Klíčové principy
IDEA StatiCa Connection

IDEA StatiCa byla vyvinuta pro modelování a návrh ocelových přípojů. V tomto ohledu musí přípoj obsahovat jediný identifikovatelný uzel, kde se sbíhají všechny prvky, bez ohledu na to, jak složitý tento přípoj může být. Mějte prosím na paměti, že malé excentricity některých prvků vůči uzlu jsou zohledněny modelem metodou konečných prvků a nevytvářejí žádné problémy pro koncept fiktivního uzlu.

Na druhou stranu, pokud lze v modelu identifikovat více než jeden uzel, lze to pravděpodobně klasifikovat jako konstrukci a přístup používaný v IDEA StatiCa může být nevhodný a vést k chybným výsledkům.

Inženýr musí použít své odborné posouzení k určení, zda lze přípoj považovat za jeden nebo více uzlů, a zvolit odpovídající přístup.

Jako obecné pravidlo platí, že uzel v IDEA StatiCa musí zahrnovat pouze prvky, které jsou zahrnuty v globálním analytickém softwaru, protože síly z analýzy budou zahrnovat pouze síly pro tyto prvky. Samozřejmě záleží na odborném posouzení inženýra a může se případ od případu lišit.

Účinky zatížení jsou ve výchozím nastavení definovány ve fiktivním uzlu. Uživatel má však možnost upravit polohu definice zatížení pro každý prvek zvlášť. To je požadavek v některých případech buď z normy (např. návrh žiletky podle AISC nebo SCI), nebo z projektové specifikace.

Před použitím této funkce si musí být uživatel vědom toho, že různé polohy zatížení dávají různé výsledky.

Je běžnou praxí, že konzultanti distribuují zatížení pro návrh přípoje ve formě zatěžovacích tabulek z obálkových výsledků, což znamená, že složky napětí nejsou souběžné.

Tato zatížení vytvářejí nerealistické pole napětí. V našem řešení se tento nerealistický stav napětí projeví na modelu a může potenciálně vést k porušení.

Upozorňujeme, že se nejedná o zvláštnost IDEA StatiCa, protože takové stavy napětí by způsobily porušení v původním globálním návrhové modelu, pokud by byly tyto maximální složky napětí aplikovány současně. Tento problém se zhoršuje s počtem připojených prvků.

Aby se předešlo této situaci, důrazně se doporučuje použít pro návrhy více než jednu kombinaci, pocházející z původního globálního návrhového modelu. Je známo, že výsledky pro každou kombinaci jsou v rovnováze kolem uzlů.

Použití našich BIM vazeb usnadňuje přechod z globálního modelu na návrh přípoje a minimalizuje chyby.

Kromě toho IDEA StatiCa nabízí velmi snadný způsob, jak identifikovat jakékoli nevyvážené síly ve vašem modelu, a to aktivací tlačítka Loads in Equilibrium. Jedná se o síly, které budou vyváženy reakcemi prvků definovaných jako nosné.

Znaménko momentů se neřídí klasickou statickou konvencí. Momenty se řídí pravidlem pravé ruky kolem lokální osy prvku.

Chcete-li zobrazit lokální osu prvku, aktivujte tlačítko LCS na pásu karet Popisky.

Pro definování kladného momentu kolem osy musí uživatel namířit pravý palec ve směru kladné části této osy. Ohnuté prsty pak představují rotaci odpovídající kladnému momentu kolem této osy.

Upozorňujeme, že BIM vazby zajišťují potřebné transformace automaticky při přenosu zatížení z analytického softwaru.

IDEA StatiCa umožňuje definovat různé typy modelů pro prvky, přičemž každý z nich ovlivňuje typ podpory, která bude aplikována na konci prvku (přičemž N-Vy-Vz-Mx-My-Mz představuje volný/nepodepřený konec). V podstatě se používá k zajištění toho, aby aplikované zatížení odpovídalo chování globálního modelu.

Například pokud se předpokládá, že ztužující prvek přenáší osové a smykové síly, ale žádný moment, pak použití nepodepřeného modelu by nebylo vhodné, protože by se ve ztužujícím prvku vyvinul moment po jeho délce. Tomu lze zabránit použitím modelu N-Vy-Vz, kde podpory samotné budou odolávat momentu (který bude zobrazen jako Nonconformity na záložce Posouzení -> Analýza). Tyto podpory lze také použít k zajištění stability daného modelu odebráním některých stupňů volnosti. Klíčovým příkladem je přípoj ztužení s jedním šroubem, kde by ztužení bylo volné k otáčení kolem osy šroubu. V tomto případě použití vhodného typu modelu zabraňuje vzniku mechanismu.

