Constructief ontwerp en normcontrole van een stalen raamwerk (EN)

1 Nieuw project

Laten we IDEA StatiCa openen en applicatie Member selecteren.

Maak een nieuw project aan, typ de naam en selecteer een map waarin het wordt opgeslagen. Kies vervolgens de ontwerpcode, de eerste materiaaleigenschappen en het type topologie. Voeg knoopcoördinaten van het constructiedetail toe en voeg elementen toe binnen deze knopen. Klik tenslotte op Create project en begin met het modelleren van het constructiedetail.

2 Geanalyseerde elementen

Hier kunt u de parameters van de toegevoegde elementen voor de analyse bekijken en wijzigen. Wijzig de doorsnede van kolom AM1 in HEB260.

3 Gerelateerde elementen

Om gerelateerde elementen toe te voegen, die als steun en lastoverdracht dienen voor het constructiedetail, klik op het knoopblokje in de 3D-scène of selecteer het CON# in de boomlijst. Hier kunt u beëindigde of doorlopende gerelateerde elementen toevoegen door te klikken op de asrichtingen X, Y, Z volgens het globale coördinatensysteem. Voeg 2 beëindigde elementen toe in de Y-richting.

Selecteer vervolgens het gerelateerde element RM4 in de 3D-scène of in de boomlijst en wijzig de eigenschappen ervan zoals doorsnede, lengte, oriëntatie en steunen aan de vrije uiteinden.

En wijzig op basis daarvan het gerelateerd element RM5.

4 Lasten

In het menu Lasten kunt u lasteffecten toevoegen en wijzigen. Een lasteffect staat voor een groep waaraan u een of meer verdeelde lasten op een geanalyseerd of gerelateerd element kunt toevoegen. Binnen een lasteffect kunt u ook nodale interne krachten op elementen invoeren.

Eén lasteffect met een reeks lijnlasten is automatisch gegenereerd voor alle elementen. Verwijder er 2 door met de rechtermuisknop op elke rij in het tabblad te klikken en Delete (Verwijderen) te selecteren of door op het pictogram in het lint te klikken.

Wijs dan een verdeelde last toe aan element AM2 en pas de grootte en breedte ervan aan aan de balk.

5 Verbindingen

Vervolgens kunt u de knopen ontwerpen. Selecteer een knoopblokje in de 3D-scène of selecteer een CON# in de boomlijst en klik op Edit connection (Verbinding bewerken).

Begin met de knoop CON1 in de linker kolom basis. IDEA StatiCa Connection applicatiemodule opent, en u kunt de knoop ontwerpen door de bewerkingen toe te voegen.

Voeg in dit geval slechts één bewerking van de Voetplaat toe en wijzig de parameters ervan.

Selecteer vervolgens de knoop CON2 en bewerk deze in de module IDEA StatiCa Connection.

In plaats van stapsgewijs bewerkingen toe te voegen, importeert u een voorgedefinieerde sjabloon in de Connection Browser.

Pas de sjabloon toe om de werktijd te verkorten terwijl u de juiste boutsamenstelling en hoekstaalmaat kiest.

Ga verder met het bewerken van de knoop CON3.

Voeg hier slechts een operatie Snijden toe en stel de snijmethode op Versteksnede in om een stijve verbinding te maken.

Bewerk tenslotte de knoop CON4. Ook al biedt de software ons de mogelijkheid om gewoon hetzelfde ontwerp als voor CON1 te kopiëren, zullen we de verbinding bewerken om een andere te creëren.

Klik met de rechtermuisknop op het element en selecteer het ontwerp van een voetplaatverankering met verstijvers. 

En dan het ontwerp afmaken door de verbreder te wijzigen.

6 Controle

Laten we doorgaan naar het tabblad Controle en de analyse uitvoeren. De analyse in IDEA StatiCa Member wordt in drie stappen berekend met behulp van de CBFEM-technologie. Eerst analyseert u de MNA (materieel niet-lineaire analyse) om de constructiecapaciteit te controleren, vervolgens berekent u de LBA (lineaire bifurcatieanalyse) om de constructiestabiliteit te onderzoeken en tenslotte voert u de initiële onvolkomenheden in voor de juiste knikvormen en berekent u de GMNIA (geometrisch en materieel niet-lineaire analyse).

Eerst moet u voor dit specifieke complexe project het Aantal analyse iteraties verhogen tot 40 en het Aantal afwijkende iteraties tot 15 in de Code setup om voldoende rekencapaciteit voor de berekening te hebben.

En selecteer dan de MNA-analyse en druk op Calculate (Berekenen).

De resultaten van de MNA-analyse worden weergegeven, en u kunt de status van elk constructiedeel controleren, evenals de resultaten in het 3D-venster, bv. de spanningsverdeling in het geanalyseerde deel van de constructie.

Schakel vervolgens over naar de LBA-analyse en herhaal de berekening.

U kunt de knikvormfactoren (buckling shape) aflezen in het tabblad en de knikvorm 1 gevisualiseerd zien terwijl u het Uy-scherm aanzet voor een beter overzicht van de vervorming.

U kunt door de visualisatie van de andere knikvormen bladeren door ze in het tabblad te selecteren, bijvoorbeeld de knikvorm 6.

Aangezien ten minste één van de knikvormfactoren kleiner is dan 15, schakel over op GMNIA om de niet-lineaire analyse van de constructiestabiliteit uit te voeren. Kies volgens EN 1993-1-1 de meest kritieke knikvorm of een combinatie van knikvormen en voer de initiële onvolkomenheid van de kritieke balk in. Kies in dit geval de eerste knikvorm 1 als de meest kritische. Ga naar het tabblad GMNIA in het rechterpaneel en bepaal de onvolkomenheid van 9 mm (0,5xL/300 = 0,5*5400/300 = 9 mm), die u als Amplitude in kolom 1 invoert. Klik vervolgens weer op de knop Calculate (Berekenen). In dit geval kan de analyse enkele minuten duren.

Als u de resultaten bekijkt, kunt u zien dat de toegepaste lasten van GMNIA geen 100% hebben bereikt, wat betekent dat de constructie onder bepaalde lasten aan stabiliteit verliest. Om de stabiliteitscontroles te doorstaan, moet u het raamwerk versterken.

7 Operaties (Bewerkingen)

Ga terug naar het tabblad Design (Ontwerp) en navigeer in het boommenu naar Bewerkingen, klik met de rechter muisknop op AM2 en voeg Dwarsverstijvers toe om de meest belaste hoek van het raamwerk te versterken en de knikeffecten te verminderen.

Wijzig dan de verstijvingsparameters en voeg nog een dwarsverstijving toe aan dezelfde balk AM2 en nog een aan de kolom AM3 en zet ze in de juiste positie.

Ga nu terug naar het tabblad Controle en herhaal de berekening in drie stappen - MNA, LBA, GMNIA. Het ontworpen raamwerk heeft de stabiliteitscontroles met toegepaste initiële onvolkomenheden doorstaan, en u kunt de resultaten zoals de spanningsverdeling en het diagram van de interne krachten bekijken.

8 Rapport

Ga tenslotte naar het tabblad Rapport. IDEA StatiCa biedt een volledig aanpasbaar rapport om af te drukken of op te slaan in een bewerkbaar formaat.

U hebt een stalen raamwerk ontworpen, geoptimaliseerd en gecodeerd als constructiedetail volgens de Eurocode (EN).