Stability definiuje osobno imperfekcje globalne i imperfekcje elementów. Imperfekcje globalne wprowadza się albo jako proste pochylenie w kierunkach X i Y, albo jako skalowaną postać wyboczenia uzyskaną z LBA. Imperfekcje elementów wprowadza się wyłącznie jako skalowaną postać wyboczenia uzyskaną z LBA z dodatkowymi warunkami brzegowymi. Oba rodzaje imperfekcji są wykorzystywane w GMNIA.
Typowy przebieg pracy jest następujący:
- Uruchom MNA i LBA. Wyniki LBA nie są potrzebne, jeśli stosuje się tylko proste pochylenie.
- Przeanalizuj postacie wyboczenia i wybierz te, które są istotne dla imperfekcji.
- Określ amplitudy imperfekcji zgodnie z normą projektową.
- Wprowadź imperfekcje w oknie właściwości na karcie LBA+IMP zakładki CHECK .
- Uruchom GMNIA, uwzględniając oba znaki imperfekcji, i przyjmij najniekorzystniejszy wynik jako miarodajny.
Rodzaje imperfekcji i ich definiowanie
Ogólnie w GMNIA należy zastosować trzy rodzaje imperfekcji.
A. Imperfekcje globalne (przechyłowe) konstrukcji
Imperfekcja globalna odzwierciedla fakt, że konstrukcja jako całość nigdy nie jest idealnie pionowa. Słupy są montowane z niewielkim odchyleniem od pionu, a podpory nie są idealnie wypoziomowane, więc cała analizowana część konstrukcji jest początkowo lekko pochylona. Ta imperfekcja ma znaczenie głównie dla konstrukcji wrażliwych na przechył, w których przemieszczenie poziome całej konstrukcji zwiększa siły wewnętrzne. Można ją zdefiniować na dwa sposoby:
Definiowanie imperfekcji globalnych – metoda "Simple inclination"
Metoda Simple inclination uwzględnia globalną imperfekcję przechyłową jako początkowe pochylenie całej konstrukcji, bez użycia wyników LBA i postaci wyboczenia. Definiuje się ją na karcie LBA+IMP w sekcji Global imperfection of the structure za pomocą pochyleń Dx i Dy w mm/m, tzn. przesunięcia poziomego w globalnych kierunkach X i Y na metr wysokości. Każdy węzeł jest przesuwany liniowo, proporcjonalnie do jego wysokości nad poziomem Zero level [m], zwykle przyjętym na górze fundamentów lub podstaw słupów, gdzie przesunięcie wynosi zero.
Definiowanie imperfekcji globalnych – metoda "Buckling shape"
Metoda Buckling shape uwzględnia imperfekcję globalną jako skalowaną kombinację postaci wyboczenia uzyskanych z LBA, obliczonych dla warunków brzegowych zdefiniowanych na karcie MODEL. Definiuje się ją na karcie LBA+IMP w sekcji Global imperfection of the structure, ustawiając Method na Buckling shape oraz podając Buckling shape imperfection amplitude [mm], czyli maksymalne odchylenie geometrii z imperfekcją.
Tabela zawiera postacie wyboczenia dla każdej kombinacji obciążeń wraz z następującymi parametrami:
- Factor to krytyczny mnożnik obciążenia αcr , przez który należałoby zwiększyć obliczeniową kombinację obciążeń, aby spowodować sprężyste wyboczenie konstrukcji w danej postaci wyboczenia.
- Relevance [%] jest miarą tego, jak łatwo konstrukcja odkształca się w danej postaci wyboczenia. Porównuje rozmiar odkształcanej części konstrukcji z energią sprężystą potrzebną do tego odkształcenia. Postać, w której duża część konstrukcji odkształca się przy małej energii, ma wysoką wartość Relevance, a postać, która odkształca tylko niewielką część konstrukcji lub wymaga dużej energii, ma wartość niską.
- Weight [-1, 1] to współczynnik, który włącza postać wyboczenia do imperfekcji i określa jej kierunek. Każda wartość niezerowa z przedziału od −1 do 1 aktywuje postać, a znak wartości określa kierunek odkształcenia. Weight mnoży wprowadzoną wartość Buckling shape imperfection amplitude [mm], więc postać jest stosowana z amplitudą równą weight × amplituda. Pusta komórka lub zero oznacza, że postać nie jest używana.
Wybierz postacie, w których cała konstrukcja ulega przechyłowi, zwykle te z najniższym Factor i wysokim Relevance, i uruchom GMNIA, uwzględniając oba znaki wag.
B. Imperfekcje elementów
Imperfekcja elementu odzwierciedla początkowe wygięcie lub skręcenie pojedynczego elementu wraz z wpływem naprężeń własnych powstających podczas walcowania lub spawania. Przyjmuje się ją w kształcie właściwej postaci wyboczenia elementu z LBA (wyboczenie giętne, skrętne, giętno-skrętne lub zwichrzenie). W konstrukcjach wrażliwych na przechył imperfekcje elementów łączy się z imperfekcją globalną, a nie stosuje zamiast niej.
