Badanie Wstępnie Kwalifikowanych Sejsmicznych Połączeń Momentowych - (AISC)

Wprowadzenie

W niniejszym badaniu The Ohio State University (OSU) podjął się weryfikacji niezawodności IDEA StatiCa przy analizie różnych typów wstępnie kwalifikowanych sejsmicznych połączeń stalowych. Wyniki porównano z uznanymi metodami: równaniami AISC, oprogramowaniem MES ABAQUS oraz wynikami pełnoskalowych badań laboratoryjnych.

Cel projektu

Celem projektu była ocena zachowania sejsmicznych połączeń stalowych uzyskanych z oprogramowania IDEA StatiCa pod kątem nośności, zdolności do obrotu oraz odpowiedzi moment-obrót. 

W tym celu wybrano cztery różne wstępnie kwalifikowane sztywne połączenia stalowe, które mogą być stosowane jako część pośredniej ramy momentowej (IMF) i specjalnej ramy momentowej zgodnie z AISC 358 (2016), oraz jedno połączenie momentowe przeznaczone do stosowania jako część zwykłej ramy momentowej zgodnie z AISC 341. 

Połączenie momentowe z przekrojem zredukowanym belki (RBS)

Połączenie momentowe z płytą czołową (EPM)

Połączenie momentowe ze spawaną nieuzbrojoną półką i spawanym środnikiem (WUF-W)

Połączenie momentowe ze spawaną nieuzbrojoną półką i środnikiem na śrubach (WUF-B)

Połączenie momentowe dwuteowe (double-tee)

Struktura projektu weryfikacyjnego

• Dla każdego typu połączenia wybrano jedno badanie eksperymentalne z literatury, jeden z testowanych próbek przyjęto jako model bazowy, a pięć dodatkowych wariantów próbek wybrano z tego samego badania lub opracowano w celu analizy.
• Zgodnie z wymaganiami AISC 341 (2016), AISC 358 (2016) i AISC 360 (2016) przeprowadzono sprawdzenia normowe dla każdego typu połączenia oraz obliczono nośności na zginanie.
• Te same próbki zamodelowano i przeanalizowano w IDEA StatiCa, obliczając ich nośności momentowe i tryby zniszczenia.
• Dla modelu bazowego każdego typu połączenia przeprowadzono analizę moment-obrót w IDEA StatiCa, a obliczoną krzywą plastycznego obrotu momentowego porównano z eksperymentalnie zmierzoną zależnością plastycznego obrotu momentowego podaną w raporcie z badań.
• W celu porównania wyników IDEA StatiCa z tradycyjnym podejściem MES opracowano równoważny model ABAQUS dla modelu bazowego każdego typu połączenia. Porównano rozkłady naprężeń i odkształceń oraz zależności moment-obrót.
• Wyniki uzyskane z badań, obliczeń projektowych AISC, IDEA StatiCa i ABAQUS zostały ocenione, a następnie sformułowano zalecenia.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone przez OSU wykazuje, że podejście IDEA StatiCa stanowi wiarygodne narzędzie do obliczania nośności momentowych i przewidywania trybów zniszczenia różnych połączeń stalowych. W szczególności badania wykazały średnie odchylenie na poziomie 2–13% między obliczeniami uzyskanymi z IDEA StatiCa a wynikami według wytycznych AISC. Różnica ta, w swoim maksimum, może być przypisana specyfice typów połączeń spawanych oraz założeniom dotyczącym lokalizacji przegubów plastycznych. 

Wyniki badania potwierdziły zdolność oprogramowania do dostarczania precyzyjnych informacji na temat zachowania konstrukcji, podkreślając jego użyteczność w świecie inżynierii.