Boyuna bağlantı elemanlarının güçlendirilmesi (EN)

Boyuna bağlantı elemanı, çelik salon yapılarında güvenilir ve yaygın olarak kullanılan bir elemandır. IDEA StatiCa Member'ın simülasyonu tarafından sağlanan doğru hesaplamalar sayesinde, mühendisler artık burkulma uzunluğu tahminlerini azaltabilir ve eksantrik birleşimlerin genel bağlantı elemanı davranışı üzerindeki etkisini hesaba katabilir.

Yapı hakkında temel bilgiler

Salon 8,3 metre genişliğinde, 22,6 metre uzunluğunda ve 2,3 metre yüksekliğindedir. Analizin kritik elemanı, eksantrik bir köşe plakası üzerinde IPE 180'e kaynaklı 50x50x3 mm SHS profildir.

Elle hesaplama - eksenel ve eğilme dayanımı 

Gelişmiş analiz yapabilmek için kritik elemanın davranışını elle hesaplamak ve anlamak büyük önem taşımaktadır. Elle hesaplama EN 1993-1-1 kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Hesaplamada, tasarım eksenel kuvveti ile köşe plakasının eksantrikliğinden ve öz ağırlıktan kaynaklanan eğilme momentleri dikkate alınmaktadır. Öz ağırlığın yönetmelik kontrolü ve kullanım oranı üzerindeki etkisi küçüktür. Bu yük durumu, SEY yaklaşımı için ihmal edilecektir.

Elle hesaplama - eksenel ve eğilme dayanımı

Elle hesaplama yaklaşımına göre, birleşik basınç ve eğilme altındaki eleman kararlılık kontrolünün başarısız olduğu açıkça görülmektedir. Kullanım oranı %145'tir. 

Elle hesaplamanın eksiklikleri:

• Hesaplama varsayımları mafsallı birleşimleri esas almakta ve birleşimlerin gerçek rijitliğini dikkate almamaktadır.
• Kritik uzunluk tahmini, gerçek rijitlik dikkate alınmaksızın birleşim düzenlemelerine dayanmaktadır.
• Modelin davranışının görsel bir temsili bulunmamaktadır. Denkleme, özellikle girdiğiniz katsayıya körü körüne güvenmek zorunda kalırsınız.
• Yapıdaki kritik nokta, yapılan varsayımlar nedeniyle gözden kaçırılabilir. 
• Deneyimsiz (genç) mühendislerin yanlış başlangıç varsayımları ölümcül hatalara yol açabilir.
• Tasarım yönetmeliği yaklaşımında bazı katsayıların belirlenmesi, özellikle C_my, C_mz ve C_mLT katsayıları için bazı durumlarda karmaşıktır.

Güçlendirilmemiş  model

Yeni proje

IDEA StatiCa'yı başlatın-->Çelik-->Member.

Daha sonra ayarlanıp geliştirilebilecek temel bir model oluşturmak için gerekli adımları izleyin.

Tasarım

Rijit destek elemanı

Rijit destek elemanını etkinleştirmek için CON1 ve CON2'yi seçin, ardından özellik ızgarasındaki onay kutusunu işaretleyin.

Rijit destek elemanının sahnede nasıl görüntülendiğini gözlemleyebilirsiniz. Bir sonraki adım, modeldeki tüm yükleri kaldırmaktır.

Yük

Boyuna bağlantı elemanı eksenel olarak yüklenmektedir. -38,7 kN'luk tasarım basınç kuvveti, analiz edilen elemanın ucuyla ilişkilidir.

Yapının öz ağırlığı, elemanın düşük ağırlığı nedeniyle davranış üzerinde küçük bir etkiye sahiptir. Bu yük ihmal edilmektedir.

Sınır koşulu

Köşe plakası IPE 180'e kaynaklıdır. Benzer bir sınır koşulunu simüle etmek için CON1 için altı serbestlik derecesinin tamamının kısıtlandığından emin olun.

Yük sekmesinde önceden tanımlanmış eksenel yük nedeniyle CON2 için yerel X yönündeki mesnedin serbest bırakılması gerekmektedir.

