Belangrijkste principes van IDEA StatiCa Connection

IDEA StatiCa is ontwikkeld voor het modelleren en ontwerpen van staalverbindingen. Hierbij moet de verbinding een enkel identificeerbaar knooppunt hebben waar alle staven samenkomen, hoe complex deze verbinding ook kan zijn. Houd er rekening mee dat kleine excentriciteiten van sommige staven ten opzichte van het knooppunt worden meegenomen door het eindige-elementenmodel en geen problemen opleveren voor het fictieve knooppuntconcept.

Aan de andere kant, als er meer dan één knooppunt kan worden geïdentificeerd in het model, dan kan dit waarschijnlijk worden geclassificeerd als een constructie en kan de benadering van IDEA StatiCa ongepast zijn en leiden tot foutieve resultaten.

De ingenieur moet zijn ingenieursoordeel gebruiken om te bepalen of een verbinding kan worden beschouwd als één of meer knooppunten en de juiste aanpak gebruiken.

Als algemene regel geldt dat het knooppunt in IDEA StatiCa alleen de staven mag bevatten die zijn opgenomen in de globale berekeningssoftware, aangezien de krachten van de analyse alleen krachten voor deze staven zullen bevatten. Dit is natuurlijk afhankelijk van de engineering en kan van geval tot geval verschillen.

Belastingseffecten worden standaard gedefinieerd op het fictieve knooppunt. Het staat de gebruiker echter vrij om de locatie van de belastingdefinitie per element aan te passen. Dit is iets dat in sommige gevallen een vereiste is vanuit de code (bijv. AISC of SCI vinplaatontwerp) of de ontwerpspecificatie.

Voordat deze functie wordt gebruikt, moet de gebruiker zich ervan bewust zijn dat verschillende belastingsposities verschillende resultaten opleveren.

Het is gebruikelijk dat adviseurs belastingen voor het ontwerpen van verbindingen verdelen in de vorm van belastingtabellen op basis van omhullende resultaten, wat betekent dat spanningscomponenten niet bestaan.

Deze belastingen creëren een onrealistisch spanningsveld. In onze oplossing wordt deze onrealistische spanningstoestand weerspiegeld in het model en kan mogelijk leiden tot defecten.

Merk op dat dit geen eigenaardigheid is van IDEA StatiCa, omdat dergelijke spanningstoestanden tot storingen zouden leiden in het oorspronkelijke globale ontwerpmodel als deze maximale spanningscomponenten gelijktijdig zouden worden toegepast. Dit probleem wordt verergerd door het aantal verbindingselementen.

Om deze situatie te vermijden, is het sterk aan te raden om meer dan één combinatie te gebruiken voor uw ontwerpen, afkomstig van het originele globale ontwerpmodel. Het is bekend dat de resultaten voor elke combinatie in evenwicht zijn rond knooppunten.

Het gebruik van onze BIM-koppelingen maakt de overgang van het globale model naar het ontwerp van verbindingen eenvoudig en foutloos.

Verder biedt IDEA StatiCa een zeer eenvoudige manier om eventuele onevenwichtige krachten in je model te identificeren, door de knop Loads in Equilibrium (Belastingen in evenwicht) in te schakelen. Dit zijn de krachten die in evenwicht worden gehouden door de reacties van de staven die als lager zijn gedefinieerd.

Het teken van momenten volgt niet de klassieke statica-conventie. Momenten volgen de rechterhandregel rond de lokale as van het lid.

Om de lokale as van een element weer te geven, moet je de LCS-knop activeren in het deelvenster Labels.

Om een positief moment rond een as te definiëren, moet de gebruiker met zijn rechterduim naar de positieve kant van deze as wijzen. Vervolgens stelt de krul van de vingers een rotatie voor die het positieve moment rond deze as weergeeft.

BIM-koppelingen zorgen automatisch voor de vereiste transformaties tijdens het overbrengen van de belasting vanuit berekeningssoftware.

IDEA StatiCa staat de definitie toe van verschillende modeltype-opties in staven, waarbij elke optie beïnvloedt welk type beperking wordt toegepast op het uiteinde van de staven (waarbij N-Vy-Vz-Mx-My-Mz een vrij/onbeperkt uiteinde is). In essentie wordt het gebruikt om ervoor te zorgen dat de toegepaste belasting overeenkomt met het globale modelgedrag.

Als bijvoorbeeld van een schoorelement wordt verwacht dat het axiale en afschuifbelastingen draagt, maar geen moment, dan zou het gebruik van een onbeperkt model niet adequaat zijn omdat het schoorelement een moment zou ontwikkelen over zijn lengte. Dit kan worden voorkomen door een N-Vy-Vz model te gebruiken, waarbij de constraints zelf het moment tegenhouden (wat wordt weergegeven als Nonconformity onder het tabblad Check -> Analysis). Deze constraints kunnen ook worden gebruikt om stabiliteit in een bepaald model te garanderen door enkele vrijheidsgraden te verwijderen. Een belangrijk voorbeeld hiervan is een schoorverbinding met één bout, waarbij de schoor vrij om de boutas zou kunnen draaien. In dit geval voorkomt het gebruik van een geschikt modeltype de ontwikkeling van een mechanisme.

