Waarom de stijfheid van de verbinding belangrijk is ?

SupportCenter.LocalizedArticle
In veel projecten houden ingenieurs zich niet bezig met stijfheid van de verbinding , hoewel het kan worden gebruikt als een hulpmiddel om de efficiëntie van het hoofdontwerp te verbeteren.

Tijdens de analyse van elk constructiemodel moet een ingenieur het type van elke aansluiting tussen staven definiëren. Aangezien het model het werkelijke gedrag van de constructie moet weergeven, moet een ingenieur voorspellen welk type verbinding het beste past.

Een goede benadering van het model naar de werkelijke constructie is vooral belangrijk op het gebied van staalconstructies, waar lineaire staven het vaakst worden gebruikt. Staalconstructies worden veel gebruikt vanwege hun effectiviteit.

Om de beste resultaten te krijgen, worden constructeurs vaak gedwongen om niet alleen staafdoorsneden te optimaliseren, maar ook het ontwerp van verbindingen.

Over het algemeen moet de bouwkundig ingenieur kiezen uit 3 basistypen verbindingen die zijn ingedeeld op basis van de stijfheid van de knopen:

  • Scharnierend - knopen  die geen buigmomenten kunnen ontwikkelen.
  • Stijf                     - verbindingen met  bijna geen verandering van de originele hoeken tussen staven
  • Flexibel             - oneindig veel waardes tussen scharnierend en stijf in
Moment-rotatie diagram classificatie van staalverbindingen in IDEA CONNECTION

In het model van de hoofdconstructie worden meestal de eerste twee opties gebruikt. De meeste staalconstructie-verbindingen behoren echter tot de derde groep.

Deze classificatie wordt zowel ondersteund door Eurocode als in AISC-norm. Hoewel de nomenclatuur anders is, is de betekenis hetzelfde.

Eurocode:AISC:
(EN 1993-1-8 sec. 5.2.2)(AISC 360-16 Cl. B3.4)

           - Stijf

           - Scharnierend 

           - Flexibel

     Moment Verbindingen:

          - Fully Restrained

          - Partially Restrained

     Simpele verbindingen

Voor beide normen zijn er een heleboel vereisten voor een bepaalde classificatie. Als u de details wilt weten, kunt u eenvoudig de theoretische achtergronden volgen voor Eurocode  of AISC normen . Voor we verder gaan, kan het nuttig zijn de  basis- en geavanceerde theorie te lezen.

Verschillende zones voor stijf en scharnierend in het moment rotatiediagram in IDEA CONNECTION

Twee situaties uit de praktijk : 

  • Verbindingen die in de hoofdberekening  als scharnierend worden beschouwd, gedragen zich als flexibel in de realiteit van de constructie (en brengen buigmomenten over in de verbonden staaf)
  • Verbindingen die als stijf worden beschouwd, zijn niet stijf genoeg

Vooral vanwege fabricage- en montageredenen komt de eerste situatie vaker voor.

Deze onnauwkeurigheid is misschien aan de veilige kant is en veroorzaakt daarom geen  probleem. En buigmomenten in de overspanning worden in werkelijkheid verminderd door verbindingsmomenten aan de randen.

Maar het is noodzakelijk om dieper op de zaken in te gaan: het is niet gevaarlijk voor de balk zelf, maar voor de staaf waarmee de balk is verbonden!

Snelle demonstratie

We laten zien hoe belangrijk het is om de juiste verbinding op de juiste plaats te kiezen. (En ook de gevolgen van een ongeschikte verbinding voor de hoofdberekening)

Als je de standaardverbinding van de plafondligger aan de hoofdbalk berekent, zijn er veel aansluitmogelijkheden. Hierbij drie veelvoorkomende:

Voorbeeld verbindingen gelijke liggers met verschoven kopplaat, schetsplaat en gedeeltelijke kopplaat in IDEA CONNECTION

Met IDEA StatiCa Connection kunt u de stijfheid van verbindingen in enkele seconden berekenen. Voor een betere vergelijking nemen we extreme gevallen met stijve en scharnierende verbindingen :

  • Stijve verbinding
  • Verbinding 1 (Sj,ini = 6.7 MNm/rad)
  • Verbinding  2 (Sj,ini = 1.3 MNm/rad)
  • Verbinding  3 (Sj,ini = 0.5 MNm/rad)
  • Scharnierende verbinding
Verschillende uitkomsten van een ligger met verschillende klasse verbindingen in IDEA CONNECTION

Invloed van de stijfheid op de maximale momenten in de ligger

Invloed van de stijfheid van de verbinding op het maximale moment in de ligger in IDEA CONNECTION

Invloed van de stijfheid op de effectieve (von Mises) spanningen

Invloed op de stijfheid en effectieve spanningen in de liggers met verschillende klasse verbindingen in IDEA CONNECTION

Zoals u kunt zien, wordt de ligger minder uitgenut met de toename van de verbindingsstijfheid, de hoofdbalk kan in sommige gevallen gemakkelijk worden overbelast.

