scia.d.st_conn - Staalverbindingen

Met de module sensd.10 Ontwerp en tekeningen van staalverbindingen kunt u diverse staalverbindingen modelleren, visualiseren en ontwerpen. De volgende verbindingstypes worden ondersteund:

• starre en halfstarre verbindingen in raamwerken;
• starre, halfstarre en scharnierende kolomvoeten;
• scharnierende verbindingen;
• hollesectieverbindingen tussen CHS-secties;
• geboute diagonalen: open secties bevestigd aan schetsplaten of direct bevestigd aan primaire elementen.

Starre en halfstarre verbindingen in raamwerken

Deze functionaliteit geldt voor de Componentmethode voor het berekenen van weerstand en stijfheid van raamwerkverbindingen:

• Verbindingen kunnen worden gedefinieerd tussen symmetrische of asymmetrische I-profielen, tussen I-profielkolommen en RHS-liggers. De profielen kunnen zijn warmgewalst of kunnen gelaste platen zijn.
• Diverse verbindingsconfiguraties worden ondersteund: ligger-naar-kolom, knieverbindingen, kruisverbindingen, enkelvoudige en dubbele-T-verbindingen, stuiken (gebout en gelast) en basis-plaatverbindingen.
• Liggers kunnen worden verbonden met zowel het lijf als de flens van een kolom (sterke en zwakke as).
• Er wordt ook rekening gehouden met vouten of variabele hoogte van de verbonden elementen.
• Er wordt ondersteuning geboden voor boutconfiguraties van zowel twee als vier rijen. Hierbij worden de richtlijnen van "Joints in Steel Construction: Moment-resisting joints to Eurocode 3" (BCSA) gevolgd; zowel standaardbouten als voorgespannen bouten kunnen worden ontworpen.
• De capaciteit en de stijfheid van elk verbindingscomponent en de verbinding in zijn geheel worden berekend volgens EN 1993-1-8:2005 of DIN 18800: 1990 Teil 1 of BS 5950-1:2000.
• Starre en halfstarre verbindingen worden gecontroleerd op buigmomenten (rond de hoofdas en zwakke as), afschuifkrachten en normaalkrachten. Er wordt rekening gehouden met interactie met normaalkrachten in de verbonden elementen zoals is beschreven in de norm. Interactie met buiging langs zwakke as wordt gebaseerd op aanvullende publicaties.
• Voor het ontwerpen van kolomvoeten onder RHS-kolommen en plaat-naar-plaatstuiken van RHS-elementen wordt gebruik gemaakt van CIDECT-reguleringen: Design Guide for rectangular hollow sections (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT Köln (1992).

Modelleren

 

• Er zijn boutbibliotheken beschikbaar en ook beton- en ankergegevens voor kolomvoeten.
• De volgende types extra versterking kunnen worden gedefinieerd:
  • Diverse vouten, gesneden uit T-profielen, I-profielen, gemaakt van gelaste platen, enzovoort;
  • Achterplaten op lijven van liggers en kolommen;
  • Driehoekige en rechthoekige verstijvers, tegenover de flens van het verbonden element geplaatst of diagonaal.
• Er zijn heldere contextuele dialoogvensters beschikbaar voor eindplaten, bouten, ribben, verstijvers, achterplaten.

Controles

• Alle normatieve voorschriften worden opgevolgd voor elk component, waaronder controles voor weerstanden (van lijven, flenzen, verstijvers, bouten, lassen), plaatafmetingen (spoed, maat en randafstand) vergeleken met boutgrootte, minimale lasgrootte.
• Er wordt rekening gehouden met de regels van de nationale bijlage: bijvoorbeeld de modificatie van de driehoekige grenswaarderegel uit de Franse nationale bijlage.
• Er worden extra controles uitgevoerd voor de praktische haalbaarheid (tussenruimte vergeleken met sleutelgrootte).
• Verbindingsclassificatie wordt uitgevoerd op stijfheid en sterkte. Ductiliteitsklassen worden vastgesteld.
• Ook al worden nationale normen en bijlagen opgevolgd, toch kunnen veel parameters worden bewerkt (veiligheidsfactoren, parameters voor boutplaatsing, slip- en draaimomentfactoren voor voorgespannen bouten, enzovoort).

Stijfheid

 

• Moment-rotatie-diagrammen per verbinding worden op basis van de componentmethode afgeleid en weergegeven in het rapport.
• De berekende verbindingsstijfheid wordt vergeleken met de waarde die is aangenomen in het analysemodel. Als het verschil buiten de toelaatbare limieten valt, verschijnt een waarschuwing.
• De berekende verbindingsstijfheid kan worden gebruikt om het analysemodel automatisch bij te werken met flexibele verbindingen (lineair of niet-lineair).
• Het geautomatiseerde gesloten proces zorgt voor een correct ontwerp met daadwerkelijke stijfheid, waardoor onverwacht gedrag van de hele structuur wordt vermeden.

Kolomvoeten

Specifiek voor kolomvoet-plaat-verbindingen worden, naast consoles en verstijvers, de volgende soorten versterking ondersteund:

• flensribben (verbredingen);
• afschuifverankeringen (afschuifijzers).