Birleşim

Şimdi birleşimleri oluşturma zamanı. Sadece CON1 ve Birleşimi düzenle seçeneğini seçin.

CON1'i düzenleyin ve birleşimi oluşturun. Bağlantı plakası imalat işlemini seçin ve parametreleri ayarlayın.

IDEA StatiCa Connection penceresi birkaç saniye içinde açılacaktır. Gerekli işlemi ekleyerek birleşimi adım adım oluşturun. Bağlantı plakası CPL1 imalat işlemini ekleyin ve parametrelerini aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ayarlayın.

Bir sonraki adımda plaka düzenleyicisinde dil ve köşe plakasının geometrisini ayarlayın.

Şimdi CON1'i kapatıp kaydedebilirsiniz.

CON1 ayarlandı. Şimdi CON2'ye tıklayın ve Son birleşim özelliğini kullanarak aynı birleşimi CON2'ye uygulayın ve birleşimi IDEA StatiCa Connection'da açın.

CON2 birleşimindeki köşe plakasının ters eksantrikliği nedeniyle Hizalamayı Arka'ya değiştirin.

Son modelin üstten görünümü şu şekilde olacaktır:

Kontrol

Malzeme Doğrusal Olmayan Analiz

Malzeme Doğrusal Olmayan Analiz (MNA), malzeme plastisitesini dikkate alır ve modelin eşdeğer gerilmesi ile plastik gerinimi hakkında değerli bilgiler sağlar. Bu analiz, cıvata ve kaynak yönetmelik kontrollerine odaklanmaz; bunların ayrı bir Connection modelinde kontrol edilmesi gerekir.

Kontrol sekmesine geçin ve MNA'yı çalıştırın.

Eşdeğer gerilmeyi açabilir ve tüm eleman üzerindeki alan çıktısını kontrol edebilirsiniz. Gerilme açısından kritik nokta birleşimin kendisinde tespit edilmektedir.

Deformasyonlar, her iki taraftaki birleşimlerin eksantrikliklerinden kaynaklanan eğilmeyi ve ek gerilmeleri göstermektedir.

Doğrusal Burkulma Analizi

Burkulma analizi, basınç yükleri altında yapı göçmesini öngörmek için vazgeçilmez bir araçtır. Kararlılığı değerlendirir ve burkulma veya çökmeden önce kritik yük kapasitesini tahmin eder. Bu yöntem, yapısal bütünlüğün ve güvenliğin sağlanması açısından büyük önem taşımaktadır.

Analizden elde edilen çıktılar: 

• Kritik alfa faktörü 
• Burkulma şekilleri

Doğrusal Burkulma Analizi (LBA) birkaç önemli çıktı sağlamaktadır. Birinci burkulma şekli, 1,63 x N_ed faktörüyle düşük bir kararlılık kaybı göstermektedir. Ancak simetrik kesit dikeyliği nedeniyle ikinci mod şekli 1,90 gibi daha yüksek bir faktöre ulaşmaktadır. Yaklaşan analizde modların karşılıklı etkileşimini akılda tutmak önemlidir.

Geometrik ve Malzeme Doğrusal Olmayan Analiz ile Kusur (GMNIA) analizine başlamak için başlangıç durumu yerel kusur olarak ayarlanmalıdır. EN 1993-1-1, Md. 5.3.2 (3)'e göre yerel kusur dikkatli bir şekilde seçilmelidir. Kusurları girmeden önce, kritik olanları seçmek için değişen işaretlerle seçeneklerin permütasyonu yapılması gerekmektedir (2). Yalnızca kritik kullanım oranına işaret eden kusurlar nihai analiz için kullanılmalıdır (3). Doğru ve güvenilir bir analiz sağlamak için kusurları seçerken titiz olmak önemlidir.

