Belső erők az acél kapcsolatokban

A keretelemzési modell egy elemének végső erői átkerülnek az elemszakaszok végpontjaira. Az átvitel során figyelembe veszik a csomóponti kialakítás által okozott elemexcentricitásokat.

A CBFEM módszerrel létrehozott elemzési modell nagyon pontosan megfelel a valódi csomópontnak, míg a belső erők elemzése egy erősen idealizált 3D végeselem rúdmodellen történik, ahol az egyes gerendákat tengelyvonalakkal modellezik, a csomópontokat pedig anyagtalan csomópontokkal.

Függőleges oszlop és vízszintes gerenda csomópontja

A belső erők elemzése 1D elemekkel történik a 3D modellben. Az alábbi ábrán egy példa látható a belső erőkre.

Belső erők a vízszintes gerendában; M és V a csomóponti végső erők

A csomópont (kapcsolat) tervezéséhez az elem által a csomópontra gyakorolt hatások fontosak. A hatásokat az alábbi ábra szemlélteti:

Az elem hatásai a csomópontra; a CBFEM modell sötétkék színnel van ábrázolva

Az M nyomaték és a V nyíróerő az elméleti csomópontban hat. Az elméleti csomópont pontja nem létezik a CBFEM modellben, ezért a terhelés itt nem alkalmazható. A modellt az M és V hatásokkal kell terhelni, amelyeket az r távolságban lévő szakasz végére kell átvinni

M_c = M – V ∙ r

V_c = V

A CBFEM modellben a szakasz végső keresztmetszetét az M_c nyomatékkal és a V_c erővel terhelik.

A csomópont tervezésekor meg kell határozni és figyelembe kell venni a csomópont valódi helyzetét az elméleti csomóponthoz képest. A valódi csomópont helyén lévő belső erők többnyire eltérnek az elméleti csomópontban lévő belső erőktől. A pontos CBFEM modellnek köszönhetően a tervezés csökkentett erőkkel végezhető – lásd az M_r nyomatékot az alábbi ábrán:

Hajlítónyomaték a CBFEM modellen: A nyíl a kapcsolat valódi helyzetére mutat

A csomópont terhelésekor figyelembe kell venni, hogy a valódi csomópont megoldásának meg kell felelnie a belső erők számításához használt elméleti modellnek. Ez merev csomópontoknál teljesül, de csuklóknál a helyzet teljesen eltérő lehet.

A csukló helyzete az elméleti 3D végeselem modellben és a valódi szerkezetben

Az előző ábra szemlélteti, hogy a csukló helyzete az elméleti 1D elemmodellben eltér a szerkezetbeli valódi helyzettől. Az elméleti modell nem felel meg a valóságnak. A számított belső erők alkalmazásakor jelentős hajlítónyomaték hat az eltolt csomópontra, és a tervezett csomópont túlméretezett lesz, vagy egyáltalán nem tervezhető meg. A megoldás egyszerű – mindkét modellnek meg kell felelnie egymásnak. Vagy az 1D elemmodellben lévő csuklót kell a megfelelő helyen definiálni, vagy a nyíróerőt kell eltolni, hogy a csukló helyén nulla nyomaték legyen.

A hajlítónyomaték eltolt eloszlása a gerendán: a nulla nyomaték a csukló helyén van

A nyíróerő eltolása a belső erő definíciójának táblázatában adható meg.

A teherhatás helyének nagy befolyása van a kapcsolat helyes tervezésére. A félreértések elkerülése érdekében lehetővé tesszük a felhasználó számára, hogy három lehetőség közül válasszon – Csomópont / Csavarok / Pozíció.

Megjegyzés: a Csomópont lehetőség kiválasztásakor az erők a kiválasztott elem végén kerülnek alkalmazásra, ami általában az elméleti csomópontnál van, kivéve ha a kiválasztott elem geometriában beállított eltolása meg van adva.

Terhek importálása végeselem-programokból

Az IDEA StatiCa lehetővé teszi a belső erők importálását harmadik féltől származó végeselem-programokból. A végeselem-programok kombinációkból származó belső erők burkolóját használják. Az IDEA StatiCa Connection egy olyan program, amely nemlineárisan (rugalmas/képlékeny anyagmodell) oldja meg az acél csomópontot. Ezért a burkoló kombinációk nem használhatók. Az IDEA StatiCa a belső erők (N, V_y, V_z, M_x, M_y, M_z) szélsőértékeit keresi az összes kombinációban a csomóponthoz csatlakozó összes elem végein. Minden ilyen szélsőértékhez az adott kombináció összes többi belső erejét is felhasználja az összes többi elemben. Az IDEA StatiCa meghatározza a legrosszabb kombinációt a kapcsolat minden egyes összetevőjére (lemez, hegesztés, csavar stb.).

A felhasználó módosíthatja a teherkombinációk listáját. Dolgozhat kombinációkkal a varázslóban (vagy BIM-ben), vagy közvetlenül az IDEA StatiCa Connection-ben törölhet egyes eseteket.

Figyelmeztetés!

Az importálás során figyelembe kell venni az egyensúlyhiányos belső erőket. Ez a következő esetekben fordulhat elő:

• Csomóponti erőt alkalmaztak a vizsgált csomópont helyén. A szoftver nem tudja meghatározni, hogy melyik elemnek kellene átvinnie ezt a csomóponti erőt, ezért az elemzési modellben nem kerül figyelembevételre. Megoldás: Ne használjon csomóponti erőket a globális elemzésben. Szükség esetén az erőt manuálisan kell hozzáadni egy kiválasztott elemhez normál- vagy nyíróerőként.
• Terhelt, nem acél (általában fa vagy beton) elem csatlakozik a vizsgált csomóponthoz. Az ilyen elemet az elemzés nem veszi figyelembe, és belső erőit az elemzés figyelmen kívül hagyja. Megoldás: Cserélje le a betonelemet betonblokkra és lehorgonyzásra.
• A csomópont egy lemez vagy fal (általában betonból) része. A lemez vagy fal nem része a modellnek, és belső erőit figyelmen kívül hagyják. Megoldás: Cserélje le a betonlemezt vagy falat betonblokkra és lehorgonyzásra.
• Néhány elem merev kapcsolatokon keresztül csatlakozik a vizsgált csomóponthoz. Az ilyen elemek nem szerepelnek a modellben, és belső erőiket figyelmen kívül hagyják. Megoldás: Adja hozzá ezeket az elemeket manuálisan a csatlakoztatott elemek listájához.
• Szeizmikus teherkombinációkat elemeznek a szoftverben. A legtöbb végeselem-szoftver modális elemzést kínál a szeizmicitás megoldásához. A szeizmikus teherkombinációk belső erőinek eredményei általában csak a keresztmetszetekben lévő belső erők burkolóját adják meg. Az értékelési módszer miatt (négyzetek összegének négyzetgyöke – SRSS) a belső erők mind pozitívak, és nem lehetséges megtalálni a kiválasztott szélsőértékhez tartozó erőket. Nem lehetséges a belső erők egyensúlyát elérni. Megoldás: Módosítsa manuálisan néhány belső erő előjelét pozitívról negatívra.