Verankeringen kunnen zijn:

• recht of gebogen;
• gladde staven of staven met hoge grip (geribd of vervormd);
• met of zonder cirkelvormige platen aan de uiteinden.

Kolomvoeten kunnen ook als scharnier worden ontworpen.

Scharnierende verbindingen

Deze functionaliteit geldt voor de Componentmethode voor het berekenen van de weerstand van scharnierverbindingen:

• Ondersteuning voor één- en tweezijdige kolom-liggerverbindingen (knie, kruis, enkele- en dubbele-T) en voor ligger-naar-liggerverbindingen.
• Liggers kunnen worden verbonden met zowel het lijf als de flens van een kolom (sterke en zwakke as).
• De verbindingen kunnen gebout en gelast zijn of een combinatie daarvan (bijvoorbeeld gelast aan een element en gebout aan een ander).
• De beschikbare verbindingselementen zijn lijfplaten, hoekstaal en korte eindplaten.
• Het ontwerp wordt uitgevoerd volgens EN 1993, DIN 18800 T1 of BS 5950-1:2000.
•  Normatieve voorschriften met betrekking tot boutruimte, randafstanden en praktische haalbaarheid worden gevolgd.

Modelleren

• Alle elementen van een verbinding worden in het 3D-beeld weergegeven, dus bouten, lassen en klangen.
• Detaillering en ontwerp verlopen snel en eenvoudig via interactieve dialoogvensters.
• Voor ligger-naar-liggerverbindingen kunnen inkepingen worden gedefinieerd.

Controles

 

• Interne krachten worden herberekend vanaf hun EEM-waarden op de knooppunten, om zo de waarden op de verbinding te bepalen.
• Ontwerpvrijheid wordt gegarandeerd door bewerkbare factoren en coëfficiënten.
• Er zijn vooraf gedefinieerde, door de gebruiker bewerkbare gegevens zijn beschikbaar, zoals gedeeltelijke veiligheidsfactoren, geometrische standaarden en limieten voor het positioneren van bouten: tussenliggende ruimte, randafstanden, minimale lasgrootte.
• Geboute verbindingen kunnen met vastgedraaide of voorgespannen bouten worden ontwerpen. Slipfactoren worden automatisch berekend voor voorgeladen bouten. Het benodigde draaimoment wordt in het berekeningsrapport vermeld.
• De grenstoestanden van de verbinding worden geëvalueerd volgens de componentmethode onder afschuiving en normaalkracht. De vereiste controles worden uitgevoerd op basis van de verbindingsopmaak.
• De verschillende componenten van de verbinding worden gecontroleerd: liggerlijf, kolomflens/-lijf, aanvullende verbindingselementen, bouten en lassen.

Hollesectieverbindingen

Deze functionaliteit controleert lastverbindingen tussen cirkelvormige holle secties (CHS) volgens EN 1993-1-8:

• Vlakke T-, Y-, N-, X-, K-, DX-, DY-verbindingsconfiguraties worden ondersteund. De verbindingsconfiguratie wordt automatisch herkend vanuit de in Structureel model gemodelleerde geometrie en gedefinieerde elementtypes.
• Verbindingsparameters die belangrijk zijn voor het ontwerp, zoals speling en overlappingen, kunnen direct vanuit het Structurele model worden bepaald, waarbij rekening wordt gehouden met excentriciteiten die daar zijn bepaald of die handmatig worden ingevoerd.
• De verbindingen worden gecontroleerd volgens de regels in Hoofdstuk 7 van de norm, waarbij rekening wordt gehouden met de interactie van alle relevante interne krachten in de verbinding (buigende momenten en normaalkrachten).

Controles

• De toepasbaarheid van de berekeningsmethode uit Hoofdstuk 7 wordt gecontroleerd voor verbindingsgeometrie, materiaaleigenschappen, profieldikte, sectieklassen, grootte van spelingen en overlappingen.
• Alle relevante bezwijkmodi worden gecontroleerd: bezwijken van randstaafvlak, pons, bezwijken van schoor.
• In het ontwerp van drukrandstaafelementen wordt rekening gehouden met aanvullende momenten als gevolg van excentriciteiten.
• De berekening van noodzakelijke lasgroottes wordt uitgevoerd op basis van ECCS Technical committee 10 - Structural connections N° 126.

Geboute diagonalen

 

Deze functionaliteit controleert de weerstand van geboute diagonalen (verband, spant-elementen) volgens EN 1993-1-8:

• De diagonalen kunnen met een schetsplaat worden bevestigd of direct op een verticaal element worden gebout.
• De doorsnede van de diagonaal kan een hoek, een kanaal of een I-profiel zijn.
• Bij een directe verbinding met een verticaal element (een hoek of een koudgevormd profiel) middels één bout, kan de doorsnede een koudgevormd profiel of een RHS-profiel zijn.
• Controles worden uitgevoerd voor de weerstand van het verbandelement, van bouten en van schetsplaatsen.
• In torenmasten en laadrekken zijn vaak diagonalen te vinden die direct zijn verbonden met een primair dragend element.

