Metoda trybów zniszczenia
Jednopłaszczyznowe spawane złącza typu T płyty z rurami okrągłymi (CHS), wyznaczone metodą CBFEM, są weryfikowane w tym rozdziale z metodą trybów zniszczenia (FMM). W metodzie CBFEM nośność obliczeniowa jest ograniczona przez osiągnięcie odkształcenia 5 % lub siły odpowiadającej deformacji złącza równej 3 % d0, gdzie d0 jest średnicą pasa. Metoda FMM opiera się na granicy obciążenia szczytowego lub granicy deformacji 3 % d0; zob. Lu i in. (1994). Spoiny, zaprojektowane zgodnie z EN 1993‑1‑8:2006, nie są najsłabszymi składnikami złącza.
Uplastycznienie pasa
Nośność obliczeniowa czoła pasa CHS jest wyznaczana metodą FMM podaną w Rozdz. 9 prEN 1993-1-8:2020 oraz w ISO/FDIS 14346; zob. Rys. 7.3.1. Nośność obliczeniowa osiowo obciążonego spawanego złącza płyty z rurą CHS wynosi:
Złącze T
Poprzeczne
Podłużne
Złącze X
Poprzeczne
Podłużne
gdzie:
- fy,i – granica plastyczności elementu i (i = 0,1,2 lub 3)
- ti – grubość ścianki elementu CHS i (i = 0,1,2 lub 3)
- – stosunek średniej średnicy lub szerokości elementów krzyżulcowych do odpowiedniej wartości pasa
- – stosunek wysokości elementu krzyżulcowego do średnicy lub szerokości pasa
- – stosunek szerokości lub średnicy pasa do podwojonej grubości jego ścianki
- Qf – współczynnik naprężeń w pasie
- Cf – współczynnik materiałowy
- – częściowy współczynnik nośności złączy w kratownicach z rur
- Ni,Rd – nośność obliczeniowa złącza wyrażona jako wewnętrzna siła osiowa w elemencie i (i = 0,1,2 lub 3)

Zakres stosowalności
Metoda CBFEM została zweryfikowana dla typowych złączy spawanych rur okrągłych. Zakres stosowalności dla tych złączy jest określony w Tabeli 7.8 prEN 1993-1-8:2020; zob. Tab. 7.3.1. Ten sam zakres stosowalności jest stosowany do modelu CBFEM. Poza zakresem stosowalności metody FMM należy przeprowadzić badanie doświadczalne w celu walidacji lub weryfikacji zgodnie z zatwierdzonym modelem badawczym.
Tab. 7.3.1 Zakres stosowalności metody trybów zniszczenia
| Ogólne | |||
| Pas | Ściskanie | Klasa 1 lub 2 oraz (lecz dla złączy X: ) |
| Rozciąganie | (lecz dla złączy X: ) | |
| Płyta poprzeczna | ||
| Płyta podłużna |
Walidacja
W tym rozdziale metoda CBFEM jest walidowana z modelami FMM złączy T płyty z rurą CHS opisanymi w prEN 1993-1-8:2020. Modele są porównywane z danymi z badań mechanicznych w Tab. 7.3.2–7.3.3 z nośnością opartą na granicy deformacji. Właściwości materiałowe i geometryczne badań numerycznych opisano w (Voth A.P. i Packer A.J., 2010). Eksperymenty poza zakresem stosowalności są oznaczone w tabelach gwiazdką * i zaznaczone na wykresie w celu pokazania jakości warunków brzegowych.
Tab. 7.3.2 Właściwości geometryczne, właściwości materiałowe i nośności połączeń z badań doświadczalnych i modeli FMM dla poprzecznego złącza T
| ID | Źródło | d0[mm] | t0[mm] | h1[mm] | h1/d0[-] | d0/t0[-] | fy0[MPa] |
| TPT 1 | Washio i in. (1970) | 165,2 | 5,2 | 115,6 | 0,7 | 31,8 | 308,0 |
| TPT 2 | Washio i in. (1970) | 165,2 | 5,2 | 148,7 | 0,9 | 31,8 | 308,0 |
| TPT 3 | Washio i in. (1970) | 139,8 | 3,5 | 125,8 | 0,9 | 39,9 | 343,0 |
| TPT 4 | Voth i in. (2012) | 219,2 | 4,5 | 100,3 | 0,5 | 48,8 | 388,8 |
| ID | Nu,exp[kN] | Typ krzyżulca | Nu,exp/(t02·fy0) | N1,prEN/(t02·fy0) | Nu,exp/N1,prEN |
| TPT 1 | 169,4 | Ściskanie | 20,34 | 16,25 | 1,25 |
| TPT 2 | 250,5 | Ściskanie | 30,08 | 22,58 | 1,33 |
| TPT 3 | 184,8 | Ściskanie | 43,98 | 24,45 | 1,80 |
| TPT 4 | 282,5 | Rozciąganie | 36,04 | 12,45 | 2,89 |
Tab. 7.3.3 Właściwości geometryczne, właściwości materiałowe i nośności połączeń z badań doświadczalnych i modeli FMM dla podłużnego złącza T
| ID | Źródło | d0[mm] | t0[mm] | h1[mm] | h1/d0[-] | d0/t0[-] | fy0[MPa] |
| TPL 1 | Washio i in. (1970) | 165,2 | 5,2 | 165,2 | 1,0 | 31,8 | 308,0 |
| TPL 2 | Washio i in. (1970) | 165,2 | 5,2 | 330,4 | 2,0 | 31,8 | 308,0 |
| *TPL 3 | Voth i in. (2012) | 219,2 | 4,5 | 99,9 | 0,5 | 48,8 | 388,8 |
| ID | Nu,exp[kN] | Typ krzyżulca | Nu,exp/(t02·fy0) | N1,prEN/(t02·fy0) | Nu,exp/N1,prEN |
| TPL 1 | 107,6 | Ściskanie | 12,92 | 10,36 | 1,25 |
| TPL 2 | 127,4 | Ściskanie | 15,30 | 13,32 | 1,15 |
| *TPL 3 | 160,6 | Rozciąganie | 20,49 | 8,75 | 2,34 |


