Element de rigidizare a inimii stâlpului

Descriere

Obiectivul acestui studiu este verificarea metodei elementelor finite bazate pe componente (CBFEM) pentru un element de rigidizare a inimii stâlpului de clasa 4 într-o îmbinare grindă-stâlp, utilizând un model FEA de cercetare (RFEM) creat în software-ul Dlubal RFEM și metoda componentelor (CM).

Modelul FEA de cercetare

Modelul FEA de cercetare (RFEM) este utilizat pentru verificarea modelului CBFEM. În modelul numeric, se aplică elemente de tip coajă cvadrilaterale cu 4 noduri situate la colțuri. Se aplică analiza geometrică și material neliniară cu imperfecțiuni (GMNIA). Imperfecțiunile geometrice echivalente sunt derivate din primul mod de flambaj, iar amplitudinea este stabilită conform Anexei C din EN 1993-1-5:2006. Modelul numeric este prezentat în Fig. 6.3.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Modelul FEA de cercetare al unei îmbinări grindă-stâlp cu element de rigidizare zvelt al inimii stâlpului}}}$$

CBFEM

Procedura de calcul pentru plăci zvelte este descrisă în secțiunea 3.10. Analiza liniară de flambaj este implementată în software. Calculul rezistențelor de calcul se efectuează conform procedurii de calcul. F_CBFEM este interpolat de utilizator până când ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 este egal cu 1. Se studiază o îmbinare grindă-stâlp cu un element de rigidizare zvelt al inimii stâlpului. Aceeași secțiune transversală este utilizată pentru grindă și stâlp. Grosimea elementului de rigidizare a inimii stâlpului variază. Geometria exemplelor este descrisă în Tab. 6.3.1. Îmbinarea este încărcată cu moment încovoietor.

Tab. 6.3.1 Prezentare generală a exemplelor

Comportament global și verificare

Comportamentul global al unei îmbinări grindă-stâlp cu un element de rigidizare zvelt al inimii stâlpului cu grosimea de 3 mm, descris prin diagrama moment-rotație în modelul CBFEM, este prezentat în Fig. 6.3.2. Atenția este concentrată asupra caracteristicilor principale: rezistența de calcul și sarcina critică. Diagrama este completată cu punctul în care începe curgerea și rezistența la 5% deformație plastică.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Curba moment-rotație pentru exemplul t3}}}$$

Verificarea rezistenței

Rezistența de calcul calculată cu software-ul CBFEM Idea StatiCa este comparată cu RFEM. Comparația este axată pe rezistența de calcul și sarcina critică. Rezultatele sunt prezentate în Tab. 6.3.2. Diagrama din Fig. 6.3.3 c) arată influența grosimii elementului de rigidizare a inimii stâlpului asupra rezistențelor și sarcinilor critice în exemplele examinate.

Tab. 6.3.2 Rezistențe de calcul și sarcini critice pentru RFEM și CBFEM

Rezultatele arată o concordanță foarte bună în ceea ce privește sarcina critică și rezistența de calcul. Modelul CBFEM al îmbinării cu element de rigidizare al inimii cu grosimea de 3 mm este prezentat în Fig. 6.3.3a. Primul mod de flambaj al îmbinării este prezentat în Fig. 6.3.3b.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Model geometric b) Primul mod de flambaj c) Influența grosimii elementului de rigidizare asupra rezistențelor și sarcinilor critice}}}$$

Studiile de verificare au confirmat acuratețea modelului CBFEM pentru predicția comportamentului elementului de rigidizare a inimii stâlpului. Rezultatele CBFEM sunt comparate cu rezultatele RFEM. Toate procedurile prezic un comportament global similar al îmbinării. Diferența în rezistența de calcul este în toate cazurile sub 10%.

Exemplu de referință

Date de intrare

Grindă

• Oțel S235
• Grosimea tălpii t_f = 20 mm
• Lățimea tălpii b_f = 400 mm
• Grosimea inimii t_w = 12 mm
• Înălțimea inimii h_w = 600 mm

Stâlp

• Oțel S235
• Grosimea tălpii t_f = 20 mm
• Lățimea tălpii b_f = 400 mm
• Grosimea inimii t_w = 12 mm
• Înălțimea inimii h_w = 560 mm
• Înălțimea secțiunii h = 600 mm

Element de rigidizare superior al inimii stâlpului

• Oțel S235
• Grosimea elementului de rigidizare t_w = 20 mm
• Lățimea elementului de rigidizare h_w = 400 mm

Element de rigidizare inferior al inimii stâlpului

• Oțel S235
• Grosimea elementului de rigidizare t_w = 3 mm
• Lățimea elementului de rigidizare h_w = 400 mm

Configurare cod – Model și plasă

• Numărul de elemente pe inima sau talpa celui mai mare element 24

Rezultate

• Rezistența plastică CBFEM = 589 kNm
• Rezistența de calcul la flambaj CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Factorul critic de flambaj (pentru rezistența de calcul la flambaj = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Factorul de încărcare la 5% deformație plastică α_ult,k = Rezistența plastică CBFEM / Rezistența de calcul la flambaj CBFEM = 589/309 = 1,91