Verifikace

Momentová únosnost přípojů nosníku ke sloupu se svařovaným ocelovým průřezem otevřeného průřezu pro ohyb kolem silné osy

Ocel

Connection

EN (Eurokód)

Tuhý styčník

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:

Přeloženo pomocí AI z angličtiny

Tato podrobná ověřovací studie porovnává výsledky modelů Abaqus, stávajícího Eurokódu a Eurokódu druhé generace s IDEA StatiCa.

Tato zpráva byla vypracována v rámci spolupráce mezi ISISE (Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering) na Univerzitě v Coimbře a IDEA StatiCa. Tento projekt byl společně financován oběma subjekty a jeho autory jsou:

Luis Simões da Silva
Jorge Conde
Filip Ljubinković
João Pedro Martins
Francisca Santos
Fernando Freire
Juan Aguiar

Shrnutí

Tato zpráva představuje podrobnou analýzu svařovaných přípojů nosníku ke sloupu z oceli se zaměřením na komponentu stojiny sloupu ve smyku, s využitím řádně ověřených, vysoce kvalitních 3D-MKP modelů. Studie zahrnuje svařované přípoje nosníku ke sloupu s otevřeným průřezem odolávající momentu kolem silné osy, s příčnými výztuhami i bez nich, pokrývající jednostranné a oboustranné přípoje umístěné v mezilehlém (vnitřním) nebo posledním podlaží (střecha), a pro vnitřní přípoje s různými úrovněmi osové síly ve sloupu. Studie zahrnuje širokou škálu situací z hlediska štíhlosti sloupu, poměru stran přípoje, konfigurace přípoje, výztuh, osové síly a poměru momentů (pro oboustranné přípoje). Zohledněny jsou také aspekty relevantní pro MKP, jako je model materiálu, typ analýzy, hustota sítě, počáteční imperfekce atd.

Tato studie zahrnuje roční práci v následujících oblastech:

Soubor případů zahrnuje zatížení osovou silou ve výši 30 %, 50 % a 70 %.
Třídy oceli zahrnují S235, S275 a S355.
Jsou diskutovány válcované sloupy, sloupy s koutovými a tupými svary.
Je zahrnuta komplexní studie rozdílů mezi GMNA a MNA.
Je zahrnuta komplexní studie vlivu konstitutivního zákona materiálu.
Je studován vliv koutových svarů na chování přípoje.

Cíle

Cílem této studie je posouzení únosnosti svařovaných přípojů v ohybu kolem silné osy v jednostranných a oboustranných konfiguracích přípoje nosníku ke sloupu s prvky otevřeného průřezu (nosníky a sloupy), včetně vlivu příčných výztuh, s využitím: i) evropských návrhových pravidel, ii) MKP (3D prostorové prvky) a iii) IDEA StatiCa; a porovnání výsledků získaných každou metodou.

Metodologie

Posoudit návrhovou únosnost komponenty panelu stojiny pro širokou škálu svařovaných přípojů nosníku ke sloupu pomocí vysoce kvalitních 3D MKP modelů, které jsou následně použity jako referenční případy.
Porovnat únosnost přípoje s modely CBFEM (IDEA StatiCa) založenými na skořepinových prvcích.
Diskutovat možnost zlepšení funkcí a výchozích nastavení nabízených IDEA StatiCa s cílem zajistit realistickou a bezpečnou hodnotu únosnosti.
Porovnat únosnost přípoje s výsledky získanými z návrhových výrazů uvedených v Eurokódu 3, v současné i připravované verzi.
Posoudit rozdíly v momentové únosnosti vyplývající z kritéria 5% ekvivalentního plastického přetvoření přijatého IDEA StatiCa pro definici „návrhové únosnosti" na křivce moment-rotace, v porovnání s jinými běžnými kritérii (jako je pokles sečnové tuhosti na 1/3 počáteční tuhosti).

Řešené otázky

Jaký je rozptyl výsledků?
Jaký je vliv různých parametrů (štíhlost, poměr stran, poměr ohybových momentů, příčné výztuhy, osová síla atd.) na tyto výsledky?
Jaký je vliv komponent stojiny sloupu na tyto výsledky?