Walidacja przedstawiona na Rys. 7.3.2 i 7.3.3 wykazuje, że różnice w stosunku do wyników badań wynoszą co najmniej 15 % i są generalnie po stronie bezpiecznej. Eksperymenty poza zakresem stosowalności są uwzględnione i oznaczone. Wyniki wskazują na dobrą jakość przyjętych warunków brzegowych.
Jednopłaszczyznowe złącze T płyty
Przegląd rozważanych przykładów w badaniu podano w Tab. 7.3.4. Wybrane przypadki obejmują szeroki zakres geometrycznych współczynników złącza. Geometria złączy z wymiarami jest pokazana na Rys. 7.3.4. Grubość płyty wynosi 15 mm we wszystkich przypadkach objętych niniejszym badaniem.
Tab. 7.3.4 Przegląd przykładów



Weryfikacja
Wyniki nośności i obliczeniowego trybu zniszczenia metody FMM są porównywane z wynikami CBFEM w Tab. 7.3.5 i na Rys. 7.3.5.
Tab. 7.3.5 Weryfikacja prognozowania nośności metodą CBFEM w odniesieniu do FMM a) orientacja poprzeczna b) orientacja podłużna


Badanie wykazuje dobrą zgodność dla zastosowanych przypadków obciążeń. Wyniki są zestawione na wykresach porównujących nośności obliczeniowe metody CBFEM i FMM; zob. Rys. 7.3.5. Wyniki pokazują, że różnica między dwiema metodami obliczeniowymi we wszystkich przypadkach jest mniejsza niż 7 %.




Przykład wzorcowy
Dane wejściowe
Pas
- Stal S355
- Przekrój CHS219.1/5,0
Krzyżulec
- Stal S355
- Płyta 95/15 mm
- Kąt między krzyżulcem a pasem 90° (poprzeczny)
Spoina
- Spoina czołowa dookoła krzyżulca
Obciążenie
- Siłą przyłożoną do krzyżulca w ściskaniu
Wielkość siatki
- 64 elementy wzdłuż powierzchni rury okrągłej
Wyniki
- Nośność obliczeniowa na ściskanie wynosi NRd = 45,2 kN
- Obliczeniowy tryb zniszczenia to przebicie

