Prüfartikel Feuerwiderstand - automatische Temperaturberechnung
Die Brandbemessung basiert auf der Temperaturberechnung nach der inkrementellen Methode der Norm EN 1993-1-2 - 4.2.5. Ingenieure müssen keine Temperaturberechnungen mehr selbst durchführen oder sich auf zusätzliche manuelle Lösungen wie Tabellenkalkulationen verlassen.
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Inhaltsverzeichnis
- Schraubverbindungen
- Geschweißte Verbindungen
- Wasauchimmer
Schrauben und Schweißnähte sind die schwierigsten Elemente bei der Konstruktion von Stahlverbindungen. Excel-Tabellen vereinfachen sehr oft ihre Berechnung. Die Modellierung in allgemeinen FEM-Programmen ist kompliziert, da diese Programme nicht die vordefinierten Sätze von Elementen anbieten. Aus diesem Grund wurde die CBFEM-Methode entwickelt und in IDEA StatiCa implementiert.
Bolzenmodell nach CBFEM
IDEA StatiCa verfügt über eine einzigartige Methode in seinem Solver, die komponentenbasierte Finite-Elemente-Methode (CBFEM). Das in CBFEM verwendete Schraubenmodell wird nach mehreren Stahlbemessungsnormen beschrieben und verifiziert. Der Lastwiderstand und das Verformungsvermögen werden ebenfalls mit den wichtigsten experimentellen Forschungsprogrammen verglichen.
Bei der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) ist die Schraube mit ihrem Verhalten in Zug, Schub und Lager die Komponente, die durch die abhängigen nichtlinearen Federn beschrieben wird. Die Spannschraube wird durch die Feder mit ihrer axialen Anfangssteifigkeit, dem Bemessungswiderstand, der Initialisierung des Fließens und der Verformungsfähigkeit beschrieben. Für die Initialisierung des Fließ- und Verformungsvermögens wird angenommen, dass die plastische Verformung nur im Gewindeteil des Schraubenschaftes auftritt.
In unserem Theoretischen Hintergrund finden Sie weitere Informationen darüber, wie die CBFEM-Methode Schrauben beschreibt und nachweist. Wenn Sie ein wenig mehr über CBFEM im Allgemeinen erfahren möchten, ist der vollständige allgemeine theoretische Hintergrund definitiv der beste Ausgangspunkt.
Schrauben nach Bemessungsvorschriften
Werfen wir einen Blick darauf, wie CBFEM Schrauben aus der Sicht der einzelnen Bemessungsnormen angeht. Bisher unterstützt IDEA StatiCa acht Bemessungsnormen, in denen die Bemessung und/oder Detaillierung von Schrauben und vorgespannten Schrauben gelöst wird.
Prüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach Eurocode
Die Anfangssteifigkeit und der Bemessungswiderstand von Schrauben in Schub sind in CBFEM nach Kl. 3.6 und 6.3.2 in EN 1993-1-8 modelliert. Die Feder, die Lager und Zug repräsentiert, hat ein bilineares Kraft-Verformungs-Verhalten mit einer Anfangssteifigkeit und einem Bemessungswiderstand nach Kl. 3.6 und 6.3.2 in EN 1993-1-8.
Genau schildernd
Überprüfungen von Schrauben werden durchgeführt, wenn die Option in der Code-Einrichtung ausgewählt ist. Die Bemaßungen von der Schraubenmitte bis zu den Plattenkanten und zwischen den Schrauben werden überprüft. Der Kantenabstand e = 1,2 und der Abstand zwischen den Schrauben p = 2,2 werden in Tabelle 3.3 in EN 1993-1-8 empfohlen. Benutzer können beide Werte im Code-Setup ändern.
Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach AISC
Die Kräfte in Schrauben werden durch Finite-Elemente-Analyse bestimmt. Zu den Zugkräften gehören auch Hebelkräfte. Die Schraubenwiderstände werden gemäß AISC 360 - Kapitel J3 geprüft.
Genau schildernd
Der Mindestabstand zwischen den Schrauben und der Abstand zur Schraubenmitte zu einer Kante eines verbundenen Teils wird überprüft. Der Mindestabstand 2,66 mal (bearbeitbar in der Code-Einrichtung) des Nenndurchmessers der Schrauben zwischen den Mittelpunkten der Schrauben wird gemäß AISC 360-16 – J.3.3 überprüft. Der Mindestabstand zur Schraubenmitte zur Kante eines verbundenen Teils wird gemäß AISC 360-16 – J.3.4 überprüft; Die Werte sind in den Tabellen J3.4 und J3.4M aufgeführt.
Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach anderen Normen
- Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach CISC (Kanada)
- Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach chinesischer Norm (GB)
- Überprüfung der Schrauben nach Hong Kong Code (HKG)
- Überprüfung der vorgespannten Schrauben nach IS 800 (Indien)
- Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach SP (Russland)
- Überprüfung von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach AS (Australien)
Detaillierung der Schrauben
So stellen Sie die Abstände ein
Die für die Bolzentragfähigkeit verwendeten Randabstände müssen für allgemeine Plattengeometrien, Platten mit Öffnungen, Ausschnitte usw. relevant sein.
