Momentverbindungen - berechnen Sie sie alle!

Im Allgemeinen ist die Momentenverbindung eine Verbindung, die neben Normal- und Querkräften die Übertragung von Biegemomentkräften zwischen zwei Bauteilen oder vom Tragwerk auf das Fundament ermöglicht.

Irgendeine Art von Momentverbindung findet sich in fast jeder Konstruktion, aber ihre typische Verwendung ist in

• Querrahmen von Stahlhallen
• Rahmen von mehrstöckigen Strukturen
• Versteifungsrahmen-Alternativen für Aussteifungsfelder

Es gibt verschiedene Arten ihrer Klassifizierung:

Gem. des verwendeten Querschnitts:

• Offene Querschnitte
• Hohlquerschnitte
• Kombiniert

Gem. den Verbindungselementen:

• Geschweißt (ausschließlich)
• Geschraubt (ausschließlich)
• Kombiniert

Gem. dem Einsatz in seismischen Bauwerken:

• Seismisch
• Nicht-seismisch

Gem. Typologie:

• Stirnplatte in voller Tiefe
• Verlängerte Stirnplatte
• Versteifte verlängerte Stirnplatte
• Verstärkter Träger
• etc.

Wenn wir von Momentenverbindungen sprechen, sprechen wir meistens von starren Verbindungen. Aber wir sollten halbstarre (oder teilweise eingespannte) Verbindungen nicht vergessen, die auch erhebliche Biegemomente übertragen können. Die Steifigkeit der Verbindung ist entscheidend und nützliche Informationen finden Sie in unserem Blogbeitrag zu diesem Thema.

Aus der Sicht der Tragwerksbemessung besteht die Welt aus zwei Arten von Festlandregionen: seismisch aktive und seismisch inaktive Regionen.

Entscheidend für die Optionen und Grenzen, die der Konstrukteur in Betracht zieht, ist die Lage der bemessenen Struktur. Wenn die Struktur als seismische Struktur behandelt werden soll, muss das globale Strukturmodell sehr genau an das zu erwartende Verhalten unter seismischer Belastung angepasst werden. Die strukturelle Quersteifigkeit muss durch eine entsprechende Strukturtypologie sichergestellt werden. Dabei greifen die Statiker vor allem zu Diagonalverbänden, Scherwänden oder Momententragenden Rahmen (MRF).

Seismische Verbindungen nach AISC

Es gibt eine Liste geeigneter Verbindungen für diese Rahmen, die von den US-amerikanischen Bemessungsrichtlinien vorgegeben wird. Sie werden als vorqualifizierte Verbindungen bezeichnet, die in ANSI/AISC 358-16 spezifiziert sind.

Einige Beispiele finden Sie in den folgenden Abbildungen:

1. Reduzierter Trägerquerschnitt (RBS)
2. Verschraubte unversteifte verlängerte Stirnplatte (BUEEP)
3. Verschraubte versteifte verlängerte Stirnplatte (BSEEP)
4. Geschraubte Flanschplatte (BFP)
5. Geschweißter unverstärkter Flansch - geschweißter Steg (WUF-W)
6. Kaiser Schraubhalterung (KBB)
7. Simpson Strong-Tie (Starker Rahmen) Momentverbindung
8. Doppel-T Momentverbindung

Momentenverbindungen für HSS (Stahlhohlprofile)

Wie bereits erwähnt, sind die Momentenverbindungen nicht nur für offene Quschnitte geeignet. Sehr oft möchten oder müssen Sie auch das Hohlprofil verwenden. Haben wir also irgendwelche Möglichkeiten? Ja, machen wir:

• Durchlaufträger über HSS-Stützenverbindungen
• Momentverbindungen durch Platte
• Ausschnitt- / Kragenmomentverbindungen
• Geschweißte T-Flanschmomentverbindungen
• Stirnplatten-Momentverbindungen
• Membranplatten-Momentverbindungen
• Direkt geschweißte Verbindungen

Einige könnten sagen: Ja, aber die HSS sind nicht für vorqualifizierte seismische Verbindungen zugelassen. Dies ist der Fall, es sei denn, Sie verwenden sie in Momentverbindungstypen mit Seitenplatten.

