Introducere

IDEA Steel Connection se bazează pe o tehnologie inovatoare CBFEM (Component Based Finite Element Model), dimensionare cu elemente finite după metoda componentelor (m.c.). Această metodă a fost dezvoltată de către IDEA RS și cadre didactice din cele două universități cehe ”FCE CTU Prague” (prof. František Wald* & team) și FCE VUT Brno (prof. Miroslav Bajer & team).
* Prof. Wald este unul dintre cei doi autori ai EN1993-1-8 (proiectarea îmbinărilor)

CBFEM este o metodă nouă de a analiza și dimensiona îmbinările structurilor metalice, pe baza experienței acumulate pe termen lung cu dezvoltarea m.c., pe baza experienței din practică cu proiectarea structurilor metalice și pe baza experienței profesionale dovedită cu dezvoltarea de FEM și software. Rezultatul este o metodă modernă care înlocuiește m.c.  vechi și ridică proiectarea îmbinărilor metalice la un nivel superior.

După ani mulți de dezvoltare și teste experimentale CBFEM și-a dovedit fiabilitatea sa în ceea ce privește acuratețea rezultatelor comparativ cu m.c. tradiționale și este acum mai mult decât clar că este viitorul în proiectarea îmbinărilor metalice.

În detaliu

Până în prezent proiectarea îmbinărilor metalice se bazează pe metoda componentelor, care este implementat în standardul structural european actual de îmbinări structuri metalice și structuri compuse și pot fi aplicate în majoritatea programelor de dimensionare în Europa. Această metodă împarte nodul în trei zone care sunt solicitate diferit: zona solicitată la întindere, zona solicitată la compresiune și zona solicitată la forfecare, descompune îmbinările în componente (vezi imaginea), urmată de descrierea rezistenței acestora la diferite solicitări și deformații. Avantajul acestei metode este dată de integrarea experimentelor actuale și cunoașterea analitică a comportamentului elementelor de îmbinare (suduri, șuruburi și plăci). Acest lucru oferă o predicție foarte exactă a comportamentului în domeniul elastic și al capacităților ultime. Verificarea modelelor este posibilă cu calcule simplificate. Dezavantajul m.c. este că distribuțiile solicitărilor sunt evaluate pe cale experimentală și pot fi efectuate numai pe un număr limitat de noduri/ îmbinări structurale. În lucrările științifice actuale descrierea unor componente atipice ori nu este prezentă ori nu sunt acoperite cu suficiente teste de validare sau nu au informații detaliate.

Metoda componentelor este destul de complexă pentru calculul manual, necesitând utilizarea unor instrumente sau tabele de calcul.

CBFEM – o nouă abordare

CBFEM este de fapt o sinergie între metoda componentelor și calculul cu elemente finite și se bazează pe idea că cele mai multe părți a metodei componentelor trebuie să fie păstrate. Punctul slab a m.c. este lipsa posibilității de verificare a tensiunilor din elementele care compun nodul structural. Acesta a fost înlocuit prin analiza folosind elemente finite.

CBFEM se bazează pe descompunerea întregului nod/ îmbinare în componente separate – plăci metalice, suduri, șuruburi, ancore, bază de beton. Fiecare componentă are propriul tip de element finit:

• Elemente plane 2D pentru formarea profilelor laminate sau formate la rece
• Elemente de arc neliniar pentru șuruburi și ancore
• Elemente de contact între plăcile îmbinărilor
• Mediu Winkler/ Pasternak pentru blocuri de beton

Toate părțile barelor care intră în nod și a plăcuțelor suplimentare sunt modelate cu elemente de placă/ perete. Materialul acestor elemente este oțelul cu proprietăți de comportament neliniar care trebuie să fie respectată în calcul (plasticitate). Diagrama de tensiune-deformare reală a oțelului este înlocuită cu diagrama materialului plastic ideal, pentru proiectări optime – vezi figura de mai jos. Avantajul dat de materialul plastic ideal este că se poate determina curba materialului cunoscând numai limita de curgere și modulul de elasticitate.

Limita deformației principale la oțelurile folosite în construcții este 15% iar valoarea limită reală permisă este de 5% în cazul situațiilor de proiectare obișnuite (EN 1993-1-5, Anexa C, Punctul C.8, Nota 1).

Dimensionarea în cazul materialului plastic ideal nu este cea mai favorabilă fiindcă valorile tensiunilor nu pot depăși limita de curgere al materialului, din această cauză valoarea deformației plastice este luată în considerare.