Schetsplaat - wat is het probleem?

Wat gaat u doen als u heel snel een schetsplaatverbinding moet maken? U voegt gewoon een rechthoekige plaat toe aan de hoofdbalk en verbindt het secundaire element met deze plaat. En klaar. Dus, wat zou het probleem kunnen zijn?

Geen probleem als : 

1. je één staaf onder trekbelasting verbindt, 

2. je genoeg ruimte hebt voor alle verbindingscomponenten 

3. je niet bezig hoeft te zijn met de esthetiek van de verbinding. 

Het plezier begint pas met de complexiteit van de verbindingen, met de drukbelasting in staven, en met de druk op de kosten en de visuele kant van de verbinding

Schetsplaat type verbindingen

In de volgende afbeelding kunnen we de typische transversale opstellingen van de schetsplaten in de staalverbindingen zien.

De meest voorkomende toepassing van schetsplaten is te vinden in de truss-aansluitingen en in de laterale verstevigingssystemen, waar de diagonale elementen zijn verbonden door schetsplaten.

Wat is een schetsplaat en wat niet

Voor het onervaren oog kan het moeilijk zijn om schetsplaat (of schetsplaten) te vinden tussen alle stalen componenten in de verbinding. Iemand zou kunnen vragen, is het niet gewoon weer een verstijver? Nou, dat is het niet.

• De schetsplaten zijn de cruciale onderdelen van de constructie, waardoor alle interne krachten van de verbonden onderdelen worden overgebracht.
• Terwijl de verstijvers belangrijke onderdelen zijn die nodig zijn voor de juiste verbindingsstijfheid en om plaatknikken te voorkomen.
• Simpel gezegd, als de schetsplaat faalt, hangt er een ramp in de lucht. Zonder de verstijvers overleeft de constructie (althans voor enige tijd).

De term schetsplaat komt vaak pas in de schijnwerpers na het instorten van een constructie of een onderdeel ervan. De ineenstorting van de Interstate 35W-brug in 2007 was een van die ongelukkige gebeurtenissen.

In dit geval is de hoofddader geïdentificeerd als het niet voldoende ontwerp van de schetsplaten van de vakwerkstaven en het ontbreken van controle over deze verbindingsdelen tijdens het ontelbare aantal bruginspecties. Er werd simpelweg aangenomen dat de hoekplaten niet het zwakste punt in het ontwerp zouden zijn en dat de schetsplaatverbindingen sterker zijn dan de liggers die in de verbinding lopen. Helaas waren ze dat niet.

De ontwerpnormen geven ons enkele handleidingen voor het controleren van het ontwerp van de schetsplaatverbindingen. Enkele voorbeelden van ontwerpcodes met specificaties voor knoopplaten:

• AISC 360-16 (Verenigde Staten)
• CSA-S16-09 (Canada)
• EN 1993-1-8 (Eurocode)

Deze handleidingen zijn gebaseerd op een analytische benadering, die vrij eenvoudig toe te passen is, maar met het toenemende aantal verbindingstypes of alternatieven erg tijdrovend kan zijn.

Staven op trek

De verbindingen van de staven op trek zijn, laten we zeggen, de makkelijke. Maar de engineer moet nog een aantal controles uitvoeren op de schetsplaten. Als voorbeeld moet de Whitmore-doorsnede worden gecontroleerd op de trekkrachten.

Hoe het er op papier uitziet:

En in de echte constructie: 

Een andere controle heeft betrekking op de blok breuk op afschuiving in een verbinding, waarbij zowel afschuif- als trekcomponenten betrokken zijn en wordt gespecificeerd in AISC 360 Sec. J4.3. Als verbindingsontwerper moet u alle mogelijke afschuif breuken  in de boutrasters controleren, zoals u kunt zien in het onderstaande voorbeeld.

In dit verificatie artikel vindt u een goed voorbereid voorbeeld van een beoordeling van de blokschuifweerstand.

Staven op druk

Het ontwerp van de schetsplaatverbinding kan een heel andere "sport" worden als het gaat om staven op druk. We moeten nog steeds alle afschuif faal methodes controleren, maar het knikprobleem begint een veel belangrijkere rol te spelen.

Een cruciale parameter in het ontwerp van de verbinding van het drukelement is het feit of het element al dan niet uit het vlak van de schetsplaat kan draaien. Dit heeft invloed op het gedrag van het faalmechanisme en het ontstaan van de plastische scharnieren in de platen. In IDEA StatiCa Connection kunt u dit gedrag voor elk specifieke staaf instellen door simpelweg het juiste modeltype te selecteren.

De faalwijzen voor deze twee verschillende situaties zijn weergegeven in de volgende afbeelding.

