Idea Statica
Stal
Beton
BIM i przepływy pracy
Wsparcie i nauka
Cennik
Firma
14-Day Trial
Zwichrzenie belki z poprzecznymi usztywnieniami
Zwichrzenie belki z poprzecznymi usztywnieniami
Member designSteelVerificationsMemberAISC (USA)

Zwichrzenie belki z poprzecznymi usztywnieniami

This article is also available in
ENDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTR

Belka o przekroju dwuteowym, usztywniona ukośnymi poprzecznymi usztywnieniami, jest poprzecznie obciążona siłą skupioną w połowie rozpiętości. Porównano wyniki liniowej analizy wyboczeniowej (LBA) oraz geometrycznie i materiałowo nieliniowej analizy z imperfekcjami (GMNIA).

Niniejsze badanie weryfikacyjne zostało przeprowadzone dla aplikacji IDEA StatiCa Member. Celem było zapewnienie poprawności wyników LBA i GMNIA oraz sprawdzenie, czy wszystkie elementy powłokowe i elementy skończone komponentów działają prawidłowo. Geometria modeli została oparta na eksperymentach przeprowadzonych w Centrum AdMaS na Politechnice w Brnie.

Modele numeryczne zostały utworzone w ANSYS, komercyjnym oprogramowaniu ogólnego przeznaczenia do analizy metodą elementów skończonych. Zastosowano belkę IPE 180 o długości 3,3 m ze stali gatunku S235. Zbadano dwa warunki brzegowe:

  • Utwierdzenie – wszystkie węzły na jednym końcu są unieruchomione (wszystkie stopnie swobody są zablokowane), drugi koniec jest identyczny, z wyjątkiem dozwolonego przemieszczenia w kierunku podłużnym belki
  • Przegubowe – zablokowane są jedynie węzły środnika belki (obrót poprzeczny jest dozwolony; na jednym końcu wszystkie przemieszczenia są zablokowane, na drugim końcu dozwolone jest przemieszczenie w kierunku podłużnym belki)

Usztywnienia były nachylone pod kątem 60 stopni od osi pionowej. Dwa usztywnienia zostały rozmieszczone symetrycznie ze zmienną odległością wzajemną. Nie modelowano spoin – węzły sąsiadujących siatek zostały bezpośrednio scalone. 

W programie ANSYS przeprowadzono liniową analizę statyczną, liniową analizę wyboczeniową oraz geometrycznie i materiałowo nieliniową analizę z imperfekcjami. Imperfekcje przyjęto równe L/300, gdzie L jest długością elementu (3,3 m).

Odkształcenie plastyczne można zobaczyć na poniższym rysunku:

Odpowiadające modele zostały utworzone w IDEA StatiCa Member. Przekrój poprzeczny powiązanych elementów został dobrany jako bardzo duży i krótki w porównaniu z analizowaną belką, tak aby nie wpływał na wyniki.

Porównanie wyników przedstawiono w poniższej tabeli. FRd to nośność na zwichrzenie wyznaczona metodą GMNIA, wy to ugięcie poprzeczne w połowie rozpiętości belki przy maksymalnym osiągniętym obciążeniu, natomiast Fcr to krytyczna siła wyboczeniowa wyznaczona metodą LBA. Pozycje usztywnień wskazują współrzędną X usztywnienia od lewego węzła w IDEA StatiCa Member.

GMNIA LBA
FRd [kN]FRd [kN]wy [mm]wy [mm]Fcr [kN]Fcr [kN]
Warunki brzegowePozycje usztywnieńANSYSMEMBERANSYSMEMBERANSYSMEMBER
Utwierdzenie1550,205056.7956.9722.0723.30 104.4
1250,235061.5663.2721.3621.40 121.5
550,305060.2160.8418.4619.70 122.4
Przegubowe1550,205038.3940.7733.6936.1057.055.8
1250,235041.5243.9232.6030.4064.863.9
550,305044.0147.0722.4023.6082.681

Wyniki obu pakietów oprogramowania są ze sobą ściśle zgodne. IDEA Member zapewnia nieznacznie niższą krytyczną siłę wyboczeniową i nieznacznie wyższą nośność na zwichrzenie.

Różnica wynika głównie ze sposobu modelowania usztywnień. W programie ANSYS węzły są scalane na osiach środkowych blach, natomiast w programie Member usztywnienie jest krótsze – kończy się na powierzchni blachy, a szczelina jest wypełniona spoinami. W rezultacie krótsza blacha w IDEA Member jest nieznacznie sztywniejsza niż dłuższa w programie ANSYS.

Download