IDEA StatiCa được phát triển để mô hình hóa & thiết kế các liên kết thép. Về mặt này, liên kết phải có một nút duy nhất có thể xác định được, nơi tất cả các cấu kiện hội tụ, bất kể liên kết đó phức tạp đến mức nào. Xin lưu ý rằng các lệch tâm nhỏ của một số cấu kiện so với nút được mô hình phần tử hữu hạn tính đến và không gây ra bất kỳ vấn đề nào đối với khái niệm nút hư cấu.
Mặt khác, nếu có thể xác định được nhiều hơn một nút trong mô hình, thì đây có thể được phân loại là một kết cấu và cách tiếp cận của IDEA StatiCa có thể không phù hợp và dẫn đến kết quả sai.
Kỹ sư phải sử dụng phán đoán kỹ thuật của mình để xác định xem một liên kết có thể được coi là một hay nhiều nút và sử dụng phương pháp tiếp cận phù hợp.
Theo nguyên tắc chung, nút trong IDEA StatiCa chỉ phải bao gồm các cấu kiện được đưa vào phần mềm phân tích tổng thể, vì các lực từ phân tích sẽ chỉ bao gồm các lực cho các cấu kiện này. Tất nhiên, điều này phụ thuộc vào phán đoán kỹ thuật và có thể thay đổi tùy từng trường hợp.
Hiệu ứng tải trọng được xác định tại nút ảo theo mặc định. Tuy nhiên, người dùng có thể tự do thay đổi vị trí định nghĩa tải trọng theo từng cấu kiện. Đây là yêu cầu bắt buộc trong một số trường hợp, xuất phát từ tiêu chuẩn (ví dụ: thiết kế bản mã liên kết đơn theo AISC hoặc SCI) hoặc từ yêu cầu thiết kế cụ thể.
Trước khi sử dụng tính năng này, người dùng cần lưu ý rằng các vị trí đặt tải khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau.
Thông thường, các tư vấn phân phối tải trọng cho thiết kế liên kết dưới dạng bảng tải trọng từ kết quả bao, nghĩa là các thành phần ứng suất không cùng tồn tại.
Các tải trọng này tạo ra trường ứng suất không thực tế. Trong giải pháp của chúng tôi, trạng thái ứng suất không thực tế này được phản ánh trên mô hình và có thể dẫn đến phá hoại.
Xin lưu ý rằng đây không phải là đặc điểm riêng của IDEA StatiCa, vì các trạng thái ứng suất như vậy sẽ gây ra phá hoại trong mô hình thiết kế tổng thể ban đầu nếu các thành phần ứng suất cực đại này được áp dụng đồng thời. Vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng hơn khi số lượng cấu kiện liên kết tăng lên.
Để tránh tình huống này, chúng tôi khuyến nghị mạnh mẽ sử dụng nhiều hơn một tổ hợp tải trọng cho thiết kế, xuất phát từ mô hình thiết kế tổng thể ban đầu. Kết quả cho mỗi tổ hợp đều ở trạng thái cân bằng tại các nút.
Việc sử dụng các liên kết BIM của chúng tôi giúp quá trình chuyển đổi từ mô hình tổng thể sang thiết kế liên kết trở nên đơn giản và không có sai sót.
Hơn nữa, IDEA StatiCa cung cấp một cách rất dễ dàng để xác định bất kỳ lực mất cân bằng nào trong mô hình của bạn, bằng cách bật nút Loads in Equilibrium . Đây là các lực sẽ được cân bằng bởi phản lực của các cấu kiện được xác định là cấu kiện chịu lực.
Dấu của mô men không tuân theo quy ước tĩnh học cổ điển. Mô men tuân theo quy tắc bàn tay phải quanh trục cục bộ của cấu kiện.
Để hiển thị trục cục bộ của một cấu kiện, bạn cần kích hoạt nút LCS trong thanh ribbon Labels.
Để xác định mô men dương quanh một trục, người dùng cần chỉ ngón cái tay phải theo chiều dương của trục đó. Khi đó, chiều cuộn của các ngón tay biểu thị chiều quay tương ứng với mô men dương quanh trục này.
Lưu ý rằng các liên kết BIM sẽ tự động xử lý các phép chuyển đổi cần thiết trong quá trình truyền tải trọng từ phần mềm phân tích kết cấu.