     (a) einseitige Breitflanschträger- und Stützenkonstruktion;

     (b) doppelseitige Breitflanschträger- und Stützenkonstruktion;

     (c) Breitflanschträger auf HSS- oder Kastenstütze;

     (d) HSS-Träger ohne Abdeckbleche an Breitflanschstütze;

     (e) HSS-Träger mit Abdeckplatten an Breitflanschstütze;

     (f) HSS-Träger mit Abdeckplatten wahlweise an HSS- oder Aufbaukastensäule

Auch für diese eher selten verwendeten und komplizierten Verbindungsarten hat IDEA StatiCa Connection Vorlagen vorbereitet. Durch ihre Verwendung können Sie viel Zeit sparen.

Seismische Verbindungen nach EN (EQUALJOINTS)

Die ständigen Bemühungen, seismische Verbindungen auch in europäischen Stahlbauvorschriften anzupassen, sind schon seit längerem vorhanden.

Ein Projekt namens Equaljoints wird derzeit von der ECCS (Europäische Konvention für Stahlbau) im Rahmen der Maßnahmen entwickelt, die darauf abzielen, Richtlinien für die Bemessung von seismischen Verbindungen für die Eurocode-Normung zu erstellen.

     a) Verstärkte Verbindung

     b) Erweiterte versteifte Stirnplattenverbindung

     c) Erweiterte unversteifte Stirnplattenverbindung

     d) Verbindungen mit Aushöhlungen

Dieses Projekt wird Kritieren zur Präqualifizierung für Stahlverbindungen für die nächste Version von EN 1998-1: Bemessung von Bauwerken für die Erdbebensicherheit bereitstellen. IDEA StatiCa nimmt an diesem Projekt teil und die experimentellen Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen der CBFEM-Analyse verglichen, die in die Anwendung Connection integriert ist. Hier können Sie sich ansehen, wie die Versuche und Nachweise in der Praxis durchgeführt werden.

Steifen

Wenn Sie ein großes Biegemoment von einem Bauteil auf ein anderes übertragen müssen, müssen Sie oft einige Plattensteifen hinzufügen, um die Kontinuität des Kraftflusses zu gewährleisten. Aber wo und wie entwirft man sie richtig?

Nun, manchmal ist es die Struktur selbst, die die Möglichkeiten einschränkt und wir müssen die Bemessung an andere Strukturelemente anpassen. Auf der anderen Seite, wenn Sie den Luxus haben, die Versteifungen nach bestem Wissen zu konstruieren, sollten Sie sich der verfügbaren Optionen bewusst sein.

Einige Beispiele für die Anordnung von Steifen:

Kostenoptimierung

Momentverbindungen nicht die billigsten. Tatsächlich können sie der teuerste Teil der gesamten Struktur sein, wenn man die Fertigung, den Transport und die Montage berücksichtigt.

Es gibt immer eine Vielzahl von Möglichkeiten, die jeweilige Verbindung zu entwerfen, aber die Erfahrung hilft uns, die richtige auszuwählen. Eine großartige Funktion, die Ihnen bei der Auswahl der am besten geeigneten und effektivsten Bemessung helfen kann, ist der Rechner der Fertigungskosten, der Ihnen sofort zeigt, wie sich Bemessungänderungen auf den Preis auswirken.

Berechnung und Bewertung

Es gibt viele Möglichkeiten und Werkzeuge zur Berechnung und Bewertung der spezifischen Momentenverbindungsart. Es gibt viele Anwendungen, die Normnachweise für bestimmte Verbindungsanordnungen anbieten. Wenn Sie jedoch eine davon bewerten möchten, wird die Liste Ihrer Optionen kürzer. Wenn Ihre Verbindung nicht nur Teil von getrennten Bauteilen ist und in eine räumliche Struktur mit anderen verbundenen Bauteilen eingebettet ist, haben Sie nur noch zwei Möglichkeiten:

1) Die erste besteht darin, die gesamte Verbindungsreihe als nichtlineares Schalenmodell in einigen fortgeschrittenen FEM-Anwendungen zu modellieren, ohne die Möglichkeit eines Normnachweises gemäß einem bestimmten Standard.

2) Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Anwendung IDEA StatiCa Connection zu verwenden. In diesem Fall sind Ihnen bei der Modellierung und Analyse keine Grenzen gesetzt. In wenigen Minuten bereiten Sie die Schrauben-, Schweißnaht- und Spannungs-Dehnungs-Nachweise entsprechend der gewählten Bemessungsnorm vor.

Wählen Sie einfach Ihre Vorlage aus, bearbeiten Sie sie, optimieren Sie anhand der Ergebnisse und bewerten Sie alle erforderlichen Nachweise in wenigen Minuten: