Lineáris kihajlás-analízis acél kapcsolat tervezéséhez

Ezen a webináriumon IDEA StatiCa kapcsolati modelleket fogunk használni annak bemutatására, hogyan alkalmazható a lineáris kihajlás-analízis a tervezési folyamat során. 

A kihajlási tehertényezők és a hozzájuk tartozó kihajlási alakok a lineáris kihajlás-analízisből (néha sajátérték-kihajlás vagy Euler-kihajlás analízisnek is nevezik) származnak. Ez az analízis matematikailag hasonló a modális analízishez. Azonban nem ad feszültségeket vagy elmozdulásokat. A kihajlási alakok a szerkezet alakját mutatják kihajláskor, mivel a kihajlás az összeomlás állapota, nem pedig egy deformáció. 

A lineáris kihajlás-analízis eredményeiből segítünk azonosítani, hogy hol várható a kihajlás, és mennyire súlyos az. 

A tervezőnek mérnöki ítélőképességre van szüksége, az IDEA StatiCa pedig numerikus eredményeket biztosít, hogy a felhasználó megalapozott tervezési döntéseket hozhasson. 

Az élő webináriumon részt vevő résztvevők részvételi igazolást kapnak.

Prezentációs diák

A webinárium videóját a webinárium összefoglalójának végén találja. 

Kihajlási határállapotok kapcsolattervezéshez az AISC szerint

A hagyományos tervezési módszer matematikai egyenleteket használ a szerkezeti elemek és rendszerek teherbírásának kiszámításához. Bár a legtöbb általános feltételre pontos egyenleteket dolgoztak ki, egyes kapcsolati elemekre csak empirikus vagy félempirikusi egyenletek állnak rendelkezésre. Sok, a tervezési gyakorlatban előforduló helyzetre nem áll rendelkezésre tervezési útmutató. Ezekben az esetekben általában egyszerűsített modelleket alkalmaznak a kapcsolati elemek viselkedésének jellemzésére. 

Az AISC épületszabvány J4 fejezete és az AISC kézikönyv 9. fejezete képleteket tartalmaz a kapcsolatok részét képező lemezek és elemek tervezéséhez.

Az AISC 360 J4 fejezetében a lemezeket a karcsúsági arány szerint osztályozzák, amelyet a webinárium későbbi részében tárgyalunk.

Lineáris kihajlás-analízis az IDEA StatiCa-ban

IDEA StatiCa Connection képes elvégezni egy csomóponti modell lineáris kihajlás-analízisét. Az eredmények kihajlási alakok formájában kerülnek előrejelzésre. Minden kihajlási alakhoz kiszámításra kerül az a kritikus teher, amelynél a tökéletes modell kihajlása bekövetkezik. A kritikus terhet a csomópontra ható teher szorzóiként fejezik ki. A felhasználó a kihajlási alak és a kritikus tehertényező alapján meghatározhatja a biztonságos kihajlási tervezést.

Kihajlási alakok

A kihajlási alakok a sajátérték-alapú lineáris rugalmas analízis eredményeit mutatják. Ezek normalizált vektorok, amelyekben a maximális elmozdulás nagysága 1, és nem a kritikus terhek melletti tényleges deformációs nagyságokat képviselik. Megmutatják az eigenalak előrejelzett kihajlási alakját és a kritikus pontot, amelyből meghatározható, hogy globális vagy lokális problémáról van-e szó a kapcsolatban.

Alapértelmezés szerint hat kihajlási alakot jelenítünk meg, de a Kódbeállításban megadott érték módosításával több is kiszámítható. További alakok megtekintéséhez kattintson az alakokra a táblázatban.

Globális vagy lokális kihajlás?

Először azonosítani kell a lemezeken fellépő kihajlás típusát annak megítéléséhez, hogy a kapcsolat tönkremegy-e. Két fő kategória létezik: globális és lokális.

A kategória kiválasztása attól függ, hogy a piros pont hol helyezkedik el a különböző kihajlási alakokban; az első kihajlási alak mindig a legkritikusabb. 