Obecně platí, že pokud hodnota přenášených sil/momentů výrazně překračuje aplikované zatížení (podle úsudku projektanta), může to být indikací, že zvolený typ modelu nemusí být vhodný pro daný styčník a mohl by vést k nekonzervativnímu návrhu. V takových případech je nejlepší zvolit alternativní typ modelu, který odpovídá očekávaným podmínkám zatížení/podpor, nebo použít nepodepřený model N-Vy-Vz-Mx-My-Mz.

Volba typu modelu je obecně věcí úsudku projektanta, protože požadované podpory budou nejčastěji záviset na specifikacích projektu a podmínkách zatížení, které musí být v modelu simulovány.

Příklad přípoje ztužení s jedním šroubem, kde typ modelu musí být N-Vy-Vz, aby se zabránilo vzniku mechanismu

Ačkoli je možné, že pro tuhé přípoje nemusí být analýza boulení kritická, je považována za nedílnou součást metody CBFEM. Proto se důrazně doporučuje provést analýzu boulení po standardní analýze napětí/přetvoření, aby bylo zajištěno dodržení jejích limitů (viz naše Teoretické pozadí), a prokázat, že pevnost předpovězená z analýzy napětí-přetvoření může být plně rozvinuta.

Boulení součástí přípoje může navíc ovlivnit stabilitu celé konstrukce. V tomto případě můžeme říci, že typ tvaru boulení je globální. V opačném případě se tvar boulení nazývá lokální.

Je velmi důležité zdůraznit, že pro různé typy tvarů boulení platí různé dolní meze kritického součinitele (αcr, limit). Můžeme zanedbat globální boulení prvků (včetně přípoje) v případech, kdy je součinitel boulení vyšší než 15 (v případě plastického návrhu) nebo vyšší než 10 (v případě, že napětí v pleších je na elastické větvi). 

Lokální boulení se vztahuje na jednotlivé plechy (výztuhy, stojina sloupu) a odpovídající mezní součinitele boulení jsou stanoveny podle návrhových norem a výzkumných experimentů. Účinky lokálního boulení jsou považovány za zanedbatelné, pokud je součinitel boulení:

• ≥ 2 – v případě plechu podepřeného ze 4 stran
• ≥ 3 – v případě plechu podepřeného ze 3 stran
• ≥ 4 – v případě plechu podepřeného ze 2 stran (sousedních)
• ≥ 15 – v případě plechu podepřeného ze 2 stran (protilehlých)

Bohužel typ tvaru boulení podléhá inženýrskému úsudku a software jej nemůže určit automaticky. Je odpovědností uživatele rozhodnout, který typ boulení se na jeho model vztahuje, a to na základě posouzení deformovaných tvarů boulení.

Když přidáme prvek do modelu, jeho délka je automaticky vypočtena softwarem na základě výšky průřezu. Algoritmus výpočtu je součástí metody CBFEM a je kalibrován na základě numerických a experimentálních výsledků.

Vypočtená délka prvku zajišťuje, že dojde ke správné difuzi napětí v souladu s metodologií CBFEM.

V případě, že je k tomuto prvku přidán element nebo úprava (otvory pro šrouby, výřezy, prostupy atd.), software odpovídajícím způsobem upraví celkovou délku tak, aby byla zachována vzdálenost od místa nespojitosti.

Software však umožňuje změnu výchozího součinitele pro výpočet délky prvku prostřednictvím nastavení „Code setup", což následně ovlivňuje celkovou délku. Uživatelům se důrazně doporučuje ponechat tuto hodnotu jako výchozí, protože takové změny mohou výsledky výrazně ovlivnit. Veškerá naše ověření byla provedena s výchozím nastavením.

Ve vzácných případech mohou výchozí hodnoty tohoto nastavení vést k porušení, ke kterému by jinak nedošlo. Příklady vzácných scénářů mohou být: 1. nadměrně hluboké nosníky (např. 1,5+ m) vedoucí k nadměrné vzdálenosti od nejbližší nespojitosti, nebo 2. vysoká lokalizovaná smyková síla působící na úseku krátké délky (např. krátká konzola nesoucí jeřábovou dráhu), kterou by IDEA StatiCa ve výchozím nastavení modelovala delší, než je ve skutečnosti. Oba případy by vedly k vysokému ohybu na zatíženém konci.

Z tohoto důvodu je toto nastavení k dispozici, aby poskytlo zkušeným uživatelům určitou flexibilitu při řešení těchto vzácných případů, kdy může být nutné zkrácení délky.

