Độ cứng uốn của liên kết hàn của tiết diện hở

Mô tả

Dự đoán độ cứng xoay được mô tả trên một liên kết moment hàn tại mái. Liên kết hàn của tiết diện hở gồm cột HEB và dầm IPE được nghiên cứu, và ứng xử của liên kết được mô tả trên biểu đồ moment-góc xoay. Kết quả của mô hình giải tích theo phương pháp cấu kiện (CM) được so sánh với kết quả số thu được bằng CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện). Một trường hợp benchmark có sẵn.

Mô hình giải tích

Độ cứng xoay của một liên kết cần được xác định từ biến dạng của các cấu kiện cơ bản, được biểu diễn bằng hệ số độ cứng k_i. Độ cứng xoay của liên kết S_j được tính từ:

$$S_j = \frac{E z^2}{\mu \Sigma_i \frac{1}{k_i}}$$

trong đó:

• k_i  là hệ số độ cứng của cấu kiện liên kết i;
• z   là cánh tay đòn; xem 6.2.7;
• μ   là tỷ số độ cứng; xem 6.3.1.

Các cấu kiện liên kết được xét trong ví dụ này là bản bụng cột chịu cắt k₁, bản bụng cột chịu nén k_2, và bản bụng cột chịu kéo k₃. Các hệ số độ cứng được định nghĩa trong Bảng 6.11 của EN 1993-1-8:2005. Độ cứng ban đầu S_j,ini được xác định với moment M_j,Ed ≤ 2/3 M_j,Rd.

$$S_j = \frac{E \, z^{2}}{\frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2} + \frac{1}{k_3}}$$

$$S_{j,\text{ini}} = \frac{S_j}{1.5^{\psi}}$$

trong đó 

$S_{j}$ — độ cứng xoay của liên kết

$\psi$ = 2.7 — EN 1993-1-8 bảng 6.8

Dầm tiết diện hở IPE 400 được hàn vào cột HEB 300 trong ví dụ. Cánh dầm được liên kết với cánh cột bằng đường hàn có chiều dày họng 9 mm. Bản bụng dầm được liên kết bằng đường hàn có chiều dày họng 5 mm. Phân bố ứng suất dẻo được xét trong các đường hàn. Vật liệu của dầm và cột là S235. Khả năng chịu lực thiết kế bị giới hạn bởi các cấu kiện bản bụng cột chịu cắt và bản bụng cột chịu nén ngang. Các hệ số độ cứng của các cấu kiện cơ bản, độ cứng ban đầu, độ cứng theo khả năng chịu lực thiết kế và góc xoay của dầm được tổng hợp trong Bảng 10.1.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.1 Results of the analytical model}}}$$

Mô hình số

Thông tin chi tiết về dự đoán độ cứng trong CBFEM có thể tìm thấy trong chương 3.9. Cùng một liên kết moment hàn tại mái được mô hình hóa, và kết quả được trình bày trong Bảng 10.1.2. Khả năng chịu lực thiết kế đạt được khi biến dạng dẻo 5% trong cấu kiện bản bụng cột chịu kéo. Phân tích CBFEM cho phép tính toán độ cứng xoay ở bất kỳ giai đoạn tải trọng nào.

Tổng quan thực nghiệm 

Để phục vụ mục đích so sánh, tiết diện cột được chọn là HEB300 và tiết diện dầm là biến đổi. Tất cả vật liệu sử dụng đều là S235. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.2 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.3 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1 Verification of CBFEM to CM}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2Sensitivity study of beam IPE cross-section}}}$$

Kiểm chứng độ cứng

Độ cứng xoay tính bằng CBFEM được so sánh với CM. Kết quả so sánh cho thấy sự phù hợp tốt về độ cứng ban đầu và sự tương đồng trong ứng xử của liên kết. Độ cứng tính từ CBFEM và CM được tổng hợp trong Bảng 10.1.3.

Một so sánh về ứng xử tổng thể của liên kết moment hàn tại mái được mô tả bằng biểu đồ moment-góc xoay được lập. Liên kết được phân tích và độ cứng của dầm liên kết được tính toán. Đặc trưng chính là độ cứng ban đầu được tính tại 2/3M_j,Rd, trong đó M_j,Rd là khả năng chịu moment thiết kế của liên kết. Biểu đồ moment-góc xoay được thể hiện trong Hình 10.1.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE240}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE270}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE300}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE360}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE400}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE450}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 9 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE500}}}$$

Trường hợp benchmark

Dữ liệu đầu vào

Dầm và cột

• Thép S235
• Cột HEB 300
• Dầm IPE 400
• Chiều dày họng đường hàn cánh a_f  = 9 mm
• Chiều dày họng đường hàn bụng a_w  = 5 mm
• Độ lệch tâm cột s = 150 mm
• Hàn góc hai phía

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu lực thiết kế $M_\mathrm{j,Rd}= 199 \quad \mathrm{kNm}$
• Tải trọng $M_\mathrm{j,Ed}=2/3M_\mathrm{j,Rd}= 133\quad \mathrm{kNm}$ 
• Độ cứng xoay cát tuyến $S_\mathrm{j,ini}= 81.3\quad \mathrm{MNm/rad}$ 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 10 Benchmark case for welded eaves moment joint (IPE 400 to HEB 300)}}}$$