Najlepszym podejściem do wyznaczenia nośności na wyboczenie podsystemu złożonego z połączenie-element-połączenie jest zastosowanie analizy GMNIA (geometrycznie i materiałowo nieliniowej z imperfekcjami) w aplikacji IDEA StatiCa Member.
IDEA StatiCa Connection nie uwzględnia kontekstu otaczającej konstrukcji. Ponadto nieliniowość geometryczna jest stosowana wyłącznie dla złączy przekrojów zamkniętych, a imperfekcje nie mogą być zadawane. Liniowa analiza wyboczeniowa dostarcza współczynnika – mnożnika zadanych obciążeń do osiągnięcia punktu bifurkacji doskonałej, sprężystej konstrukcji. Rzeczywista konstrukcja zazwyczaj wybocza pod mniejszym obciążeniem, a nie jest jasne, jaki limit współczynnika należy stosować przy liniowej analizie wyboczeniowej blach węzłowych, tj. powyżej jakiej wartości wyboczenie przestaje być problemem.
Eurocode EN 1993-1-1 podaje ogólne zalecenie:
\[\alpha_{cr} \le 15 \textrm{ for plastic analysis}\]
AISC 360-22 w rozdziale J4.4 podaje podobny limit:
\[ L_c/r \le 25 \]
Co można przełożyć na limit \(\alpha_{cr}\) zależny od granicy plastyczności, a najbezpieczniejszy limit wynosi 12,7 dla gatunku stali A36.
Takie limity są bardzo wysokie. Współczynniki poniżej tych limitów powinny generować ostrzeżenie, a stan graniczny wyboczenia powinien być sprawdzony. Jednak \(\alpha_{cr}\) trudno bezpośrednio przełożyć na nośność na wyboczenie.
Należy również zauważyć, że śrubowe połączenia blach węzłowych dają rozsądne współczynniki wyboczenia, podczas gdy połączenia z trzpieniami dają ekstremalnie niskie współczynniki wyboczenia. Wynika to z modelu obliczeniowego trzpienia, który składa się z wielu specjalnych elementów (elementy sztywnego ciała, elementy belkowe, elementy kontaktowe...) i daje dobre wyniki w zakresie nośności trzpienia na ścinanie, zginanie i docisk. Dlatego poniżej opisano uproszczoną procedurę.
Sprawdzenie nośności na wyboczenie
To uproszczone sprawdzenie normowe nośności na wyboczenie należy przeprowadzić, gdy współczynnik wyboczenia spada poniżej limitu \(\alpha_{cr}\) wspomnianego powyżej.
- Typ modelu elementu połączonego blachą węzłową należy ustawić na N-Vy-Vz.
- Siły wewnętrzne należy przyłożyć do śrub.
- Dodać fikcyjną siłę poprzeczną działającą w środku śrub lub trzpienia, która ugina blachę węzłową, o wartości 1/10 siły ściskającej: \(V_z=N/10\).
- Wykonać materiałowo nieliniową analizę.
Fikcyjna siła uwzględnia wszelkie mimośrody wynikające z imperfekcji i nieliniowości geometrycznej. Walidacja na podstawie badań eksperymentalnych została przedstawiona w powiązanym artykule.
Uzyskaj 14 dni pełnego dostępu, całkowicie bezpłatnie.
Wypróbuj IDEA StatiCa za darmo