Srovnávací analýza únosnosti přípoje CHS: CBFEM vs návrhové normy (EN, FprEN a AISC)

Popis 

V této studii byla zkoumána únosnost přípojů kruhových dutých průřezů (CHS) v normálové síle porovnáním výsledků metody konečných prvků na bázi komponent (CBFEM) s příslušnými evropskými a americkými normovými standardy (EN 1993-1-8 a AISC 360-22). Srovnání bylo provedeno také s návrhem nové evropské normy (Fpr EN 1993-1-8), která obsahuje nejnovější stav poznání.

Studie ověřila celý rozsah platnosti definovaný v návrhových normách. Tento rozsah vymezuje spektrum průřezů přípojů, na které se normy vztahují, na základě geometrických a materiálových vlastností stanovených výzkumem a experimentálními šetřeními. Pro kruhové duté průřezy (CHS) tyto vlastnosti zahrnují průměr, tloušťku stěny a třídu oceli. Rozsah platnosti zajišťuje, že odezvu přípoje ovládají pouze zamýšlené způsoby porušení; vylučuje například případy, kdy by lokální boulení ovlivňovalo únosnost přípoje.

Studie hodnotila rozsáhlý soubor dvojic průřezů pomocí normových postupů i metody konečných prvků na bázi komponent (CBFEM). Analýzy zahrnovaly variace geometrických a materiálových parametrů, jako jsou rozměry průřezů, třída oceli, předpětí pásu a úhel připojovaného prvku. Veškeré výpočty byly implementovány pomocí skriptů v Pythonu a spouštěny v prostředí Python. Analýzy CBFEM byly provedeny prostřednictvím IDEA StatiCa Connection REST API.

Výsledky

EN 1993-1-8 a AISC 360-22 poskytují téměř totožné výsledky, neboť vycházejí ze stejné metodiky. Návrh normy Fpr EN 1993-1-8 však přináší zlepšení pro přípoje kruhových dutých průřezů (CHS). Návrh předpovídá obecně méně konzervativní únosnost než EN 1993-1-8 — až o 55 % pro vybrané parametry — a jeho výsledky lépe korelují s metodou konečných prvků na bázi komponent (CBFEM).

Příklad srovnání styčníku X metodou CBFEM s Fpr EN 1993-1-8 s normálowym napětím v pásu

Výsledky CBFEM pro případy bez předpětí pásu jsou obecně v souladu s normovými ustanoveními. Pokud je však pásový prvek předepnut, výsledky CBFEM se od norem odchylují. Bude provedeno další šetření s cílem zjistit, zda současná funkce redukce únosnosti pro předepnuté pásy v normách vyžaduje zlepšení.

Ověřovací příklady:

• Návrh ocelových přípojů metodou konečných prvků na bázi komponent: kapitola knihy CHS 
• Návrh ocelových přípojů metodou konečných prvků na bázi komponent: kapitola knihy RHS 

Přístup k celé diplomové práci zde: Návrh přípojů dutých průřezů: Srovnání návrhových metod

GitHub s celým projektem: Návrh přípojů dutých průřezů: Srovnání návrhových metod