Struct4U: modern engineering software

Momentvaste aansluitingen in raamwerken.

Je komt het vaak tegen. De hoofdconstructeur ontwerpt het stalen raamwerk waarbij hij uitgaat van volledige stijve momentaansluitingen. En vervolgens moet het staalconstructiebedrijf de verbinding ontwerpen. Hierbij wordt bijna altijd alleen gekeken naar de sterkte en niet naar de buigstijfheid. Dat is sowieso niet goed. Immers 90% van de geboute ligger-kolom-aansluitingen vallen in de categorie “flexibel”. Dat betekent dat er in de krachtsverdeling rekening moet worden gehouden met een buigveerstijfheid. Maar de krachtsverdeling van de staalconstructie is al door de hoofdconstructeur gedaan en alle profielen zijn bepaald. Dat is dus sowieso fout maar misschien nog belangrijker, ook een gemiste kans.

Een gemiste kans. Waarom?

De staalconstructie kan waarschijnlijk een stuk goedkoper juist door de staalverbindingen (momentverbindingen) eenvoudiger uit te voeren met veel minder laswerk. Vanzelfsprekend moet de verbinding sterk genoeg zijn. De inklemmingsmomenten zullen aanzienlijk kleiner zijn wanneer met een veerwaarde is gerekend. Veldmomenten nemen als gevolg hiervan toe en het kan zelfs betekenen dat profielen zwaarder moeten worden. Toch zal blijken dat de staalconstructie een stuk goedkoper uitvalt juist om dat de hoeveelheid van het laswerk van de verbinding wordt verkleind.

Er is dus maar één juiste methode. En die is om in de krachtsverdeling direct ook het ontwerp van de verbinding mee te nemen. Vanzelfsprekend moeten horizontale uitbuigingen binnen de gestelde grenzen blijven. Voldoet de constructie aan alle sterkte- en doorbuigingseisen dan kan de volledige berekening ook naar het staalconstructiebedrijf worden gestuurd. Er worden daar engineering kosten bespaard omdat de hoofdconstructeur in zijn berekening precies aangeeft hoe de verbinding eruit ziet. Men kan dus gelijk aan de productie beginnen.

Het kan nu anders

Ontwerp hoofddraagconstructie ⬄ ontwerp ligger-kolomverbinding is een iteratief proces

De hoofdconstructeur ontwerpt de hoofddraagconstructie waarbij hij ook de ligger-kolom momentverbindingen gelijk ontwerpt. De in rekening te brengen rotatiestijfheid is afhankelijk van het optredende moment (belastingafhankelijk). De rotatiestijfheid beïnvloedt de krachtsverdeling. Enzovoorts. Hieruit volgt een iteratief proces.

De constructeur heeft met het nieuwe XFrame2d en XFEM4U van Struct4U een uniek product in handen. In XFrame2d en XFEM4U wordt standaard een geometrisch niet lineaire krachtsverdeling (GNL) gemaakt. De krachtsverdeling wordt iteratief bepaald. Nieuw in de laatste versie van XFrame2d en XFEM4U is dat de ligger-kolom momentverbindingen direct kunnen worden ingevoerd en dat de rotatiestijfheden van alle verbindingen per iteratiestap worden bepaald. Op basis van het optredend moment in de staafaansluiting wordt met het rotatiestijfheid diagram van de ontworpen verbinding (zie onderstaande figuur) een rotatiestijfheid ofwel veerstijfheid bepaald die vervolgens in de volgende iteratiestap wordt gebruikt. De iteratie stopt wanneer er geen veranderingen in de krachtsverdeling meer optreden.

Er wordt dus een belastingafhankelijke rotatiestijfheid in rekening gebracht voor alle momentverbindingen. Dat geeft natuurlijk het meest nauwkeurig resultaat en leidt tot een economisch optimaal ontwerp.

Bij kleine momenten (onder 2/3 Mj,Rd) wordt gerekend met initiële rotatiestijfheid Sj,ini. Bij grotere momenten met de rotatiestijfheid Sj die overeenstemt met het buigend moment Mj,Ed. Het trilineaire rotatiestijfheid diagram wordt daarbij gehanteerd.