CBFEM là một phương pháp độc đáo để thiết kế và kiểm tra tiêu chuẩn các liên kết thép, cấu kiện và neo. Phương pháp này có thể được sử dụng cho phần lớn các nút liên kết, neo và chi tiết với các cấu hình đa dạng.
Phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) là phương pháp:
- Đủ tổng quát để có thể áp dụng cho hầu hết các nút liên kết, móng và chi tiết trong thực hành kỹ thuật.
- Đủ đơn giản và nhanh chóng trong thực hành hàng ngày để cung cấp kết quả trong thời gian tương đương với các phương pháp và công cụ hiện tại.
- Đủ toàn diện để cung cấp cho kỹ sư kết cấu thông tin rõ ràng về ứng xử của nút liên kết, ứng suất, biến dạng, dự trữ khả năng chịu lực của từng cấu kiện, cũng như về độ an toàn và độ tin cậy tổng thể.
Việc kiểm tra một nút liên kết theo phương pháp cấu kiện tiêu chuẩn và theo CBFEM được sử dụng trong IDEA StatiCa Connection đều dựa trên việc kiểm tra tất cả các bộ phận của nút liên kết – các cấu kiện. Các cấu kiện có thể là bu lông, neo, mối hàn, bản thép và bê tông tại móng.
CBFEM phân tách toàn bộ nút liên kết thành các cấu kiện riêng biệt như đã đề cập ở trên. Sau đó, mô hình phân tích được phần mềm tự động tạo ra từ từng cấu kiện.
Bản thân quá trình kiểm tra bao gồm hai bước:
- Tính toán nội lực trong từng cấu kiện của nút liên kết
- Kiểm tra từng cấu kiện theo các phương trình của tiêu chuẩn
Tính toán nội lực
CBFEM được tích hợp trong IDEA StatiCa Connection giúp đơn giản hóa ứng xử của từng cấu kiện. Bằng cách nào?
Mô hình bao gồm các cấu kiện chịu tải trọng tác dụng và các thao tác gia công (bao gồm các cấu kiện tăng cứng), dùng để liên kết các cấu kiện với nhau.
Mô hình phần tử hữu hạn được phân tích sẽ được tạo ra tự động. Người thiết kế không tạo mô hình phần tử hữu hạn mà tạo nút liên kết thông qua các thao tác gia công.
Nhờ đó, nội lực được tính toán mà không cần các giả thiết đơn giản hóa. Các hiệu ứng khác, như sự tương tác giữa các cấu kiện, v.v., cũng được tính toán.
Hơn nữa, do xét đến độ cứng thực tế của các cấu kiện, kết quả bao gồm cả lực bẩy. Không có gì bị bỏ qua.
Kiểm tra và đánh giá kết quả
Phân tích cường độ là phân tích quan trọng nhất đối với các nút liên kết. Kiểm tra biến dạng của bản thép cùng với kiểm tra tiêu chuẩn các cấu kiện được thực hiện bằng phân tích đàn hồi - dẻo.
Phân tích nút liên kết có tính phi tuyến vật liệu. Các gia số tải trọng được áp dụng dần dần và trạng thái ứng suất được xác định.
Kiểm tra bản thép
Các bản thép được mô hình hóa với vật liệu đàn hồi - dẻo có độ dốc vùng chảy dẻo danh nghĩa theo EN 1993-1-5, Điều C.6, (2), tan-1 (E/1000).
Ứng xử vật liệu dựa trên tiêu chí chảy dẻo von Mises. Vật liệu được giả định là đàn hồi trước khi đạt đến cường độ chảy thiết kế fyd.
Tiêu chí trạng thái giới hạn cực hạn đối với các vùng không nhạy cảm với oằn là đạt đến giá trị giới hạn của biến dạng chính màng. Giá trị 5 % được khuyến nghị (ví dụ: EN 1993-1-5, Phụ lục C, Điều C.8, Chú thích 1).
Các phần cụ thể của Cơ sở lý thuyết cho từng tiêu chuẩn quốc gia được hỗ trợ:
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo EN (Eurocode)
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo AS (Tiêu chuẩn Úc)
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo IS (Tiêu chuẩn Ấn Độ)
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo GB (Tiêu chuẩn Trung Quốc)
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo HKG (Quy phạm thực hành Hồng Kông)
- Kiểm tra tiêu chuẩn bản thép theo SP (Tiêu chuẩn Nga)
Kiểm tra các cấu kiện khác
Việc kiểm tra được thực hiện đối với các nội lực đã tính toán bằng các phương trình tương tự như trong tiêu chuẩn ở tất cả các phương pháp. Các phương trình sử dụng cho bu lông, neo, mối hàn và khối bê tông được trình bày trong ứng dụng và có thể được xem xét chi tiết.
Kiểm tra bu lông
Bu lông trong IDEA StatiCa Connection được kiểm tra theo các tiêu chuẩn tương ứng. Để biết thêm thông tin, hãy đọc bài viết Bu lông và liên kết bu lông.
