Acél kapcsolat elemeinek ellenőrzése (SP)

Az alakváltozás ellenőrzése a lemezeket szimuláló héj végeselemeken történik. A folyáshatárt elosztják az anyagszilárdsági tényezővel, majd megszorozzák az üzemeltetési tényezővel.

Az eredő egyenértékű feszültség (HMH, von Mises) és a képlékeny alakváltozás a lemezeken kerül kiszámításra. Amikor a folyáshatár (elosztva az anyagszilárdsági részleges biztonsági tényezővel, γ_m – SP 16, 3. táblázat, és megszorozva az üzemeltetési tényezővel γ_c – SP 16, 1. táblázat, amely a Kódbeállításban szerkeszthető, SP 16, 11.1.1. pont) a bilineáris anyagdiagramon eléri a határértéket, az egyenértékű képlékeny alakváltozás ellenőrzése elvégzésre kerül. Az 5 %-os határértéket az Eurocode (EN 1993-1-5 C. függelék, C8. pont, 1. megjegyzés) javasolja. Ez az érték módosítható a Kódbeállításban, de az ellenőrző vizsgálatok erre az ajánlott értékre készültek. A szerkezeti elem anyagtulajdonságait a legvastagabb lemez határozza meg.

$$\frac{1}{R_y \gamma_c} \sqrt{\sigma_x^2-\sigma_x \sigma_y + \sigma_y^2 + 3 \tau_{xy}^2} \le 1.0$$

A lemezelemek öt rétegre vannak felosztva, és mindegyikükben rugalmas/képlékeny viselkedés vizsgálata történik. A program a legrosszabb eredményt mutatja mindegyikből.

A feszültség kissé magasabb lehet a méretezési folyáshatárnál. Ennek oka a feszültség-alakváltozás diagram képlékeny ágának enyhe meredeksége, amelyet az elemzésben a számítás stabilitásának javítása érdekében alkalmaznak.

Csavarok

A csavarok ellenőrzése az SP 16, 14.2. pont szerint történik. Az egyes csavarokra ható húzó- és nyíróerőt végeselem-analízissel határozzák meg. A feszítő erőket végeselem-analízissel határozzák meg és figyelembe veszik. Minden nyírási síkot egyenként ellenőriznek. A palástnyomást a közeli síkokon lévő nyíróerők összegével vetik össze.

Csavar nyírásban

A méretezési nyíróerőnek kitett csavart a 14.2.9. pont szerint kell méretezni, és teljesítenie kell:

$$N_s \le N_{bs} = R_{bs} A_b \gamma_b \gamma_c$$

ahol:

• N_s – nyíróerő a csavar egy síkjában
• N_bs – csavar nyírási ellenállása
• R_bs – csavar méretezési nyírási szilárdsága – SP 16, 5. táblázat
• A_b – csavar bruttó keresztmetszeti területe
• γ_b – csavarkötés üzemi tényezője – SP 16, 41. táblázat – γ_b = 1,0 egyszeres csavarozás és A pontossági osztályú többszörös csavarozás esetén, γ_b = 0,9 többszörös csavarozás és B pontossági osztály, valamint nagyszilárdságú csavarok esetén (R_bun ≥ 800 MPa)
• γ_c – üzemi tényező – SP 16, 1. táblázat, a Szabványbeállításokban szerkeszthető

Minden nyírási síkot egyenként ellenőriznek.

Csavar húzásban

A méretezési húzóerőnek kitett csavart az SP 16, 14.2.9. pont szerint kell méretezni, és teljesítenie kell:

$$N_t ≤ N_{bt} = R_{bt} A_{bn} \gamma_c$$

ahol:

• N_t – húzóerő a csavarban
• N_bt – csavar húzási ellenállása
• R_bt – méretezési húzási szilárdság – SP 16, 5. táblázat
• A_bn – csavar nettó keresztmetszeti területe
• γ_c – üzemi tényező – SP 16, 1. táblázat, a Szabványbeállításokban szerkeszthető

