Kopplaat verbinding met vier bouten op een rij

Beschrijving

Deze studie is gericht op de verificatie van de component-gebaseerde eindige elementen methode (CBFEM) voor de weerstand van de kopplaat verbinding met vier bouten op een rij ten opzichte van een analytisch model (AM) en een onderzoeksgericht eindige elementen model (ROFEM) gevalideerd op basis van experimenten.

Analytisch model

De boutweerstand bij afschuiving en trek en de plaatweerstand bij steuning en doorstempling worden ontworpen volgens Tab. 3.4, Hoofdstuk 3.6.1 in EN 1993-1-8:2006. De equivalente T-stub in trek, volgens Hoofdstuk 6.2.4, werd aangepast door Jaspart et al. (2010), zie Fig. 5.7.1 en Tab. 5.7.1.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Failure modes of T-stub with four bolts in a row: mode 1 (left), mode 2 (middle), mode 3 (right)}}}\]

Tab. 5.7.1 Bezwijkmodi van T-stub met vier bouten op een rij (Jaspart et al. 2010)

In Tab 5.7.1 is 𝐹_t,Rd de trek weerstand van de bout, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w is de diameter van de sluitring, of de breedte over de punten van de boutkop of moer, naar gelang van toepassing, 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ zie Fig. 5.8.2, 𝑀_pl,1,Rd=0.25𝑙_eff,1𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑀_pl,2,Rd=0.25𝑙_eff,2𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑙_eff is de effectieve lengte, 𝑡_f is de flensdikte, en 𝑓_y is de vloeigrens, zie Fig. 5.7.2.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.2 T-stub geometry with four bolts in a row}}}\]

Validatie en verificatie van de weerstand

Rekenwaarden van de weerstand berekend met CBFEM werden vergeleken met de resultaten van het analytisch model (Zakouřil, 2019) en experimenten met een onderzoeksgericht eindige elementen model (Samaan et al. 2017), zie Fig. 5.7.3. De resultaten zijn samengevat in Fig. 5.7.4. Boutklasse 8.8 en staalklasse S450 werden gebruikt. De vloeigrens en treksterkte komen nauw overeen met de experimentele waarden, bijv. boutvloeigrens is 600 MPa, bouttreksterkte is 800 MPa.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Extended unstiffened end plate labeled ENS}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Flushed end plate labeled F}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Extended stiffened end plate labeled EX}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Tested specimens}}}\]

De buigmomentweerstand bepaald door CBFEM ligt doorgaans tussen de weerstanden bepaald door de componentenmethode en experimenteel. Tabel 5.7.2 toont de vergelijking tussen de CM, CBFEM, ROFEM en experimentele weerstanden voor de proefstukken met kopplaatdiktes van 20 mm en 32 mm. Zowel de componentenmethode als CBFEM onderschatten de weerstand van het proefstuk met een vlakke kopplaat. 

Tab. 5.7.2 Vergelijking tussen CM, ROFEM, CBFEM en experiment

Tabel 5.7.3 en Fig. 5.7.4 tonen de verificatie van CBFEM ten opzichte van CM voor modellen ENS met verschillende kopplaatdiktes, boutdiameters en liggerhoogtes

Tab. 5.7.3 Verificatie CBFEM ten opzichte van CM ENS

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.4 Verification of CBFEM to CM}}}\]

De resultaten van gevoeligheidsstudies zijn samengevat in grafieken in Fig. 5.7.5, Fig. 5.7.6, Fig. 5.7.7 

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.5 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.6 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.7 Sensitivity study for beam height}}}\]

Tabel 5.7.4 en Fig. 5.7.8 tonen de verificatie van CBFEM ten opzichte van CM voor modellen F met verschillende kopplaatdiktes en boutdiameters 

Tab. 5.7.4 Verificatie CBFEM ten opzichte van CM F

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.8 Verification of CBFEM to CM}}}\]

De resultaten van gevoeligheidsstudies zijn samengevat in grafieken in Fig. 5.7.9 en 5.7.10

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.9 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.10 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

Tabel 5.7.5 en Fig. 5.7.11 tonen de verificatie van CBFEM ten opzichte van CM voor modellen F met verschillende kopplaatdiktes en boutdiameters 

Tab. 5.7.5 Verificatie CBFEM ten opzichte van CM EX

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.11 Verification of CBFEM to CM}}}\]

De resultaten van gevoeligheidsstudies zijn samengevat in grafieken in Fig. 5.7.12 en 5.7.13. 

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.12 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.13 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

Rekenvoorbeeld

Invoergegevens

• Staal S450

Kolom

• Gewalst I
• h = 390mm
• b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

Kolomverstijvers

• t_s = 16mm

Ligger

• Gewalst I
• h_b = 340mm
• b_b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

Kopplaat

• t_p = 20mm
• b_p = 350mm
• h_p= 540mm

Bouten

• 4 rijen x 4 x M16 8.8
• Afstanden e₁ = 50 mm, p₁ = 120 mm, p₂ = 100mm, e₂= 50mm, w₁ = 75mm, w₂ = 100mm

Lassen

• a_w = 7mm

Uitvoergegevens

• Rekenwaarde van de weerstand F_Rd = 247 kN
• Maatgevende componenten zijn de bouten met krachten vergroot door de wrikkracht van de kopplaat

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.14 Benchmark example}}}\]