Ajánlott kihajlási határtényezők

Határtényezőket határoztunk meg, hogy segítsük a felhasználókat az IDEA StatiCa lineáris kihajlás-analízisét alkalmazó tervezési döntések meghozatalában. Az AISC J4 határállapotát vettük alapul, felhasználtuk a határkarcsúsági arányt, és ebből kaptuk a kritikus kihajlási határtényezőket. Ezzel a karcsúsági aránnyal elkerüljük azokat az eseteket, ahol a rugalmatlan kihajlás válhat mérvadóvá.

A karcsúsági arány 25, ezért ezt alkalmazzuk a rugalmas kritikus feszültség képletében. 458 ksi értéket kapunk. Az A36 acél esetén az arány 12,7-es határtényezőt ad. Így kerültek meghatározásra a globális határtényezők.

A helyi tényezőkhöz az AISC 360 B4.1a táblázatából a λr szélesség-vastagság arányt alkalmazzuk. Bo Doswell együttműködött velünk a csatlakozó konzollemezek értékelésében. Ennek a kutatásnak az volt a célja, hogy gyakorlati tervezési irányelveket dolgozzon ki a konzollemezek kihajlási teherbírásához, amelyek LBA-val megvalósíthatók. 

A 3-as kritikus kihajlási tehertényező határát merevítőkre (a jelentés hamarosan megjelenik), kivágott végű gerendákra és gerenda-oszlop feletti kapcsolatokra értékelték ki.

A csomólemezeket a globális kihajlás kategóriájába sorolták; stabilitásuk azonban attól függ, hogy hány élük van megtámasztva.

A tervezési folyamat az IDEA StatiCa-ban, beleértve a kihajlás-analízist

1. A kapcsolat megtervezése: Futtasson normál feszültség-alakváltozás analízist, és ellenőrizze, hogy megfelel-e az összes szabványellenőrzésnek
2. Kihajlás-analízis futtatása: Lépjen az Ellenőrzés fülre > Számítás > Kihajlás
3. Eredmények elemzése és döntéshozatal: Tekintse át a kihajlási alakokat és a kihajlási tehertényezőket. Hasonlítsa össze az ajánlott tényezőkkel. Az ajánlott tényezőnél magasabb? A terv megfelelő
4. Ismételje meg, amíg a kihajlás megfelelő nem lesz: Mérnöki ítélőképességével döntse el a megoldást, ha a csatlakozó elemek az ajánlott tényezők alatt vannak. 

Mi a teendő, ha a kihajlási tényező az ajánlott határtényezők alatt van?

• Használja mérnöki ítélőképességét!
• Ha globális kihajlási problémáról van szó (kihajlás az egyik csatlakozó elemben), merevítse meg a kapcsolatot.
• Ha helyi szerkezeti elem lemez problémáról van szó, vizsgálja felül a szerkezeti elem tervezését (IDEA StatiCa Member alkalmazás)
• Vékonyfalú/üreges szelvényű szerkezeti elemek helyi kihajlása esetén valószínűleg nemlineáris kihajlás-analízis szükséges (IDEA StatiCa Member alkalmazás)

Mintamodellek

Tekintse meg a következő képet az egyes csomópontok első alakjának megtekintéséhez:

A kritikus kihajlási alak helyzetétől függően az ajánlott kihajlási határtényezők kiválasztása:

Összefoglalás

• Az IDEA StatiCa kapcsolat lineáris kihajlás-analízist alkalmaz, amely csak kihajlási tényezőt ad meg, és ajánlott határtényezők kerülnek megadásra
• Az ajánlott határtényezők biztosítják a kapcsolati lemezek nem karcsú kialakítását
• A kihajlás-analízis az IDEA StatiCa-ban egy eszköz
• Nem ad megfelelt/nem felelt meg eredményt
• Mérnöki ítélőképességét és tapasztalatát felhasználva döntse el a tervezési megoldást
• Az analízis futtatása előtt győződjön meg arról, hogy a terhek és a kapcsolat tervezése megfelelő