Ulepszenia modelu analitycznego w IDEA StatiCa w wersji 21.0
: 17 maja 2021, 8:45
Ulepszenia modelu analitycznego w IDEA StatiCa w wersji 21.0
W przypadku IDEA StatiCa Connection i Member model połączenia jest znacznie ulepszony poprzez wstawienie elementu skupionego.
Ten element jest dodawany za końcem przekroju i ma takie same właściwości jak sprężysty model powłokowy elementu. To tylko jeden element, ale pozwala na sprężyste odkształcenie i naprężenia na końcach przekroju. Z tego powodu część przekroju złożona z elementów
powłokowych może być krótsza, a mimo to poprawiać zachowanie modelu. Pozwala to na skrócenie części modelu, w której używane są elementy powłokowe przy zwiększeniu precyzji modelu. Poprawę uzyskujemy dzięki mniejszej liczbie elementów skończonych w modelu, co prowadzi do skrócenia czasu obliczeń i szybszej wizualizacji wyników.
Domyślna długość przekrojów otwartych i zamkniętych modelowanych przez elementy powłokowe jest zmniejszona do 1,25 × wysokość przekroju. Długość elementu skupionego wynosi 4 × wysokość przekroju (nadstawka nie jest widoczna dla użytkownika końcowego). Jedyną różnicą są analizy wyboczenia liniowego i sztywności, w których długość elementu zagęszczonego wynosi 0,5 × wysokość przekroju. Powodem jest zachowanie kształtów wyboczenia w wewnętrznych płytach połączenia, a nie w prętach.
Główne zalety tej zmiany to:
Jakie są główne konsekwencje? Niektóre wyniki zmieniają się między wersjami, niemniej IDEA StatiCa przeprowadza dużą liczbę testów automatycznych. W zdecydowanej większości różnica wyników wynosiła poniżej 1%. Jednak w niektórych przypadkach różnice są większe. Te przypadki to:
Przekrój odkształca się na końcu modelu powłokowego
Jest to główny powód wprowadzenia zmiany. Przekrój może się odkształcać na końcach modelu składającego się z elementów powłokowych. Połączenia profili zamkniętych wymagają stosunkowo długich prętów - do 10-krotności średnicy przekroju. Dzięki
wprowadzeniu skupionego elementu za częścią modelu złożoną z elementów powłokowych, obliczenia są znacznie szybsze z tą samą dokładnością.
Element zagęszczony ma tylko właściwości sprężyste. Naprężenia plastyczne nie powinny sięgać końcówek pręta. W przeciwnym razie mogą wpływać na rezystancję połączenia.
Krótsze końcówki prętów nie załamują się na końcach
Jest to problem związany np. Ze wspornikami słupów, które są mocno obciążone na ścinanie przez siłę znajdującą się bardzo blisko połączenia. Mając krótsze pręty, moment zginający na końcu pręta jest zmniejszony.
Jeśli końcówka pręta nadal załamuje się, alternatywnym rozwiązaniem jest zamodelowanie pręta za pomocą elementu usztywniającego i użycie elementu fikcyjnego do przyłożenia siły ścinającej.
Skręcenie
Wypaczenie zostało ograniczone przez wiązanie wielopunktowe łączące węzeł z końcem belki. Te wiązania służą do nakładania obciążeń na model. Teraz skupiony element dalej popycha utwierdzenia i człon może się odkształcać. Powoduje to większy bimoment (moment wypaczający) w połączeniu.
Dzieje się tak często w przypadku jednostronnego połączenia belki podrzędnej z belką główną. Należy pamiętać, że projekt pręta musi być wykonany w innym miejscu, a także, że bimoment spowodowany wypaczeniem jest bardzo często pomijany przez pakiety oprogramowania, ale należy go wziąć pod uwagę. Odporność na wypaczanie elementów z profili otwartych jest zaskakująco niska.
Uproszczone obciążenie/obciążenia w równowadze
Przy stosowaniu obciążenia uproszczonego i wybraniu pręta ciągłego jako nośnego, siły wewnętrzne są różne, ponieważ długości pręta zmieniły się z 1,5 x h do (1,25 + 4) x h.
