Eindwerk IDEA Steel Connection KU Leuven 2017
•
0 likes•3,066 views
Presentatie van studenten Industrieel Ingenieur Bouwkunde aan de KU Leuven over IDEA Steel Connections met als doel te vergelijken met de Eurocode 1993-1-8
Recommended
Recommended
More Related Content
More from Jo Gijbels
More from Jo Gijbels (20)
Eindwerk IDEA Steel Connection KU Leuven 2017
- 1. Detailstudie van rekensoftware voor stalen verbindingen IDEA StatiCa Steel Connections versie 7.1.18 Banie Sarrazijn - Marlies Waeyaert Promotor: dhr. ir. S. Pillaert Academiejaar 2016 - 2017
- 2. 2 Inhoudstafel I Inleiding TA Theoretische achtergrond Literatuurstudie IDEA Principes IDEA StatiCa Steel Connections T Equivalent T-stuk op trek Onderzoek AD Additionele testen Onderzoek PP Plastisch plooien/vloeien Onderzoek VO Voortgaand onderzoek B Besluit
- 3. Inleiding 02
- 4. 4I De norm voor verbindingen NBN EN1993-1-8 Norm voor verbindingen NBN EN1993-1-8 Twee basiscomponenten • Dimensionering van de getrokken zijde van geboute ligger- kolomverbindingen • Gebruik van de plastische methode • Gebruik van een equivalent T-stuk • Effectieve lengte van de vloeilijnen van Johansen • Verschillende bezwijkmechanismen • Wrikkrachten
- 5. 5I IDEA StatiCa Steel Connections versie 7.1.18 Twee basiscomponenten IDEA StatiCa Steel Connections Versie 7.1.18 • Onderdeel van IDEA StatiCa (Steel) • Constante uitbreiding/verbetering van het pakket • Heel krachtig en eenvoudig pakket • Sterkteberekeningen • Stijfheidsberekeningen • Totale controle a.d.h.v. de plastische rek
- 6. 6I Vergelijking / verificatie van de twee basiscomponenten Doel en principe Steel Connections • Waar en wanneer treedt plastisch plooien op? • Kunnen de verschillende bezwijkmodes worden teruggevonden? • Wat met de effectieve lengte van de vloeilijnen van Johansen? • Wordt er rekening gehouden met wrikkrachten? • Heeft de coëfficiënt van Poisson een invloed? • Wat is de invloed van de mesh op de resultaten? Voldoende betrouwbaar? Doel Principe Iteratief proces » opstellen voor bezwijkcriterium Literatuur • Wald, et al., 2016 • Wald, Sokol, & Jaspart, 2016 • Zoetemeijer, 1974
- 7. Timing Literatuurstudie I Kennismaking software pakket Onderzoek plastisch plooien Onderzoek T-stuk op trek Additionele testen 7I
- 9. 9TA Spanning- rekdiagram Staaleigenschappen Waar- en conventioneel spanning- rekdiagram Vereenvoudigd bilineair spanning-rekdiagram (Van Paepegem, 2009-2010)
- 10. 10TA Vloeien of plastisch plooien Staaleigenschappen (Vandepitte, sd) Overgang elastisch naar plastisch spanningsbeeld 𝑀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = −𝑎 +𝑎 −𝑦 × 𝜎𝑑𝐴 = 𝑓𝑦 −𝑎 0 −𝑦 𝑑𝐴 − −𝑓 𝑦 ) −𝑎 0 𝑦𝑑𝐴 = 2𝑆𝑓𝑦 Vloeien treedt op na bereiken van 𝑀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ
- 11. 11TA Elastisch en plastisch moment toegepast op een smalle rechthoekige dwarsdoorsnede Staaleigenschappen 𝑀𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 𝑊𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑠𝑖𝑐ℎ 𝑓𝑦 = 𝐼 𝛼 𝑡𝑓 2 × 𝑓𝑦 = 𝑏 𝑝 × 𝑡𝑓 3 12 𝑡𝑓 2 × 𝑓𝑦 = 𝑏 𝑝 × 𝑡𝑓 2 6 × 𝑓𝑦 𝑀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 2𝑆𝑓𝑦 = 2 × 𝑏 𝑝 × 𝑡𝑓 2 × 𝑡𝑓 4 ∗ 𝑓𝑦 = 0,25 × 𝑏 𝑝 × 𝑡𝑓 2 × 𝑓𝑦 Elastisch moment om zwakke as 𝛼𝛼 Plastisch moment om zwakke as 𝛼𝛼 𝑀 𝑝𝑙,1,𝑅𝑑 = 0,25 × 𝑙 𝑒𝑓𝑓,1 × 𝑡𝑓 2 × 𝑓𝑦 𝛾 𝑀0 Volgens NBN EN1993-1-8 𝑀 𝑝𝑙,2,𝑅𝑑 = 0,25 × 𝑙 𝑒𝑓𝑓,2 × 𝑡𝑓 2 × 𝑓𝑦 𝛾 𝑀0