IDEA StatiCa cho phép định nghĩa các tùy chọn loại mô hình khác nhau cho các cấu kiện, trong đó mỗi loại ảnh hưởng đến kiểu ràng buộc được áp dụng tại đầu cấu kiện (với N-Vy-Vz-Mx-My-Mz là đầu tự do/không ràng buộc). Về bản chất, tùy chọn này được sử dụng để đảm bảo rằng tải trọng áp dụng tương ứng với ứng xử của mô hình tổng thể.
Ví dụ, nếu một cấu kiện giằng được thiết kế để chịu tải trọng dọc trục và lực cắt nhưng không chịu mô men, thì việc sử dụng mô hình không ràng buộc sẽ không phù hợp vì cấu kiện giằng sẽ phát sinh mô men dọc theo chiều dài của nó. Điều này có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng mô hình N-Vy-Vz, trong đó bản thân các ràng buộc sẽ chống lại mô men (sẽ được hiển thị là Nonconformity trong tab Check -> Analysis). Các ràng buộc này cũng có thể được sử dụng để đảm bảo sự ổn định trong một mô hình nhất định bằng cách loại bỏ một số bậc tự do. Một ví dụ điển hình là liên kết giằng một bu lông, trong đó cấu kiện giằng có thể tự do xoay quanh trục bu lông. Trong trường hợp này, việc sử dụng loại mô hình phù hợp sẽ ngăn chặn sự hình thành cơ cấu.
Nhìn chung, nếu giá trị của các lực/mô men được chống lại vượt đáng kể so với tải trọng áp dụng (tùy theo đánh giá của người thiết kế), thì đây có thể là dấu hiệu cho thấy loại mô hình đã chọn có thể không phù hợp với nút liên kết và có thể dẫn đến thiết kế không an toàn. Trong những trường hợp đó, tốt nhất nên chọn loại mô hình thay thế tương ứng với điều kiện tải trọng/gối tựa dự kiến hoặc sử dụng mô hình không ràng buộc N-Vy-Vz-Mx-My-Mz.
Việc lựa chọn loại mô hình thường phụ thuộc vào đánh giá của người thiết kế, vì các ràng buộc cần thiết thường phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của dự án và các điều kiện tải trọng cần được mô phỏng trong mô hình.
Ví dụ về liên kết giằng một bu lông trong đó loại mô hình cần là N-Vy-Vz, để ngăn chặn sự hình thành cơ cấu
Mặc dù có thể đối với các liên kết có độ mảnh nhỏ, phân tích oằn có thể không phải là yếu tố quyết định, nhưng nó được coi là một phần không thể thiếu của phương pháp CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện). Do đó, rất khuyến nghị thực hiện phân tích oằn sau khi phân tích Ứng suất/Biến dạng tiêu chuẩn, để đảm bảo rằng các giới hạn của nó (xem Cơ sở lý thuyết) được tuân thủ, và để chứng minh rằng cường độ dự đoán từ phân tích ứng suất-biến dạng có thể được phát triển đầy đủ.
Ngoài ra, oằn của các cấu kiện liên kết có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của toàn bộ kết cấu. Trong trường hợp này, chúng ta có thể nói rằng dạng oằn là oằn tổng thể. Ngược lại, dạng oằn được gọi là oằn cục bộ.
Điều rất quan trọng cần lưu ý là các giới hạn hệ số tới hạn khác nhau (αcr, limit) được áp dụng cho các dạng oằn khác nhau. Chúng ta có thể bỏ qua oằn tổng thể đối với các cấu kiện (bao gồm cả liên kết) trong các trường hợp mà hệ số oằn lớn hơn 15 (trong trường hợp thiết kế dẻo) hoặc lớn hơn 10 (trong trường hợp ứng suất trên bản thép nằm trong nhánh đàn hồi).
Oằn cục bộ áp dụng cho các bản riêng lẻ (sườn tăng cứng, bụng cột), và các hệ số oằn giới hạn tương ứng được thiết lập theo các tiêu chuẩn thiết kế và thí nghiệm nghiên cứu. Ảnh hưởng của oằn cục bộ được coi là có thể bỏ qua khi hệ số oằn:
- ≥ 2 - trong trường hợp bản được đỡ 4 cạnh
- ≥ 3 - trong trường hợp bản được đỡ 3 cạnh
- ≥ 4 - trong trường hợp bản được đỡ 2 cạnh (kề nhau)
- ≥ 15 - trong trường hợp bản được đỡ 2 cạnh (đối diện)
Thật không may, dạng hình dạng oằn phụ thuộc vào phán đoán kỹ thuật của kỹ sư và không thể được phần mềm quyết định. Người dùng có trách nhiệm quyết định loại oằn nào áp dụng cho mô hình của mình bằng cách quan sát các hình dạng oằn bị biến dạng.
