Aluminium verbindingen in IDEA StatiCa

Dit kan worden bereikt door een nieuw gebruikersgedefinieerd materiaal te maken op basis van de aluminiummateriaaleigenschappen in warmte-beïnvloede zones (HAZ), het juiste bilineaire materiaalmodel toe te passen en bout- en lascontroles te gebruiken volgens 1993-1-8.

Aluminium wordt steeds vaker gebruikt in de constructieve bouw dankzij het lage gewicht, de corrosiebestendigheid en de langdurige duurzaamheid. Tegelijkertijd gedraagt aluminium zich fundamenteel anders dan staal, vooral in gelaste gebieden. De constructeur moet rekening houden met HAZ-verzachting, verminderde ductiliteit en sterke afhankelijkheid van sterkte van legering en toestand.

IDEA StatiCa Connection kan aluminiumontwerp ondersteunen als specifiek gedrag correct wordt weergegeven in het model.

Materiaal

Hoewel aluminium dezelfde vorm van materiaaldiagram heeft, vereist het aanvullende gebruikersinvoer omdat de mechanische eigenschappen sterk worden beïnvloed door:

• legering en toestand,
• dikte,
• warmtebehandelingsgeschiedenis,
• lassen en de resulterende warmte-beïnvloede zone (HAZ).

Rekgrens (f₀) en treksterkte (fᵤ)

De rekgrens (equivalent aan de vloeigrens in staal) en de treksterkte variëren voor elke legering en toestand. Deze waarden moeten worden ontleend aan EN 1999‑1‑1 en handmatig worden ingevoerd bij het definiëren van een gebruikersmateriaal.

Warmte-beïnvloede zone (HAZ)

Lassen vermindert de aluminiumsterkte aanzienlijk, vaak met 40–60% in gebieden rondom lassen die warmte-beïnvloede zones worden genoemd. IDEA StatiCa detecteert HAZ-gebieden niet automatisch, dus de gebruiker moet deze expliciet opgeven.

Er zijn twee opties:

• Wijs een apart materiaal met verminderde HAZ-sterkten toe aan de relevante gelaste gebieden, of
• wijs HAZ-eigenschappen toe aan de gehele verbinding, wat conservatief maar praktisch is en het feit weerspiegelt dat de meeste bezwijkingen optreden in of nabij de HAZ.

Materiaaldiagram

Aluminium vertoont aanzienlijk lagere ductiliteit dan staal. Voor constructief ontwerp in IDEA StatiCa zijn de volgende uitspraken gedaan:

• Omdat de plasticiteit van de aluminiumlegering sterk afhankelijk is van de toestand, varieert het bereik van de uiteindelijke plasticiteit aanzienlijk over vormgevingsprocessen. We kunnen geen algemene uitspraak doen over de grensplastische rek voor alle legeringen. 
• Als de gebruiker plastische analyse wil gebruiken, is de grens van de plastische rek voor platen naar eigen inzicht van de gebruiker.
• Het bereik van de uiteindelijke grens technische en breukrekken wordt hieronder weergegeven.

Voor typische constructieve aluminiumlegeringen valt de uiteindelijke (uniforme) technische rek over het algemeen binnen het bereik van 4–10%, terwijl de totale breukrek (verlenging na breuk) doorgaans in het bereik van 9–18% ligt, afhankelijk van de legeringsreeks en warmtebehandeling.

Verhardingsmodulus E₁

Voor aluminium is de verhardingsmodulus E₁ niet constant en moet worden bepaald uit fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. Dit verschilt van staal, maar IDEA StatiCa gebruikt de vaste relatie E₁ = E / 1000 en kan niet worden gewijzigd.

Wat betekent dit in de praktijk?

De grensplastische rek moet worden aangepast in de Projectinstellingen.

Om aluminiummateriaal te maken, moet u naar het tabblad Materialen gaan, bestaand materiaal Kopiëren en Bewerken.