Csavar kombinált nyírás és húzás hatására

Az egyidejűleg nyíró- és húzóerőnek kitett csavart az SP 16, 14.2.13. pont szerint kell méretezni, és teljesítenie kell:

$$\sqrt{\left ( \frac{N_t}{N_{bt}} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_s}{N_{bs}} \right ) ^2} \le 1.0$$

ahol:

• N_t – húzóerő a csavarban
• N_bt – csavar húzási ellenállása
• N_s – nyíróerő a csavar egy síkjában
• N_bs – csavar nyírási ellenállása

Csavarok palástnyomásban

A nyírásban lévő csavar miatt palástnyomási erőnek kitett lemezt az SP 16, 14.2.9. pont szerint kell méretezni, és teljesítenie kell:

$$N_s ≤ N_{bp} = R_{bp} d_b t \gamma_b \gamma_c$$

ahol:

• N_s – csavar nyíróereje egy lemezen
• N_bp – lemez palástnyomási ellenállása
• R_bp – palástnyomási méretezési szilárdság; R_bp = 1,6 · R_u A pontossági osztály esetén és R_bp= 1,35 · R_u B pontossági osztály esetén – SP 16, 5. táblázat
• R_un – a csatlakoztatott elem szakítószilárdsága
• d_b – csavar átmérője
• t – lemez vastagsága
• γ_b – csavarkötés üzemi tényezője – SP 16, 41. táblázat
• γ_c – üzemi tényező – SP 16, 1. táblázat, a Szabványbeállításokban szerkeszthető

Minden lemezt egyenként ellenőriznek, és a legrosszabb eset kerül megjelenítésre. Az SP 16 nem tartalmazza a csavarkötés üzemi tényezőjét, γ_b a részletezési határértékeken kívüli esetekre. Ezért az ilyen esetekre a palástnyomás ellenőrzése nem kerül elvégzésre.

Súrlódási típusú kapcsolatok

Súrlódási típusú kapcsolatoknál az elcsúszást korlátozni kell, és az SP 16, 14.3. pont szerint kell ellenőrizni. Ezeket a csavarokat az elcsúszás bekövetkezése utáni teherbírási határállapotra palástnyomásos típusként is ellenőrizni kell. A nyíróerőnek kitett csavarnak teljesítenie kell:

$$N_s \le N_{bf} = Q_{bh} \gamma_b \gamma_c$$

ahol:

• N_s – egy előfeszített csavarra és egy súrlódási síkra ható nyíróerő
• N_bf – egy előfeszített csavar és egy súrlódási sík csúszási ellenállása
• Q_bh = R_bh A_bn μ / γ_h – egy előfeszített csavar és egy súrlódási sík méretezési csúszási ellenállása
• R_bh = 0,7 · R_bun – az előfeszített csavar méretezési előfeszítési ereje – SP 16, 6.7. pont
• R_bun – a csavar szakítási húzási ellenállása
• A_bn – húzási feszültségi terület
• μ – súrlódási együttható előfeszített csavarokhoz – SP 16, 42. táblázat, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
• γ_h – együttható csavar meghúzása esetén – SP 16, 42. táblázat

  • Normál furatok: statikus terhelés, Δ ≤ 4 mm; dinamikus terhelés, Δ ≤ 1 mm:

    • γ_h = 1,12 ha μ ≥ 0,42
    • γ_h = 1,17 ha 0,35 ≤ μ < 0,42
    • γ_h = 1,30 ha μ < 0,35
  • Túlméretezett furatok: statikus terhelés, Δ > 4 mm; dinamikus terhelés, Δ > 1 mm:

    • γ_h = 1,70 ha μ < 0,35
    • γ_h = 1,35 ha μ ≥ 0,35
• Δ – a csavar furatának és a csavar átmérőjének különbsége
• γ_b – súrlódási kötés üzemi tényezője – SP 16, 14.3.4. pont
• γ_c – üzemi tényező – SP 16, 1. táblázat, a Szabványbeállításokban szerkeszthető

A statikus vagy dinamikus terhelés a Szabványbeállításokban állítható be.

A hatékony érintkezési felületek száma, κ, mindig egyenlő 1-gyel, mivel minden érintkezési felületet külön ellenőriznek.

