Analýza boulení ocelového styčníku

Boulení obvykle není v styčnících zásadním problémem. Přesto je třeba ověřit, že nedochází k boulení a že výsledky analýzy únosnosti, která využívá pouze geometricky lineární analýzu, jsou správné.

IDEA StatiCa Connection umožňuje provést lineární analýzu boulení modelu styčníku. Výsledky jsou prezentovány ve formě tvarů boulení. Pro každý tvar boulení je vypočteno kritické zatížení, při němž dochází k boulení dokonalého modelu. Kritické zatížení je vyjádřeno násobiteli zatížení působícího na styčník. Na základě tvaru boulení a násobitele kritického zatížení může uživatel stanovit bezpečný návrh z hlediska boulení.

Některé normy, např. Eurocode (EN 1993-1-1, kapitola 5.2.1), doporučují pro prutové modely konstrukcí násobitel kritického zatížení vyšší než 15. Pokud je násobitel kritického zatížení vyšší než 15, norma nevyžaduje posouzení boulení prvků.

U styčníků je situace odlišná a norma neposkytuje žádné konkrétní doporučení. Návrh z hlediska lokálního boulení musí být řešen jiným způsobem. Obecně lze lokální boulení rozdělit do tří skupin:

1. Plechy spojující jednotlivé prvky
2. Výztužné plechy ve styčníku – výztuhy, žebra, krátké náběhy
3. Uzavřené průřezy a tenkostěnné průřezy

Boulení plechů ze skupiny 1 ovlivňuje tvar boulení celého prvku. Proto se doporučuje aplikovat na tyto plechy stejná pravidla jako pro dané prvky, tj. uvažovat bezpečný násobitel kritického zatížení 15 a vyšší. Inženýr by měl ověřit, že skutečné provedení styčníku odpovídá okrajovým podmínkám modelu použitého pro analýzu boulení celé konstrukce.

Plechy ze skupiny 2 ovlivňují lokální boulení styčníku. Pro tyto plechy je bezpečná hranice násobitele kritického zatížení 15 konzervativní, avšak v normách chybí konkrétní pokyny. Pokyny poskytují výzkumné práce doporučující bezpečnou hranici násobitele kritického zatížení rovnou 3.

Boulení plechů a prvků ze skupiny 3 je velmi problematické a je nutné individuální posouzení každého konkrétního případu.

Pro plechy s násobitelem kritického zatížení nižším než doporučené hodnoty (15 pro skupinu 1, 3 pro skupinu 2) nelze použít plastický návrh. V takovém případě jsou pro návrh přípoje vyžadovány jiné metody:

• Normové posouzení podle příslušné návrhové normy, např. Eurocode nebo AISC Specification nebo Design Manual
• Obecná metoda podle EN 1993-1-5 příloha B – Nestejnorodé prvky, kde jsou výsledky MNA a LBA využity ke stanovení únosnosti při boulení štíhlých plechů
• Geometricky a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi dostupná v aplikaci IDEA StatiCa Member

Výsledek lineární analýzy boulení v IDEA StatiCa Connection není definitivním posouzením. Normy neposkytují dostatečné pokyny. Posouzení vyžaduje inženýrský úsudek a IDEA StatiCa poskytuje jedinečné nástroje, které nejsou dostupné ve standardním návrhových softwaru.

Styčníkový plech jako prodloužení příhradového nosníku – příklad plechu ze skupiny 1, u něhož lze boulení zanedbat, pokud je kritický součinitel boulení vyšší než 15

Příklady tvarů boulení plechů ze skupiny 2, u nichž lze boulení zanedbat, pokud je kritický součinitel boulení vyšší než 3

Model použitý pro analýzu boulení je podepřen jinými podporami, než jaké nastavil uživatel v typu analýzy napětí a přetvoření (EPS). Nosný prvek zůstává plně podepřen. Typ modelu nosníku nastaveného jako N-Vy-Vz-Mx-My-Mz (volný pohyb v typu analýzy napětí a přetvoření) je v analýze boulení plně podepřen. Všechny ostatní typy analýzy nosníku mají zamezené ohybové momenty a normálovou sílu, ale jsou volné pro příčný pohyb.

• Typ modelu N-Vy-Vz-Mx-My-Mz: podpory v modelu boulení: N-Vy-Vz-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vy-Vz: podpory v modelu boulení: N-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vz-My: podpory v modelu boulení: N-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vy-Mz: podpory v modelu boulení: N-Mx-My-Mz

Předpokládá se, že v případě tuhého styčníku uživatel zadává ohybový moment a boulení krátkého segmentu nosníku není relevantní. Naopak v případě kloubového styčníku uživatel zadává pouze normálovou a smykovou sílu bez ohybového momentu, avšak boulení kloubového prvku je relevantní, a proto přispívá k součiniteli boulení. Viz obrázek níže. „Model" zobrazuje model v typu analýzy napětí-přetvoření a „Boulení" zobrazuje model v analýze boulení.