Idea Statica
14 Ngày Dùng Thử
Trung tâm Hỗ trợVerification examplesTiết diện hộp chữ nhật
Tiết diện hộp chữ nhật
SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

Tiết diện hộp chữ nhật

Bài viết này cũng có sẵn bằng
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
AI dịch từ tiếng Anh

Đây là chương được chọn từ cuốn sách Component-based finite element design of steel connections của giáo sư Wald và cộng sự. Chương này tập trung vào việc kiểm chứng các nút liên kết của tiết diện hộp chữ nhật.

Mô tả

Trong chương này, các nút liên kết T, X và K có khe hở dạng hàn phẳng một mặt phẳng với tiết diện hộp chữ nhật và vuông được dự đoán bằng CBFEM và được kiểm chứng. Thanh giằng tiết diện hộp vuông (SHS) được hàn trực tiếp lên thanh cánh RHS mà không sử dụng bản gia cường. Các nút liên kết chịu lực dọc trục. Trong CBFEM, sức kháng thiết kế được giới hạn bởi biến dạng 5 % hoặc lực tương ứng với biến dạng nút liên kết 0,03b0 và trong FMM thường được giới hạn bởi biến dạng ngoài mặt phẳng của bản 0,03b0 trong đó b0 là chiều cao của thanh cánh RHS; xem Lu et al. (1994).

Phương pháp dạng phá hoại

Trong trường hợp nút liên kết T, Y, X hoặc K có khe hở của tiết diện hộp chữ nhật hàn chịu tải trọng dọc trục, có thể xảy ra năm dạng phá hoại. Đó là phá hoại mặt thanh cánh, dẻo hóa thanh cánh, phá hoại thành bên thanh cánh, phá hoại bụng thanh cánh, phá hoại cắt thanh cánh, phá hoại cắt xuyên thủng và phá hoại thanh giằng. Trong nghiên cứu này, phá hoại mặt thanh cánh, phá hoại thanh giằng và phá hoại cắt xuyên thủng được xem xét cho nút T, Y và X; phá hoại mặt thanh cánh, phá hoại cắt thanh cánh, phá hoại thanh giằng và phá hoại cắt xuyên thủng được xem xét cho nút K có khe hở; xem Hình 7.2.1. Các mối hàn được thiết kế theo EN 1993-1-8:2005 không phải là cấu kiện yếu nhất trong nút liên kết.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.1 Examined failure modes: a) Chord face failure, b) Chord shear failure, c) Brace failure, and d) Punching shear failure}}}\]

Phá hoại mặt thanh cánh

Sức kháng thiết kế của mặt thanh cánh RHS được xác định bằng mô hình FMM trong mục 9.5 của EN 1993‑1-8:2020. Phương pháp này cũng được nêu trong ISO/FDIS 14346 và được mô tả chi tiết trong Wardenier et al. (2010). Sức kháng thiết kế của nút T, Y hoặc X chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} \left ( \frac{2 \eta}{(1-\beta) \sin{\theta_i}} + \frac{4}{\sqrt{1-\beta}} \right ) Q_f / \gamma_{M5} \]

Sức kháng thiết kế của nút K có khe hở chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = 8.9 C_f \beta \gamma^{0.5} \frac{f_{y,0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} Q_f / \gamma_{M5} \]

trong đó Cf là hệ số vật liệu, fy0 là giới hạn chảy của thanh cánh, t0 là chiều dày thành thanh cánh, η là tỷ số chiều cao thanh giằng trên chiều rộng thanh cánh, β là tỷ số chiều rộng thanh giằng trên chiều rộng thanh cánh, qi là góc giữa thanh giằng i và thanh cánh (i = 1, 2), Qf là hàm ứng suất thanh cánh, và γ là tỷ số độ mảnh thanh cánh.

Phá hoại thanh giằng

Sức kháng thiết kế của mặt thanh cánh RHS có thể được xác định bằng phương pháp theo mô hình FMM trong mục 9.5 của EN 1993-1-8:2020. Sức kháng thiết kế của nút T, Y hoặc X chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + 2 b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

Sức kháng thiết kế của nút K có khe hở chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + b_i + b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

trong đó Cf là hệ số vật liệu, fyi là giới hạn chảy của thanh giằng i (i = 1, 2), ti là chiều dày thành thanh giằng i, hi là chiều cao thanh giằng i, bi là chiều rộng thanh giằng i, beff là chiều rộng hiệu quả của thanh giằng.

Cắt xuyên thủng

Sức kháng thiết kế của nút T, Y hoặc X chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + 2b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

Sức kháng thiết kế của nút K có khe hở chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + b_i+b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

Trong đó Cf là hệ số vật liệu, fy0 là giới hạn chảy của thanh cánh, t0 là chiều dày thành thanh cánh, qi là góc giữa thanh giằng i và thanh cánh (i = 1, 2), hi là chiều cao thanh giằng i, bi là chiều rộng thanh giằng i và be,p là chiều rộng hiệu quả cho cắt xuyên thủng.

