Vergelijkende analyse van de verbindingsweerstand van CHS-verbindingen: CBFEM versus ontwerpcodes (EN, FprEN en AISC)

Beschrijving 

In deze studie werd de normaalkrachtweerstand van verbindingen van cirkelvormige holle profielen (CHS) onderzocht door resultaten van de component-gebaseerde Eindige Elementen Methode (CBFEM) te vergelijken met relevante Europese en Amerikaanse ontwerpcodes (EN 1993-1-8 en AISC 360-22). Er werden ook vergelijkingen gemaakt met het ontwerp van de nieuwe Europese ontwerpcode (Fpr EN 1993-1-8), die de meest recente stand van de techniek bevat.

De studie verifieerde het volledige geldigheidsgebied zoals gedefinieerd in de ontwerpcodes. Dit gebied specificeert het spectrum van verbindingsdoorsneden dat door de codes wordt gedekt, op basis van geometrische en materiaaleigenschappen die zijn vastgesteld via onderzoek en experimentele studies. Voor cirkelvormige holle profielen (CHS) omvatten deze eigenschappen diameter, wanddikte en staalklasse. Het geldigheidsgebied zorgt ervoor dat alleen de beoogde bezwijkmechanismen het gedrag van de verbinding bepalen; het sluit bijvoorbeeld gevallen uit waarbij lokale knik de verbindingsweerstand zou beïnvloeden.

De studie evalueerde een grote reeks doorsnedeparen met behulp van zowel normatieve procedures als de component-gebaseerde Eindige Elementen Methode (CBFEM). De analyses omvatten variaties in geometrische en materiaalparameters, zoals doorsnede-afmetingen, staalklasse, voorbelasting van de chord en de hoek van de diagonaal. Alle berekeningen werden geïmplementeerd met Python-scripts en uitgevoerd in een Python-omgeving. CBFEM-analyses werden uitgevoerd via de IDEA StatiCa Connection REST API.

Resultaten

EN 1993-1-8 en AISC 360-22 leveren nagenoeg identieke resultaten op, omdat ze op dezelfde methodologie zijn gebaseerd. De ontwerpnorm Fpr EN 1993-1-8 introduceert echter verbeteringen voor verbindingen van cirkelvormige holle profielen (CHS). Het ontwerp voorspelt een over het algemeen minder conservatieve weerstand dan EN 1993-1-8 — tot 55% voor de geselecteerde parameters — en de resultaten correleren beter met de component-gebaseerde Eindige Elementen Methode (CBFEM).

Voorbeeld van vergelijking van X-verbinding van CBFEM met Fpr EN 1993-1-8 met normaaalspanning in de chord

CBFEM-resultaten voor gevallen zonder voorbelasting van de chord komen over het algemeen overeen met de normatieve bepalingen. Wanneer de chord-staaf echter voorbelast is, wijken de CBFEM-resultaten af van de codes. Nader onderzoek zal worden uitgevoerd om te bepalen of de huidige weerstandsreductiefunctie van de codes voor voorbelaste chords verbetering behoeft.

Verificatievoorbeelden:

• Component-gebaseerd eindige elementen ontwerp van staalverbindingen: boekhoofdstuk CHS 
• Component-gebaseerd eindige elementen ontwerp van staalverbindingen: boekhoofdstuk RHS 

Toegang tot de volledige scriptie: Ontwerp van holle verbindingen: Vergelijking van ontwerpmethoden

GitHub met het volledige project: Ontwerp van holle verbindingen: Vergelijking van ontwerpmethoden