Kolomlijfverstijver

Beschrijving

Het doel van deze studie is een verificatie van de component-based finite element method (CBFEM) van een klasse 4 kolomlijfverstijver in een balk-kolomverbinding met een onderzoeks-FEA-model (RFEM) gemaakt in Dlubal RFEM software en de componentenmethode (CM).

Onderzoeks-FEA-model

Het onderzoeks-FEA-model (RFEM) wordt gebruikt om het CBFEM-model te verifiëren. In het numerieke model worden 4-knooppunt vierhoekige schaalselementen met knooppunten in de hoeken toegepast. Geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties (GMNIA) wordt toegepast. Equivalente geometrische imperfecties worden afgeleid uit de eerste knikvorm, en de amplitude wordt ingesteld volgens Bijlage C van EN 1993-1-5:2006. Het numerieke model is weergegeven in Fig. 6.3.1.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}\]

CBFEM

De ontwerpprocedure voor slanke platen is beschreven in paragraaf 3.10. De lineaire knipanalyse is geïmplementeerd in de software. De berekening van de rekenwaarden van de weerstand wordt uitgevoerd volgens de ontwerpprocedure. F_CBFEM wordt door de gebruiker geïnterpoleerd totdat ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 gelijk is aan 1. Een balk-kolomverbinding met een slanke kolomlijfverstijver wordt bestudeerd. Hetzelfde dwarsdoorsnedeprofiel wordt gebruikt voor de balk en de kolom. De dikte van de kolomlijfverstijver varieert. De geometrie van de voorbeelden is beschreven in Tab. 6.3.1. De verbinding wordt belast door een buigend moment.

Tab. 6.3.1 Overzicht van voorbeelden

Globaal gedrag en verificatie

Het globale gedrag van een balk-kolomverbinding met een slanke kolomlijfverstijver van 3 mm dikte, beschreven door het moment-rotatediagram in het CBFEM-model, is weergegeven in Fig. 6.3.2. De aandacht is gericht op de belangrijkste kenmerken: rekenwaarde van de weerstand en kritische belasting. Het diagram is aangevuld met een punt waar vloeien begint en de weerstand bij 5% plastische rek.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}\]

Verificatie van de weerstand

De rekenwaarde van de weerstand berekend met CBFEM IDEA StatiCa software wordt vergeleken met RFEM. De vergelijking is gericht op de rekenwaarde van de weerstand en de kritische belasting. De resultaten zijn weergegeven in Tab. 6.3.2. Het diagram in Fig. 6.3.3 c) toont de invloed van de dikte van de kolomlijfverstijver op de weerstanden en kritische belastingen in de onderzochte voorbeelden.

Tab. 6.3.2 Rekenwaarden van de weerstand en kritische belastingen van RFEM en CBFEM

De resultaten tonen een zeer goede overeenkomst in kritische belasting en rekenwaarde van de weerstand. Het CBFEM-model van de verbinding met lijfverstijver met een dikte van 3 mm is weergegeven in Fig. 6.3.3a. De eerste knikvorm van de verbinding is weergegeven in Fig. 6.3.3b.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}\]

Verificatiestudies hebben de nauwkeurigheid van het CBFEM-model bevestigd voor de voorspelling van het gedrag van een kolomlijfverstijver. De resultaten van CBFEM worden vergeleken met de resultaten van het RFEM. Alle procedures voorspellen een vergelijkbaar globaal gedrag van de verbinding. Het verschil in rekenwaarde van de weerstand is in alle gevallen kleiner dan 10%.

Benchmarkvoorbeeld

Invoer

Balk

• Staal S235
• Flensdikte t_f = 20 mm
• Flensbreedte b_f = 400 mm
• Lijfdikte t_w = 12 mm
• Lijfhoogte h_w = 600 mm

Kolom

• Staal S235
• Flensdikte t_f = 20 mm
• Flensbreedte b_f = 400 mm
• Lijfdikte t_w = 12 mm
• Lijfhoogte h_w = 560 mm
• Profielhoogte h = 600 mm

Bovenste kolomlijfverstijver

• Staal S235
• Verstijverdikte t_w = 20 mm
• Verstijverbreedte h_w = 400 mm

Onderste kolomlijfverstijver

• Staal S235
• Verstijverdikte t_w = 3 mm
• Verstijverbreedte h_w = 400 mm

Norminstelling – Model en mesh

• Aantal elementen op het grootste lijf of de grootste flens van de staaf: 24

Uitvoer

• Plastische weerstand CBFEM = 589 kNm
• Rekenwaarde knikweerstand CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Kritische knipfactor (voor rekenwaarde knikweerstand = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Belastingsfactor bij 5% plastische rek α_ult,k = Plastische weerstand CBFEM / Rekenwaarde knikweerstand CBFEM = 589/309 = 1,91