Phá hoại cắt thanh cánh

Sức kháng thiết kế của nút K có khe hở chịu tải trọng dọc trục của tiết diện hộp chữ nhật hàn là

\[ N_{i,Rd} = \frac{f_{y0}A_{V,0,gap}}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}}/\gamma_{M5} \]

trong đó fy0 là giới hạn chảy của thanh cánh, Av,0,gap là diện tích hiệu quả cho phá hoại cắt thanh cánh, và qi là góc giữa thanh giằng i và thanh cánh (i = 1, 2).

Phạm vi áp dụng

CBFEM được kiểm chứng cho các nút T, Y, X và K có khe hở điển hình của tiết diện hộp chữ nhật hàn. Phạm vi áp dụng cho các nút liên kết này được định nghĩa trong Bảng 9.2 của prEN 1993-1-8:2020; xem Bảng 7.2.1. Phạm vi áp dụng tương tự được áp dụng cho mô hình CBFEM. Ngoài phạm vi áp dụng của FMM, cần chuẩn bị thí nghiệm để xác nhận hoặc thực hiện kiểm chứng theo mô hình nghiên cứu đã được xác nhận.

Bảng 7.2.1 Phạm vi áp dụng cho phương pháp dạng phá hoại, Bảng 9.2 của EN 1993-1-8:2020

Tổng quát\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)\(\frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
\(g \ge t_1+t_2 \)\(f_{yi} \le f_{y0} \)\( t_i \le t_0 \)
Thanh cánhNénLoại 1 hoặc 2 và \( d_0 / t_0 \le 50 \) (nhưng đối với nút X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
 Kéo\(d_0 / t_0 \le 50 \) (nhưng đối với nút X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
Thanh giằng CHSNénLoại 1 hoặc 2 và \(b_i / t_i \le 35\) và \(\frac{h_i}{t_i} \le 35 \)
Kéo\(b_i / t_i \le 35\) và \(\frac{h_i}{t_i} \le 35 \)

7.2.2 Nút T và Y-SHS phẳng một mặt phẳng

Tổng quan về các ví dụ được xem xét được trình bày trong Bảng 7.2.2. 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 7.2.2. Các nút liên kết được chọn bị phá hoại theo phương pháp dựa trên FMM do phá hoại mặt thanh cánh hoặc phá hoại thanh giằng.

Bảng 7.2.2 Tổng quan các ví dụ

Ví dụThanh cánhThanh giằngGóc Vật liệu 
 Tiết diệnTiết diệnθ1fyfuE
   [°][MPa][MPa][GPa]
1SHS200/6.3SHS90/8.090355490210
2SHS200/8.0SHS90/8.090355490210
3SHS200/12.5SHS120/12.590355490210
4SHS200/6.3SHS140/12.560355490210
5SHS200/8.0SHS80/8.060355490210
6SHS200/10.0SHS120/12.560355490210
7SHS200/12.5SHS90/8.060355490210
8SHS200/6.3SHS100/10.030355490210
9SHS200/8.0SHS150/16.030355490210
10SHS200/10.0SHS100/10.030355490210
11SHS200/12.5SHS100/10.030355490210

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.2 Dimensions of T-joint}}}\]

Kiểm chứng sức kháng

Kết quả của FMM được so sánh với kết quả của CBFEM. Việc so sánh tập trung vào sức kháng và dạng phá hoại thiết kế. Kết quả được trình bày trong Bảng 7.2.3.

Bảng 7.2.3 So sánh kết quả sức kháng thiết kế chịu kéo/nén được dự đoán bởi CBFEM và FMM

Nghiên cứu cho thấy sự phù hợp tốt cho các trường hợp tải trọng được áp dụng. Kết quả được tóm tắt trong biểu đồ so sánh sức kháng thiết kế của CBFEM và FMM; xem Hình 7.2.3. Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp tính toán trong tất cả các trường hợp đều nhỏ hơn 10 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.3 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS T and Y-joint}}}\]

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Thanh cánh

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 200×200×6.3

Thanh giằng

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 90×90×8.0
  • Góc giữa thanh giằng và thanh cánh 90°

Mối hàn

  • Hàn đối đầu

Kích thước lưới

  • 16 phần tử trên bụng lớn nhất của cấu kiện hộp chữ nhật

Tải trọng

  • Lực tác dụng lên thanh giằng chịu nén/kéo

Kết quả đầu ra

  • Sức kháng thiết kế chịu nén/kéo là NRd = 92.6 kN
  • Dạng phá hoại thiết kế là phá hoại mặt thanh cánh
Mở trong Trình xemTải xuống

Nút X-SHS phẳng một mặt phẳng

Tổng quan về các ví dụ được xem xét được trình bày trong Bảng 7.2.4. Các trường hợp được chọn bao gồm một phạm vi rộng các tỷ số hình học nút liên kết. Các nút liên kết được chọn bị phá hoại theo phương pháp dựa trên FMM do phá hoại mặt thanh cánh hoặc phá hoại thanh giằng.