Definiowanie imperfekcji elementów
Imperfekcje elementów są uwzględniane jako skalowana kombinacja postaci wyboczenia uzyskanych z LBA z dodatkowymi warunkami brzegowymi: na końcach wszystkich powiązanych elementów połączonych z elementami CBFEM, modelowanych jako elementy belkowe 1D, dodawane są podpory w kierunkach X i Y. Podpory te uniemożliwiają uzyskanie globalnych postaci wyboczenia, dlatego uzyskane postacie przedstawiają wyboczenie poszczególnych elementów między punktami ich połączenia. Definiuje się je na karcie LBA+IMP w sekcji Member imperfection za pomocą Buckling shape imperfection amplitude [mm].
Tabela w sekcji Member imperfection działa tak samo jak tabela dla imperfekcji globalnych opisana powyżej. Jedyna różnica polega na tym, że postacie wyboczenia pochodzą z LBA z dodatkowymi warunkami brzegowymi. Dla każdej kombinacji obciążeń (Loads) tabela zawiera postacie wyboczenia (Shape) wraz z ich krytycznym mnożnikiem obciążenia (Factor, αcr) i wartością Relevance [%]. Wartość Weight z przedziału od −1 do 1 włącza postać do imperfekcji i mnoży Buckling shape imperfection amplitude [mm], a jej znak określa kierunek.
Wybierz postacie przedstawiające wyboczenie giętne, skrętne, giętno-skrętne lub zwichrzenie analizowanych elementów i uruchom GMNIA, uwzględniając oba znaki wag.
C. Imperfekcje blach
Imperfekcja blachy odzwierciedla początkowe odchylenie od płaskości poszczególnych blach, takich jak środniki, pasy lub usztywnienia. Przyjmuje się ją w kształcie właściwej postaci wyboczenia lokalnego z LBA.
Definiowanie imperfekcji blach
Imperfekcje blach definiuje się w tej samej tabeli co Member imperfection; nie ma osobnego pola wprowadzania danych dla tych imperfekcji. Jeśli tabela zawiera postacie wyboczenia przedstawiające wyboczenie lokalne pasów lub środników, włącz je do imperfekcji, ustawiając dla tych postaci niezerową wartość Weight.
Wyświetlanie imperfekcji
Grupa Imperfection na karcie CHECK oferuje trzy sposoby wyświetlania imperfekcji w widoku 3D:
- LB shape wyświetla postać wyboczenia z tabeli i wiersza, które są aktualnie aktywne.
- Partial wyświetla imperfekcję tego rodzaju, którego tabela jest aktualnie aktywna: globalną lub elementu.
- Total wyświetla sumę wszystkich imperfekcji, niezależnie od tego, która tabela jest aktywna. Jest to geometria z imperfekcjami, która jest uwzględniana w GMNIA.
Amplitudy imperfekcji na podstawie norm projektowych
Każda norma zawiera wytyczne dotyczące określania imperfekcji, które wprowadza się w Stability do analizy GMNIA. Poniżej przedstawiono definicje opisane w Eurokodzie.
Imperfekcje globalne (przechyłowe)
Imperfekcje globalne konstrukcji opisano w EN 1993-1-1, pkt 5.3.2 (3). Konstrukcję należy pochylić w formie równoważnej imperfekcji przechyłowej zgodnie z poniższym rysunkiem.
Równoważna imperfekcja przechyłowa (z EN 1993-1-1 – Rysunek 5.2)
Kąt imperfekcji wynosi:
gdzie:
- ϕ0 = 1/200 – wartość podstawowa imperfekcji
- – współczynnik redukcyjny ze względu na wysokość h, stosowany do słupów
- h – wysokość konstrukcji w metrach
- – współczynnik redukcyjny ze względu na liczbę słupów w rzędzie
- m – liczba słupów w rzędzie, uwzględniająca tylko te słupy, które przenoszą obciążenie pionowe NEd nie mniejsze niż 50 % średniej wartości dla słupa w rozpatrywanej płaszczyźnie pionowej
Imperfekcje elementów
Imperfekcje lokalne elementów opisano w EN 1993-1-1, pkt 5.3.2 (3). Amplitudę imperfekcji e0 wyznacza się na podstawie Tabeli 5.1, przy czym należy stosować analizę plastyczną.
Aby określić krzywą wyboczeniową na karcie, należy na podstawie postaci wyboczenia wyświetlonej w analizie LBA w Member rozstrzygnąć, czy:
- element jest głównie ściskany, co oznacza spodziewane wyboczenie giętne, skrętne lub giętno-skrętne, i zastosować Tabelę 6.2,
- czy też element jest głównie zginany , a główną postacią zniszczenia jest zwichrzenie, i zastosować Tabelę 6.4.
Lokalne imperfekcje blach
Amplitudy przyjmuje się zgodnie z EN 1993-1-5, pkt C.5. Dla blach smukłych imperfekcja lokalna wynosi 1/200 krótszego boku pola blachy. Dla przekrojów smukłych (klasy 4) należy połączyć co najmniej dwie postacie wyboczenia, tak aby wyboczenie lokalne i wyboczenie elementu mogły ze sobą współdziałać.
Kierunek imperfekcji
Każdą imperfekcję należy przyjąć zarówno w kierunku dodatnim, jak i ujemnym, a miarodajny jest wynik mniej korzystny. Gdy łączy się kilka imperfekcji, należy obliczyć wszystkie kombinacje ich kierunków.