Miért alkalmazzák az 5%-os képlékeny alakváltozási határt az anyagdiagramban az AISC esetén?
Általános módszerek
Minden statikus mérnök megszokta, hogy a folyáshatárt használja az ellenőrzés határértékeként, mivel alapvetően minden szabvány és tervezési előírás ezen a megközelítésen alapul.
Ez azonban az anyag tisztán rugalmas viselkedésére vonatkozik. Ez konzervatív tervezéshez és néha szükségtelen túlméretezéshez vezethet, ami több anyag felhasználását eredményezi.
Az acél valódi viselkedése azonban eltérő, és elfogadható az anyag képlékeny viselkedését feltételezni a folyáshatár túllépése után.
IDEA StatiCa és a CBFEM módszer
A Component Based Finite Element Method (CBFEM) a komponensmódszer és a végeselem-módszer szinergiája.
A csomópont ellenőrzése a szabványos komponensalapú módszerben és az IDEA StatiCa Connection-ban alkalmazott CBFEM-ben a csomópont összes részének – a komponenseknek – az ellenőrzésén alapul. A komponensek lehetnek csavarok, horgonyok, hegesztések, lemezek és beton az alapozásnál.
A CBFEM a teljes csomópontot a fent említett elkülönített komponensekre bontja. Ezután az elemzési modellt a szoftver automatikusan létrehozza az egyes komponensekből.
Az összes acéllemez, mint például a keresztmetszetek övlemezei vagy gerinclemezeik, merevítők, bordák, vállak stb., végeselemekkel van modellezve. A végeselem-módszer széles körben elfogadott a szerkezeti mérnöki gyakorlatban, és nagyon jó és megbízható eredményeket ad.
Az anyagviselkedés a von Mises-féle folyási kritériumon alapul. A méretezési folyáshatár fyd eléréséig rugalmasnak feltételezzük.
A kihajlásra nem érzékeny területek végső határállapot-kritériuma a főalakváltozás határértékének elérése. Az 5%-os érték ajánlott (pl. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Note 1).
ANSI/AISC 360-16 eltérő megközelítést alkalmaz. A B fejezetben – Tervezési követelmények – a következő cikk található: "Connection Strength. A kapcsolat szilárdsága az általa átvihető maximális nyomaték, Mn, ahogyan azt a C-B3.2 ábra mutatja. A kapcsolat szilárdsága meghatározható a kapcsolat végső határállapot-modellje alapján, vagy fizikai kísérletekből. Ha a nyomaték-elfordulás válasz nem mutat csúcsterhelést, akkor a szilárdság a 0,02 rad elforduláshoz tartozó nyomatékként vehető figyelembe (Hsieh and Deierlein, 1991; Leon et al., 1996)."
Az ábrák az ANSI/AISC 360-16, Comm. B3, 332., 333. oldaláról származnak.
Az IDEA StatiCa-ban egy hegesztett kapcsolat példája kerül bemutatásra:
Ennek a kapcsolatnak a méretezési hajlítási teherbírása az AISC 360 ezen cikke szerint a 20 mrad elforduláshoz tartozó hajlítónyomatékként határozható meg (MRd = 408,5 kip-in). Ez a teherbírás közel egyenlő az EN 1993-1-5 által javasolt, a képlékeny alakváltozást 5%-ra korlátozó módszerrel meghatározott hajlítási teherbírással (MRd = 402,5 kip-in).
Egy csavarkötés másik példája hasonló eredményeket mutat:
A 20 mrad elfordulással meghatározott teherbírás (MRd = 372 kip-in) ismét szorosan egybeesik a képlékeny alakváltozást 5%-ra korlátozó módszerrel meghatározott teherbírással (MRd = 374,7 kip-in).
Összefoglalás
Az ANSI/AISC 360 a végeselem-modellezést (lásd 1. függelék – Tervezés fejlett analízissel és B fejezet – Tervezési követelmények – 4. Kapcsolatok és alátámasztások tervezése – Szerkezeti analízis) a mérnöki megítélésre bízza. Az acéllemezekre alkalmazott bilineáris rugalmas-képlékeny anyagdiagram és a képlékeny alakváltozás korlátozása egy egyszerű és ésszerű megközelítés, amely lehetővé teszi az általánosan terhelt kapcsolatok minden típusának megoldását. Az eredmények szorosan egybeesnek az ANSI/AISC 360 által kifejezetten javasolt megközelítéssel.
A képlékeny alakváltozás határértéke szerkeszthető a Szabványbeállításokban, bár az ellenőrzési tanulmányok az ajánlott 5%-os értékkel készültek. Az érték általában csekély hatással van a kapcsolat teherbírására. A hajlítónyomaték-teherbírás különbsége a 2%-os és a 10%-os határalakváltozás között csupán 7% a csavarkötés második példájában.
Hivatkozások
ANSI/AISC 360-16 (2016), An American National Standard – Specification for Structural Steel Buildings, AISC, Chicago, 676 p.
EN1993-1-5 (2006), Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-5: General rules - Plated structural elements, CEN, Brussels, 53 p.
Hsieh, S.H. and Deierlein, G.G. (1991), "Nonlinear Analysis of Three-Dimensional Steel Frames with Semi-Rigid Connections," Computers and Structures, Elsevier, Vol. 41, No. 5, pp. 995–1,009.
Leon, R.T. (1994), "Composite Semi-Rigid Construction," Engineering Journal, AISC, Vol. 31. No. 2, pp. 57–67.