Der Algorithmus liest die reale Richtung des resultierenden Querkraftvektors in einer bestimmten Schraube und berechnet dann die Abstände, die für den Lagernachweis benötigt werden.
Die End- (e 1) und Kantenabstände (e2) werden bestimmt, indem die Plattenkontur in drei Segmente unterteilt wird. Das Endsegment wird durch einen 60°-Bereich in Richtung des Kraftvektors angezeigt. Die Kantensegmente werden durch zwei 65°-Bereiche senkrecht zum Kraftvektor definiert. Der kürzeste Abstand von einer Schraube zu einem relevanten Segment wird dann als Ende oder Kantenabstand genommen.
Es gibt mehrere Optionen für die Behandlung von Schweißnähten in numerischen Modellen. Die großen Verformungen machen die mechanische Analyse komplexer, und es ist möglich, unterschiedliche Netzbeschreibungen, unterschiedliche kinetische und kinematische Variablen und konstitutive Modelle zu verwenden. In der Regel werden die verschiedenen Arten von geometrischen 2D- und 3D-Modellen und damit Finite Elemente mit ihrer Anwendbarkeit für unterschiedliche Genauigkeitsstufen verwendet. Das am häufigsten verwendete Materialmodell ist das gängige ratenunabhängige Plastizitätsmodell, das auf dem von-Mises-Fließkriterium basiert. Es werden zwei Ansätze beschrieben, die für Schweißnähte verwendet werden. Eigenspannungen und Verformungen, die durch das Schweißen verursacht werden, werden im Bemessungsmodell nicht berücksichtigt.
Die Last wird durch Kraft-Verformungs-Beschränkungen, die auf der Lagrange-Formulierung basieren, auf die gegenüberliegende Platte übertragen. Die Verbindung wird als Multi-Point-Constraint (MPC) bezeichnet und setzt die Finite-Elemente-Knoten einer Plattenkante in Beziehung zu einer anderen. Die Finite-Elemente-Knoten sind nicht direkt miteinander verbunden. Der Vorteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, Netze mit unterschiedlichen Dichten zu verbinden. Die Randbedingung ermöglicht die Modellierung der Mittellinienfläche der verbundenen Platten mit dem Versatz, der die tatsächliche Schweißnahtkonfiguration und die Halsdicke berücksichtigt. Die Lastverteilung in der Schweißnaht wird aus der MPC abgeleitet, so dass die Spannungen im Halsbereich berechnet werden. Dies ist wichtig für die Spannungsverteilung in der Platte unter der Schweißnaht und für die Modellierung von T-Stummeln.
Plastische Spannungsumverteilung in Schweißnähten
Das Modell mit nur Mehrpunktabhängigkeiten berücksichtigt nicht die Steifigkeit der Schweißnaht, und die Spannungsverteilung ist konservativ. Spannungsspitzen, die am Ende von Plattenkanten, in Ecken und bei Abrundungen auftreten, bestimmen den Widerstand über die gesamte Länge der Schweißnaht. Um den Effekt zu eliminieren, wird zwischen den Platten ein spezielles elastoplastisches Element hinzugefügt. Das Element berücksichtigt die Dicke, Position und Ausrichtung der Schweißnaht. Der äquivalente Schweißkörper wird mit den entsprechenden Schweißnahtmaßen eingefügt. Die nichtlineare Materialanalyse wird angewendet und das elastoplastische Verhalten in äquivalenten Schweißkörpern bestimmt. Der Plastizitätszustand wird durch Spannungen im Schweißnahtbereich gesteuert. Die Spannungsspitzen werden über den längeren Teil der Schweißnahtlänge umverteilt.
Das elastoplastische Modell von Schweißnähten liefert reale Spannungswerte, und es ist nicht erforderlich, die Spannung zu mitteln oder zu interpolieren. Berechnete Werte am am stärksten beanspruchten Schweißelement werden direkt für Nachweise des Schweißbauteils verwendet. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, den Widerstand von multiorientierten Schweißnähten, Schweißnähten an nicht versteiften Flanschen oder langen Schweißnähten zu verringern.
Abhängigkeit zwischen Schweißelement und Netzknoten
Allgemeine Schweißnähte können unter Verwendung der Kunststoffumverteilung als kontinuierlich, teilweise und intermittierend eingestellt werden. Durchgehende Schweißnähte erstrecken sich über die gesamte Länge der Kante, partielle Schweißnähte ermöglichen es dem Benutzer, Versätze von beiden Seiten der Kante einzustellen, und intermittierende Schweißnähte können zusätzlich mit einer festgelegten Länge und einem Spalt eingestellt werden.
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