Nad boulením uvažujte kriticky!

Ztráta stability může mít různou podobu. Obecně rozlišujeme mezi globální ztrátou stability konstrukčních prvků (štíhlých sloupů v tlaku, klopení ohýbaných nosníků) a lokální ztrátou stability plechů (v tlaku či smyku). Při dosažení kritické hodnoty zatížení dojde k náhlé změně tvaru na nový, energeticky příznivější: prvek vybočí/vyboulí. K tomu může dojít i při stavu napětí v prvku, který je daleko od pevnosti materiálu, ze kterého je vyroben. Dalším přitěžováním může dojít k výrazným a často nepředvídatelným změnám tvaru, který může vést i k celkovému kolapsu konstrukce.

IDEA StatiCa pomáhá inženýrům s vyhodnocením globální i lokální ztráty stability ocelových prvků.

Ztráta stability v přípoji

Ztráta stability většinou nebývá u přípojů kritickým posudkem, nicméně vždy by se mělo zkontrolovat, že tomu tak skutečně je a že výsledky z analýzy napětí a přetvoření, které uvažují pouze geometrickou linearitu, jsou správné. Při použité nevhodného konstrukčního detailu může ke ztrátě stability samozřejmě snadno dojít...

IDEA StatiCa Connection nabízí možnost lineárního výpočtu kritického zatížení přípoje. Výsledkem je několik nejpravděpodobnějších vlastních tvarů. Každému vlastnímu tvaru je přiřazena hodnota kritického zatížení, při kterém dojde k boulení tohoto ideálního modelu. Kritické zatížení je vyjádřeno násobkem (součinitelem) zadaného zatížení přípoje. Na základě tvaru a součinitele boulení může uživatel vytvořit bezpečný návrh. Obecné informace k výpočtu boulení v aplikaci IDEA StatiCa Connection najdete v dokumentu Teoretické základy.

Hledáte, jak spustit analýzu boulení v aplikací? Postupujte podle návodu pro EN.

Na rozdíl od analýzy napětí a přetvoření, analýza boulení neposkytuje uživateli jednoznačnou odpověď ve formě vyhovělo/nevyhovělo. Je totiž potřeba jednotlivé tvary vybočení a příslušné součinitele interpretovat na základě platné normy. Je to tedy nakonec sám statik, který na základě svého odborného úsudku rozhodne, zda je odolnost dostatečná. Projděte si, prosím, části příslušné k vybrané normě v Teoretických základech: Buckling analysis according to Eurocode a Buckling analysis according to AISC.

Limitní hodnoty pro součinitele kritického zatížení se mohou lišit podle toho, která část přípoje boulí: zda samotný konstrukční prvek, nebo některý z výztužných plechů. Na toto téma je zpracován článek: Globální boulení vs. lokální boulení. Co je co? 

Praktická ukázka analýzy boulení na skutečném přípoji zavětrování spolu s interpretací výsledků najdete v jednom z našich anglických Connection Wednesdays webinářů.

Srovnání výsledků z IDEA StatiCa Connection s výsledky jiných aplikací a metod naleznete mezi verifikačními příklady. 

Tenkostěnné (za studena válcované) prvky

Pro tenkostěnné profily je situace komplikovanější...

Software IDEA StatiCa Connection je věnován posouzení styčníků za tepla válcovaných průřezů, které nejsou významně ovlivněny boulením. Aby bylo docíleno rychlého a stabilního výpočtu, je analýza koncipována jako geometricky lineární a materiálově nelineární. Avšak tento typ analýzy není dostatečný pro důkladné prověření ztráty stability. Pokud může být boulení rozhodující, provedení výpočtu lineárního boulení pomůže s lokalizací nebezpečných míst styčníku a stanoví Eulerovo kritické zatížení při rozdvojení rovnováhy jako násobek kritického zatížení.

V článku Tenkostěnné (za studena válcované) prvky jsou vypsány důležité body, na které by měl uživatel brát ohled, pokud chce modelovat tenkostěnné profily v programu IDEA StatiCa Connection. Navíc se tématu věnoval i jeden z našich webinářů: Zaostřeno na stabilitní analýzu.