- 12. 12TA Vloeicriteria Staaleigenschappen Criterium van Tresca Criterium van Von-Mises 𝜎 𝑉𝑀 = 1 2 𝜎 𝑥𝑥 − 𝜎 𝑦𝑦 2 + 𝜎 𝑦𝑦 − 𝜎𝑧𝑧 2 + 𝜎𝑧𝑧 − 𝜎 𝑥𝑥 2 + 6𝜎 𝑥𝑦 2 + 6𝜎 𝑦𝑧 2 + 6𝜎𝑧𝑥 2 ≤ 𝑓𝑦 𝛾 𝑀0 𝜎 𝑉𝑀 = 𝜎2 + 3𝜏2 ≤ 𝑓𝑦 𝛾 𝑀0 Vereenvoudigde formule Uitgebreide 3D-formule 𝜏 ≤ 𝜏 𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑣 2 = 𝑓𝑦 2 (ESDEP Course, sd)
- 13. 13TA Coëfficiënt van Poisson • Vlakspanningstoestand • Vlakvervormingstoestand • Staal 𝜈 = 0,29 à 𝟎, 𝟑𝟎 • Dwarscontractiecoëfficiënt • Verhouding laterale op longitudinale rek (Van Paepegem, 2009-2010) ∆𝑑 𝑑0 ∆𝐿 𝐿0 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 → ∆𝑑 𝑑0 = −𝜈 ∆𝐿 𝐿0 Coëfficiënt van Poisson
- 14. 14TA Verband moment- rotatie in een verbinding Benaderd door rotatieveer Basiseigenschappen: Eenzijdige ligger- kolomverbinding • Momentcapaciteit 𝑀𝑗,𝑅𝑑 𝑁𝑚) • Rotatiestijfheid 𝑆𝑗 𝑁𝑚 𝑚𝑟𝑎𝑑) • Rotatiecapaciteit ϕ 𝐶𝑑 𝑚𝑟𝑎𝑑) (NBN EN1993-1-8: 2005)
- 15. 15TA Equivalent T-stuk Vereenvoudiging van een geboute verbinding Bepalen van rekenwaarden van volgende componenten • Kolomflens op buiging • Kopplaat op buiging (NBN EN1993-1-8: 2005)
- 16. 16TA Wrikkrachten of interne krachten Q Equivalent T-stuk (Zoetemeijer, 1974) Ontstaan van wrikkrachten • T-stukken met twee bouten • Lijf getrokken met kracht 2T • Flenzen niet oneindig stijf • Contact tussen flenzen van beide T-stukken Bouten onderworpen aan kracht T + Q
- 17. 17TA Rekenwaarde van de weerstand van een flens van een T-stuk Equivalent T-stuk (NBN EN1993-1-8 tabel 6.2) Opm.: berekeningen volgens methode 1
- 18. 18TA Rekenwaarde van de weerstand van een flens van een T-stuk Equivalent T-stuk (NBN EN1993-1-8 tabel 6.2) en (Wald, Sokol, & Jaspart, 2008) 𝐹 𝑇,𝑅𝑑 = min 𝐹 𝑇,1,𝑅𝑑; 𝐹 𝑇,2,𝑅𝑑; 𝐹 𝑇,3,𝑅𝑑 𝐹 𝑇,𝑅𝑑 = min 𝐹 𝑇,1∗,𝑅𝑑; 𝐹 𝑇,3,𝑅𝑑 Wrikkrachten • Bezwijkmode 1: volledig vloeien van de flenzen (4 plastische scharnieren) • Bezwijkmode 2: breuk van de bouten met vloeien van de flenzen (2 plastische scharnieren) • Bezwijkmode 3: breuk van de bouten Geen wrikkrachten • Bezwijkmode 1*: volledig vloeien van de flenzen (2 plastische scharnieren) • Bezwijkmode 3: breuk van de bouten
- 19. 19TA Effectieve lengte van de vloeilijnen van het T-stuk Equivalent T-stuk (NBN EN1993-1-8 tabel 6.4) Vloeilijnentheorie van Johansen Afzonderlijke eindboutrij Mogelijke lengten: • 2𝜋𝑚 • 𝜋𝑚 + 2𝑒1 • 4𝑚 + 1,25𝑒 • 2𝑚 + 0,625𝑒 + 𝑒1 • 𝑏 (rechte vloeilijn)
- 21. 21IDEA Component Based Finite Element Method CBFEM model (IDEA RS, 2009-2017) NBN EN1993-1-8 IDEA StatiCa Steel Connections
- 22. 22IDEA Component Based Finite Element Method Spanning- rekdiagram (IDEA RS, 2009-2017) Ideaal plastisch bilineair spanning- rekdiagram • Spanningscontrole waardeloos (constant) • Controle van plastische grensrek 5% Bilineair spanning- rekdiagram met lichte inclinatie van plastische gedeelte (IDEA StatiCa Steel Connections) • Spanningen mogelijk groter dan vloeigrens
- 23. 23IDEA Component Based Finite Element Method Model & mesh (Wald, et al., 2016) MITC4 plate elementen • 2D-element gedefinieerd in 3D-omgeving • 2D-element met bepaalde dikte Ideale meshgrootte • Aantal elementen op een rand (bepalend!) • Minimale grootte van element • Maximale grootte van element Notatie: standaardinstellingen