Zmniejszona odporność na zginanie powłoki w przypadku profili zamkniętych
Wytrzymałości na obciążenia złączy z kształtowników zamkniętych w normach są określane za pomocą metody trybu uszkodzenia, która wykorzystuje modele dopasowania krzywej określone na podstawie eksperymentów i zaawansowanych modeli numerycznych. Ta metoda projektowania jest zaimplementowana we wszystkich normach. W tej chwili najnowszy stan wiedzy znajduje się w projecie normy EN 1993-1-8: 2022. Rzeczywista konstrukcja zawiera początkowe niedoskonałości i naprężenia szczątkowe, które nie są wychwytywane przez modele powłokowe w IDEA StatiCa Connection. Aby uzyskać większą zgodność z wynikami norm, w modelach IDEA StatiCa wprowadzono wpływ naprężeń szczątkowych i początkowych niedoskonałości poprzez zmniejszenie odporności na zginanie powłok kształtowników zamkniętych o wysokim współczynniku D / (2t). Pozwala to zmniejszyć wytrzymałość na uszkodzenia złączy, ale zachować normalną i zginającą wytrzymałość elementów z profili zamkniętych. Zmniejszenie wytrzymałości plastycznej elementów powłokowych zależy od współczynnika : gamma = D0/2t0
Te połączone zmiany pozwoliły nam osiągnąć ścisłą zgodność z wynikami metody trybu awaryjnego (FMM) zawartymi w przepisach projektowych. Zgodność między IDEA StatiCa Connection i FMM jest pokazana na poniższych rysunkach.
Okrągłe kształtowniki zamknięte
Połączenie typu T, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu Y, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu Y, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu K, siła normalna, kąt θ = 45 stopni
Kwadratowe profile zamknięte
Połączenie typu T, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Należy zauważyć, że obniżenie nośności wynikające z sił działających w dolnym pasie nie jest uwzględnianie w modelu FFM. To wyjaśnia różnice w wynikach.
Połączenie typu T, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Należy zauważyć, że obniżenie nośności wynikające z sił działających w dolnym pasie nie jest uwzględnianie w modelu FFM. To wyjaśnia różnice w wynikach.
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu K, siła normalna, kąt θ = 45 stopni
W przypadku IDEA StatiCa Connection i Member model połączenia jest znacznie ulepszony poprzez wstawienie elementu skupionego.
Ten element jest dodawany za końcem przekroju i ma takie same właściwości jak sprężysty model powłokowy elementu. To tylko jeden element, ale pozwala na sprężyste odkształcenie i naprężenia na końcach przekroju. Z tego powodu część przekroju złożona z elementów
powłokowych może być krótsza, a mimo to poprawiać zachowanie modelu. Pozwala to na skrócenie części modelu, w której używane są elementy powłokowe przy zwiększeniu precyzji modelu. Poprawę uzyskujemy dzięki mniejszej liczbie elementów skończonych w modelu, co prowadzi do skrócenia czasu obliczeń i szybszej wizualizacji wyników.
Domyślna długość przekrojów otwartych i zamkniętych modelowanych przez elementy powłokowe jest zmniejszona do 1,25 × wysokość przekroju. Długość elementu skupionego wynosi 4 × wysokość przekroju (nadstawka nie jest widoczna dla użytkownika końcowego). Jedyną różnicą są analizy wyboczenia liniowego i sztywności, w których długość elementu zagęszczonego wynosi 0,5 × wysokość przekroju. Powodem jest zachowanie kształtów wyboczenia w wewnętrznych płytach połączenia, a nie w prętach.
Główne zalety tej zmiany to:
- 30% szybsze czasy obliczeń (średnio przy dużej liczbie projektów)
- Szybsza wizualizacja wyników
- Dokładniejsze modelowanie połączeń kształtowników zamkniętych
Jakie są główne konsekwencje? Niektóre wyniki zmieniają się między wersjami, niemniej IDEA StatiCa przeprowadza dużą liczbę testów automatycznych. W zdecydowanej większości różnica wyników wynosiła poniżej 1%. Jednak w niektórych przypadkach różnice są większe. Te przypadki to:
Przekrój odkształca się na końcu modelu powłokowego
Jest to główny powód wprowadzenia zmiany. Przekrój może się odkształcać na końcach modelu składającego się z elementów powłokowych. Połączenia profili zamkniętych wymagają stosunkowo długich prętów - do 10-krotności średnicy przekroju. Dzięki
wprowadzeniu skupionego elementu za częścią modelu złożoną z elementów powłokowych, obliczenia są znacznie szybsze z tą samą dokładnością.
