Jest to wybrany rozdział z książki Component-based finite element design of steel connections autorstwa prof. Walda i in. Rozdział poświęcony jest weryfikacji spoin.
Opis
W niniejszym rozdziale metoda elementów skończonych oparta na komponentach (CBFEM) dla spoiny pachwinowej w połączeniu z płytką żebrową jest weryfikowana metodą składnikową (CM). Płytka żebrowa jest przyspawana do słupa o przekroju otwartym HEB. Wysokość płytki żebrowej zmienia się od 150 do 300 mm. Płytka/spoina jest obciążona siłą normalną, siłą poprzeczną i momentem gnącym.
Model analityczny
Spoina pachwinowa jest jedynym składnikiem badanym w analizie. Spoiny są zaprojektowane jako najsłabszy składnik złącza zgodnie z Rozdziałem 4 normy EN 1993-1-8:2005. Nośność obliczeniowa spoiny pachwinowej jest opisana w Sekcji 4.1. Przegląd rozważanych przykładów i materiałów podano w Tab. 4.3.1. Rozważane są trzy przypadki obciążeń: siła normalna N, siła poprzeczna V i moment gnący M. Geometria złącza z wymiarami przedstawiona jest na Rys. 4.3.1.
Obliczenie nośności spoiny na siłę normalną
σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤βw⋅γM2fu
σ⊥=τ⊥=2σN=l⋅aN⋅21
τ∥=0
(2σN)2+3⋅(2σN)2≤βw⋅γM2fu
(l⋅aN⋅21)2+3⋅(ltw⋅aN⋅21)2≤βw⋅γM2fu
N≤βw⋅γM2⋅2fu⋅l⋅a
σ⊥≤γM2fu⋅ 0.9
N≤γM2fu⋅l⋅a⋅ 0.9 ⋅2
Gdzie:
a - grubość spoiny (wymiar gardła)
N - siła normalna działająca na belkę
l - całkowita długość spoiny
βw - współczynnik korelacji przyjęty z Tablicy 4.1 normy EN 1993-1-8
fu - nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszego łączonego elementu
γM2 - częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla spoin
Nośność obliczeniowa wyznaczona metodą CBFEM jest porównywana z wynikami metody składnikowej CM. Porównanie przedstawiono w Tab. 4.3.2. Analiza przeprowadzona jest dla jednego parametru: długości spoiny, tj. wysokości płytki żebrowej, oraz trzech przypadków obciążeń: siły normalnej, siły poprzecznej i momentu gnącego. Siła poprzeczna jest przyłożona w płaszczyźnie spoiny, aby pominąć wpływ dodatkowego zginania. Moment gnący jest przyłożony na końcu płytki żebrowej. Wpływ długości spoiny na nośność obliczeniową złączy z płytką żebrową obciążonych siłą normalną i poprzeczną przedstawiono na Rys. 4.3.2. Zależność między długością spoiny a nośnością złącza na moment gnący przedstawiono na Rys. 4.3.3.
Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM
Wyniki CBFEM i CM są porównywane, a analiza wrażliwości jest przedstawiona. Wpływ długości spoiny na nośność obliczeniową w złączu z płytką żebrową obciążonym siłą normalną pokazano na Rys. 4.3.2, siłą poprzeczną na Rys. 4.3.3, a momentem gnącym na Rys. 4.3.4. Analiza wykazuje dobrą zgodność dla wszystkich rozważanych przypadków obciążeń.
Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force
Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force
Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment
Aby zilustrować dokładność modelu CBFEM, wyniki analiz parametrycznych podsumowano na wykresie porównującym nośności obliczeniowe CBFEM i CM; patrz Rys. 4.3.5. Wyniki pokazują, że różnica między dwiema metodami obliczeniowymi we wszystkich przypadkach jest mniejsza niż 10 %.