- 25. 25PP Algemeen Vloeien: waar en wanneer? Ingeklemde plaat langs zwakke as op buiging belasten • Stijve buis SHS550/550/40 • Lasdikte 30 mm • Snedekracht = moment • Rechte vloeilijn langsheen inklemming (doel) Invloed? • Coëfficiënt van Poisson • Meshgrootte
- 27. 27PP Principe Spanning- en rekberekening Hoe? • Platen met een toenemend moment belasten • Genereren equivalente spanning en plastische rek • Toetsen aan criterium van Von-Mises • Coëfficiënt van Poisson gelijk aan 0 en 0,3 • Standaard netinstellingen
- 28. 28PP Resultaten: spanning- rekdiagram Spanning- en rekberekening • Plastische rek » totale rek • Coëfficiënt van Poisson » invloed verwaarloosbaar Bilineair spanning- rekdiagram met inclinatie van het plastische gedeelte
- 29. 29PP Resultaten: moment- spanningsdiagram Spanning- en rekberekening
- 30. 30PP Principe Stijfheidsberekening Hoe? • Platen met een toenemend moment belasten • Onderwerpen aan stijfheidsberekening • Zoeken naar plastisch moment • Coëfficiënt van Poisson gelijk aan 0 en 0,3 • Standaard netinstellingen Opstellen bezwijkcriterium » iteratief / trial and error Effectieve hoekrotatie Rotatiecapaciteit
- 31. 31PP Bezwijkcriterium voor plastisch plooien Stijfheidsberekening ‘Indien een plaat wordt ingeklemd, belast wordt met een moment en aan een stijfheidsberekening wordt onderworpen, treedt vloeien op wanneer de hoekrotatie Φ gelijk wordt aan de rotatiecapaciteit ΦC.’
- 32. 32PP Bezwijkcriterium voor plastisch plooien Stijfheidsberekening 𝜙 ≅ 𝜙𝑐? Nee Ja Instellen moment 𝑀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ
- 33. 33PP Rekenvoorbeeld: plaat L (Poisson = 0,3) Stijfheidsberekening
- 34. 34PP Rekenvoorbeeld: plaat L Stijfheidsberekening » 𝑀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 4,7125 𝑘𝑁𝑚 Invloed coëfficiënt van Poisson?
- 35. 35PP Rekenvoorbeeld: plaat L Stijfheidsberekening 𝑀 = 3,5 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 0,02 % − ϕ = 129,47 𝑚𝑟𝑎𝑑𝑀 = 3 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 0,00 % − ϕ = 108,84 𝑚𝑟𝑎𝑑 𝑀 = 4 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 0,05 % − ϕ = 167,72 𝑚𝑟𝑎𝑑 𝑀 = 4,7125 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 14,5 % − ϕ = 11956,37 𝑚𝑟𝑎𝑑 𝑀 = 5 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 24,97 % − ϕ = 21740,05 𝑚𝑟𝑎𝑑𝑀 = 4,5 𝑘𝑁𝑚 − 𝜀 𝑚𝑎𝑥 = 6,47 % − ϕ = 609,48 𝑚𝑟𝑎𝑑
- 37. 37PP Invloed meshgrootte op het plastisch moment Stijfheidsberekening Hoe? • Mesh steeds verfijnen » aantal elementen op rand verhogen • Begrenzing door rekencapaciteit pakket en rekentijd • Plaat P • Minimale grootte van het element van 0,01m of 10mm (6 elementen) • Maximale grootte van het element van 0,05m of 50mm (30 elementen) • Ideaal: 8 elementen Standaardinstellingen Resultaat
- 38. 38PP Stijfheidsberekening: vervolledigen bezwijkcriterium Plaat belasten met een dwarse kracht Waar? Wanneer! Vloeien of plastisch plooien • Plaat L • Onderwerpen aan reeds gevonden criterium (stijfheidsberekening) • Snedekracht = dwarskracht • Standaard netinstellingen Plaat belasten met een dwarse kracht Dwarse kracht veroorzaakt geen rotatie
