Baza wiedzy

Ulepszenia modelu obliczeniowego w IDEA StatiCa wersja 21.0

Steel

Connection

Member

AISC (USA)

CBFEM

EN (Eurocode)

Ten artykuł jest również dostępny w:

Przetłumaczone przez AI z języka angielskiego

Dla IDEA StatiCa Connection i Member model został ulepszony poprzez wprowadzenie skondensowanego elementu na końcach krócieców elementów. Skondensowany element symuluje sprężyste zachowanie części elementu. Krócice elementów symulowane przez elementy powłokowe mogą być teraz krótsze, co prowadzi do krótszego czasu obliczeń.

Model połączenia został znacznie ulepszony poprzez wprowadzenie skondensowanego elementu. Element ten jest dodawany za końcem krócica i ma takie same właściwości jak sprężysty model powłokowy elementu. Jest to tylko jeden element, ale pozwala na swobodny rozwój odkształceń sprężystych i naprężeń na końcach elementów. Dzięki temu część elementu składająca się z elementów powłokowych może być krótsza, a mimo to poprawia zachowanie modelu. Domyślna długość zarówno przekrojów otwartych, jak i zamkniętych modelowanych przez elementy powłokowe jest zmniejszona do 1,25 × większego z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego. Długość skondensowanego elementu wynosi 4 × większego z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego (superelement nie jest widoczny dla użytkownika końcowego). Jedynym wyjątkiem są liniowe analizy wyboczeniowe i analizy sztywności, gdzie długość skondensowanego elementu wynosi 0,5 × większego z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego. Powodem jest utrzymanie postaci wyboczenia w wewnętrznych blachach połączenia, a nie w elementach.

Główne korzyści tej zmiany to:

30 % krótszy czas obliczeń (średnio dla dużej liczby projektów)
Szybsza wizualizacja wyników
Dokładniejsze modelowanie połączeń przekrojów zamkniętych

Zmiana ta została pierwotnie wprowadzona w celu poprawy analizy połączeń przekrojów zamkniętych, jednak korzyści dotyczą wszystkich modeli.

Jakie są główne konsekwencje? Niektóre wyniki zmieniają się między wersjami, niemniej jednak IDEA StatiCa przeprowadza dużą liczbę automatycznych testów. W zdecydowanej większości przypadków różnica w wynikach była poniżej 1 %. Jednak w niektórych przypadkach różnice są większe. Są to następujące przypadki:

Przekrój poprzeczny odkształca się na końcu modelu powłokowego

Ten efekt był głównym powodem wprowadzenia zmiany. Przekrój poprzeczny może teraz odkształcać się na końcach modelu składającego się z elementów powłokowych. Złącza przekrojów zamkniętych wymagają stosunkowo długich elementów – do 10 razy średnicy przekroju poprzecznego. W przeciwnym razie warunki brzegowe mogą wpływać na nośność złącza. Poprzez wprowadzenie skondensowanego elementu za częścią modelu składającą się z elementów powłokowych, obliczenia są znacznie szybsze przy tej samej dokładności.

Należy zauważyć, że skondensowany element ma wyłącznie właściwości sprężyste. Odkształcenia plastyczne nie powinny sięgać końców elementów. W przeciwnym razie mogą wpływać na nośność połączenia.

Krótsze krócice elementów nie uplastyczniają się na końcach

Jest to problem dotyczący np. wsporników słupów silnie obciążonych ścinaniem przez siłę działającą bardzo blisko połączenia. Przy krótszych elementach moment gnący na końcu elementu jest mniejszy.

Jeśli króciec elementu nadal ulega zniszczeniu na zginanie, alternatywnym rozwiązaniem jest zamodelowanie elementu jako elementu usztywniającego i użycie fikcyjnego elementu do przyłożenia siły poprzecznej.

Skręcanie

Swobodne wypaczenie było ograniczone przez więzy wielopunktowe łączące węzeł z końcem belki. Więzy te służą do przykładania obciążeń do modelu. Teraz skondensowany element przesuwa ograniczenia dalej i element może się odkształcać. Skutkuje to większym bimomentem (momentem wypaczającym) w połączeniu.

Jest to często spotykane w przypadku jednostronnego złącza belki drugorzędnej z belką główną. Należy pamiętać, że wymiarowanie elementu musi być przeprowadzone oddzielnie, a także że bimoment wywołany wypaczeniem jest bardzo często pomijany przez oprogramowanie, lecz musi być uwzględniony. Nośność na wypaczenie elementów o przekrojach otwartych jest zaskakująco niska.

Uproszczone obciążenie / Obciążenia w równowadze

Przy stosowaniu uproszczonego obciążenia i wybraniu elementu ciągłego jako nośnego, siły wewnętrzne są różne, ponieważ długości elementów zmieniły się z 1,5 × h na (1,25 + 4) × h.

Siły wewnętrzne są różne
Panel środnika słupa na ścinanie jest bardziej obciążony. Niemniej jednak opcja obciążeń w równowadze jest niezbędna do prawidłowego odwzorowania zachowania elementu ciągłego.

Stosowanie opcji Obciążenia w równowadze jest zawsze zalecane.

Zmniejszona nośność powłoki na zginanie dla przekrojów zamkniętych

Nośności złączy przekrojów zamkniętych według norm są wyznaczane metodą trybów zniszczenia (Failure Mode Method), która wykorzystuje modele dopasowania krzywych wyznaczone na podstawie badań i zaawansowanych modeli numerycznych. Metoda ta jest wdrożona we wszystkich normach. Aktualnie najbardziej aktualnym stanem wiedzy jest projekt prEN 1993-1-8:2022. Rzeczywista konstrukcja zawiera wstępne imperfekcje i naprężenia resztkowe, które nie są uwzględniane przez modele powłokowe w IDEA StatiCa Connection. Aby osiągnąć lepszą zgodność z wynikami norm, wpływ naprężeń resztkowych i wstępnych imperfekcji został wprowadzony do modeli IDEA StatiCa poprzez redukcję nośności na zginanie powłok przekrojów zamkniętych o wysokim stosunku D/(2t). Pozwala to na zmniejszenie nośności trybów zniszczenia złączy przy zachowaniu normalnej i giętnej nośności elementów o przekrojach zamkniętych. Redukcja plastycznej nośności elementów powłokowych zależy od współczynnika \(\gamma = \frac{D_0}{2t_0}\):

Te łączne zmiany pozwoliły nam osiągnąć bliską zgodność z wynikami metody trybów zniszczenia (FMM) zawartej w normach projektowych. Zgodność między IDEA StatiCa Connection a FMM przedstawiono na poniższych rysunkach.