În timpul analizei oricărui model structural, un inginer trebuie să definească tipul fiecărei îmbinări dintre elemente. Deoarece modelul trebuie să reprezinte comportamentul real al structurii, inginerul trebuie să prevadă ce tip de îmbinare se potrivește cel mai bine.

O bună aproximare a modelului față de structura reală este importantă, în special în domeniul structurilor metalice, unde elementele liniare sunt utilizate cel mai frecvent. Structurile metalice sunt utilizate pe scară largă datorită eficienței lor.

Pentru a obține cele mai bune rezultate, proiectanții sunt adesea nevoiți să optimizeze nu doar secțiunile transversale ale elementelor, ci și proiectarea îmbinărilor.

În general, inginerul structurist trebuie să aleagă dintre 3 tipuri de bază de îmbinări clasificate în funcție de rigiditatea rostului:

• Articulat – rosturi care nu dezvoltă momente încovoietoare.
• Rigid – rosturi cu o modificare nesemnificativă a unghiurilor inițiale dintre elemente
• și un număr infinit de valori intermediare

În modelul de analiză structurală globală, primele două opțiuni sunt utilizate cel mai frecvent. Contrar acestui fapt, majoritatea îmbinărilor reale ale structurilor metalice aparțin celui de-al treilea grup.

Această clasificare este susținută atât de Eurocode, cât și de standardele AISC. Deși nomenclatura este diferită, semnificația este aceeași.

Pentru ambele coduri, există o serie de cerințe pentru o clasificare particulară. Dacă doriți să cunoașteți detaliile, puteți consulta bazele teoretice fie pentru Eurocode, fie pentru standardele AISC. Înainte de a trece direct la evaluări, unele noțiuni de teorie de bază și teorie avansată pot fi foarte utile.

Două situații problematice principale

• Rosturile considerate articulate în modelul de analiză globală se comportă semi-rigid în realitatea construcției (transmit momente încovoietoare în elementul conectat).
• Rosturile considerate rigide nu sunt suficient de rigide.

În principal din motive de fabricație și montaj, prima situație apare mai frecvent.

Unii ar putea spune că această inexactitate este pe partea sigură și, prin urmare, nu cauzează nicio problemă. Și da, momentele încovoietoare în deschidere sunt reduse în structura reală prin momentele de îmbinare la margini.

Dar este necesar să mergem mai departe: Nu este periculos pentru grinda în sine, ci pentru elementul la care grinda este conectată!

Demonstrație rapidă

Să arătăm importanța alegerii îmbinării corecte pentru scopul potrivit. (Și, de asemenea, consecințele unei îmbinări necorespunzătoare pentru analiza globală)

Dacă rezolvați îmbinarea standard a grinzii de plafon la grinda principală, veți avea multe alternative de îmbinare. Am ales trei dintre cele mai comune.

 Cu IDEA StatiCa Connection, puteți calcula rigiditatea îmbinării în câteva secunde. Pentru o comparație mai bună, am adăugat cazurile extreme cu rosturi Rigide și Articulate:

• Îmbinare rigidă
• Îmbinare 1 (S_j,ini = 6,7 MNm/rad)
• Îmbinare 2 (S_j,ini = 1,3 MNm/rad)
• Îmbinare 3 (S_j,ini = 0,5 MNm/rad)
• Îmbinare articulată

Impactul rigidității asupra momentelor încovoietoare

Impactul rigidității asupra tensiunilor efective (von Mises)

După cum puteți observa, în timp ce grinda este mai puțin solicitată odată cu creșterea rigidității îmbinării, grinda principală poate fi ușor suprasolicitată în unele cazuri.

Metoda obișnuită de lucru

Când inginerul structurist decide că rigiditatea reală a îmbinării trebuie luată în considerare (ceea ce ar trebui să se întâmple destul de des), există mai multe opțiuni de calcul.

• manual
• într-un șablon de calcul tabelar pregătit
• calcul cu software dedicat

Exemplu de analiză

• rezolvați o structură simplă cu 100 de elemente liniare din oțel,
• aceasta înseamnă 200 de capete de conectat.
• o astfel de structură poate conține 20 de tipuri diferite de îmbinări,
• aveți 10 cazuri de încărcare și 100 de combinații de încărcare generate.

