Nyitott szelvények hegesztett kapcsolatának hajlítási merevsége

Leírás

A forgási merevség előrejelzése egy hegesztett ereszcsatlakozási kapcsolaton kerül bemutatásra. Egy nyitott szelvényű HEB oszlop és IPE gerenda hegesztett kapcsolatát vizsgálják, és a kapcsolat viselkedését egy nyomaték-elfordulás diagramon írják le. Az analitikai modell komponensmódszerrel (CM) kapott eredményeit összehasonlítják a komponens alapú végeselem-módszerrel (CBFEM) kapott numerikus eredményekkel. Egy benchmark eset áll rendelkezésre.

Analitikai modell

A kapcsolat forgási merevségét az alapkomponensek alakváltozásából kell meghatározni, amelyeket a k_i merevségi együttható képvisel. A kapcsolat S_j forgási merevsége a következőképpen kapható meg:

$$S_j = \frac{E z^2}{\mu \Sigma_i \frac{1}{k_i}}$$

ahol:

• k_i  az i kapcsolati komponens merevségi együtthatója;
• z   a karhossz; lásd 6.2.7;
• μ   a merevségi arány; lásd 6.3.1.

A példában figyelembe vett kapcsolati komponensek: az oszlopgerincpanel nyírásban k₁, az oszlopgerinc nyomásban k_2, és az oszlopgerinc húzásban k₃. A merevségi együtthatók az EN 1993-1-8:2005 6.11. táblázatában vannak meghatározva. A kezdeti merevség S_j,ini egy M_j,Ed ≤ 2/3 M_j,Rd nyomatékra kapható meg.

$$S_j = \frac{E \, z^{2}}{\frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2} + \frac{1}{k_3}}$$

$$S_{j,\text{ini}} = \frac{S_j}{1.5^{\psi}}$$

ahol 

$S_{j}$ — a kapcsolat forgási merevsége

$\psi$ = 2.7 — EN 1993-1-8 6.8. táblázat

A példában egy nyitott szelvényű IPE 400 gerendát hegesztenek egy HEB 300 oszlophoz. A gerenda övlemezei az oszlop övlemezéhez 9 mm torokvastagságú hegesztéssel csatlakoznak. A gerenda gerince 5 mm torokvastagságú hegesztéssel csatlakozik. A hegesztésekben képlékeny feszültségeloszlást vesznek figyelembe. A gerenda és az oszlop anyaga S235. A méretezési ellenállást az oszloppanel nyírásban és az oszloppanel keresztirányú nyomásban komponensek korlátozzák. Az alapkomponensek számított merevségi együtthatói, a kezdeti merevség, a méretezési ellenálláshoz tartozó merevség és a gerenda elfordulása a 10.1.1. táblázatban foglaltak össze.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.1 Results of the analytical model}}}$$

Numerikus modell

A CBFEM-ben a merevség előrejelzésével kapcsolatos részletes információk a 3.9. fejezetben találhatók. Ugyanazt az ereszcsatlakozási kapcsolatot modellezik, és az eredmények a 10.1.2. táblázatban szerepelnek. A méretezési ellenállást az oszlopgerinc húzásban komponensben 5%-os képlékeny alakváltozás éri el. A CBFEM elemzések lehetővé teszik a forgási merevség kiszámítását a terhelés bármely szakaszában.

Kísérleti áttekintés 

Az összehasonlítás céljából az oszlop keresztmetszetét HEB300-ra állították be, a gerenda keresztmetszete pedig változó volt. Minden felhasznált anyag S235 volt. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.2 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.3 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1 Verification of CBFEM to CM}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2Sensitivity study of beam IPE cross-section}}}$$

A merevség ellenőrzése

A CBFEM által számított forgási merevséget összehasonlítják a CM-mel. Az összehasonlítás jó egyezést mutat a kezdeti merevségben és a kapcsolat viselkedésének megfelelésében. A CBFEM és CM által számított merevségek a 10.1.3. táblázatban foglaltak össze.

Elkészül egy hegesztett ereszcsatlakozási kapcsolat globális viselkedésének összehasonlítása, amelyet egy nyomaték-elfordulás diagram ír le. A kapcsolatot elemzik, és a csatlakoztatott gerenda merevségét kiszámítják. A fő jellemző a 2/3M_j,Rd értéknél számított kezdeti merevség, ahol M_j,Rd a kapcsolat méretezési nyomatéki ellenállása. A nyomaték-elfordulás diagram a 10.1.1. ábrán látható.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE240}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE270}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE300}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE360}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE400}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE450}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 9 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE500}}}$$

Benchmark eset

Bemeneti adatok

Gerenda és oszlop

• S235 acél
• Oszlop HEB 300
• Gerenda IPE 400
• Övlemez hegesztés torokvastagsága a_f  = 9 mm
• Gerinclemez hegesztés torokvastagsága a_w  = 5 mm
• Oszlop eltolás s = 150 mm
• Kétoldali sarokvarrat hegesztés

Kimeneti adatok

• Méretezési ellenállás $M_\mathrm{j,Rd}= 199 \quad \mathrm{kNm}$
• Teher $M_\mathrm{j,Ed}=2/3M_\mathrm{j,Rd}= 133\quad \mathrm{kNm}$ 
• Szekansi forgási merevség $S_\mathrm{j,ini}= 81.3\quad \mathrm{MNm/rad}$ 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 10 Benchmark case for welded eaves moment joint (IPE 400 to HEB 300)}}}$$