Beschreibung des Analysemodells
Durch Einbeziehen der kondensierten Elemente in das Analysemodell wurden die Bauteile viel länger. In IDEA StatiCa Version 20.1 und darunter hatten die Bauteile standardmäßig die Länge 1,5×h für offene Querschnitte und 2×h für geschlossene Querschnitte. Die Enden der aus Schalenelementen bestehenden Bauteile wurden durch Verbindungen ausgesteift, über die die Last eingeleitet wird. Diese Verbindungen machen das Ende des Bauteils bei der Wölbung steif.
In IDEA StatiCa Version 21.0 und höher werden die kondensierten Elemente hinter den Teilen von Bauteilen, die aus Schalenelementen bestehen, hinzugefügt. Das kondensierte Element hat die gleichen Eigenschaften wie aus Schalenelementen mit elastischen Materialeigenschaften. Die Länge des kondensierten Elements beträgt 4×h für den Analysetyp Spannungs-Dehnung. Die Lasten werden am Ende der kondensierten Elemente angewendet, so dass die Verbindungen durch die Aussteifung viel weniger beeinflusst werden. Das Modell ist effektiver und ermöglicht die Reduzierung der Standardbauteillänge, bestehend aus Schalenelementen auf 1,25×h sowohl für offene als auch geschlossene Querschnitte.
Das bedeutet, dass die Bauteillängen mit Standardeinstellungen von 1,5×h auf 1,25×h bzw. 2×h auf 1,25×h für offene Querschnitte bzw. geschlossene Querschnitte erhöht wurden. Die Wölbung entwickelt sich nach der Vlassov-Theorie über die Bauteillänge und das Wölbmoment nimmt nicht linear, sondern exponentiell zu. In früheren Versionen hatte das Wölbmoment also einen kleinen Effekt, aber jetzt kann es sehr relevant sein; es ist jetzt ca. 6,5x höher, wenn die Wölbung in der Verbindung unterbunden wird. Natürlich steigt auch die Ausnutzung von Blechen, Schrauben und Schweißnähten.
Beachten Sie, dass das Wölbmoment von der Länge des Bauteils, an den die Last angreift, von den Randbedinungen an beiden Enden oder Zwischenauflagern sowie Steifen abhängt. Der Anwender sollte sich also bewusst sein, dass das Wölbmoment immer noch ungenau ist. Gerade jetzt ist das Bauteil länger, so dass es näher an der tatsächlichen Größe liegt, wenn die Torsion begründet werden kann.
Verwölbt sich das Bauteil wirklich?
Die wesentliche Frage ist, ob Torsion und Wölbung eines Bauteils wirklich möglich sind. Häufig wird der obere Flansch des Bauteils von einer Bodenplatte gehalten, die jede Torsion des Bauteils wirksam einschränkt. In diesem Fall dürfen Torsion und Wölbung vernachlässigt werden, und es ist nicht erforderlich, dieses Bauteil und seine Verbindung gegen diese Kräfte zu konstruieren.
Wenn die Oberflansche dieser Sparren wirklich gegen seitliches Verschieben eingeschränkt sind, ist diese Versagensart nicht relevant und die Schnittgrößen sollten entsprechend angepasst werden.
Wie kann man das ungewollte Torsionsmoment loswerden?
Alle Bauteile werden in ihrem Schwerpunkt belastet. Bei doppelt symmetrischen Querschnitten (z.B. I-, H-, RHS-, CHS-Profile) liegt der Schwerpunkt an der gleichen Stelle wie der Schubmittelpunkt. Wenn die Last durch den Schubmittelpunkt geht, verursacht die Querkraft keine zusätzliche Torsion. Bei anderen Bauteilen mit nur einer oder keiner Symmetrieachse wird die Lage des Scherzentrums jedoch vom Schwerpunkt verschoben. Die Scherlast wird über den Schwerpunkt aufgebracht und das Torsionsmoment erzeugt. Dieses Torsionsmoment ist gleich der Scherkraft mal dem Abstand zwischen Schwerpunkt und Schermittelpunkt. Wenn ein Anwender davon ausgeht, dass sich das Bauteil nicht drehen kann, sollte dieses Torsionsmoment durch ein entgegengesetztes Torsionsmoment in den aufgebrachten Lasten ausgeglichen werden. Beachten Sie, dass dieses ausgleichende Torsionsmoment in den unausgeglichenen Kräften angezeigt wird, wenn Sie die Option Lasten im Gleichgewicht verwenden.
Die Entscheidung, ob die Torsion ausgeglichen wird oder nicht, liegt beim Anwender. Es gibt Klauseln in den Normen oder Veröffentlichungen, die helfen können.
Geplante Entwicklung
Im Entwicklungsteam von IDEA StatiCa verstehen wir, dass dies keine perfekte Lösung ist. Daher ist eine Funktion geplant, um eine Fertigungsoperation hinzuzufügen, die die seitliche und/oder Torsionsabstützung simuliert, die von Bodenplatten oder Seitenträgern ausgegeben wird. Diese Funktion ist sowohl für Connection- als auch für Member-Anwendungen geplant. Wir glauben, dass diese Funktion die realistische Modellierung von Verbindungen und Bauteilen ermöglicht, ohne dass grobe Vereinfachungen durch fundierte Vermutungen erforderlich sind.