Vyloučení

Spolehlivostní posouzení výsledků programu není prováděno, neboť je mimo rozsah této studie.

Shrnutí závěrů

Analýza výsledků z Abaqus přinesla následující závěry:

Pokud jde o kritérium 5% ekvivalentního plastického přetvoření, bylo prokázáno, že pro tento typ přípoje poskytuje výsledky únosnosti podobné těm, které byly získány ze stejného numerického modelu s poklesem sečnové tuhosti na 1/3 počáteční tuhosti.
Počáteční imperfekce hrají v chování analyzovaných přípojů podřadnou roli, avšak geometrická nelinearita (analýza 2. řádu) by měla být zahrnuta, zejména v případech, kdy je přítomna osová síla.
Zahrnutí zpevnění materiálu vede k malému průměrnému nárůstu únosnosti o 4 %, avšak má velký vliv, průměrně přibližně 44 %, na rotaci přípoje.

Následující komentáře jsou relevantní pro implementaci v IDEA StatiCa:

IDEA StatiCa s výchozí sítí programu (verze 23.1) a MNA (materiálně nelineární analýza) poskytuje únosnosti větší než ty, které byly získány pomocí Abaqus. V průměru o 6 % větší pro válcované sloupy s tupými svary a přibližně o 11 % pro svařované sloupy s tupými nebo koutovými svary. Pro válcované sloupy s koutovými svary jsou výsledky v průměru totožné s výsledky z Abaqus. Maximální odchylky pozorované pro jednotlivý případ jsou 22 % (válcované sloupy s tupými svary) a 53 % (svařované sloupy s tupými svary).
Komentář IDEA StatiCa: Tato situace je napravena dvěma změnami implementovanými ve verzi 25.0:
- Geometricky nelineární analýza
- Oblast rozložení svaru – zmenšena pro tupé svary, tj. únosnost sloupů s tupými svary je snížena
IDEA StatiCa s jemnější sítí (zmenšení výchozí sítě na polovinu) a GMNA (geometricky a materiálně nelineární analýza) poskytuje únosnosti, které jsou v dobré shodě (v průměru v rozmezí ±5 %) s výsledky z Abaqus. Maximální odchylky pozorované pro jednotlivý případ jsou 15 % (válcované sloupy s tupými svary), 5 % (válcované sloupy s koutovými svary), 27 % (svařované sloupy s tupými svary) a 14 % (svařované sloupy s koutovými svary).
Komentář IDEA StatiCa: Zmenšení sítě na polovinu již není nutné díky změnám uvedeným v předchozím bodě.
Vliv počátečních imperfekcí byl studován pro jednostranné vnitřní přípoje a byl shledán zanedbatelným.
Komentář IDEA StatiCa: To znamená, že GMNA je dostačující a GMNIA není pro zkoumaný rozsah přípojů nutná.
Čistě materiálně nelineární analýza bez efektů 2^. řádu vede k nekonzervativním výsledkům v případě osové síly ve sloupu. Proto se doporučuje, aby byla geometricky nelineární analýza v programu aktivována jako výchozí.
Komentář IDEA StatiCa: Ve verzi 25.0 je geometricky nelineární analýza dostupná pro každý přípoj. V nadcházející aktualizaci bude poskytnuto upozornění.
Velikost sítě hraje zásadní roli v přesnosti výsledků. Potenciální přístup k odhadu konvergované hodnoty by mohl být založen na automatizovaném procesu, který zmenší velikost sítě na polovinu a aplikuje Richardsonovu extrapolaci na momentovou únosnost získanou s oběma hodnotami.
Komentář IDEA StatiCa: Richardsonova extrapolace je možná při stanovení únosností zatížení. Není však možná pro posouzení vyhověl/nevyhověl. S výše uvedenými změnami ve verzi 25.0 již výchozí síť poskytuje dostatečně přesné výsledky.
Model materiálu implementovaný v IDEA StatiCa (se sklonem zpevnění E/1000) vede k průměrnému nárůstu momentové únosnosti o 3 % ve srovnání s výsledky získanými s elastickým dokonale plastickým materiálem.