Modelleren

 

• Er wordt aangenomen dat diagonalen via bouten aan schetsplaten worden bevestigd, en dat schetsplaten op de kolom worden gelast.
• De verbinding aan het uiteinde van de diagonaal wordt altijd gebout. Er kunnen één of twee (niet-)afwisselende boutrijen worden gebruikt.
• De functionaliteit voor geboute diagonalen heeft geen 3D-visualisatie.

 Verificatie en ontwerp

• Er wordt rekening gehouden met veiligheidsfactoren, vereisten voor tussenafstand en minimale lasgroottes. Deze kunnen ook worden gewijzigd.
• De volgende controles worden uitgevoerd:
  • afschuifweerstand van bout;
  • slipweerstand voor slipkritieke verbindingen;
  • weerstand van verbonden elementen tegen oplegging;
  • weerstand van verbonden elementen tegen breuk en (blok)afschuiving in nettosecties;
  • keelgrootte van las tussen schetsplaat en belangrijkste ondersteunende element.
• Het minimumaantal vereiste bouten kan worden bepaald met behulp van automatische optimalisatie.
• U kunt aangeven of uitsluitend met trekkrachten of met zowel trek- als drukkrachten in het verbindingsontwerp rekening moet worden gehouden.

Rapportage

• In het rapport Beknopt worden utilisatieniveaus en kritieke belastingscombinaties weergegeven; daarnaast wordt het beperkende component in de ontworpen verbinding aangegeven.
• In het rapport Gedetailleerd worden alle onderdelen van de uitgevoerde verbindingsanalyse beschreven met tussenliggende waarden en de gebruikte parameters.
• De wizard "Gedetailleerde verbindingstekening" genereert gedetailleerde tekeningen met afmetingen van alle onderdelen van de verbinding in DWG-indeling.
• Het rapport en tekeningen van het verbindingsontwerp zijn beschikbaar in het Engineering Report.

Expertsysteem

Deze functionaliteit bestaat uit een slimme database waarin snel een passende configuratie voor een staalverbinding kan worden geselecteerd.

• Het Expertsysteem slaat de modelleringsstap compleet over en stelt mogelijke verbindingslay-outs voor: eindplaten, boutlay-out, verstijvers, die geometrisch passen en voldoen aan de utilisatievoorwaarde.
• De oplossingen passen bij de toegewezen doorsneden, bij de hoeken tussen de elementen (zelfs als consoles aanwezig zijn) en bij de aanwezige interne krachten.
• U kunt zelf voorkeuren aangeven voor boutklassen, de ligging van eindplaten en consoles, en prioriteiten toekennen aan afzonderlijke items in de database. Hierdoor kunt u voor meerdere projecten een bepaald niveau van standaardisatie bereiken.
• Zodra u een van de voorgestelde configuraties hebt geselecteerd, worden alle verbindingscomponenten onmiddellijk toegewezen aan de verbinding en worden de exacte draagcapaciteit en stijfheid berekend.
• De functionaliteit is van toepassing op starre, halfstarre of scharnierende raamwerkverbindingen.
• De bibliotheek bevat oplossingen uit een aantal boeken over verbindingsontwerp:
  • Steel moment connections according to Eurocode 3. Simple design aids for rigid and semi-rigid joints, Sprint Contract RA351;
  • Bemessungshilfen für nachgiebige Stahlknoten mit Stirnplattenanschlüssen, Ernst and Sohn Berlin, DSTV;
  • Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren, Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH Köln, Stahlbau Kalender.
  • Daarnaast heeft SCIA enkele intern ontwikkelde aanvullende sets toegevoegd, zoals consoletypes.
• U kunt de database zelf uitbreiden met gewenste verbindingen en u kunt de voorgestelde verbindingen filteren op de bron: bijvoorbeeld alleen BauKalender of alleen zelfgemaakte.
• Ervaren ontwerpers waarderen het gebruiksgemak, het geautomatiseerde arbeidsproces en de mogelijkheid om eigen verbindingsontwerpen op te slaan.

Verbindingstekeningen

Er kunnen automatisch gedetailleerde tekeningen worden gemaakt voor alle of voor geselecteerde staalverbindingen in het model.

• De tekeningen bevatten informatie over eindplaten, verstijvers, lassen, afmetingen en dergelijke en kunnen worden bewerkt en uitgebreid met onder andere tekst en extra afmetingen.
• Elke verbinding kan in 2D of 3D worden weergegeven vanuit elk geselecteerd gezichtspunt. Naast een voor-/zijaanzicht van de complete verbindingen, kunnen ook afzonderlijke componenten, zoals eindplaten en verstijvers worden getekend.
• Lassymbolen worden getekend volgens ISO 2553. U kunt kiezen om deze niet weer te geven in de tekeningen en u kunt ze vervangen door een andere opmaak.
• Schalen, tekensets, lettertypes, tekengroottes en clippingvolume kunnen door de gebruiker worden gedefinieerd.
• De tekeningen kunnen in de lay-out van de uiteindelijke tekening in de Paperspace-galerij worden ingevoegd. Daar kunnen ze worden gecombineerd met de Algemene overzichtstekeningen (module sendt.01).