Kusurlu Geometrik ve Malzeme Doğrusal Olmayan Analiz

GMNIA, yapıların aşırı yükler altındaki davranışını incelemek için mühendislikte kullanılan bir analiz türüdür. Bu analiz, bir yapının geometrik doğrusal olmayanlığını (şekil değişiklikleri) ve malzeme doğrusal olmayanlığını (malzeme özelliklerindeki değişiklikler) ile yapıda mevcut olan başlangıç kusurlarını veya deformasyonları dikkate alır. Bu faktörleri göz önünde bulundurarak mühendisler, bir yapının yük altında nasıl davranacağını daha iyi anlayabilir ve tasarım ile güvenlik konusunda bilinçli kararlar alabilir.

Analiz, LBA'nın kusurundan elde edilen başlangıç deforme şeklini kullanarak her artımda denge arar. Denge bulunamazsa çözüm durur.

• Malzeme doğrusal olmayanlığı, malzeme artık elastik olarak deformasyon yapamadığında ve plastik olarak akmaya başladığında ortaya çıkar; bu durum davranışında bir değişikliğe neden olur.
• Kararlılık sorunları, yapının denge eksikliği nedeniyle daha fazla iterasyon yapamaması ve bir çatallanma noktasına ulaşılması durumunda ortaya çıkar.

GMNIA'yı çalıştırın. Sonuçlar, kirişin kararlılığını yitirdiğini kanıtlamaktadır. Plastisite potansiyeline ulaşılmak yerine hesaplama durmuştur.

Deformasyonlar

Güçlendirilmemiş bölüm için sonuç

Analiz sonuçları, elle hesaplama sırasında yapılan başlangıç varsayımlarını doğrulamaktadır. Elle hesaplama, kullanım oranının %145 olduğunu göstermektedir; bu değer biraz yüksektir. Ancak hesaplama, bir kararlılık sorunu nedeniyle GMNIA tarafından %91,4'te durdurulmuştur. Plastisite potansiyeline ulaşılmadığını belirtmek gerekir. Varsayımlarımızla karşılaştırıldığında, GMNIA'nın kullanım oranı değeri 1/0,914 = %109'dur.

Kararlılığı sağlamak için modelin güçlendirilmesi önerilmektedir. Mevcut salondaki elemanların değiştirilmesinin güçlüğü nedeniyle odak noktası bunların güçlendirilmesi olacaktır. IDEA StatiCa Member, elemanların güçlendirilmesi sürecini kapsayacaktır.

Güçlendirmeli model

Mevcut kesit, cıvatalar kullanılarak birleştirilen başka bir kesitle güçlendirilecektir. 

Mevcut projenin kopyası

Başlamanın en kolay yolu, önceden tanımlanmış tüm malzemeler, imalat süreçleri ve statik düzenlemeler dahil olmak üzere mevcut modeli kopyalamaktır.

Yeni proje

IDEA StatiCa'yı başlatın-->Çelik-->Member ve kopyalanan modeli Açın.

Tasarım

Analiz edilen AM1(1) elemanını değiştirin. Yeni Kesit(2) tanımlayın-->Genel Kesit Tasarımcısına(3) gidin
-->Önceden tanımlanmış kesiti İçe aktarın (4)-->General_Section.ideaGcss(5) dosyasını seçin.

Bu, önceden tanımlanmış genel kesitin şablonudur. Orijinal kesit, CFomega kesiti kullanılarak güçlendirilmiştir.

Aşağıdaki model oluşturulan yapıyı göstermektedir. Ancak kritik bir uyarı olarak, eleman soğuk şekillendirilmiş kesitlerden oluşmakta ve kaynaklanamaz; bu da kesitin birleştirilemeyeceği ve bütünlüğün garanti edilemeyeceği anlamına gelmektedir.

Kesitler bağımsız olarak davranmaktadır. 

Elemanı düzenlemeden önce, standart kütüphanede bulunmayan M6 cıvatası için kullanıcı tanımlı bir montaj oluşturun. Malzemeler-->Cıvata montajı-->Parametreleri aşağıdaki tabloya göre düzenleyin-->Hilti M6 olarak kaydedin.