Khi chúng ta thêm một cấu kiện vào mô hình, chiều dài của nó được phần mềm tính toán tự động dựa trên chiều cao của tiết diện. Thuật toán tính toán là một phần của phương pháp CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) và được hiệu chỉnh dựa trên kết quả số và thực nghiệm.
Chiều dài cấu kiện được tính toán đảm bảo rằng sự khuếch tán ứng suất phù hợp sẽ diễn ra theo phương pháp luận CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện).
Trong trường hợp một phần tử hoặc một sửa đổi (lỗ bu lông, khía, lỗ khoét, v.v.) được thêm vào cấu kiện này, phần mềm sẽ điều chỉnh chiều dài tổng thể cho phù hợp để duy trì khoảng cách từ điểm gián đoạn.
Tuy nhiên, phần mềm cho phép thay đổi hệ số mặc định cho việc tính toán chiều dài cấu kiện thông qua cài đặt "Code setup", điều này ảnh hưởng đến chiều dài tổng thể. Người dùng được khuyến cáo mạnh mẽ nên để giá trị này ở mặc định, vì những thay đổi như vậy có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Tất cả các kiểm tra xác minh của chúng tôi đều được thực hiện với cài đặt mặc định.
Trong một số trường hợp hiếm gặp, các giá trị mặc định của cài đặt này có thể dẫn đến sự cố mà trong điều kiện bình thường sẽ không xảy ra. Ví dụ về các tình huống hiếm gặp có thể là: 1. dầm quá sâu (ví dụ: 1,5+ m) dẫn đến khoảng cách quá lớn từ điểm gián đoạn gần nhất, hoặc 2. lực cắt cục bộ lớn tác dụng trên một đoạn ngắn (ví dụ: console ngắn đỡ dầm cầu trục), mà IDEA StatiCa theo mặc định sẽ mô hình hóa dài hơn so với thực tế. Cả hai trường hợp đều dẫn đến mô men uốn lớn tại đầu chịu tải.
Chính vì lý do này mà cài đặt này được cung cấp, nhằm tạo sự linh hoạt cho người dùng có kinh nghiệm khi xử lý các trường hợp hiếm gặp mà chiều dài giảm có thể là cần thiết.
Trong những trường hợp như vậy, khi hoàn toàn rõ ràng rằng vấn đề chỉ do chiều dài cấu kiện, người dùng cần thực hiện một nghiên cứu để xem xét tác động của bất kỳ sự giảm nào trong tỷ lệ chiều cao/chiều dài cấu kiện đối với ứng xử của mô hình (trường ứng suất - biến dạng và lực trong các cấu kiện khác nhau). Nếu kết quả đầu ra phù hợp, có thể giảm tham số này, mặc dù điều này có thể cần được thực hiện kết hợp với cài đặt lưới trong một số mô hình.
Nói cách khác, nếu người dùng quyết định sửa đổi cài đặt này, họ phải có khả năng biện minh đầy đủ cho điều này bằng cách tham chiếu đến kết quả từ một nghiên cứu liên quan chứng minh rằng việc giảm không ảnh hưởng đến kết quả đầu ra trong các cấu kiện của nút liên kết.
Vì lý do này, chúng tôi khuyến nghị liên hệ với đội ngũ hỗ trợ của chúng tôi trước khi sửa đổi bất kỳ tham số quan trọng nào trong số này.
Ví dụ nghiên cứu minh họa việc giảm tỷ lệ chiều dài/chiều cao cấu kiện mà không ảnh hưởng đáng kể đến trường ứng suất và tải trọng cấu kiện.
Điều quan trọng cần biết là các tiêu chuẩn khác nhau sử dụng các quy ước khác nhau để định nghĩa mối hàn. Ví dụ, tiêu chuẩn Mỹ sử dụng chiều dài cạnh hàn trong khi Eurocode sử dụng chiều dày họng hàn để tính toán. Quy ước này được áp dụng xuyên suốt toàn bộ dự án, bao gồm cả báo cáo đầu ra và bản vẽ.