• Je vhodné provést výpočet lineárního boulení a pečlivě vyhodnotit každý z tvarů boulení, prvních pět prezentovaných tvarů boulení nemusí být dostatečných.
• Je vhodné nespoléhat na plastickou únosnost ocelových plechů a raději omezit von Misesovo napětí hodnotou meze kluzu nebo i níže.
• Lokální ztráta stability může mít za následek přerozdělení napětí do ostatních komponent
• Tuhost komponent se může měnit díky různým způsobům porušení a jejich kombinací
• Dodané posudky a posouzení komponent (šrouby, svary atd.) jsou shodné s doporučenými normovými postupy pro standardní spojovací prvky na válcované průřezy. Posudky, typy poruch i konstrukční zásady se pro tenkostěnné prvky liší, a tudíž poskytované posudky nejsou odpovídající.

IDEA StatiCa Connection lze obecně použít pro modelování chování tenkostěnných (za studena válcovaných) nosníků, ale pro celý normový posudek je třeba použít jiné nástroje a konečné rozhodnutí musí být provedeno jako závěr několika použitých metod a postupů.

Ztráta stability prvku

Dva roku nazpět IDEA StatiCa představila novou aplikace určenou k vyhodnocení stabilitního chování celých konstrukčních prvků. Pokročilý a již dobře ozkoušený CBFEM model, který je součástí aplikace Connection byl použit i zde v aplikaci IDEA StatiCa Member, kde vyhodnocuje prvky v několika úrovňové analýze. S tímto numerickým modelem je možné provádět jak materiálově, tak geometricky nelineární analýzu i za zahrnutím geometrických imperfekcí.

Výpočetní model umožňuje následující 3 úrovně analýzy:

• MNA – Materiálově nelineární analýza; umožňuje vypočítat napětí a přetvoření po délce prvku.
• LBA – Lineární analýza ztráty stability; vyhodnotí nejpravděpodobnější vlastní hodnoty a vlastní tvary (součinitele kritického zatížení a příslušné tvary vybočení) konstrukčního prvku. Na základě těchto informací se inženýr sám rozhodně, které tvary zatíží geometrickými imperfekcemi a vyhodnotí GMNIA analýzou.
• GMNIA – Geometricky a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi; vykreslí napětí a přetvoření na prvku zatíženém geometrickými imperfekcemi a posoudí ho. Limitním faktorem je mezní plastické přetvoření o hodnotě 5 %.

Pro seznámení se základy aplikace IDEA StatiCa Member doporučujeme pročíst si Teoretické základy pro IDEA StatiCa Member (anglicky), kde jsou uvedeny principy a možnosti aplikace. Dále se můžete podívat na záznam webináře, kde je aplikace představena: IDEA StatiCa Member – Posudky s vlivem stability.

Naše praktické návody na IDEA StatiCa Member vám pomohou s prvními krůčky, a to jak pro modely vytvořené přímo v aplikaci, tak pro BIM napojení. Některé důležité aspekty toho, Co je třeba vědět dřív, než začnete používat IDEA StatiCa Member?, jsou prezentovány na záznamu z webináře a také v knihovně článku: Impact of boundary conditions a Imperfekce.

Proces verifikace výsledků naší nové aplikace již byl úspěšně ukončen a studie jsou průběžně publikovány ve spolupráci s univerzitními týmy. Můžete je najít mezi našimi verifikačními příklady.

Závěrem

Během vyhodnocování stabilitních úloh stavebních konstrukcí je vždy nutné zapojit svůj odborný úsudek. Nicméně IDEA StatiCa vám může s touto nelehkou úlohou pomoci.

• Pro posouzení ztráty stability přípojů ocelových konstrukcí použijte aplikaci IDEA StatiCa Connection, která dokáže vyhodnotit nejen napětí a přetvoření, ale také kritické zatížení a jednotlivé tvary vybočení částí styčníku.
• Globální tvary ztráty stability celých konstrukčních prvků lze získat v aplikaci IDEA StatiCa Member, která dokáže v materiálově a geometricky nelineární analýze s imperfekcemi zobrazit tvary vybočení prvku a jejich kritické zatížení.

Obě aplikace můžete zdarma otestovat díky naši 14denní zkušební verzi.