İki bağımsız kesiti cıvatalarla birleştirmek için bir Ara düğüm ekleyin; Mutlak konumlar elemanın başından 1,5 m olarak ayarlanmıştır. CON3'ü düzenleyin.

Birleşim

CON3, kullanıcının tüm kiriş uzunluğu boyunca cıvatalı bir birleşim oluşturmasına olanak tanır. Üreticinin Bağlantı elemanı ızgarası veya Temas işlemini seçin.

Aşağıdaki öneriye göre cıvataların özelliklerini ve düzenini girin:

Modelin Member uygulamasındaki görünümü budur.

Kontrol

Malzeme Doğrusal Olmayan Analiz

Kontrol sekmesine geçin ve MNA'yı çalıştırın. Analiz, plastisite yaşayan ve maksimum gerilmeye maruz kalan bölgeleri gösterecektir.

Deformasyon, elemanın cıvata birleşimi sayesinde birlikte çalıştığını kanıtlamaktadır. 

Doğrusal Burkulma Analizi

Doğrusal Burkulma Analizi hesaplamasını başlatın. Kesit güçlendirmesi nedeniyle birinci burkulma şekli değişmiştir; bu, dikey yönde saf eğilme modudur. Burkulma faktörü artmıştır.

İkinci mod şeklinde, kirişin her iki ucunda eş zamanlı olarak yanal eğilme ve kesit bozulması meydana gelmektedir.

Burkulma faktörleri birbirine yakın olduğundan, modların etkileşiminin oluşturulması basınç altındaki tüm olası deformasyonların yakalanmasını garanti eder. İki burkulma modunun karşılıklı etkileşimini oluşturmak için dört kusur kombinasyonu gerekmektedir.

Kritik mod kombinasyonlarını belirlemenin pratik yolu, modeli aşırı yüklemektir. Bu, plastik gerinim, deformasyonlar veya tamamlanmamış GMNIA hesaplamaları (güçlendirilmemiş model için yaklaşım) gibi belirtileri ortaya çıkaracaktır.

 Kusurlu Geometrik ve Doğrusal Olmayan Analiz

Kusurlar dikkatli bir şekilde seçildikten ve GMNIA çalıştırıldıktan sonra, birleşimdeki kritik nokta eşdeğer gerilme aracılığıyla tespit edilmiştir. Analizin herhangi bir kararlılık sorunu olmaksızın %100 tamamlanmış olması, elemanın ve tüm bileşenlerinin güvenliğini sağlayarak tasarımın iyi bir kanıtıdır.

Önceki analiz adımından elde edilen geometrik doğrusal olmayanlık ve kusurlu şekle dayanarak, ikinci mertebe sehimin gelişimini gözlemleyebilirsiniz.

Rapor

Analiz adımlarınızın ve yönetmelik kontrollerinizin özetini otomatik olarak oluşturmak için Rapor sekmesine tıklayın; bu özet PDF veya Word belgesi olarak kaydedilebilir.

Özet 

Bu eğitim, okuyuculara hem elle hesaplamalar hem de SEY kullanarak boyuna bağlantı elemanları gibi yapıların değerlendirilmesinde yer alan süreç hakkında kapsamlı bir anlayış kazandırmayı amaçlamaktadır. Elle hesaplamalarla yönetmelik kontrolü ile SEY gelişmiş analizi arasındaki karşılaştırma, okuyucuların bilinçli kararlar almasını ve iki yaklaşım arasındaki farklılıklar hakkında değerli bilgiler edinmesini sağlayacaktır.

Çıkarımlar: 

• Elle hesaplamalar, ön tasarım için mükemmel bir araçtır.
• Kritik uzunluk tahmini, gerçek rijitlik dikkate alınmaksızın birleşimlerin görünümüne dayanmaktadır.
• Başlangıç varsayımlarınız gelişmiş SEY analizi ile doğrulanmış ve modelin işlevselliği görsel olarak temsil edilmiştir.
• Birleşim rijitliğinin, eksantrikliğin ve zorlu yönetmelik türevlerinin ihmal edilmesi hatalara ve yanıltıcı sonuçlara yol açabilir.