Çelik bağlantılardaki iç kuvvetler

Çerçeve analiz modelinin bir elemanının uç kuvvetleri, eleman segmentlerinin uçlarına aktarılır. Aktarım sırasında, birleşim tasarımından kaynaklanan elemanların dışmerkezlikleri dikkate alınır.

CBFEM yöntemiyle oluşturulan analiz modeli gerçek birleşime çok yakın biçimde karşılık gelirken, iç kuvvetlerin analizi çok daha idealleştirilmiş bir 3B FEM çubuk modelinde gerçekleştirilir; bu modelde bireysel kirişler eksen çizgileriyle, birleşimler ise maddesiz düğümlerle modellenir.

Düşey kolon ile yatay kirişin birleşimi

İç kuvvetler, 3B modelde 1B elemanlar kullanılarak analiz edilir. Aşağıdaki şekilde iç kuvvetlere ilişkin bir örnek verilmektedir.

Yatay kirişte iç kuvvetler; M ve V, birleşimdeki uç kuvvetlerdir

Bir elemanın birleşim üzerinde oluşturduğu etkiler, birleşimin (bağlantının) tasarımı açısından önemlidir. Bu etkiler aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:

Elemanın birleşim üzerindeki etkileri; CBFEM modeli koyu mavi renkte gösterilmiştir

Teorik birleşim noktasında M momenti ve V kesme kuvveti etki eder. Teorik birleşim noktası CBFEM modelinde mevcut olmadığından, yük buraya uygulanamaz. Model, r mesafesindeki segment ucuna aktarılması gereken M ve V etkileriyle yüklenmelidir.

M_c = M – V ∙ r

V_c = V

CBFEM modelinde, segmentin uç kesiti M_c momenti ve V_c kuvvetiyle yüklenir.

Birleşim tasarlanırken, birleşimin teorik noktaya göre gerçek konumu belirlenip dikkate alınmalıdır. Gerçek birleşim konumundaki iç kuvvetler çoğunlukla teorik birleşim noktasındaki iç kuvvetlerden farklıdır. Hassas CBFEM modeli sayesinde tasarım, azaltılmış kuvvetler üzerinden gerçekleştirilir — aşağıdaki şekilde M_r momentine bakınız:

CBFEM modelinde eğilme momenti: Ok, bağlantının gerçek konumunu göstermektedir

Birleşim yüklenirken, gerçek birleşimin çözümünün iç kuvvetlerin hesabında kullanılan teorik modele karşılık gelmesi gerektiği göz önünde bulundurulmalıdır. Bu durum rijit birleşimler için sağlanmakla birlikte, mafsallar söz konusu olduğunda tablo tamamen farklı olabilir.

Teorik 3B FEM modelinde ve gerçek yapıda mafsalın konumu

Önceki şekilde görüldüğü üzere, teorik 1B eleman modelindeki mafsalın konumu yapıdaki gerçek konumdan farklıdır. Teorik model gerçekliğe karşılık gelmemektedir. Hesaplanan iç kuvvetler uygulandığında, kaydırılmış birleşime önemli bir eğilme momenti etki eder ve tasarlanan birleşim aşırı büyük olur ya da hiç tasarlanamaz. Çözüm basittir — her iki model birbiriyle örtüşmelidir. Ya 1B eleman modelindeki mafsal doğru konumda tanımlanmalı, ya da mafsalın konumunda sıfır moment elde etmek için kesme kuvveti kaydırılmalıdır.

Kirişte eğilme momentinin kaydırılmış dağılımı: Sıfır moment mafsalın konumundadır

Kesme kuvvetinin kaydırılması, iç kuvvet tanımı tablosunda belirtilebilir.

Yük etkisinin konumu, bağlantının doğru tasarımı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Tüm yanlış anlamaları önlemek amacıyla kullanıcıya üç seçenek sunulmaktadır — Node / Bolts / Position.

Node seçeneği seçildiğinde, kuvvetlerin seçilen elemanın ucuna uygulandığını unutmayın; bu uç, seçilen elemanın geometride bir ofseti tanımlanmadığı sürece genellikle teorik düğüm noktasındadır.

FEA programlarından yük aktarımı

IDEA StatiCa, üçüncü taraf FEA programlarından iç kuvvetlerin aktarılmasına olanak tanır. FEA programları, kombinasyonlardan elde edilen iç kuvvetlerin zarfını kullanır. IDEA StatiCa Connection, çelik birleşimi doğrusal olmayan biçimde (elastik/plastik malzeme modeli) çözen bir programdır. Bu nedenle zarf kombinasyonları kullanılamaz. IDEA StatiCa, birleşime bağlı tüm elemanların uçlarındaki tüm kombinasyonlarda iç kuvvetlerin (N, V_y, V_z, M_x, M_y, M_z) ekstrem değerlerini arar. Her bir ekstrem değer için, o kombinasyondaki diğer tüm elemanlara ait diğer iç kuvvetler de kullanılır. IDEA StatiCa, bağlantıdaki her bileşen (levha, kaynak, bulon vb.) için en elverişsiz kombinasyonu belirler.

Kullanıcı bu yük durumları listesini değiştirebilir. Sihirbazda (veya BIM'de) kombinasyonlarla çalışabilir ya da bazı durumları doğrudan IDEA StatiCa Connection içinde silebilir.

Uyarı!

Aktarım sırasında dengesiz iç kuvvetlerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu durum aşağıdaki hallerde ortaya çıkabilir:

• İncelenen düğüm noktasına düğüm kuvveti uygulanmıştır. Yazılım, bu düğüm kuvvetini hangi elemanın aktarması gerektiğini belirleyemediğinden analiz modelinde dikkate almaz. Çözüm: Global analizde düğüm kuvveti kullanmayın. Gerekirse kuvvet, seçilen bir elemana normal veya kesme kuvveti olarak manuel olarak eklenmelidir.
• Yüklü, çelik olmayan (genellikle ahşap veya beton) bir eleman incelenen düğüme bağlıdır. Bu tür elemanlar analizde dikkate alınmaz ve iç kuvvetleri analizde göz ardı edilir. Çözüm: Beton elemanı, beton blok ve ankraj ile değiştirin.
• Düğüm, bir döşemenin veya duvarın (genellikle betondan) parçasıdır. Döşeme veya duvar modelin bir parçası değildir ve iç kuvvetleri göz ardı edilir. Çözüm: Beton döşeme veya duvarı, beton blok ve ankraj ile değiştirin.
• Bazı elemanlar incelenen düğüme rijit bağlantılar aracılığıyla bağlıdır. Bu tür elemanlar modele dahil edilmez ve iç kuvvetleri göz ardı edilir. Çözüm: Bu elemanları bağlı elemanlar listesine manuel olarak ekleyin.
• Yazılımda sismik yük durumları analiz edilmektedir. Çoğu FEA yazılımı, sismisiteyi çözmek için modal analiz sunar. Sismik yük durumlarına ait iç kuvvet sonuçları genellikle yalnızca kesitlerdeki iç kuvvet zarflarını verir. Değerlendirme yöntemi (karelerin toplamının karekökü – SRSS) nedeniyle iç kuvvetler tamamen pozitiftir ve seçilen ekstrema karşılık gelen kuvvetleri bulmak mümkün değildir. İç kuvvetlerin dengesini sağlamak mümkün olmaz. Çözüm: Bazı iç kuvvetlerin pozitif işaretini manuel olarak değiştirin.