Deze faalwijzen worden opgelost door een analytische benadering, maar u zult waarschijnlijk veel tijd besteden aan elke afzonderlijke verbinding. Waarschijnlijker zal de ingenieur kostbare tijd besparen door deze situatie eenvoudigweg te vermijden, en zal hij wat verstijvers toevoegen. Het is een begrijpelijke, maar kostbare oplossing.

Het gebruik van een slimme tool die de stabiliteitscontrole voor dergelijke verbindingen biedt, is een andere manier. De knikanalyse is een elementair onderdeel van de IDEA StatiCa Connection-app en biedt u knikvormen en knikfactoren voor een door de gebruiker gedefinieerd aantal vormen.

Onderzoek

Bij IDEA StatiCa-ontwikkeling is er geen plaats voor een trial & error-aanpak. Alle methoden die in de applicaties en rekenmodellen worden gebruikt, worden geverifieerd met echte testen op constructies en verder geanalyseerd in samenwerking met gerenommeerde universiteiten.

Een dergelijk onderzoek was ook gewijd aan het ontwerp van de knoopplaatverbinding. De resultaten van de tests werden vergeleken met de CBFEM modellering met een zeer goede correlatie. Hier vindt u ons verificatie artikel met de uitkomsten van het onderzoek.

Hoe bent u effectiever en meer concurrerend ?

Dus wat zijn uw mogelijkheden als het gaat om de behoefte aan verbindingsontwerp volgens de normen, maar ook wanneer u uw ontwerpen en controles niet in maanden maar binnen enkele weken moet doen? Bovendien moet u flexibel zijn voor revisies tijdens het project en wil je meerdere mogelijkheden in een redelijke tijd vergelijken. Wilt u ook uw aansluitingen eenvoudig laten monteren en geen fortuin kosten?

U weet het juiste antwoord al, we moeten een aantal 21e-eeuwse tools gebruiken, die het meeste oncreatieve werk voor ons zullen doen. Als we onze handen echt vrij willen hebben in het ontwerp, wordt het aantal opties aanzienlijk beperkt.

U zou gewoon IDEA StatiCa Connection kunnen proberen en u zou ontdekken dat dit alles is wat u nodig hebt voor uw werk. Of u volgt het standaard leertraject:

• Gebruik eerst enkele Excel-spreadsheets, 
• probeer dan wat meer geavanceerde, op spreadsheets gebaseerde verbindingssoftware,
• wanneer je op de limieten bent, besteed dan wat tijd aan experimenten met iets dat nog geavanceerder is,
• misschien enkele gedetailleerde shell-modellen maken in uw FEA-applicaties 
• en ga na al deze probeersels toch voor de IDEA StatiCa Connection-toepassing.

Hierna zult u alle voordelen van IDEA StatiCa ten volle waarderen.

Korte video-tutorial gewijd aan verbinding met schetsplaten

Als het gaat om kostenraming, kan het tegenwoordig erg lastig zijn om de prijs voor elke verbinding te berekenen. In de IDEA StatiCa-app komt deze informatie bijna als een aangename bijwerking naar voren. In dit artikel, vindt u alle nodige tips voor het gebruik van deze functie.

Een ander typisch gebruik van schetsplaten

Dankzij de komst van CNC-bewerkingen, ook in de werkplaatsen voor civiele bouw, zijn de schetsplaten 1 van de belangrijkste manieren om niet alleen stalen onderdelen, maar ook houten onderdelen met elkaar te verbinden. In plaats van de eindvormen van gecompliceerde staven op maat te maken, kunnen we gewoon een stalen plaat met gaten invoeren. De houten delen worden voorbereid met CNC-gemaakte gaten en groeven, en de verbinding wordt uiteindelijk geassembleerd met stalen pennen en bouten.

Het volgende niveau in de evolutie van het structurele ontwerp is het combineren van constructieve materialen en het gebruik van het beste van hun eigenschappen op de juiste plaats. Zo ontstonden de hybride hout-staalconstructies. Naast de natuurlijke visuele schoonheid zijn er vele andere redenen voor het gebruik ervan, zoals kostenreductie, minder behoefte aan brandbeveiliging of het verkleinen van de ecologische voetafdruk.

Voor degenen die geïnteresseerd zijn in staal-naar-hout ontwerp, lees meer over de houtverbindingen die zijn opgelost in IDEA StatiCa Connection in ons Support Center.

IDEA StatiCa is er trots op in de frontlinie te staan voor het ontwerp van de verbinding en constructieve elementen. Laat ons weten als u een idee heeft hoe het ontwerp van de schetsplaat kan worden verbeterd.