- 40. (Wald, et al., 2016) 40T Algemeen Equivalent T-stuk op trek Literatuur • Verschillende modellen • Bezwijkmodes met bezwijkkrachten • Vergelijking met manuele berekeningen en literatuur • Wrikkrachten • Invloed van de mesh • Invloed coëfficiënt van Poisson Principe
- 41. 41 Algemeen Equivalent T-stuk op trek Principe • Standaard netinstellingen • Stijfheidsberekening Verschillende bezwijkmechanismen • Bezwijkmode 1: volledig vloeien van de flenzen • Bezwijkmode 2: breuk van de bouten met vloeien van de flenzen • Bezwijkmode 3: breuk van de bouten Toegepast bezwijkcriterium • Platen bezwijken bij een plastische rek van 5 % • Bouten bezwijken bij het bereiken van hun trekweerstand 𝐹𝑡,𝑅𝑑 (Wald, et al., 2016) T
- 42. 42 Nee Ja Instellen trekkracht 𝐹𝑇,𝑅𝑑 Flenzen 𝜀 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ ≥ 5 % en/of Bouten 𝐹𝑡,𝑅𝑑 Bezwijkcriterium voor equivalent T-stuk op trek Algemeen T
- 43. 43 Rekenvoorbeeld model tf15 Resultaten: bezwijkmode 1 T Eigenschappen • Flenzen bereiken plastische grensrek 5 % • Bouten bereiken belastingcapaciteit < 100 % • Vloeien van de flenzen op 4 plaatsen • Optreden van wrikkrachten
- 44. 44 Rekenvoorbeeld model tf15 Resultaten: bezwijkmode 1 T
- 45. 45 Rekenvoorbeeld model tf40 Resultaten: bezwijkmode 2 T Eigenschappen • Flenzen bereiken niet verwaarloosbare plastische rek < 5% • Bouten bereiken belastingcapaciteit 100 % • Vloeien van de flenzen op 2 plaatsen • Optreden van wrikkrachten
- 46. 46 Rekenvoorbeeld model tf50 Resultaten: bezwijkmode 3 T Eigenschappen • Flenzen ondervinden verwaarloosbare plastische rek • Bouten bereiken belastingcapaciteit 100 % • GEEN wrikkrachten
- 47. 47 Overzicht voor alle modellen Resultaten T » IDEA StatiCa Steel Connections soms meer conservatief? Vergelijking manueel en IDEA
- 48. 48 Overzicht voor alle modellen Resultaten T » Soms verschillende bezwijkmode Vergelijking van manuele berekeningen met literatuur
- 49. 49 Studie naar de parameters Resultaten T
- 50. 50 Invloed van de coëfficiënt van Poisson Resultaten T Invloed Poisson verwaarloosbaar Rechte vloeilijnen Uitzondering: modellen b300 en b400 » ontstaan van cirkelvormige vloeilijnen 2𝜋𝑚 » vlakvervormingstoestand
- 51. 51 Invloed meshgrootte Resultaten T Hoe? Convergerend Eenzelfde belasting » verschillende mesh Resultaat 16 elementen = ideale meshgrootte • Beperkte berekeningstijd • Goede benadering
- 52. 52 Wrikkrachten Resultaten T 𝑄 = 𝐵 − 𝐹) 2 = 𝐵1 + 𝐵2 − 𝐹 2 Wrikkrachten • Voor bezwijklast Effect variatie parameters • Flensdikte ↗ Q ↘ • Boutgrootte ↗ Q ↗ • Sterkte bouten ↗ Q ↗ • Boutafstand ↗ Q ↗ • Breedte T-stuk ↗ Q ↘
- 54. 54AD Additionele testen Vorm van de vloeilijnen Verschillen in manuele berekeningen Plastische rek Bezwijkmode 1* Zoetemeijer 𝐹 𝑇,1−2,𝑅𝑑 = 2𝑀 𝑃𝑙,1𝑅𝑑 𝑚 Geen wrikkrachten Vloeien van de flenzen Geen breuk van de bouten Rek i.f.v. meshgrootte Grensrek 5% Minimum en maximum meshgroottes (Wald F, et al., 2016) Maakt gebruik van methode 2 in NBN EN1993-1-8 tabel 6.2
- 56. 56VO Voortgaand onderzoek IDEA T-stukken met meerdere boutrijen of boutgroepen Vorm van vloeilijnen Bezwijkmode 1* Invloed dwarsverstijver in nabijheid van bouten Complexe verbindingen Controle/vergelijking met andere software (RFEM)
- 57. Besluit 02 57
- 59. 59 Vragen?
- 60. Bedankt voor uw aandacht! Banie Sarrazijn & Marlies Waeyaert