Az SP 16, 14.3.6. pont szerint a súrlódási típusú kapcsolatokban kombinált nyírás és húzás által terhelt csavaroknál a súrlódási kötés üzemi tényezőjét, γ_b, megszorozzák:

$$\gamma_b = \gamma_b \cdot \left ( 1 - \frac{N_t}{P_b} \right )$$

ahol:

• N_t – húzóerő a csavarban
• P_b = R_bh A_bn – előfeszítési erő a csavarban
• R_bh = 0,7 · R_bun – az előfeszített csavar méretezési előfeszítési ereje – SP 16, 6.7. pont
• A_bn – húzási feszültségi terület

A súrlódási típusú kapcsolatokat teherbírási határállapotra is ellenőrizni kell. A csavar típusát palástnyomásosra – húzás/nyírás kölcsönhatásra – kell változtatni, a terheket megfelelően meg kell növelni, és a kapcsolatot újra el kell ellenőrizni.

Lehetőség van tompahegesztések vagy sarokhegesztések beállítására, a teljes élhosszon, részleges hegesztések vagy szakaszos hegesztések alkalmazásával. A tompahegesztések feltételezetten ugyanolyan szilárdsággal rendelkeznek, mint a hegesztett szerkezeti elem, ezért nem kerülnek ellenőrzésre. Sarokhegesztések esetén a hegesztési elemet az egymáshoz kapcsolódó lemezeket összekötő interpolációs kapcsolatok közé illesztik. A hegesztési elem egy meghatározott elasztoplasztikus anyagdiagrammal rendelkezik, amely a feszültséget a hegesztés hossza mentén újraosztja, így a hosszú hegesztések, többirányú hegesztések vagy merevítetlen övlemezhez való hegesztés hasonló ellenállással rendelkezik, mint a kézi számítás szerint. A legjobban igénybe vett hegesztési elem mérvadó a hegesztés ellenőrzésekor.

A hegesztés legjobban igénybe vett sarokhegesztési eleme az SP 16, 14.1. pont szerint kerül ellenőrzésre. A hegesztés hosszát 10 mm-rel kell csökkenteni az SP 16, 14.1.16. pont szerint.

Hegesztési anyag ellenőrzése:

$$\frac{N}{\beta_f k_f l_{we} R_{wf} \gamma_c} ≤ 1.0$$

Alapanyag ellenőrzése:

$$\frac{N}{\beta_z k_f l_{we} R_{wz} \gamma_c} ≤ 1.0$$

ahol:

• N – a hegesztési elemre ható erő
• β_f – hegesztési anyagra vonatkozó együttható az SP 16, 39. táblázatból; az együtthatót a szabványbeállítás határozza meg – hegesztési típus és hegesztési helyzet (hegesztési anyag beállításai)
• β_z – alapanyagra vonatkozó együttható az SP 16, 39. táblázatból; az együtthatót a szabványbeállítás határozza meg – hegesztési típus és hegesztési helyzet (hegesztési anyag beállításai)
• k_f – hegesztési varrat lábmérete, a sarokhegesztés lábméret-aránya 1:1 feltételezett
• $l_{we} = \frac{l_w}{l} \cdot l_e$ – méretezési hegesztési elemhossz
• l_w = l – 10 mm – méretezési hegesztési hossz
• l – tényleges hegesztési hossz
• l_e – tényleges hegesztési elemhossz
• $R_{wf} = 0.55 \frac{R_{wun}}{\gamma_{wm}}$ – hegesztési anyag szakítószilárdsága – SP 16, 4. táblázat
• R_wz = 0.45 R_un – alapanyag szakítószilárdsága – SP 16, 4. táblázat
• γ_c – üzemi tényező – SP 16, 1. táblázat, a szabványbeállításban szerkeszthető
• R_wun – sarokhegesztési anyag szabványos szilárdsága az SP 16, D2. táblázatból
• γ_wm – részleges biztonsági tényező a hegesztési anyagra, γ_wm = 1,25 ha R_wun ≤ 490 MPa és γ_wm = 1,35 egyéb esetben – SP 16, 4. táblázat
• R_un – a csatlakoztatott acél karakterisztikus szilárdsága

A hegesztési pozíció gravitációs típusa a hegesztési elektróda és a hegesztési típus kiválasztásakor állítható be a szabványbeállításban.

