Analiza wyboczenia złącza stalowego

Wyboczenie zazwyczaj nie jest istotnym zagadnieniem w złączach. Należy jednak sprawdzić, czy nie występują problemy z wyboczeniem oraz czy wyniki analizy nośności, która wykorzystuje wyłącznie geometrycznie liniową analizę, są poprawne.

IDEA StatiCa Connection może przeprowadzić liniową analizę wyboczenia modelu złącza. Wyniki są prezentowane w postaci postaci wyboczenia. Dla każdej postaci wyboczenia obliczane jest obciążenie krytyczne, przy którym następuje wyboczenie modelu doskonałego. Obciążenie krytyczne jest przedstawiane jako mnożnik obciążenia działającego na złącze. Na podstawie postaci wyboczenia i mnożnika obciążenia krytycznego użytkownik może określić bezpieczny projekt ze względu na wyboczenie.

Niektóre normy, np. Eurocode (EN 1993-1-1, rozdział 5.2.1), zalecają mnożnik obciążenia krytycznego wyższy niż 15 dla modeli prętowych konstrukcji. Jeśli mnożnik obciążenia krytycznego jest wyższy niż 15, norma nie wymaga sprawdzenia wyboczenia elementów.

W przypadku złączy sytuacja jest inna i norma nie zawiera żadnych szczegółowych zaleceń. Projektowanie ze względu na lokalne wyboczenie musi być rozwiązane w inny sposób. Ogólnie lokalne wyboczenie można podzielić na trzy grupy:

1. Blachy łączące poszczególne elementy
2. Blachy usztywniające w złączu – usztywnienia, żebra, krótkie skosy
3. Przekroje zamknięte i cienkościenne

Wyboczenie blach z grupy 1 wpływa na postać wyboczenia całego elementu. Dlatego zaleca się stosowanie do tych blach tych samych zasad co dla tych elementów, tj. przyjmowanie bezpiecznego mnożnika obciążenia krytycznego równego 15 i więcej. Inżynier konstruktor powinien zweryfikować, czy rzeczywiste wykonanie złącza odpowiada warunkom brzegowym modelu zastosowanego do analizy wyboczenia całej konstrukcji.

Blachy z grupy 2 wpływają na lokalne wyboczenie złącza. Dla takich blach bezpieczna granica mnożnika obciążenia krytycznego równa 15 jest zachowawcza, jednak brakuje szczegółowych wytycznych w normach. Wytyczne są dostarczone przez artykuły badawcze , które zalecają bezpieczną granicę mnożnika obciążenia krytycznego równą 3.

Wyboczenie blach i elementów z grupy 3 jest bardzo problematyczne i konieczna jest indywidualna ocena każdego konkretnego przypadku.

Dla blach z mnożnikiem obciążenia krytycznego mniejszym niż sugerowane wartości (15 dla grupy 1, 3 dla grupy 2) nie można stosować projektowania plastycznego. W takim przypadku wymagane są inne metody projektowania połączenia:

• Sprawdzenie normowe według odpowiedniej normy projektowej, np. Eurocode lub AISC Specification lub Design Manual
• Metoda ogólna według EN 1993-1-5 Załącznik B – Elementy niejednorodne, w której wyniki MNA i LBA są wykorzystywane do wyznaczenia nośności na wyboczenie smukłych blach
• Geometrycznie i materiałowo nieliniowa analiza z imperfekcjami dostępna w aplikacji IDEA StatiCa Member

Wynik liniowej analizy wyboczenia w IDEA StatiCa Connection nie jest ostatecznym sprawdzeniem normowym. Normy nie zawierają wystarczających wytycznych. Ocena wymaga inżynierskiego osądu, a IDEA StatiCa dostarcza unikatowych narzędzi niedostępnych w standardowym oprogramowaniu projektowym.

Blacha węzłowa jako przedłużenie kratownicy – przykład blachy z grupy 1, dla której wyboczenie można pominąć, jeśli współczynnik wyboczenia krytycznego jest wyższy niż 15

Przykłady postaci wyboczenia blach z grupy 2, dla których wyboczenie można pominąć, jeśli współczynnik wyboczenia krytycznego jest wyższy niż 3

Model stosowany do analizy wyboczenia jest podparty inaczej niż ustawiony przez użytkownika w typie analizy naprężenie-odkształcenie (EPS). Element nośny pozostaje w pełni podparty. Typ modelu belki ustawiony jako N-Vy-Vz-Mx-My-Mz (swobodny w typie analizy naprężenie-odkształcenie) jest w pełni podparty w analizie wyboczenia. Wszystkie pozostałe typy analizy belki mają zablokowane momenty gnące i siłę normalną, ale są swobodne do przemieszczenia w kierunku poprzecznym.

• Typ modelu N-Vy-Vz-Mx-My-Mz: podpory w modelu wyboczenia: N-Vy-Vz-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vy-Vz: podpory w modelu wyboczenia: N-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vz-My: podpory w modelu wyboczenia: N-Mx-My-Mz
• Typ modelu N-Vy-Mz: podpory w modelu wyboczenia: N-Mx-My-Mz

Przyjmuje się, że w przypadku złącza sztywnego użytkownik zadaje moment gnący i wyboczenie krótkiego segmentu belki nie jest istotne. Z drugiej strony, w przypadku złącza przegubowego użytkownik zadaje jedynie siłę normalną i poprzeczną bez momentu gnącego, ale wyboczenie elementu przegubowego jest istotne, więc przyczynia się do współczynnika wyboczenia. Patrz rysunek poniżej. „Model" przedstawia model w typie analizy naprężenie-odkształcenie, a „Wyboczenie" przedstawia model w analizie wyboczenia.