De gebruikelijke manier om het te berekenen

Wanneer de constructeur besluit dat rekening moet worden gehouden met de werkelijke stijfheid van de verbinding (wat vrij vaak zou moeten zijn), zijn er verschillende berekeningsopties.

  • handmatig
  • via een excel spreadsheet
  • berekening door speciale software

Voorbeeld berekening

  • een eenvoudige constructie met 100 lineaire stalen elementen,
  • dat betekent 200 aansluitingen 
  • een dergelijke constructie kan 20 soorten verschillende verbindingstypen bevatten,
  • 10 belastingsgevallen en 100 gegenereerde belastingscombinaties.

Het zou een nachtmerrie worden om alle verbindingen voor elke belastingscombinatie te berekenen. Daarom berekent u alleen de belangrijke. Toch kunnen het 10 kritieke connecties zijn met 2 - 6 staven inbegrepen en uw workflow zou er als volgt uit kunnen zien:

 1 ) Hoewel ongelooflijk tijdrovend, zouden verbindingsmodellen en berekeningen van hun stijfheid haalbaar kunnen zijn. In ieder geval voor de eerste run.

 2 ) Nadat de stijfheidsberekening is uitgevoerd, kunt u de rotatiestijfheid in verbindingen van de hoofdberekening instellen. U kunt deze importeren

                    als een enkele waarde:

      • als MEd lager is dan 2/3 Mj,Rd kunt u direct de Initiele stijfheid van de verbinding gebruiken
      • als MEd hoger is dan 2/3 Mj,Rd - iteratief proces

                   of als een niet-lineaire functie:

niet lineaire functie verbinding stijfheid in IDEA CONNECTION

 3 ) Met bijgewerkte stijfheidsparameters kunt u de hoofdberekening uitvoeren, waarbij uiteraard nieuwe interne krachten worden berekend. De invloed van de nieuwe instelling kan klein zijn, maar in sommige gevallen ook enorm. We hebben in het verleden al enkele gevallen opgelost, dus u kunt ons Knowledge Base-artikel over dit onderwerp raadplegen.

 4 ) Nu moet u uw doorsnede en het verbindingsontwerp controleren en herzien. Als alles goed uitkomt, heeft u geluk en kunt u doorgaan naar de volgende ontwerpstap. Het is waarschijnlijker dat er enkele wijzigingen in het oorspronkelijke ontwerp nodig zijn, dus u moet terugkomen naar punt 1) en het iteratieproces herhalen totdat alle ontwerpcomponenten aan alle vereisten voldoen.

De slimme manier om het te berekenen

De beste tool voor het berekenen van de verbindingsstijfheid is tegenwoordig IDEA StatiCa Connection Voor maximale vereenvoudiging van de workflow en besparing van veel kostbare tijd, kunt u een BIM link  gebruiken om uw verbindingsontwerp van CAD-applicatie naar IDEA Connection te exporteren.

Vervolgens stelt u het analysetype in op Stijfheidsanalyse en binnen enkele seconden verkrijgt u uw stijfheidsparameters. Om zo effectief mogelijk te zijn, zijn enkele nuttige tips voor stijfheidsberekening te vinden in ons Support center.

Elke stijfheidsberekening levert onmiddellijk de volgende  waardevolle resultaten op:

Alle belangrijke waardes in één tabel 

Tabel waardes stijfheidsberekening in IDEA CONNECTION

Grafische weergave van berekende waardes

moment rotatie diagram stijfheidsberekening in IDEA CONNECTION

Wilt u zelf de verbindingsstijfheid berekenen met IDEA StatiCa Connection? Volg gewoon de voorbereide tutorial voor EN of voor de AISC standard.  

Het verificatieproces  van CONNECTION is voltooid en de onderzoeken werden samen met universiteitsteams gepubliceerd. U kunt verschillende verificatie voorbeelden doornemen.

Belangrijke feiten

  • Het is de moeite waard eraan te denken dat dezelfde verbinding anders kan worden gecategoriseerd, afhankelijk van de lengte van de aangesloten staaf.
invloed van de theoretische liggerlengte van de aangesloten staaf in IDEA CONNECTION
  • Initiële stijfheid (Sj,ini) word niet beïnvloed door het optredend Ontwerpmoment (MEd), het heeft alleen invloed op de secant stijfheid (Sj,s)
moment rotatie diagram invloed van M,Ed in IDEA CONNECTION
  • Veranderingen van de stijfheidsparameters van de verbindingen hebben altijd invloed op de interne krachten die in hoofdberekening worden berekend.
invloed van de verbindingsstijfheid op de framestijfheid in IDEA CONNECTION
  • In de Eurocode-benadering moet u onderscheid maken tussen 'geschoord' en 'ongeschoord' systeem , aangezien dezelfde verbinding kan worden geclassificeerd als stijf of flexibel, afhankelijk van de schoring.
geschoord of ongeschoord invloed op stijfheidclassificatie van de verbinding


Geef ons feedback. Was dit artikel nuttig?