Reken model verbeteringen in IDEA StatiCa versie 21.0

Het model van de verbinding is sterk verbeterd door het invoegen van het gecondenseerde superelement. Dit element wordt achter het staafuiteinde toegevoegd en heeft dezelfde eigenschappen als het elastische schaalmodel van de staaf. Het is slechts één element, maar het zorgt ervoor dat elke elastische vervorming en spanning in de uiteinden van het element kan ontstaan. Hierdoor kan het deel van de ligger dat uit schaalelementen bestaat, korter zijn en toch het gedrag van het rekenmodel verbeteren. De standaardlengte van zowel open als holle doorsnedes gemodelleerd door schaalelementen wordt verkleind tot 1,25 × doorsnede hoogte. De lengte van het gecondenseerde superelement is 4x doorsnede hoogte (het superelement is niet zichtbaar voor de eindgebruiker). Het enige verschil is dat voor lineaire knik- en stijfheidsanalyses de lengte van het gecondenseerde superelement 0,5 × doorsnedehoogte is. De reden is om de vormen van de knikmodi in de interne platen van de verbinding te behouden in plaats van in de staven.

De belangrijkste voordelen van deze wijziging zijn:

• 30% snellere rekentijden (gemiddeld bij een groot aantal projecten)
• Snellere visualisatie van resultaten
• Nauwkeuriger modellering van verbindingen van holle profielen

Deze wijziging is oorspronkelijk aangebracht om de berekening van verbindingen van buisprofielen te verbeteren, maar de voordelen zijn voor alle modellen.

Wat zijn de belangrijkste gevolgen? Sommige resultaten zullen veranderen tussen de versies, maar IDEA StatiCa heeft een groot aantal geautomatiseerde tests uitgevoerd. Bij de meerderheid was het verschil in resultaat minder dan 1%. In sommige gevallen zijn de verschillen echter groter. Deze gevallen zijn:

Doorsnede vervormt aan het einde van het schaalmodel

Dit effect was de belangrijkste reden waarom de wijziging werd ingevoerd. De doorsnede kan nu vervormen aan de uiteinden van het model bestaande uit schaalelementen. Verbindingen van holle profielen vereisen relatief lange staven - tot wel 10 keer de doorsnedediameter. Anders kunnen de randvoorwaarden de weerstand van de verbinding beïnvloeden. Door een gecondenseerd superelement te plaatsen achter het deel van het model dat uit schaalelementen bestaat, gaat de berekening veel sneller met dezelfde precisie. 

Opmerking: Het gecondenseerde element heeft niet alleen elastische eigenschappen. Plastische spanningen mogen de uiteinden van de staven niet bereiken. Anders kunnen ze de weerstand van de verbinding beïnvloeden.

Kortere staafeindes vloeien niet aan de uiteinden

Dit is een probleem met bijvoorbeeld kolom steunen die zwaar op afschuiving worden belast door een kracht die zeer dicht bij de verbinding ligt. Door kortere staven toe te passen, wordt het momenteffect aan het staafeinde verminderd.

Als het staafeinde element nog steeds faalt door buiging, is de alternatieve oplossing om met een 'verstijvende staaf' te modelleren en een fictieve staaf te gebruiken om de dwarskracht toe te passen

Torsie  

De vervorming werd tegengegaan door de multipoint constraints die het knooppunt met het staafeinde verbinden. Deze beperkingen worden gebruikt om belastingen in het model op te leggen. Nu duwt het gecondenseerde superelement de beugels verder en kan de staaf vervormen. Dit resulteert in een groter bimoment (warping moment) in de verbinding.

Dit is vaak het geval bij een eenzijdige verbinding van de secundaire ligger aan een primaire ligger. Houd er rekening mee dat het staafontwerp ergens anders moet worden uitgevoerd en ook dat het bimoment veroorzaakt door warping vaak wordt verwaarloosd door de softwarepakketten, maar er moet wel rekening mee worden gehouden. De warping resistance van open profielelementen is namelijk laag.

Vereenvoudigde Belasting / Lasten in evenwicht 

Bij gebruik van vereenvoudigde belasting en de doorgaande staaf is geselecteerd als dragend, zijn de snedekrachten anders omdat de lengte van het element veranderde van:  1,5 × h naar :  (1,25 + 4) × h.

• Snedekrachten zijn anders
• Het kolomlijf onder afschuiving wordt dan zwaarder belast. Desalniettemin is de optie belastingen in evenwicht nodig om het gedrag van doorgaande staaf correct vast te leggen.

Het gebruik van lasten in evenwicht wordt altijd aanbevolen.

Buigweerstand van de schaal verminderd voor holle profielen

Belastingweerstanden van holle profielverbindingen in de normen worden bepaald door de Failure Mode Method die gebruik maakt van curve-fitting modellen die zijn bepaald op basis van experimenten en geavanceerde numerieke modellen. Deze ontwerpmethode is in alle normen geïmplementeerd. Op dit moment staat de meest recente state-of-the-art in een concept van prEN 1993-1-8: 2022. De echte constructie bevat initiële onvolkomenheden en restspanningen, die niet worden vastgelegd door schaalmodellen in IDEA StatiCa Connection. Om een betere naleving van de resultaten van normen te bereiken, werd de invloed van restspanning en initiële onvolkomenheden geïntroduceerd in IDEA StatiCa-modellen door de buigweerstand van schalen van holle profielen met een hoge D / (2t) -verhouding te verminderen. Dit maakt het mogelijk om de weerstand van faalwijzen van verbindingen te verminderen, maar de normale en buigweerstand van holle profielen te behouden. De vermindering van de plastische weerstand van schaalelementen is afhankelijk van de factor \ (\ gamma = \ frac {D_0} {2t_0} \):

These combined changes allowed us to achieve close agreement with the results of the Failure Mode Method (FMM) contained in design codes. The compliance between IDEA StatiCa Connection and FMM is shown in the following figures. 

Door deze gecombineerde veranderingen konden we betere overeenstemming bereiken met de resultaten van de Failure Mode Method (FMM) in ontwerpcodes. De overeenstemming tussen IDEA StatiCa Connection en FMM wordt weergegeven in de volgende afbeeldingen.

Circular hollow sections Ronde holle profielen

T-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

T-verbinding, buigmoment in het vlak, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

T-verbinding, buigmoment uit het vlak, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

Y-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

Y-verbinding, buigmoment in het vlak, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

Y-verbinding, buigmoment uit het vlak, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 30 ^ \ circ \)

K-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 45 ^ \ circ \)

Vierkante kokerprofielen

T-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

Opmerking : De vermindering van de weerstand als gevolg van belasting in het koord niet wordt meegerekend in het FFM-model. Dat is de verklaring voor het verschil in resultaten.

T-verbinding, buigmoment in het vlak, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

T-verbinding, buigmoment uit het vlak, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

Y-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

Opmerking : De vermindering van de weerstand als gevolg van belasting in het koord wordt niet meegerekend in het FFM-model. Dat is de verklaring voor het verschil in resultaten.

Y-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 30 ^ \ circ \)

Opmerking : De vermindering van de weerstand als gevolg van belasting in het koord niet wordt meegerekend in het FFM-model. Dat is de verklaring voor het verschil in resultaten.

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 90 ^ \ circ \)

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 60 ^ \ circ \)

X-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 30 ^ \ circ \)

K-verbinding, normaalkracht, hoek \ (\ theta = 45 ^ \ circ \)