Vervolgens moeten de materiaaleigenschappen worden aangepast aan de aluminiumspecificaties.Als de verbinding lassen bevat, moeten de HAZ-waarden  f_0,haz en f_u,haz worden behandeld.

De gebruikersgedefinieerde materialen kunnen worden opgeslagen in de MPRL-bibliotheek, waar ze beschikbaar zijn voor gebruik in alle toekomstige projecten in IDEA StatiCa Connection.

Partiële factoren

Voor UGT-controle van materialen, bouten en lassen zijn identiek tussen normen – compatibiliteit gegarandeerd.

Standaard bouten

De meeste boutcontroles in EN 1999‑1‑1 gebruiken dezelfde vergelijkingen en parameters als EN 1993‑1‑8. Dit betekent dat:

• De bestaande boutcontroles van IDEA StatiCa volledig van toepassing zijn op aluminiumverbindingen.
• Het enige verschil is de trek-weerstandsfactor k₂ voor verzonken en aluminiumbouten.
  Deze typen worden niet ondersteund in IDEA StatiCa Connection, evenmin als klinknagels.

Voor standaard stalen bouten (de gebruikelijke keuze in aluminiumconstructies) blijven alle controles geldig.

Let op dat EN 1999 expliciet bescherming vereist tegen galvanische corrosie wanneer aluminium in contact komt met andere metalen zoals staal.

Voorspanbouten (wrijvingsbouten)

De wrijvingscoëfficiënt voor EN 1993-1-8 is gebaseerd op de wrijvingsoppervlakken/behandeling. De wrijvingscoëfficiënt voor EN 1999-1-1 is gebaseerd op de dikte van de wrijvingsoppervlakken. 

In IDEA StatiCa kan de wrijvingscoëfficiënt μ direct worden ingesteld in de Projectinstellingen, zodat waarden zonder beperking kunnen worden toegepast.

Lassen

Wanneer lassen betrokken is, ervaart de warmte-beïnvloede zone (HAZ) een aanzienlijke vermindering van sterkte door materiaalafbraak. Deze zones worden niet automatisch herkend door de applicatie, dus gebruikers moeten ze expliciet weergeven.

Dit kan worden gedaan door:

• een apart HAZ-materiaal te definiëren en dit toe te wijzen aan het aangetaste deel van de plaat.
• conservatief HAZ-eigenschappen toe te passen op de gehele verbinding, watcomplexe geometriewijzigingen vermijdt

De Von-Mises plasticiteitsvoorwaarde wordt gebruikt als bezwijkcriterium in IDEA StatiCa. Dit sluit aan bij de aanname in EN 1993-1-8. De lassen moeten een toegewezen materiaal hebben dat overeenkomt met de HAZ-sterkte.

Conclusie 

✅ Partiële factoren voor materialen, bouten en lassen zijn consistent tussen EN 1999‑1‑1 en EN 1993‑1‑8.

⚠️ Aluminiummaterialen zijn niet ingebouwd en moeten door de gebruiker worden gedefinieerd, inclusief correcte HAZ-sterkten.

⚠️  De grens van de plastische rek moet conservatief worden genomen. De plastische rek voor analyse is sterk afhankelijk van de toestand en het vormgevingsproces.

❌ Verhardingsmodulus E₁ is afhankelijk van fᵤ, f₀, ε_el, ε_max voor aluminium. IDEA StatiCa gebruikt de vaste relatie die niet kan worden gewijzigd. Lage rekverharding in IDEA StatiCa is conservatief.

✅ Normtoetsingen voor standaard en voorspannen stalen bouten zijn compatibel met de huidige instelling in IDEA StatiCa.

✅ Lascontroles zijn compatibel.

⚠️ HAZ-zones moeten expliciet worden gedefinieerd, of de gehele verbinding kan conservatief HAZ-eigenschappen gebruiken.

⚠️ De oplossing voor aluminiumverbindingen is niet geverifieerd. 

Opmerking: Een meer gedetailleerde uitleg van dit onderwerp is te vinden in het PDF-document.