A hegesztési diagramok a feszültséget a következő képlet szerint mutatják:

$$\sigma = \sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }$$

Beton nyomásban

A talplemez alatti beton nyomásának ellenőrzése az SP 63.13330.2012, 8.1.44. pont szerint – Vasbeton elemek helyi nyomásra való számítása:

$$N \le \psi R_{b,loc} A_{b,loc}$$

ahol:

• N – külső terhelésből származó helyi nyomóerő
• ψ – tényező, értéke 0,75 a helyi teher nem egyenletes eloszlása esetén a támaszkodási felületen
• R_b,loc = φ_b R_b – beton méretezési nyomási ellenállása nyomóerő helyi hatása esetén
• $\varphi_b = 0.8 \sqrt{\frac{A_{b,max}}{A_{b,loc}}}$ és 1,0 ≤ φ_b ≤ 2,5 – koncentrációs tényező, amely figyelembe veszi a beton háromtengelyű feszültségállapotát
• R_b = R_bn / γ_b – beton tengelyes nyomási ellenállásának méretezési értéke
• R_bn – beton tengelyes nyomási ellenállásának normatív értéke
• γ_b = 1,3 – beton megbízhatósági tényezője nyomás esetén; a Kódbeállításokban szerkeszthető
• A_b,loc – a nyomóerő alkalmazási területe (támaszkodási felület), amelyet a végeselem-módszerrel határoznak meg, mint a talplemez és a betonblokk közötti érintkezési terület
• A_b,max – maximális méretezési terület, amelyet a következő szabályok alapján határoznak meg:

  • az A_b,loc és A_b,max területek súlypontjai egybeesnek
  • a maximális méretezési terület geometriailag hasonló az alkalmazási területhez; a lejtés 1 függőleges a 2 vízszinteshez.

Nyírás átadása

A talplemezen ható nyíróerő átadása az oszlopból a betonalapozásba a következők útján történik:

1. Súrlódás a talplemez és a beton / habarcs között
2. Nyírófog
3. Horgonycsavarok

Horgonyok

A horgonyokban ébredő húzóerők tartalmazzák a feszítő erőket, és végeselem-analízissel határozhatók meg.

A horgonyokat a szoftver nem ellenőrzi.

Csavarok

A minimális osztástávolság és a minimális peremtávolság ellenőrzése az SP 16, 40. táblázat szerint történik.

A minimális osztástávolság 2,5 · d az R_yn ≤ 375 MPa acélhoz, egyébként 3 · d.

A minimális peremtávolság 2 · d az R_yn ≤ 375 MPa acélhoz, egyébként 2,5 · d a nyíróterhelés irányában. A minimális peremtávolság 1,35 · d a nyíróterhelésre merőleges irányban. A minimális peremtávolságok bizonyos, az SP 16, 40. táblázatban meghatározott körülmények között kisebbek lehetnek. Ha ezek a feltételek teljesülnek, a felhasználó deaktiválhatja a részletezési ellenőrzést. Azonban a csavarok palástnyomásra vonatkozó ellenőrzése nem végezhető el.

Előfeszített csavarok

A minimális osztástávolság és a minimális peremtávolság ellenőrzése az SP 16, 40. táblázat szerint történik.

A minimális osztástávolság 2,5 · d az R_yn ≤ 375 MPa acélhoz, egyébként 3 · d.

A minimális peremtávolság 1,3 · d.

Horgonyok

A horgonyok közötti távolságnak nagyobbnak kell lennie a horgonyátmérő hatszoresénél. Ez az érték a horgony típusától függ, és a Kódbeállításokban módosítható.

A minimális lemezperem-távolságra a csavarokra vonatkozó szabályok érvényesek.

Hegesztések

A hegesztések részletezésének ellenőrzése az SP 16, 14.1.7. pont szerint történik. A maximális sarokvarrat méretnek, k_f,max, kisebbnek kell lennie mint 1,2 · t_min, ahol t_min a vékonyabb csatlakoztatott lemez vastagsága. A minimális sarokvarrat méret, k_f,min, ellenőrzése az SP 16, 38. táblázat szerint történik. A t_max a hegesztett lemezek közül a legvastagabb vastagsága.