In het algemeen, als de waarde van de krachten/momenten die worden weerstaan de toegepaste belasting aanzienlijk overschrijdt (afhankelijk van het oordeel van de ontwerper), dan kan dit een aanwijzing zijn dat het gekozen modeltype mogelijk niet geschikt is voor de verbinding en kan leiden tot een niet-conservatief ontwerp. In die gevallen is het het beste om een alternatief modeltype te kiezen dat overeenkomt met de verwachte belastings-/ondersteuningsomstandigheden of het onbeperkte N-Vy-Vz-Mx-My-Mz model te gebruiken.

De keuze van het modeltype is over het algemeen afhankelijk van het oordeel van de ontwerper, aangezien de vereiste beperkingen meestal afhangen van de projectspecificaties en de belastingsomstandigheden die in het model moeten worden gesimuleerd.

Voorbeeld van een enkele boutverbindingsverbinding waarbij het modeltype N-Vy-Vz moet zijn om een mechanisme te voorkomen

Hoewel het mogelijk is dat voor gedrongen verbindingen de knikanalyse niet kritisch is, wordt deze beschouwd als een integraal onderdeel van de CBFEM-methode. Als zodanig wordt het sterk aanbevolen om de knikanalyse uit te voeren na de standaard spannings-/rekanalyse om ervoor te zorgen dat de limieten (zie onze theoretische achtergrond) worden gerespecteerd en om te bewijzen dat de sterkte die wordt voorspeld op basis van de spannings-/rekanalyse volledig kan worden ontwikkeld.

Bovendien kan knikken van verbindingscomponenten de stabiliteit van de hele constructie beïnvloeden. In dit geval kunnen we zeggen dat het type knikmodus globaal is. Anders wordt de knikmodus lokaal genoemd.

Het is erg belangrijk om erop te wijzen dat verschillende ondergrenzen van de kritische factor (αcr, limiet) van toepassing zijn op verschillende soorten knikmodi. We kunnen de globale knik voor staven (inclusief de verbinding) verwaarlozen in gevallen waar de knikfactor hoger is dan 15 (in het geval van een plastisch ontwerp) of hoger dan 10 (in het geval dat de spanning op platen elastisch is).

Lokale knik is van toepassing op individuele platen (verstijvers, kolomwelf) en de overeenkomstige beperkende knikfactoren worden vastgesteld volgens ontwerpcodes en onderzoeksexperimenten. De effecten van lokale knik worden verwaarloosbaar geacht als de knikfactor gelijk is aan:

• ≥ 2 - in het geval van een 4-zijdig ondersteunde plaat
• ≥ 3 - in het geval van een 3-zijdig ondersteunde plaat
• ≥ 4 - in het geval van een 2-zijdig (naburig) ondersteunde plaat
• ≥ 15 - in het geval van een 2-zijdige (tegenoverliggende) ondersteunde plaat

Helaas is het type knikvorm afhankelijk van de engineering en kan het niet door de software bepaald worden. Het is de verantwoordelijkheid van de gebruiker om te beslissen welk type knik van toepassing is op zijn model door te kijken naar de vervormde knikvormen.

Wanneer we een element toevoegen aan het model, wordt de lengte automatisch berekend door de software op basis van de hoogte van de doorsnede. Het berekeningsalgoritme maakt deel uit van de CBFEM methode en wordt gekalibreerd op basis van numerieke en experimentele resultaten.

De berekende lengte van het element zorgt ervoor dat de juiste spanningsdiffusie plaatsvindt in overeenstemming met de CBFEM methode.

Als er een element of wijziging (boutgaten, inkepingen, openingen, enz.) wordt toegevoegd aan dit element, past de software de totale lengte dienovereenkomstig aan om een afstand tot de discontinuïteit te bewaren.

De software biedt echter de mogelijkheid om de standaardfactor voor de berekening van de lengte van het element te wijzigen via de "Code setup" instellingen, die dan de totale lengte beïnvloeden. Gebruikers wordt sterk aangeraden om deze waarde als standaard te laten, omdat dergelijke wijzigingen de resultaten aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Al onze verificaties zijn uitgevoerd met de standaardinstellingen.

In zeldzame gevallen kunnen de standaardwaarden van deze instelling leiden tot een fout die anders niet zou optreden. Voorbeelden van zeldzame scenario's kunnen zijn 1. te diepe liggers (bijv. 1,5+ m.) die leiden tot een te grote afstand tot de dichtstbijzijnde discontinuïteit of 2. een hoge lokale dwarskracht uitgeoefend op een korte sectie (bijv. een korte console kraanbaanligger), die IDEA StatiCa standaard langer zou modelleren dan in werkelijkheid. Beide gevallen zouden resulteren in een grote doorbuiging aan het belaste uiteinde.

Het is om deze reden dat deze instelling beschikbaar is, om ervaren gebruikers wat flexibiliteit te bieden bij het omgaan met deze zeldzame gevallen waar een kleinere lengte nodig kan zijn.

