Der beste Ansatz zur Bestimmung der Beultragfähigkeit eines Teilsystems bestehend aus Verbindung-Bauteil-Verbindung ist die Verwendung von GMNIA (geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen) in der IDEA StatiCa Member-Anwendung.
IDEA StatiCa Connection fehlt der Kontext der umgebenden Struktur. Darüber hinaus wird die geometrische Nichtlinearität nur für Verbindungen von Hohlprofilen verwendet, und Imperfektionen können nicht eingestellt werden. Die lineare Beulanalyse liefert einen Faktor – einen Multiplikator der eingestellten Lasten, um den Verzweigungspunkt einer perfekten, elastischen Struktur zu erreichen. Eine reale Struktur wird in der Regel unter einer kleineren Last beulen, und es ist unklar, welcher Faktorgrenzwert für die lineare Beulanalyse von Knotenblechen verwendet werden sollte, d. h. ein Faktor, oberhalb dessen Beulen kein Problem mehr darstellt.
Eurocode EN 1993-1-1 gibt eine allgemeine Empfehlung:
\[\alpha_{cr} \le 15 \textrm{ for plastic analysis}\]
AISC 360-22 in Kapitel J4.4 gibt einen ähnlichen Grenzwert:
\[ L_c/r \le 25 \]
Dies kann in einen Grenzwert von \(\alpha_{cr}\) übersetzt werden, der von der Streckgrenze abhängt, und der sicherste Grenzwert beträgt 12,7 für den Stahlgüte A36.
Solche Grenzwerte sind sehr hoch. Faktoren unterhalb dieser Grenzwerte sollten eine Warnung auslösen, und ein Beul-Grenzzustand sollte überprüft werden. Jedoch kann \(\alpha_{cr}\) kaum in eine Beultragfähigkeit umgerechnet werden.
Beachten Sie auch, dass geschraubte Knotenblech-Verbindungen angemessene Beulfaktoren liefern, während Verbindungen mit Bolzen extrem niedrige Beulfaktoren aufweisen. Dies liegt am Analysemodell des Bolzens, das aus vielen speziellen Elementen besteht (Starrkörperelemente, Balkenelemente, Spaltelelemente ...) und gute Ergebnisse hinsichtlich der Tragfähigkeiten des Bolzens auf Abscheren, Biegung und Lochleibung liefert. Daher wird nachfolgend ein einfaches Verfahren beschrieben.
Nachweis der Beultragfähigkeit
Dieser vereinfachte Nachweis der Beultragfähigkeit sollte durchgeführt werden, wenn der Beulfaktor unter den oben genannten Grenzwert \(\alpha_{cr}\) fällt.
- Der Bauteiltyp des durch das Knotenblech angeschlossenen Bauteils sollte auf N-Vy-Vz eingestellt werden.
- Die Kräfte in sollten auf Schrauben eingestellt werden.
- Eine fiktive Querkraft, die im Mittelpunkt der Schrauben oder des Bolzens wirkt und das Knotenblech mit dem Betrag von 1/10 der Druckkraft biegt, hinzufügen: \(V_z=N/10\).
- Materiell nichtlineare Analyse berechnen.
Die fiktive Kraft berücksichtigt alle Exzentrizitäten, die durch Imperfektionen und geometrische Nichtlinearität verursacht werden. Die Validierung anhand von Versuchen ist im verlinkten Artikel beschrieben.
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