CBFEM - hoe het werkt, normconformiteit, validatie en verificatie
CBFEM is een unieke methode voor het ontwerp en de normtoetsing van staalverbindingen, staven en verankering. Het kan worden gebruikt voor de meerderheid van verbindingen, verankering en details met verschillende topologieën.
Component Based Finite Element Method (CBFEM) methode is:
- Algemeen genoeg om bruikbaar te zijn voor de meeste verbindingen, funderingen en details in de ingenieurspraktijk.
- Eenvoudig en snel genoeg in de dagelijkse praktijk om resultaten te leveren in een tijd vergelijkbaar met huidige methoden en tools.
- Uitgebreid genoeg om constructeurs duidelijke informatie te geven over het gedrag van de verbinding, spanning, rek, reserves van afzonderlijke componenten en over de algehele veiligheid en betrouwbaarheid.
De normtoetsing van een verbinding in een standaard componentenmethode en in de CBFEM gebruikt in IDEA StatiCa Connection is gebaseerd op de toetsing van alle onderdelen van de verbinding – de componenten. Componenten kunnen bouten, ankers, lassen, platen en beton bij de fundering zijn.
CBFEM splitst de gehele verbinding op in bovengenoemde afzonderlijke componenten. Vervolgens wordt het analysemodel automatisch door de software aangemaakt vanuit elke component.
De toetsing zelf bestaat uit twee stappen:
- Krachten in elke component van de verbinding worden berekend
- Elke component wordt getoetst met behulp van de normvergelijkingen
Berekening van krachten
De CBFEM geïmplementeerd in IDEA StatiCa Connection vereenvoudigt het gedrag van elke component. Hoe?
Het model bestaat uit staven waarop de belasting wordt aangebracht en bewerkingen (inclusief verstijvende staven), die dienen om staven met elkaar te verbinden.
Het geanalyseerde EEM-model wordt automatisch gegenereerd. De ontwerper maakt geen EEM-model, maar maakt de verbinding met behulp van bewerkingen.
Dankzij dat worden krachten berekend zonder vereenvoudigende aannames. En de andere effecten, zoals de interactie van de componenten, enz., worden ook berekend.
Bovendien, vanwege de beschouwing van de werkelijke stijfheid van de componenten, bevatten de resultaten wrikkracht. Niets wordt verwaarloosd.
Toetsing en evaluatie van resultaten
Sterkte-analyse is de belangrijkste analyse van verbindingen. Rektoetsing van platen samen met normtoetsing van componenten wordt uitgevoerd door elastisch-plastische analyse.
De analyse van verbindingen is materieel niet-lineair. De belastingsincrementies worden geleidelijk aangebracht en de spanningstoestand wordt bepaald.
Toetsing van platen
De platen worden gemodelleerd met elastisch-plastisch materiaal met een nominale vloeiplateau-helling volgens EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1 (E/1000).
Het materiaalgedrag is gebaseerd op het Von Mises vloeikriteriom. Er wordt aangenomen dat het elastisch is voordat de rekenwaarde van de vloeigrens fyd wordt bereikt.
Het criterium voor de uiterste grenstoestand voor gebieden die niet gevoelig zijn voor knik is het bereiken van de grenswaarde van de hoofdmembraanrek. Een waarde van 5 % wordt aanbevolen (bijv. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Noot 1).
Specifieke delen van de Theoretische Achtergrond voor elk van de ondersteunde nationale normen:
- Normtoetsing van platen volgens EN (Eurocode)
- Normtoetsing van platen volgens AISC (Amerikaanse norm)
- Normtoetsing van platen volgens CISC (Canadese norm)
- Normtoetsing van platen volgens AS (Australische norm)
- Normtoetsing van platen volgens IS (Indiase norm)
- Normtoetsing van platen volgens GB (Chinese norm)
- Normtoetsing van platen volgens HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Normtoetsing van platen volgens SP (Russische norm)
Toetsing van overige componenten
De toetsingen worden uitgevoerd voor de berekende krachten met dezelfde vergelijkingen als in de norm in alle methoden. Vergelijkingen gebruikt voor de bouten, ankers, lassen en betonblok worden gepresenteerd in de applicatie en kunnen grondig worden beoordeeld.
Toetsing van bouten
Bouten in IDEA StatiCa Connection worden getoetst volgens de overeenkomstige normen. Voor meer informatie, lees het artikel Bouten en boutverbindingen.