Do đó, người dùng có trách nhiệm điều chỉnh kích thước mối hàn khi cần thiết, nhằm trao đổi thông tin với các bên thứ ba (ví dụ: nhà chế tạo) sử dụng các quy ước khác nhau.
IDEA StatiCa Connection là công cụ chủ yếu dành cho đánh giá các liên kết của các cấu kiện cán nóng, vốn không bị ảnh hưởng đáng kể bởi oằn. Phân tích tuyến tính hình học và phi tuyến vật liệu được thực hiện do tính toán nhanh và ổn định. Tuy nhiên, loại phân tích này không tính đến sự mất ổn định ở từng bước tính toán, vì phân tích oằn là tuyến tính, trong khi sự mất ổn định đòi hỏi phải thực hiện phân tích phi tuyến hình học.
Nếu bạn nhất quyết sử dụng IDEA StatiCa Connection để kiểm tra các liên kết cấu kiện thành mỏng (tạo hình nguội), hãy đảm bảo rằng bạn là người dùng có kinh nghiệm với phần mềm và chuẩn bị áp dụng cẩn thận phán đoán kỹ thuật của mình cho ít nhất các điểm sau:
- Thực hiện phân tích oằn tuyến tính và đánh giá cẩn thận từng dạng oằn. Xin lưu ý rằng 5 dạng oằn đầu tiên được tính toán có thể chưa đủ.
- Không dựa vào tính dẻo của các cấu kiện thành mỏng, mà thay vào đó hãy giới hạn ứng suất von Mises ở giới hạn chảy hoặc thậm chí thấp hơn nếu cần.
- Lưu ý rằng sự phát triển của oằn cục bộ, vốn không được tính đến ở từng bước tính toán, có thể phân phối lại nội lực trong các cấu kiện theo cách khác.
- Lưu ý rằng độ cứng của các cấu kiện có thể khác nhau, do các dạng phá hoại khác nhau hoặc sự kết hợp của chúng.
- Lưu ý rằng các kiểm tra và cấu tạo của các cấu kiện được trình bày (ví dụ: bu lông, mối hàn) tuân theo các quy định tiêu chuẩn áp dụng cho cấu kiện cán nóng. Trong trường hợp các quy định tiêu chuẩn liên quan cho cấu kiện thành mỏng khác đi, thì các kiểm tra được cung cấp không áp dụng được cho chúng.
Trong IDEA StatiCa Connection, người dùng có thể tự do mô hình hóa các cấu hình liên kết mà trước đây không thể thiết kế được. Các công cụ được cung cấp và các loại phân tích khác nhau (oằn, độ cứng, v.v.) mang lại cái nhìn sâu sắc hơn nhiều về ứng xử của các liên kết được thiết kế so với trước đây.
Người dùng có trách nhiệm tìm hiểu, nắm vững và áp dụng các công cụ này vào thiết kế của mình, đặc biệt khi họ quyết định đi chệch khỏi các cấu hình liên kết đã được thiết lập và kiểm chứng.
Cần lưu ý rõ rằng IDEA StatiCa không thể "sửa chữa" các lỗi thiết kế ý tưởng. Mặc dù phần mềm có thể giúp ngăn ngừa chúng nếu bộ công cụ được cung cấp được áp dụng đúng cách.
Một liên kết sai về mặt ý tưởng với hàng bu lông trên bị thiếu có vẻ vượt qua tất cả các kiểm tra tiêu chuẩn, nhưng khi sử dụng công cụ Deformed shape, biến dạng quá mức và sự tập trung biến dạng dẻo được phát hiện. Điều này có thể gây ra các vấn đề về trạng thái giới hạn sử dụng nhưng không dẫn đến phá hoại thảm khốc (chẳng hạn như gãy đứt).
Phương pháp tính toán liên quan đến bản thép dựa trên đặc tính vật liệu phi tuyến, do đó có giá trị độc lập với các quy định của tiêu chuẩn.
Do phần mềm ở trạng thái mặc định sử dụng các giá trị văn bản AISC tiêu chuẩn, người dùng có trách nhiệm xác minh rằng các cài đặt thiết lập tiêu chuẩn phù hợp với các quy định phụ lục quốc gia (NA) khu vực mong muốn.