Oszlopgerinc-merevítő

Leírás

Ennek a tanulmánynak a célja a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) ellenőrzése egy 4-es osztályú oszlopgerinc-merevítőre egy gerenda-oszlop csomópontban, a Dlubal RFEM szoftverben létrehozott kutatási VEM-modellel (RFEM) és a komponensmódszerrel (CM).

Kutatási VEM-modell

A kutatási VEM-modell (RFEM) a CBFEM-modell ellenőrzésére szolgál. A numerikus modellben 4 csomópontú négyszögletes héjelemeket alkalmaznak, amelyek csomópontjai a sarkoknál helyezkednek el. Geometriailag és anyagilag nemlineáris analízist alkalmaznak tökéletlenségekkel (GMNIA). Az egyenértékű geometriai tökéletlenségeket az első kihajlási módból vezetik le, az amplitúdót az EN 1993-1-5:2006 C melléklete szerint állítják be. A numerikus modell a 6.3.1. ábrán látható.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}\]

CBFEM

A karcsú lemezek tervezési eljárása a 3.10. szakaszban kerül leírásra. A lineáris kihajlási analízis implementálva van a szoftverben. A méretezési ellenállások számítása a tervezési eljárás szerint történik. A F_CBFEM értéket a felhasználó interpolálja mindaddig, amíg ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 egyenlő nem lesz 1-gyel. Egy karcsú oszlopgerinc-merevítővel ellátott gerenda-oszlop csomópontot vizsgálnak. A gerendához és az oszlophoz ugyanazt a keresztmetszetet alkalmazzák. Az oszlopgerinc-merevítő vastagsága változik. A példák geometriáját a 6.3.1. táblázat írja le. A csomópontot hajlítónyomaték terheli.

6.3.1. táblázat: Példák áttekintése

Globális viselkedés és ellenőrzés

A 3 mm vastagságú karcsú oszlopgerinc-merevítővel ellátott gerenda-oszlop csomópont globális viselkedését a CBFEM-modellben a nyomaték-elfordulás diagram írja le, amely a 6.3.2. ábrán látható. A figyelem a főbb jellemzőkre összpontosul: a méretezési ellenállásra és a kritikus terhelésre. A diagram kiegészül azzal a ponttal, ahol a folyás megkezdődik, valamint az 5%-os képlékeny alakváltozásnál fennálló ellenállással.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}\]

Az ellenállás ellenőrzése

A CBFEM IDEA StatiCa szoftverrel számított méretezési ellenállást az RFEM-mel hasonlítják össze. Az összehasonlítás a méretezési ellenállásra és a kritikus terhelésre összpontosít. Az eredmények a 6.3.2. táblázatban szerepelnek. A 6.3.3. ábra c) diagramja az oszlopgerinc-merevítő vastagságának hatását mutatja a vizsgált példák ellenállásaira és kritikus terheléseire.

6.3.2. táblázat: Az RFEM és CBFEM méretezési ellenállásai és kritikus terhelései

Az eredmények nagyon jó egyezést mutatnak a kritikus terhelés és a méretezési ellenállás tekintetében. A 3 mm vastagságú gerinc-merevítővel ellátott csomópont CBFEM-modellje a 6.3.3a. ábrán látható. A csomópont első kihajlási módja a 6.3.3b. ábrán látható.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}\]

Az ellenőrzési tanulmányok megerősítették a CBFEM-modell pontosságát az oszlopgerinc-merevítő viselkedésének előrejelzésében. A CBFEM eredményeit az RFEM eredményeivel hasonlítják össze. Mindkét eljárás hasonló globális viselkedést jósol a csomópontra. A méretezési ellenállás különbsége minden esetben 10% alatt van.

Benchmark példa

Bemeneti adatok

Gerenda

• S235 acél
• Öv vastagsága t_f = 20 mm
• Öv szélessége b_f = 400 mm
• Gerinc vastagsága t_w = 12 mm
• Gerinc magassága h_w = 600 mm

Oszlop

• S235 acél
• Öv vastagsága t_f = 20 mm
• Öv szélessége b_f = 400 mm
• Gerinc vastagsága t_w = 12 mm
• Gerinc magassága h_w = 560 mm
• Szelvény magassága h = 600 mm

Felső oszlopgerinc-merevítő

• S235 acél
• Merevítő vastagsága t_w = 20 mm
• Merevítő szélessége h_w = 400 mm

Alsó oszlopgerinc-merevítő

• S235 acél
• Merevítő vastagsága t_w = 3 mm
• Merevítő szélessége h_w = 400 mm

Szabványbeállítások – Modell és háló

• Elemek száma a legnagyobb szerkezeti elem gerinc- vagy övlemezén: 24

Kimeneti adatok

• Képlékeny ellenállás CBFEM = 589 kNm
• Méretezési kihajlási ellenállás CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Kritikus kihajlási tényező (a méretezési kihajlási ellenálláshoz = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Terhelési tényező 5%-os képlékeny alakváltozásnál α_ult,k = Képlékeny ellenállás CBFEM / Méretezési kihajlási ellenállás CBFEM = 589/309 = 1,91