Ikke-lineær elementanalyse av bjelke-til-bjelke knutepunkter i stål

Abstract

Det er blitt en stor økning av moderne universale beregningsprogrammer tilgjengelig, når det kommer flere nye programmer, er det helt essensielt at disse undersøkes og valideres gjennom eksperimentelle og numeriske forsøk. Denne oppgaven undersøker i hvilken grad programvaren IDEA Statica er anvendelig for å kontrollere og designe ikke-standardiserte bjelke-til-bjelke knutepunkter. IDEA Statica er et analyseprogram for knutepunkter som baserer seg på en kombinasjon av den mer tradisjonelle komponent metoden og elementmetoden. Det utvikles en ikke-lineær elementmodell som blir benyttet videre for sammenligninger. Den konstruerte elementmetodemodellen ble kalibrert og validert gjennom sammenligninger av resultater fra seks tidligere utførte eksperimentelle forsøk og modellen greide å fange opp både deformasjonen og kapasiteten til knutepunktet. Knutepunktene som undersøkes er boltete dobbeltside bjelke-til-bjelke forbindelser med en endeplate og en ekstra plate som kobler sekundærbjelkene til hovedbjelken. For å undersøke IDEA Statica nærmere, modelleres først det eksperimentelle knutepunktet i IDEA Statica og sammenligner resultater med forsøksdataene og den validerte elementmodellen. Resultatene fra disse tre undersøkelsene viser at programvaren fanger opp riktig deformasjonsegenskaper og fikk god overensstemmelse på den dimensjonerende momentkapasiteten med maksimum avvik på 6%. Deretter ble et mer realistisk knutepunkt undersøkt, med ulike material egenskaper og forskjellig belastning i en parametrisk studie. Resultatene fra den parametriske studien viste at ved ulike material egenskaper og med forskjellige belastninger ga programvaren lite avvik i alle de ulike undersøkelsene, og var konservativ i alle. Det kunne med trygghet si at IDEA Statica kan benyttes for ikke-standardiserte bjelke-til-bjelke knutepunkter.

There has been a large increase in modern universal calculation programs, with the arrival of more new programs, it is essential that these are examined and validated through experimental and numerical experiments. This thesis examines the extent to which IDEA Statica software is applicable for controlling and designing non-standard beam-to-beam joints. IDEA Statica is an analysis program for joints that is based on a combination of the more traditional component method and the element method. A non-linear finite element model is being developed which is used for further comparisons. The constructed finite element model was calibrated and validated through comparisons of results from six previously performed experimental experiments and the model managed to capture both the deformation and the capacity of the joint. The joints examined are bolted double-sided beam-to-beam connections with an end plate and an additional plate that connects the secondary beams to the primary beam. To investigate IDEA Statica further, the experimental joint in IDEA Statica is first modelled and compares the results with the experimental data and the validated finite element model. The results from these three studies show that the software captures the correct deformation properties and obtained good agreement on the dimensioning bending moment capacity with a maximum deviation of 6%. Then a more realistic joint was investigated, with different material properties and different loads in a parametric study. The results from the parametric study showed that with different material properties and with different loads, the software gave little deviation in all the different research and was conservative in all. It could safely be said that IDEA Statica can be used for non-standard beam-to-beam joints.