Phương pháp dạng phá hoại

Các nút T hàn một mặt phẳng giữa bản thép và tiết diện rỗng tròn được dự đoán bằng CBFEM được kiểm chứng so với phương pháp dạng phá hoại (FMM) trong chương này. Trong CBFEM, khả năng chịu lực thiết kế được giới hạn bởi khi đạt 5 % biến dạng hoặc lực tương ứng với biến dạng nút 3 % d₀, trong đó d₀ là đường kính thanh chủ. FMM dựa trên giới hạn tải trọng đỉnh hoặc giới hạn biến dạng 3 % d₀; xem Lu et al. (1994). Các mối hàn, được thiết kế theo EN 1993‑1‑8:2006, không phải là cấu kiện yếu nhất trong nút liên kết.

Dẻo hóa mặt thanh chủ

Khả năng chịu lực thiết kế của mặt thanh chủ CHS được xác định theo phương pháp FMM trong Ch. 9 của prEN 1993-1-8:2020 và ISO/FDIS 14346; xem Hình 7.3.1. Khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết bản thép hàn với CHS chịu tải trục là:

Nút T

Ngang

$$N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5}$$

Dọc

$$N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5}$$

Nút X

Ngang

$$N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5}$$

Dọc

$$N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5}$$

trong đó:

• f_y,i – giới hạn chảy của cấu kiện i (i = 0,1,2 hoặc 3)
• t_i – chiều dày thành của cấu kiện CHS i (i = 0,1,2 hoặc 3)
• $\beta$ – tỷ số đường kính trung bình hoặc chiều rộng của các cấu kiện nhánh so với thanh chủ
• $\eta$ – tỷ số chiều cao cấu kiện nhánh so với đường kính hoặc chiều rộng thanh chủ
• $\gamma$ – tỷ số chiều rộng hoặc đường kính thanh chủ so với hai lần chiều dày thành
• Q_f – hệ số ứng suất thanh chủ
• C_f – hệ số vật liệu
• $\gamma_{M5}$ – hệ số riêng cho khả năng chịu lực của các nút liên kết trong dàn tiết diện rỗng
• N_i,Rd – khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết biểu diễn theo lực dọc trục nội lực trong cấu kiện i (i = 0,1,2 hoặc 3)

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification}}}$$

Phạm vi áp dụng

CBFEM được kiểm chứng cho các nút liên kết điển hình của tiết diện rỗng tròn hàn. Phạm vi áp dụng cho các nút liên kết này được định nghĩa trong Bảng 7.8 của prEN 1993-1-8:2020; xem Bảng 7.3.1. Phạm vi áp dụng tương tự được áp dụng cho mô hình CBFEM. Ngoài phạm vi áp dụng của FMM, cần thực hiện thí nghiệm để xác nhận hoặc kiểm chứng theo mô hình nghiên cứu đã được xác nhận.

Bảng 7.3.1 Phạm vi áp dụng cho phương pháp dạng phá hoại

Xác nhận

Trong chương này, CBFEM được xác nhận so với các mô hình FMM của nút T bản thép - CHS được mô tả trong prEN 1993-1-8:2020. Các mô hình được so sánh với dữ liệu từ thí nghiệm cơ học trong Bảng 7.3.2–7.3.3 với khả năng chịu lực dựa trên giới hạn biến dạng. Các tính chất vật liệu và hình học của các thí nghiệm số được mô tả trong (Voth A.P. và Packer A.J., 2010). Các thí nghiệm ngoài phạm vi áp dụng được đánh dấu trong bảng bằng dấu sao * và trong đồ thị được chỉ ra để thể hiện chất lượng của các điều kiện biên.

Bảng 7.3.2 Tính chất hình học, tính chất vật liệu và khả năng chịu lực của các liên kết từ thí nghiệm và mô hình FMM cho nút T ngang

Bảng 7.3.3 Tính chất hình học, tính chất vật liệu và khả năng chịu lực của các liên kết từ thí nghiệm và mô hình FMM cho nút T dọc

$$\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}$$

Việc xác nhận được trình bày trong Hình 7.3.2 và 7.3.3 cho thấy sự khác biệt so với thí nghiệm ít nhất là 15 % và thường nghiêng về phía an toàn. Các thí nghiệm ngoài phạm vi áp dụng được đưa vào và đánh dấu. Kết quả cho thấy chất lượng tốt của các điều kiện biên được chọn.

Nút T bản thép một mặt phẳng

Tổng quan về các ví dụ được xem xét trong nghiên cứu được trình bày trong Bảng 7.3.4. Các trường hợp được chọn bao gồm một phạm vi rộng các tỷ số hình học nút liên kết. Hình học của các nút liên kết với kích thước được thể hiện trong Hình 7.3.4. Chiều dày bản thép là 15 mm trong tất cả các trường hợp được đề cập trong nghiên cứu này.

Bảng 7.3.4 Tổng quan các ví dụ

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)}}}$$

Kiểm chứng

Kết quả về khả năng chịu lực và dạng phá hoại thiết kế của FMM được so sánh với kết quả của CBFEM trong Bảng 7.3.5 và Hình 7.3.5.

Bảng 7.3.5 Kiểm chứng dự đoán khả năng chịu lực bằng CBFEM so với FMM a) phương ngang  b) phương dọc

Nghiên cứu cho thấy sự phù hợp tốt đối với các trường hợp tải trọng được áp dụng. Kết quả được tổng hợp trong các biểu đồ so sánh khả năng chịu lực thiết kế của CBFEM và FMM; xem Hình 7.3.5. Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp tính toán trong tất cả các trường hợp đều nhỏ hơn 7 %.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.5 Verification of CBFEM to FMM for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}$$

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Thanh chủ

• Thép S355
• Tiết diện CHS219.1/5,0

Thanh nhánh

• Thép S355
• Bản thép 95/15 mm
• Góc giữa cấu kiện nhánh và thanh chủ 90° (phương ngang)

Mối hàn

• Hàn đối đầu xung quanh thanh nhánh

Tải trọng

• Lực tác dụng vào thanh nhánh theo phương nén

Kích thước lưới

• 64 phần tử dọc theo bề mặt của cấu kiện rỗng tròn

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu lực thiết kế khi nén là N_Rd = 45,2 kN
• Dạng phá hoại thiết kế là cắt thủng

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.6 Boundary conditions for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}$$