In dergelijke gevallen, waarbij het absoluut duidelijk is dat het probleem alleen te wijten is aan de lengte van het element, moet de gebruiker een studie uitvoeren om de impact te onderzoeken van een vermindering in de verhouding diepte/lengte van het element op het gedrag van het model (spannings-/rekvelden en krachten in de verschillende componenten). Als de uitvoer overeenkomt, kan een vermindering van de parameter mogelijk zijn, hoewel dit bij sommige modellen in combinatie met de mesh-instellingen moet gebeuren.

Met andere woorden, als de gebruiker beslist om deze instelling te wijzigen, moet hij dit adequaat kunnen rechtvaardigen door te verwijzen naar output van een bijbehorende studie die aantoont dat de vermindering de output in de gezamenlijke componenten niet heeft beïnvloed.

Daarom raden we aan om contact op te nemen met ons ondersteuningsteam voordat u een van deze kritieke parameters wijzigt.

Voorbeeldstudie die een vermindering van de verhouding lengte/diepte van een element aantoont zonder significante invloed op het spanningsveld en de belasting van de componenten.

Het is belangrijk om te weten dat verschillende codes verschillende conventies gebruiken voor de lasdefinitie. De Amerikaanse code gebruikt bijvoorbeeld beenlengtes, terwijl Eurocode de dikte van de keel gebruikt voor de berekening. Deze conventie wordt in het hele project gerespecteerd, inclusief de rapportuitvoer en de tekeningen.

Daarom is het de verantwoordelijkheid van de gebruiker om deze lasmaten waar nodig aan te passen om ze te communiceren met derden (bijv. fabrikanten) die andere conventies gebruiken.

IDEA StatiCa Connection is een hulpmiddel dat voornamelijk is gericht op de beoordeling van verbindingen van warmgewalste balken, die niet significant worden beïnvloed door knik. Geometrisch lineaire en materiaal niet-lineaire analyses worden uitgevoerd vanwege de snelle en stabiele berekening. Dit type analyse houdt echter geen rekening met het verlies aan stabiliteit voor elke berekeningsstap, aangezien de knikanalyse lineair is, terwijl het verlies aan stabiliteit vereist dat er een geometrisch niet-lineaire analyse wordt uitgevoerd.

Als je er op staat om IDEA StatiCa Connection te gebruiken voor het controleren van dunwandige (koudgevormde) elementverbindingen, zorg er dan voor dat je een ervaren gebruiker van de software bent en bereid bent om je ingenieursoordeel zorgvuldig toe te passen op ten minste de volgende punten:

• Voer een lineaire knikanalyse uit en evalueer zorgvuldig elke knikvorm. Houd er rekening mee dat de 5 eerst berekende knikvormen mogelijk niet voldoende zijn.
• Vertrouw niet op de plasticiteit van dunwandige staven en beperk in plaats daarvan de von Mises-spanning tot de vloeigrens of zelfs lager indien nodig.
• Wees ervan bewust dat de ontwikkeling van lokale knik, die niet in elke berekeningsstap wordt meegenomen, de interne krachten in onderdelen anders kan verdelen.
• Wees ervan bewust dat de stijfheid van componenten kan verschillen door verschillende faalwijzen of hun combinatie.
• Houd er rekening mee dat de gepresenteerde controles en detaillering van onderdelen (bijv. bouten, lassen) voldoen aan de codebepalingen die gelden voor warmgewalste balken. Als de relevante codebepalingen voor dunwandige constructies anders zijn, zijn de gegeven controles niet van toepassing op deze constructies.

In IDEA StatiCa Connection is de gebruiker vrij om verbindingstopologieën te modelleren die voorheen onmogelijk ontworpen konden worden. Het scala aan tools en verschillende soorten analyses (knik, stijfheid, enz.) biedt veel meer inzicht in het gedrag van de ontworpen verbindingen dan voorheen.

Het is de verantwoordelijkheid van de gebruiker om deze tools te leren, te begrijpen en toe te passen op zijn ontwerpen, vooral als hij beslist om af te wijken van gevestigde en geteste verbindingstopologieën.

Het moet duidelijk zijn dat IDEA StatiCa niet in staat is om conceptuele ontwerpfouten te "corrigeren". Maar het kan wel helpen om ze te voorkomen, met de juiste toepassing van de meegeleverde toolset.

Een conceptueel verkeerde verbinding met de ontbrekende bovenste rij doorstaat ogenschijnlijk alle code-controles, maar met het gebruik van de Deformed shape tool komen overmatige vervorming en concentratie van plastische spanningen aan het licht. Dit kan waarschijnlijk onderhoudsproblemen veroorzaken, maar zonder catastrofaal falen (zoals een breuk).

De berekeningsmethode voor platen is gebaseerd op niet-lineaire materiaaleigenschappen en is dus geldig onafhankelijk van de codebepalingen.

Aangezien de software standaard de Eurocode tekstwaarden gebruikt, is het de verantwoordelijkheid van de gebruiker om te controleren of de code-instellingen zijn afgestemd op de gewenste regionale NA-bepalingen.