• $t_{min} < 0.6 \cdot t_{max}$ esetén – k_f,min = t_min egyoldalas sarokvarratnál és $k_{f,min} = t_{min} / \sqrt{2}$ kétoldalas sarokvarratnál  
• $t_{min} \ge 0.6 \cdot t_{max}$ esetén – k_f,min az alábbi táblázatból kerül kiválasztásra

A kapcsolatok osztályozása a kapcsolat merevsége szerint:

• Merev – kapcsolatok, amelyeknél az elemek közötti eredeti szögek elhanyagolható mértékben változnak,
• Félmerev – kapcsolatok, amelyek feltételezhetően megbízható és ismert mértékű hajlítási kényszert biztosítanak,
• Csuklós – kapcsolatok, amelyek nem fejlesztenek hajlítási nyomatékot.

A kapcsolatok osztályozása az EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2 szerint történik.

• Merev – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b$
• Félmerev – $0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b$
• Csuklós – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5$

ahol:

• S_j,ini – a kapcsolat kezdeti merevsége; a kapcsolat merevsége lineárisnak tekinthető az M_j,Rd 2/3-áig
• L_b – a vizsgált szerkezeti elem elméleti hossza; az elem tulajdonságaiban adható meg
• E – Young-féle rugalmassági modulus
• I_b – a vizsgált szerkezeti elem tehetetlenségi nyomatéka
• k_b = 8 olyan keretekre, ahol a merevítő rendszer legalább 80%-kal csökkenti a vízszintes elmozdulást; k_b = 25 egyéb keretekre, feltéve, hogy minden szinten K_b/K_c ≥ 0,1. A k_b = 25 értéket kell alkalmazni, kivéve ha a felhasználó a Szabványbeállításokban „merevített rendszer"-t állít be.
• M_j,Rd – a kapcsolat méretezési nyomatéki teherbírása
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c

A kapacitástervezés ugyanazt az eljárást alkalmazza, mint az EC esetében, mivel az orosz szabványokban hiányoznak a vonatkozó előírások.

A kapacitástervezés célja annak megerősítése, hogy egy épület kontrollált képlékeny viselkedést mutat, hogy elkerüljük az összeomlást egy tervezési szintű földrengés esetén. A képlékeny csukló várhatóan a disszipáló elemben jelenik meg, és a csomópont összes nem disszipáló elemének biztonságosan kell átvinnie a disszipáló elem folyásából eredő erőket. A disszipáló elem általában egy gerenda a nyomatékálló keretben, de lehet például egy homloklemez is. A szolgáltatási tényezőt nem alkalmazzák a disszipáló elemekre. Két tényezőt rendelnek a disszipáló elemhez:

• γ_ov – túlszilárdság tényező – EN 1998-1, Cl. 6.2; az ajánlott érték γ_ov = 1,25; anyagokban szerkeszthető
• γ_sh – deformációs keményedési tényező; az ajánlott értékek γ_sh = 1,2 nyomatékálló keret gerendájára, γ_sh = 1,0 egyéb esetekben; műveletben szerkeszthető

Az anyagdiagram a következő ábra szerint módosul:

A disszipáló elem megnövelt szilárdsága lehetővé teszi olyan terhelések bevitelét, amelyek hatására a képlékeny csukló a disszipáló elemben jelenik meg. Nyomatékálló keret és gerenda mint disszipáló elem esetén a gerendát M_y,Ed = γ_ovγ_shf_yW_pl,y értékkel és a megfelelő nyíróerővel kell terhelni: V_z,Ed = –2 M_y,Ed / L_h, ahol:

• f_y – jellemző folyáshatár
• W_pl,y – képlékeny keresztmetszeti modulus
• L_h – a gerenda képlékeny csuklói közötti távolság

Aszimmetrikus csomópont esetén a gerendát mind pozitív, mind negatív hajlítónyomatékkal és a megfelelő nyíróerőkkel kell terhelni.

A disszipáló elemek lemezei ki vannak zárva az ellenőrzésből.