Rigiditatea îmbinării și utilizarea acesteia în analiza globală

Diagrama moment-rotație este unul dintre rezultatele aplicației IDEA StatiCa Connection. Aceasta oferă un comportament destul de precis al unui nod particular la o încărcare statică particulară. Dar ce se întâmplă dacă există diferite tipuri de încărcare? Dacă această încărcare este depășită și apar deformații plastice semnificative? Dacă există toleranțe de fabricație relativ ridicate?

Clasificare

Cel mai important este efectul asupra:

1. Forțelor interioare din structură, atât în elemente cât și în noduri (starea limită ultimă)
2. Deformațiilor (starea limită de serviciu)

Eurocodul EN 1993-1-8:2005 abordează această problemă în Capitolul 5. Îmbinările grindă-stâlp sunt clasificate în funcție de rigiditatea inițială astfel:

• Articulate - îmbinarea nu transmite momente încovoietoare
• Semi-rigide - îmbinarea transferă o parte din momentele încovoietoare, iar comportamentul său trebuie luat în considerare în analiza globală
• Rigide - îmbinarea nu are niciun efect asupra analizei, elementele sunt conectate rigid între ele

Poate ați observat că codul nu menționează îmbinările în consolă. Aceasta se datorează faptului că clasificarea nu este importantă. Îmbinarea în consolă trebuie să transfere întotdeauna momentul încovoietor total.

Noduri în analiza globală

Nicio îmbinare nu este ideal articulată sau rigidă, dar limitele de clasificare din Cl. 5.2.2.5 au fost concepute pentru a limita eroarea la:

• 5% pentru forțele interioare 
• 20% pentru deformații

Această eroare posibilă este ilustrată în figura următoare cu exemplul unei grinzi conectate la un stâlp la ambele capete. Curba albastră arată momentul încovoietor la nivelul îmbinărilor, iar curba roșie arată momentul încovoietor la mijlocul deschiderii grinzii. Forțele interioare nu se modifică aproape deloc în zona articulată și rigidă, dar se modifică rapid în zona semi-rigidă. Observați, de asemenea, scara logaritmică pentru rigiditatea la încovoiere. Aceasta înseamnă că rigiditatea poate varia chiar și de 100 de ori și va avea un efect foarte mic dacă îmbinarea rămâne în zona rigidă sau articulată.

Toate acestea înseamnă că putem utiliza o îmbinare rigidă sau articulată în analiza globală fără a ne preocupa de rigiditatea sa reală.

Dar ce facem pentru îmbinările semi-rigide?

IDEA StatiCa prezintă comportamentul îmbinării ca și cum ar fi nouă și încărcată o singură dată cu un caz de încărcare particular. Există însă multe incertitudini. Îmbinarea poate fi suferit deformații plastice în trecut, poate fi ruginită, iar muncitorii pot fi folosit metode nepotrivite pentru asamblarea îmbinării și eliminarea toleranțelor de fabricație. Pentru îmbinările semi-rigide, rigiditatea inițială este utilizată în analiza globală numai dacă M_j,Ed nu depășește niciodată 2/3 M_j,Rd pe întreaga durată de viață a structurii. Acest lucru se întâmplă rar, dar poate fi primul pas pentru determinarea M_j,Ed. Dacă momentul încovoietor de calcul depășește 2/3 M_j,Rd în oricare caz de încărcare, rigiditatea inițială redusă cu factorul \(\eta\) din Tabelul 5.2 trebuie utilizată în analiza globală:

Rezumat

În general, rigiditatea inițială (nu rigiditatea secantă) obținută ca rezultat din IDEA StatiCa Connection trebuie utilizată în analiza globală. Rigiditatea inițială determinată la 2/3 M_j,Rd este utilizată pentru clasificarea îmbinărilor.

• Îmbinări rigide - elementele rămân solidarizate în nod
• Îmbinări articulate - se adaugă o articulație perfectă
• Îmbinări semi-rigide:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - se utilizează S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - se utilizează S_j,ini / \(\eta\)

Descărcări atașate

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)