Analiza porównawcza nośności połączeń RHS: CBFEM a normy projektowania (EN, FprEN i AISC)

Opis 

W niniejszym badaniu zbadano nośność na siłę normalną połączeń rur okrągłych (CHS), porównując wyniki metody elementów skończonych opartej na komponentach (CBFEM) z odpowiednimi europejskimi i amerykańskimi normami projektowania (EN 1993-1-8 oraz AISC 360-22). Porównania przeprowadzono również z projektem nowej europejskiej normy projektowania (FprEN 1993-1-8), która zawiera najnowszy stan wiedzy.

Badanie zweryfikowało pełny zakres stosowalności zdefiniowany w normach projektowania. Zakres ten określa spektrum przekrojów połączeń objętych normami, na podstawie właściwości geometrycznych i materiałowych ustalonych w wyniku badań i doświadczeń eksperymentalnych. Dla rur okrągłych (CHS) właściwości te obejmują średnicę, grubość ścianki oraz gatunek stali. Zakres stosowalności zapewnia, że tylko zamierzone formy zniszczenia decydują o odpowiedzi połączenia; wyklucza na przykład przypadki, w których wyboczenie lokalne mogłoby wpływać na nośność połączenia.

W badaniu oceniono dużą liczbę par przekrojów, stosując zarówno procedury normowe, jak i metodę elementów skończonych opartą na komponentach (CBFEM). Analizy obejmowały zmienność parametrów geometrycznych i materiałowych, takich jak wymiary przekrojów, gatunek stali, wstępne obciążenie pasa oraz kąt krzyżulca. Wszystkie obliczenia zostały zaimplementowane za pomocą skryptów Python i wykonane w środowisku Python. Analizy CBFEM przeprowadzono za pośrednictwem IDEA StatiCa Connection REST API.

Wyniki

EN 1993-1-8 i AISC 360-22 dają niemal identyczne wyniki, ponieważ opierają się na tej samej metodologii. Projekt normy FprEN 1993-1-8 wprowadza jednak ulepszenia dla połączeń rur okrągłych (CHS). Projekt przewiduje ogólnie mniej zachowawczą nośność niż EN 1993-1-8 — nawet o 55% dla wybranych parametrów — a jego wyniki lepiej korelują z metodą elementów skończonych opartą na komponentach (CBFEM).

Przykład porównania złącza X metodą CBFEM z FprEN 1993-1-8 z naprężeniem normalnym w pasie

Wyniki CBFEM dla przypadków bez wstępnego obciążenia pasa są ogólnie zgodne z postanowieniami norm. Gdy element pasa jest wstępnie obciążony, wyniki CBFEM odbiegają jednak od norm. Przeprowadzone zostaną dalsze badania w celu ustalenia, czy aktualna funkcja redukcji nośności stosowana w normach dla wstępnie obciążonych pasów wymaga poprawy.

Przykłady weryfikacji:

• Projektowanie połączeń stalowych metodą elementów skończonych opartą na komponentach: rozdział książki CHS 
• Projektowanie połączeń stalowych metodą elementów skończonych opartą na komponentach: rozdział książki RHS 

Pełna praca dostępna tutaj: Projektowanie złączy rur: Porównanie metod projektowania

GitHub z całym projektem: Projektowanie złączy rur: Porównanie metod projektowania