Ogólnie rzecz biorąc, niepraktyczne jest zapewnienie, że połączenie stalowe zachowuje się ściśle jako przegubowe lub sztywne, a inżynierowie strukturalni często przyjmują jedną z tych klasyfikacji z przyzwyczajenia. W wielu przypadkach takie podejście jest całkowicie zrozumiałe i akceptowane. Jednak w innych sytuacjach może prowadzić do znacznych problemów.
Przyjrzyjmy się standardowemu połączeniu odpornemu na moment zginający (IM) i sprawdźmy, jak wybór wyłącznie między połączeniami przegubowymi i sztywnymi może prowadzić nie tylko do nieekonomicznych sprawdzeń projektowych, ale także, co ważniejsze, do niebezpiecznych.
W programie RFEM firmy Dlubal Software używamy najpierw dodatku Zakładki Stalowe, aby zweryfikować, czy wyniki dla początkowej sztywności i odporności na moment zgadzają się z tymi, które są podane w publikacji "Znormalizowane Połączenia Stalowe w Konstrukcjach Stalowych według DIN EN 1993-1-8". Wyniki wykazują znaczną zgodność.
A teraz przejdźmy do projektowania strukturalnego belki obciążonej ciągle, połączonej z kolumną poprzez nasze połączenie:
PRZYPADEK (A) – Nieekonomiczny Projekt
W całkowicie sztywnym połączeniu połączenie przenosi duży moment zginający. To podejście projektowe zmniejsza naprężenia zginające w belce, lecz może skutkować przewymiarowaniem połączenia. Natomiast przy połączeniu przegubowym samo połączenie może być odpowiednie, ale belka może ulec awarii z powodu znaczącego momentu występującego w połowie rozpiętości.
W naszym przykładzie połączenie półsztywne idealnie zmniejsza moment w połączeniu bez nadmiernego zwiększania momentu w środku rozpiętości do nieakceptowalnego poziomu. W związku z tym zarówno połączenie, jak i belka są zaprojektowane zadowalająco.
PRZYPADEK (B) – Niebezpieczny Projekt (Dodatkowa Normalna Siła Napinająca)
Traktowanie połączenia półsztywnego jako przegubowego pomija moment zginający, który faktycznie występuje. To przeoczenie może prowadzić do niebezpiecznego projektu, w którym zdolność nośna połączenia jest znacznie obciążona jedynie siłami normalnymi i ścinającymi. Następnie występujące momenty zginające zwiększają wykorzystanie połączenia, co może prowadzić do awarii połączenia.
PRZYPADEK (C) – Niebezpieczny Projekt (Dłuższa Belka Bardziej Narażona na Ugięcie)
Założenie, że połączenie półsztywne jest sztywne, sugeruje, że połączenie jest sztywniejsze niż w rzeczywistości. To założenie fałszywie poprawia warunki dla belki, która następnie mniej się wygina i wytwarza mniejszy moment zginający na swojej rozpiętości. Jednak w rzeczywistości połączenie nie jest tak sztywne, jak założono. Belka następnie doświadcza większego ugięcia i momentów w środku rozpiętości, co może skutkować niezadowalającym wynikiem w stanie granicznym użytkowalności lub niekorzystnie wpływać na struktury, na które belka oddziałuje.