Ar deveni un coșmar să rezolvați toate îmbinările pentru fiecare combinație de încărcare decisivă. De aceea calculați doar cele importante. Totuși, pot fi 10 îmbinări critice cu 2 - 6 elemente incluse, iar fluxul de lucru ar putea arăta astfel: 

 1 ) Deși extrem de consumatoare de timp, modelele de îmbinare și calculele rigidității lor ar putea fi fezabile. Cel puțin pentru prima rulare.

 2 ) După finalizarea analizei de rigiditate, puteți seta rigiditatea la rotire în rosturile modelului de analiză globală. O puteți importa

                    ca o valoare unică:

• dacă M_Ed este mai mic decât 2/3 M_j,Rd, puteți utiliza direct Rigiditatea Inițială a îmbinării
• dacă M_Ed este mai mare decât 2/3 M_j,Rd - proces iterativ

                   sau ca funcție neliniară:

 3 ) Cu parametrii de rigiditate actualizați puteți rula analiza globală, unde, desigur, vor fi calculate noi forțe interioare. Influența noilor setări poate fi minoră, dar și semnificativă în unele cazuri. Am rezolvat deja unele cazuri în trecut, astfel încât puteți consulta articolul din baza noastră de cunoștințe despre acest subiect.

 4 ) Acum trebuie să verificați și să revizuiți secțiunea transversală și proiectarea îmbinării. Dacă totul vă convine, aveți noroc și puteți trece la următoarea etapă de proiectare. Cel mai probabil vor fi necesare unele modificări ale proiectului inițial, astfel încât va trebui să reveniți la punctul 1 ) și să repetați procesul iterativ până când toate componentele de proiectare satisfac toate cerințele.

Metoda inteligentă de lucru

Cel mai bun instrument pentru calculul rigidității îmbinării în prezent este aplicația IDEA StatiCa Connection. Pentru simplificarea maximă a fluxului de lucru și economisirea unui timp prețios, puteți utiliza un link BIM pentru a exporta proiectul îmbinării din aplicația CAD în IDEA StatiCa Connection. 

Apoi setați tipul de analiză la Analiza de rigiditate și în câteva secunde obțineți parametrii de rigiditate. Pentru a fi cât mai eficient posibil, câteva sfaturi utile pentru analiza de rigiditate pot fi găsite în Centrul nostru de suport.

Fiecare analiză de rigiditate furnizează imediat aceste rezultate valoroase:

Toate valorile importante într-un singur tabel

Vizualizare grafică a valorilor calculate

Doriți să calculați rigiditatea îmbinării pe cont propriu cu IDEA StatiCa Connection? Urmați tutorialul pregătit pentru EN sau pentru standardul AISC. 

Procesul de verificare al noii aplicații s-a finalizat, iar studiile au fost publicate împreună cu echipe universitare. Puteți parcurge mai multe exemple de verificare.

Fapte importante

• Merită reținut că aceeași îmbinare poate fi clasificată diferit în funcție de lungimea elementului

• Rigiditatea inițială (S_j,ini) nu este influențată de momentul încovoietor de calcul (M_Ed), în timp ce acesta are impact doar asupra rigidității secante (S_j,s)

• Modificările parametrilor de rigiditate ai rosturilor afectează întotdeauna forțele interioare calculate în modelul de analiză globală

• În abordarea Eurocode, trebuie să faceți distincție între sistemele structurale contravântuite și necontravântuite, deoarece aceeași îmbinare poate fi clasificată ca Rigidă sau Semi-rigidă în funcție de contravântuire

• Dacă Sj,ini și Sj,s indică rigiditate infinită, aceasta înseamnă că curba de rigiditate este atât de abruptă încât face practic 90° în diagramă, astfel încât tangenta rezultă în infinit. Aceasta înseamnă întotdeauna o îmbinare rigidă, departe de limita clasei semi-rigide, astfel încât valorile exacte nu sunt importante.

Încercați IDEA StatiCa gratuit

Sunteți interesat de capacitățile IDEA StatiCa în analiza rigidității îmbinării? Nu există un moment mai bun pentru a încerca IDEA StatiCa decât acum! 

Începeți perioada de probă astăzi și bucurați-vă de 14 zile de acces complet și servicii gratuite.