Toto je vybraná kapitola z knihy Component-based finite element design of steel connections od prof. Walda a kol. Kapitola je zaměřena na ověření čelní desky.
Popis
Model metodou konečných prvků na základě komponentové metody (CBFEM) přípoje nosník-sloup je ověřen pomocí komponentové metody (CM). Rozšířená čelní deska se třemi řadami šroubů je připojena ke stojině sloupu a zatížena ohybovým momentem; viz obr. 5.3.1.
Fig. 5.3.1 Joint geometry - all dimensions in mm
Analytický model
Tři komponenty, které řídí chování, jsou čelní deska v ohybu, pásnice nosníku v tahu a tlaku a stojina sloupu v ohybu. Čelní deska a pásnice nosníku v tahu a tlaku jsou navrženy podle EN 1993-1-8:2005. Chování stojiny sloupu v ohybu je předpovídáno podle (Steenhuis et al. 1998). Výsledky experimentů přípojů nosník-sloup na vedlejší ose, např. (Lima et al. 2009), vykazují dobrou shodu pro tento typ styčníku zatíženého v rovině připojeného nosníku.
Fig. 5.3.2 Definition of the tension zone
Flocal.Rd=min(Fpunch.Rd;Fcomb.Rd)
Fpunch.Rd=n⋅π⋅dm⋅twc⋅fy/(3⋅γM0)bolted end plate
b=b0+0.9⋅dm
c=c0+0.9⋅dm
a=L−b
k=1 if (b+c)/L>0.5
k=0.7+0.6(b+c)/L if (b+c)/L≤0.5
bm=L1−0.82c2twc21+1+2.8twcLc22, but bm≥0
Fcomb.Rd je únosnost při kombinovaném protlačení, smyku a ohybu
Numerický model
Posouzení je založeno na maximálním přetvoření stanoveném podle EN 1993-1-5:2006 hodnotou 5 %. Podrobné informace o modelu CBFEM jsou shrnuty v kapitole 3.
Ověření únosnosti
Parametrická studie únosnosti styčníku byla připravena pro průřezy sloupů. Geometrie styčníku je znázorněna na obr. 5.3.1. V tab. 5.3.1 a na obr. 5.3.3 jsou shrnuty výsledky výpočtů pro případ zvětšování čelní desky P18 v poměru k průřezu sloupu.
Tab. 5.3.1 Výsledky predikce únosnosti přípoje čelní deskou na vedlejší osu pro různé vazníky
Fig. 5.3.3 Comparison resistance of end plate minor axis connection predicted by CBFEM and CM
Globální chování
Globální chování je prezentováno na křivce síla-deformace. Nosník IPE 240 je připojen ke sloupu HEB 300 šesti šrouby M16 8.8. Geometrie čelní desky je znázorněna na obr. 5.3.1 a v tab. 5.3.1. Porovnání výsledků obou metod je uvedeno na obr. 5.3.4 a v tab. 5.3.2. Obě metody předpovídají podobnou návrhovou únosnost. CBFEM obecně vykazuje nižší počáteční tuhost ve srovnání s CM.
Fig. 5.3.4 Prediction of behavior of end plate minor axis connection on moment rotational curve CBFEM
Tab. 5.3.2 Hlavní charakteristiky globálního chování
CM
CBFEM
CM/CBFEM
Počáteční tuhost
[kNm/rad]
16130
2232
7,23
Návrhová únosnost
[kNm]
31
30
1,03
Výsledky studií jsou shrnuty v grafu porovnávajícím únosnosti metodou CBFEM a komponentovou metodou; viz obr. 5.3.5. Výsledky ukazují, že rozdíl mezi metodami je až 14 %. CBFEM ve všech případech předpovídá nižší únosnost ve srovnání s CM, která je založena na zjednodušení podle (Steenhuis et al. 1998). Podobné výsledky lze pozorovat v práci (Wang a Wang, 2012).
Fig. 5.3.5 Summary of verification of CBFEM to CM for the end plate minor axis connection
Referenční příklad
Referenční příklad je připraven pro přípoj čelní deskou na vedlejší osu podle obr. 5.3.1 s upravenou geometrií shrnutou níže.
EN 1993-1-5, Eurocode 3, Design of steel structures – Part 1-5: Plated Structural Elements, CEN, Brussels, 2005.
Steenhuis M., Jaspart J. P., Gomes F., Leino T. Application of the component method to steel joints, in Control of the Semi-rigid Behaviour of Civil Engineering Structural Connections Conference, COST C1, Liege, Belgium, 1998, 125-143.
Wang Z., Wang T. Experiment and finite element analysis for the end plate minor axis connection of semi-rigid steel frames, Tumu Gongcheng Xuebao/China Civil Engineering Journal, 45 (8), 2012, 83-89.