Sırada dört cıvatalı alın levhası bağlantısı

Açıklama

Bu çalışma, sırada dört cıvatalı alın levhası bağlantısının taşıma gücü için bileşen tabanlı sonlu elemanlar yönteminin (CBFEM) analitik model (AM) ve deneylerle doğrulanmış araştırma amaçlı sonlu elemanlar modeli (ROFEM) ile doğrulanmasına odaklanmaktadır.

Analitik model

Kesme ve çekmedeki cıvata taşıma gücü ile yataklamada ve zımbalama kesme kuvvetindeki levha taşıma gücü, EN 1993-1-8:2006'daki Tab. 3.4, Bölüm 3.6.1'e göre tasarlanmıştır. Bölüm 6.2.4'e göre çekmede eşdeğer T-parçası, Jaspart ve diğerleri (2010) tarafından değiştirilmiştir; bkz. Şek. 5.7.1 ve 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 Sırada dört cıvatalı T-parçasının göçme modları (Jaspart ve diğerleri 2010)

Tab. 5.7.1'de 𝐹_t,Rd cıvata çekme taşıma gücü, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w pul çapı veya cıvata başı ya da somununun köşe noktaları arasındaki genişliktir; 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ bkz. Şek. 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 etkin uzunluk, 𝑡_f başlık kalınlığı ve 𝑓_y akma dayanımıdır; bkz. Şek. 5.7.2.

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

Taşıma gücünün doğrulanması ve geçerliliği

CBFEM ile hesaplanan tasarım taşıma güçleri, analitik modelin sonuçlarıyla (Zakouřil, 2019) ve araştırma amaçlı sonlu elemanlar modeli ile deneylerle (Samaan ve diğerleri 2017) karşılaştırılmıştır; bkz. Şek. 5.7.3. Sonuçlar Şek. 5.7.4'te özetlenmiştir. 8.8 sınıfı cıvata ve S450 çelik sınıfı kullanılmıştır. Akma ve çekme dayanımları deneysel değerlere yakın olup örneğin cıvata akma dayanımı 600 MPa, cıvata çekme dayanımı 800 MPa'dır.

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

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

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

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

CBFEM ile belirlenen eğilme momenti taşıma gücü genellikle bileşen yöntemi ile deneysel olarak belirlenen taşıma güçleri arasında kalmaktadır. Tablo 5.7.2, 20 mm ve 32 mm alın levhası kalınlıklarına sahip numuneler için CM, CBFEM, ROFEM ve deneysel taşıma güçleri arasındaki karşılaştırmayı göstermektedir. Hem bileşen yöntemi hem de CBFEM, düz alın levhalı numunenin taşıma gücünü olduğundan düşük tahmin etmektedir. 

Tab. 5.7.2 CM, ROFEM, CBFEM ve Deney arasındaki karşılaştırma

Tablo 5.7.3 ve Şek. 5.7.4, farklı alın levhası kalınlığı, cıvata çapı ve kiriş yüksekliğine sahip ENS modelleri için CBFEM'in CM ile doğrulanmasını göstermektedir.

Tab. 5.7.3 CBFEM'in CM ENS ile doğrulanması

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

Duyarlılık çalışmalarının sonuçları Şek. 5.7.5, Şek. 5.7.6 ve Şek. 5.7.7'deki grafiklerde özetlenmiştir. 

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

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

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

Tablo 5.7.4 ve Şek. 5.7.8, farklı alın levhası kalınlığı ve cıvata çapına sahip F modelleri için CBFEM'in CM ile doğrulanmasını göstermektedir. 

Tab. 5.7.4 CBFEM'in CM F ile doğrulanması

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

Duyarlılık çalışmalarının sonuçları Şek. 5.7.9 ve 5.7.10'daki grafiklerde özetlenmiştir.

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

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

Tablo 5.7.5 ve Şek. 5.7.11, farklı alın levhası kalınlığı ve cıvata çapına sahip F modelleri için CBFEM'in CM ile doğrulanmasını göstermektedir. 

Tab. 5.7.5 CBFEM'in CM EX ile doğrulanması

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

Duyarlılık çalışmalarının sonuçları Şek. 5.7.12 ve 5.7.13'teki grafiklerde özetlenmiştir. 

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

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

Kıyaslama örneği

Girdiler

• S450 çeliği

Kolon

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

Kolon takviye levhaları

• t_s = 16mm

Kiriş

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

Alın levhası

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

Cıvatalar

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

Kaynaklar

• a_w = 7mm

Çıktılar

• Tasarım taşıma gücü F_Rd = 247 kN
• Kritik bileşenler, alın levhasının kaldıraç etkisiyle artan kuvvetlere maruz kalan cıvatalardır

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