembe venni, és legalább két kihajlási mód kombinációját kell alkalmazni. Különösen a több vizsgált szerkezeti elemet tartalmazó modelleknél több kihajlási alakzatot is ki kell választani.
A geometriai imperfekciók egyenértékűek, és nem szabad, hogy bekerüljenek az eredmények kiértékelésébe, pl. a használhatósági határállapot elmozdulásába. Ezért az eredmények megjelenítésekor csak a terhelésből eredő elmozdulásokat mutatjuk be egy olyan szerkezeten, amelyet az imperfekciók nem deformáltak.
Fejlett méretezés az AISC 360-16 szerint
Az AISC 360-16 nem hivatkozik közvetlenül a szerkezeti elemek héjelemekkel végzett végeselemes analízissel történő tervezésére, ezért javasolt egy sokkal részletesebb útmutatót használni az EN 1993-1-5-ben. A Comm. 1.3.3b az ECCS: Ultimate Limit State Calculation of Sway Frames with Rigid Joints (1984) dokumentumra hivatkozik, ahol az egyenértékű geometriai imperfekció fogalmát alkalmazzák. A képlékeny (inelasztikus) analízissel történő tervezést az Appendix 1.3 tárgyalja. Az inelasztikus analízisnek figyelembe kell vennie:
- a hajlítási, nyírási, axiális és csavarási szerkezetielem-deformációkat, valamint minden egyéb komponens- és kapcsolat-deformációt, amely hozzájárul a szerkezet elmozdulásaihoz – ezt a GMNIA és a héjelemekből álló szerkezeti elem alkalmazása fedi le
- a másodrendű hatásokat (beleértve a P-Δ, P-δ és csavarási hatásokat) – ezt a GMNIA alkalmazása fedi le
- geometriai imperfekciókat – a felhasználó állítja be az LBA analízisből származó kihajlási alakzat felhasználásával
- a képlékenységből eredő merevségcsökkenéseket, beleértve a keresztmetszet részleges folyását, amelyet a maradó feszültségek jelenléte felerősíthet – nem lehetséges maradó feszültséget beállítani a szerkezeti elemben. Azonban az Appendix 1.3.3c alkalmazásával a maradó feszültség modellezése helyettesíthető a rugalmassági modulus, E, és a nyírási modulus, G, 0,8-cal történő csökkentésével.
- a rendszer, a szerkezeti elem és a kapcsolat szilárdságának és merevségének bizonytalanságát – ezt a geometriai imperfekciók alkalmazása és a merevségcsökkentés fedi le
Az Appendix 1.3.3b kimondja: "Minden esetben az analízisnek közvetlenül modelleznie kell a kezdeti imperfekciók hatásait, mind a szerkezeti elemek nominális helyzetétől eltérő metszéspontjai (rendszer-imperfekciók), mind a szerkezeti elemek hosszuk mentén fellépő kezdeti egyenetlensége vagy eltolódása (szerkezetielem-imperfekciók) miatt. A kezdeti elmozdulások nagyságának a tervezés során figyelembe vett maximális mértéknek kell lennie; a kezdeti elmozdulások mintázatának olyannak kell lennie, amely a legnagyobb destabilizáló hatást biztosítja."
A geometriai imperfekciókat a Comm. C2.2 írja le: "A kezdeti geometriai imperfekciókat a biztonság javára feltételezzük egyenlőnek az AISC Code of Standard Practice (AISC, 2016a) által megengedett maximális anyag-, gyártási és szerelési tűrésekkel: a szerkezeti elem egyenetlensége L / 1000, ahol L a merevítési vagy vázpontok közötti szerkezetielem-hossz, és a keret dőlése H / 500, ahol H a szintmagasság."
Javasolt a dőlést a 3D végeselemes szoftverben, az egyenetlenséget pedig az IDEA StatiCa Member alkalmazásban figyelembe venni.
Összefoglalás:
Ha az AISC megközelítés alkalmazása mellett döntünk, alkalmazzuk a H / 500 dőlést a 3D végeselemes szoftverben, az L / 1000 egyenetlenséget a Member-ben, és csökkentsük a húzási/nyomási és nyírási rugalmassági modulust 0,8-as tényezővel. Vegye figyelembe, hogy ez az eljárás nem fedi le az egymáshoz közeli, több kihajlási módtényezővel kapcsolatos bonyolult problémákat.
- Steel
- Member design
- Blogbejegyzés
Kifordulás
Tovább olvasom
- Steel
- Knowledge base
Member hossza
Tovább olvasom
- Steel
- Member design
- Webinárium
IDEA StatiCa Member – Megoldás kihajlásra
Tovább olvasom- Steel
- Member design
- Verifications