Kiểm tra mối hàn
Đối với mối hàn, việc kiểm tra cũng được thực hiện theo các tiêu chuẩn tương ứng.
Thông tin chi tiết về kiểm tra mối hàn trong Connection application có thể được tìm thấy trong bài viết Mối hàn/Hàn trong IDEA StatiCa.
Kiểm tra khối bê tông
Các nguyên tắc đằng sau việc tính toán khối bê tông được giải thích trong bài viết Mô hình kết cấu của khối bê tông.
Các phần cụ thể của Cơ sở lý thuyết cho từng tiêu chuẩn quốc gia được hỗ trợ:
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo EN (Eurocode)
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo AS (Tiêu chuẩn Úc)
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo IS (Tiêu chuẩn Ấn Độ)
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo GB (Tiêu chuẩn Trung Quốc)
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo HKG (Quy phạm thực hành Hồng Kông)
- Kiểm tra tiêu chuẩn khối bê tông theo SP (Tiêu chuẩn Nga)
Làm thế nào CBFEM có thể đồng thời tuân thủ tiêu chuẩn và phản ánh ứng xử thực tế?
Phân tích phần tử hữu hạn định hướng thiết kế (CBFEM) được tối ưu hóa để cung cấp kết quả phù hợp cho kiểm tra tiêu chuẩn trong khi vẫn phản ánh ứng xử thực tế của kết cấu. Đồng thời, phương pháp này xét đến hệ số an toàn được xác định bởi tiêu chuẩn.
Xem video và tìm câu trả lời cho các câu hỏi của bạn.
Các tính năng chính của phân tích CBFEM
Bạn đã từng nghe các từ viết tắt MNA hay GMNA được tích hợp trong phần mềm nhưng không chắc chúng có nghĩa là gì? Các thuộc tính của phân tích, tính phi tuyến của vật liệu hay hình học. Điều gì được khuyến nghị và thực hiện bởi CBFEM?
Xem video sau đây và tìm hiểu về các phương pháp tiếp cận.
Kiểm định và xác nhận
Ban đầu, hai nhóm nghiên cứu từ các trường đại học đã dành hơn ba năm để kiểm định và xác nhận phương pháp CBFEM.
Theo thời gian, nhiều nghiên cứu kiểm định mới đã được thực hiện phối hợp với các trường đại học từ khắp nơi trên thế giới (Mỹ, Hà Lan, Đức, Thụy Sĩ, Nam Mỹ và nhiều nơi khác).
Kiểm định và xác nhận có nghĩa là gì? Quá trình kiểm định và xác nhận khẳng định rằng kết quả của phần mềm là chính xác.
Xác nhận là sự so sánh với phương pháp giải tích, thường được tích hợp trong tiêu chuẩn xây dựng (ví dụ: AISC, EN, v.v.).
Các phương pháp giải tích trong tiêu chuẩn bị ràng buộc bởi các giả thiết đơn giản hóa, và kết quả giữa tiêu chuẩn và CBFEM đối với các liên kết phức tạp có thể khác nhau, đặc biệt tại các ranh giới của phạm vi áp dụng. Trong trường hợp đó, việc so sánh CBFEM với mô hình nâng cao được kiểm định bằng thực nghiệm chứng minh rằng CBFEM an toàn ngay cả khi khả năng chịu lực cao hơn so với giá trị xác định theo tiêu chuẩn.
Kiểm định là sự so sánh mô hình số với thực nghiệm.
Mô hình số thường rất tiên tiến, bao gồm tính phi tuyến vật liệu và hình học. Hình học và các thuộc tính vật liệu giống với các giá trị đo được trong thực nghiệm. Khi kết quả – thường là các đường cong tải trọng - chuyển vị và ứng suất - biến dạng – của mô hình số gần với kết quả thực nghiệm, mô hình số được coi là đã được kiểm định. Các thuộc tính vật liệu của mô hình số sau đó được thay đổi về giá trị danh nghĩa, các sai lệch hình học được tăng lên theo dung sai gia công, và một số nghiên cứu độ nhạy có thể được thực hiện bằng cách thay đổi các tham số, ví dụ: chiều dày bản thép, giới hạn chảy của vật liệu.
Cuối cùng, kết quả của mô hình số được so sánh với kết quả của CBFEM. Các kết quả không cần phải trùng khớp hoàn toàn, nhưng kết quả phải an toàn và sự khác biệt nằm trong phạm vi chấp nhận được.
Các ví dụ kiểm định và xác nhận quan trọng nhất đã được công bố trong cuốn sách "Thiết kế liên kết thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện."
Trong Trung tâm Hỗ trợ của chúng tôi, bạn có thể tìm thấy nhiều nghiên cứu xác nhận cũng như so sánh với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Tìm chúng theo liên kết bên dưới.
Tìm hiểu cách sử dụng IDEA StatiCa hiệu quả với các khóa học e-learning tự học của chúng tôi
Bắt đầu học