Element zagęszczony ma tylko właściwości sprężyste. Naprężenia plastyczne nie powinny sięgać końcówek pręta. W przeciwnym razie mogą wpływać na rezystancję połączenia.
Krótsze końcówki prętów nie załamują się na końcach
Jest to problem związany np. Ze wspornikami słupów, które są mocno obciążone na ścinanie przez siłę znajdującą się bardzo blisko połączenia. Mając krótsze pręty, moment zginający na końcu pręta jest zmniejszony.
Jeśli końcówka pręta nadal załamuje się, alternatywnym rozwiązaniem jest zamodelowanie pręta za pomocą elementu usztywniającego i użycie elementu fikcyjnego do przyłożenia siły ścinającej.
Skręcenie
Wypaczenie zostało ograniczone przez wiązanie wielopunktowe łączące węzeł z końcem belki. Te wiązania służą do nakładania obciążeń na model. Teraz skupiony element dalej popycha utwierdzenia i człon może się odkształcać. Powoduje to większy bimoment (moment wypaczający) w połączeniu.
Dzieje się tak często w przypadku jednostronnego połączenia belki podrzędnej z belką główną. Należy pamiętać, że projekt pręta musi być wykonany w innym miejscu, a także, że bimoment spowodowany wypaczeniem jest bardzo często pomijany przez pakiety oprogramowania, ale należy go wziąć pod uwagę. Odporność na wypaczanie elementów z profili otwartych jest zaskakująco niska.
Uproszczone obciążenie/obciążenia w równowadze
Przy stosowaniu obciążenia uproszczonego i wybraniu pręta ciągłego jako nośnego, siły wewnętrzne są różne, ponieważ długości pręta zmieniły się z 1,5 x h do (1,25 + 4) x h.
- Siły wewnętrzne są różne
- Środnik słupa podczas ścinania jest bardziej obciążony. Niemniej jednak opcja obciążenia w równowadze jest konieczna, aby poprawnie uchwycić zachowanie ciągłego pręta.
Zmniejszona odporność na zginanie powłoki w przypadku profili zamkniętych
Wytrzymałości na obciążenia złączy z kształtowników zamkniętych w normach są określane za pomocą metody trybu uszkodzenia, która wykorzystuje modele dopasowania krzywej określone na podstawie eksperymentów i zaawansowanych modeli numerycznych. Ta metoda projektowania jest zaimplementowana we wszystkich normach. W tej chwili najnowszy stan wiedzy znajduje się w projecie normy EN 1993-1-8: 2022. Rzeczywista konstrukcja zawiera początkowe niedoskonałości i naprężenia szczątkowe, które nie są wychwytywane przez modele powłokowe w IDEA StatiCa Connection. Aby uzyskać większą zgodność z wynikami norm, w modelach IDEA StatiCa wprowadzono wpływ naprężeń szczątkowych i początkowych niedoskonałości poprzez zmniejszenie odporności na zginanie powłok kształtowników zamkniętych o wysokim współczynniku D / (2t). Pozwala to zmniejszyć wytrzymałość na uszkodzenia złączy, ale zachować normalną i zginającą wytrzymałość elementów z profili zamkniętych. Zmniejszenie wytrzymałości plastycznej elementów powłokowych zależy od współczynnika : gamma = D0/2t0
Te połączone zmiany pozwoliły nam osiągnąć ścisłą zgodność z wynikami metody trybu awaryjnego (FMM) zawartymi w przepisach projektowych. Zgodność między IDEA StatiCa Connection i FMM jest pokazana na poniższych rysunkach.
Okrągłe kształtowniki zamknięte
Połączenie typu T, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu Y, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu Y, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu K, siła normalna, kąt θ = 45 stopni
Kwadratowe profile zamknięte
Połączenie typu T, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Należy zauważyć, że obniżenie nośności wynikające z sił działających w dolnym pasie nie jest uwzględnianie w modelu FFM. To wyjaśnia różnice w wynikach.
Połączenie typu T, moment zginający w płaszczyźnie, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu T, moment zginający poza płaszczyzną, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Należy zauważyć, że obniżenie nośności wynikające z sił działających w dolnym pasie nie jest uwzględnianie w modelu FFM. To wyjaśnia różnice w wynikach.
Połączenie typu Y, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 90 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 60 stopni
Połączenie typu X, siła normalna, kąt θ = 30 stopni
Połączenie typu K, siła normalna, kąt θ = 45 stopni