V takových případech, kdy je zcela zřejmé, že problém je způsoben pouze délkou prvku, by uživatel musel provést studii zkoumající vliv jakéhokoli snížení poměru hloubky/délky prvku na chování modelu (pole napětí/přetvoření a síly v jednotlivých komponentech). Pokud by výstupy odpovídaly, může být snížení parametru možné, i když to může být v některých modelech nutné provést ve spojení s nastavením sítě.

Jinými slovy, pokud se uživatel rozhodne toto nastavení upravit, musí být schopen toto dostatečně odůvodnit odkazem na výstupy z příslušné studie prokazující, že snížení neovlivnilo výstupy v komponentech styčníku.

Z tohoto důvodu doporučujeme před úpravou jakýchkoli těchto kritických parametrů kontaktovat náš tým podpory.

Příklad studie prokazující snížení poměru délky/hloubky prvku bez významného vlivu na pole napětí a zatížení komponentů.

Je důležité vědět, že různé normy používají různé konvence pro definici svaru. Americká norma například používá délky odvěsen, zatímco Eurocode používá pro výpočet tloušťky hrdla. Tato konvence je dodržována v celém projektu, včetně výstupu zprávy a výkresů.

Je proto odpovědností uživatele upravit tyto rozměry svarů, pokud je to požadováno, aby je bylo možné komunikovat s třetími stranami (např. výrobci), které používají různé konvence.

IDEA StatiCa Connection je nástroj primárně určený pro posouzení přípojů prvků z válcovaných profilů, které nejsou výrazně ovlivněny boulením. Pro rychlý a stabilní výpočet je prováděna geometricky lineární a materiálově nelineární analýza. Tento typ analýzy však nezohledňuje ztrátu stability v každém výpočetním kroku, protože analýza boulení je lineární, zatímco ztráta stability vyžaduje provedení geometricky nelineární analýzy.

Pokud trváte na použití IDEA StatiCa Connection pro posouzení přípojů tenkostěnných (za studena tvarovaných) prvků, ujistěte se, že jste zkušeným uživatelem softwaru, a buďte připraveni pečlivě uplatnit své inženýrské uvážení přinejmenším v následujících bodech:

• Proveďte lineární analýzu boulení a pečlivě vyhodnoťte každý tvar boulení. Mějte na paměti, že prvních 5 vypočtených tvarů boulení nemusí být dostatečných.
• Nespoléhejte na plasticitu tenkostěnných prvků a místo toho omezte napětí von Mises na mez kluzu nebo i nižší hodnotu, pokud je to požadováno.
• Mějte na vědomí, že rozvoj lokálního boulení, který není zohledněn v každém výpočetním kroku, může odlišně přerozdělit vnitřní síly v komponentách.
• Mějte na vědomí, že tuhost komponent se může lišit v důsledku různých způsobů porušení nebo jejich kombinace.
• Mějte na vědomí, že prezentovaná posouzení a konstrukční zásady komponent (např. šrouby, svary) vycházejí z ustanovení norem platných pro prvky z válcovaných profilů. Pokud jsou příslušná ustanovení norem pro tenkostěnné prvky odlišná, pak poskytnutá posouzení na ně nejsou použitelná.

V IDEA StatiCa Connection má uživatel volnost modelovat topologie přípojů, které dříve nebylo možné navrhnout. Nabízené nástroje a různé typy analýz (boulení, tuhost atd.) poskytují mnohem hlubší vhled do chování navržených přípojů než dříve.

Je odpovědností uživatele tyto nástroje poznat, pochopit a správně aplikovat ve svých návrzích, zejména pokud se rozhodne odchýlit od zavedených a ověřených topologií přípojů.

Je třeba si uvědomit, že IDEA StatiCa není schopna „opravit" chyby v koncepčním návrhu. Přestože může pomoci jim předcházet, a to při správném použití dostupné sady nástrojů.

Koncepčně chybný přípoj s chybějící horní řadou šroubů zdánlivě projde všemi normovými posouzeními, avšak při použití nástroje Deformovaný tvar se odhalí nadměrná deformace a koncentrace plastického přetvoření. To může pravděpodobně způsobit problémy na mezním stavu použitelnosti, avšak bez katastrofického selhání (jako je například lom).

Metoda výpočtu týkající se plechů je založena na nelineárních materiálových vlastnostech, takže je platná nezávisle na ustanoveních normy.

Protože software ve výchozím stavu používá standardní hodnoty textu AISC, je odpovědností uživatele ověřit, že nastavení normy odpovídá požadovaným ustanovením regionálního národního dodatku.