Toetsing van lassen
Ook in het geval van lassen wordt de toetsing uitgevoerd volgens de overeenkomstige normen.
Gedetailleerde informatie over de toetsing van lassen in de Connection applicatie is te vinden in het artikel Las/Lassen in IDEA StatiCa.
Toetsing van het betonblok
De principes achter de berekening van het betonblok worden uitgelegd in het artikel Constructief model van een betonblok.
Specifieke delen van de Theoretische Achtergrond voor elk van de ondersteunde nationale normen:
- Normtoetsing van een betonblok volgens EN (Eurocode)
- Normtoetsing van een betonblok volgens AISC (Amerikaanse norm)
- Normtoetsing van een betonblok volgens CISC (Canadese norm)
- Normtoetsing van een betonblok volgens AS (Australische norm)
- Normtoetsing van een betonblok volgens IS (Indiase norm)
- Normtoetsing van een betonblok volgens GB (Chinese norm)
- Normtoetsing van een betonblok volgens HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Normtoetsing van een betonblok volgens SP (Russische norm)
Hoe kan CBFEM tegelijkertijd voldoen aan de norm en het werkelijke gedrag?
Ontwerpgerichte EEM (CBFEM) is geoptimaliseerd om resultaten te leveren die relevant zijn voor normtoetsing, terwijl het werkelijke gedrag van de constructie wordt gedekt. Tegelijkertijd houdt het rekening met de veiligheidsmarge die door de norm is gedefinieerd.
Bekijk de video en vind het antwoord op uw vragen.
Belangrijkste kenmerken van CBFEM-analyse
Heeft u ooit de afkortingen MNA of GMNA gehoord die in de software zijn geïmplementeerd, maar weet u niet zeker wat ze betekenen? De eigenschappen van de analyse, de niet-lineariteit van het materiaal of de geometrie. Wat wordt aanbevolen en uitgevoerd door CBFEM?
Bekijk de volgende video en leer meer over de benaderingen.
Validatie en verificatie
Oorspronkelijk hebben twee universiteitsteams meer dan drie jaar besteed aan de verificatie en validatie van de CBFEM-methode.
In de loop van de tijd zijn meerdere nieuwe verificatiestudies uitgevoerd in samenwerking met universiteiten van over de hele wereld (VS, Nederland, Duitsland, Zwitserland, Zuid-Amerika en meer).
Wat betekenen validatie en verificatie precies? Het validatie- en verificatieproces bevestigt dat de resultaten van de software correct zijn.
Verificatie is een vergelijking met een analytische methode, die het vaakst is opgenomen in de bouwcode (bijv. AISC, EN, enz.).
Analytische methoden in normen zijn belast met vereenvoudigingen, en de resultaten tussen de norm en de CBFEM voor gecompliceerde verbindingen kunnen variëren, met name aan de grenzen van het geldigheidsgebied. In dat geval bewijst een vergelijking van CBFEM met een geavanceerd model dat is gevalideerd door experimenten dat CBFEM veilig is, ook al zijn de weerstanden hoger dan bepaald door de norm.
Validatie is een vergelijking van een numeriek model met een experiment.
Het numerieke model is vaak zeer geavanceerd, inclusief materiaal- en geometrische niet-lineariteiten. De geometrie en materiaaleigenschappen zijn dezelfde als die gemeten in het experiment. Wanneer de resultaten – doorgaans last-verplaatsings- en spanning-rekkrommen – van het numerieke model dicht bij die van het experiment liggen, is het numerieke model gevalideerd. De materiaaleigenschappen van het numerieke model worden vervolgens gewijzigd naar nominale waarden, onvolkomenheden worden vergroot volgens maatvoeringstolerances, en er kunnen verschillende gevoeligheidsstudies worden uitgevoerd door parameters te wijzigen, bijv. dikte van platen, vloeigrens van het materiaal.
Ten slotte worden de resultaten van het numerieke model vergeleken met die van CBFEM. De resultaten hoeven niet perfect overeen te komen, maar de resultaten moeten veilig zijn en de verschillen moeten binnen een aanvaardbaar bereik liggen.
De belangrijkste verificatie- en validatievoorbeelden zijn gepubliceerd in het boek "Component-based finite element design of steel connections."
In ons Support Center kunt u veel verificatiestudies vinden, evenals vergelijkingen met laboratoriumtests. Vind ze via de onderstaande link.