Bảng 7.2.4 Tổng quan các ví dụ

Ví dụThanh cánhThanh giằngGóc Vật liệu 
 Tiết diệnTiết diệnθfyfuE
   [°][MPa][MPa][GPa]
1SHS200/6.3SHS140/12.590355490210
2SHS200/8.0SHS70/8.090355490210
3SHS200/10.0SHS120/12.590355490210
4SHS200/12.5SHS90/8.090355490210
5SHS200/6.3SHS90/8.060355490210
6SHS200/8.0SHS80/8.060355490210
7SHS200/10.0SHS150/6.360355490210
8SHS200/12.5SHS140/12.560355490210
9SHS200/16.0SHS120/12.560355490210
10SHS200/6.3SHS100/8.030355490210
11SHS200/8.0SHS150/16.030355490210
12SHS200/10.0SHS100/10.030355490210
13SHS200/16.0SHS90/8.030355490210

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.4 Dimensions of X-joint}}}\]

Kiểm chứng sức kháng

Kết quả của phương pháp dựa trên dạng phá hoại (FMM) được so sánh với kết quả của CBFEM. Việc so sánh tập trung vào sức kháng và dạng phá hoại thiết kế; xem Bảng 7.2.5.

Bảng 7.2.5 So sánh kết quả dự đoán sức kháng bằng CBFEM và FMM

Nghiên cứu cho thấy sự phù hợp tốt cho các trường hợp tải trọng được áp dụng. Kết quả được tóm tắt trong biểu đồ so sánh sức kháng thiết kế của CBFEM và FMM; xem Hình 7.2.4. Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp tính toán trong tất cả các trường hợp đều nhỏ hơn 13 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.5 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS X-joint}}}\]

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Thanh cánh

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 200×200×6,3

Các thanh giằng

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 140×140×12,5
  • Góc giữa các thanh giằng và thanh cánh 90°

Các mối hàn

  • Hàn đối đầu

Kích thước lưới

  • 16 phần tử trên bụng lớn nhất của cấu kiện hộp chữ nhật

Tải trọng

  • Lực tác dụng lên thanh giằng chịu nén/kéo

Kết quả đầu ra

  • Sức kháng thiết kế chịu nén/kéo là NRd = 152.4 kN
  • Dạng phá hoại thiết kế là phá hoại mặt thanh cánh
Mở trong Trình xemTải xuống

7.2.4 Nút K-SHS phẳng một mặt phẳng

Tổng quan về các ví dụ được xem xét được trình bày trong Bảng 7.2.6. Các trường hợp được chọn bao gồm một phạm vi rộng các tỷ số hình học nút liên kết. Các nút liên kết được chọn bị phá hoại theo phương pháp dựa trên FMM do phá hoại mặt thanh cánh hoặc phá hoại thanh giằng.

Bảng 7.2.6 Tổng quan các ví dụ

Ví dụThanh cánhCác thanh giằngGóc Vật liệu 
 Tiết diệnTiết diệnθfyfuE
   [°][MPa][MPa][GPa]
1SHS180/10.0SHS70/3.045355490210
2SHS180/10.0SHS70/3.645355490210
3SHS200/8.0SHS80/3.645355490210
4SHS200/8.0SHS100/10.045355490210
5SHS200/200/10.0SHS70/3.645355490210
6SHS200/200/10.0SHS100/4.045355490210
7SHS200/200/12.5SHS70/6.345355490210
8SHS200/200/12.5SHS100/8.045355490210

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.6 Dimensions of K-joint}}}\]

Kiểm chứng

Kết quả của CBFEM được so sánh với kết quả của FMM. Việc so sánh tập trung vào sức kháng và dạng phá hoại thiết kế. Kết quả được trình bày trong Bảng 7.2.7.

Bảng 7.2.7 So sánh kết quả dự đoán sức kháng bằng CBFEM và FMM

Nghiên cứu cho thấy sự phù hợp tốt cho các trường hợp tải trọng được áp dụng. Kết quả được tóm tắt trong biểu đồ so sánh sức kháng thiết kế của CBFEM và FMM; xem Hình 7.2.5. Kết quả cho thấy CBFEM cho kết quả thiên về an toàn trong tất cả các trường hợp so với FMM.

\[ \Fig. 7.2.7 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS K-joint}}}\]

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Thanh cánh

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 180×180×10,0

Các thanh giằng

  • Thép S355
  • Tiết diện SHS 70×70×3,0
  • Góc giữa các thanh giằng và thanh cánh 45°

Các mối hàn

  • Hàn đối đầu

Kích thước lưới

  • 16 phần tử trên bụng lớn nhất của cấu kiện hộp chữ nhật

Tải trọng

  • Lực tác dụng lên thanh giằng chịu nén/kéo

Kết quả đầu ra

  • Sức kháng thiết kế chịu nén/kéo là NRd = 257.5 kN
  • Dạng phá hoại thiết kế là phá hoại mặt thanh cánh
Mở trong Trình xemTải xuống

Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi

Công ty

  • About us
  • Quan hệ đối tác
  • Careers
  • Công nghệ được cấp bằng sáng chế dành cho Kỹ sư kết cấu

Tài nguyên

  • Sample projects
  • Case studies
  • Thư viện liên kết IDEA StatiCa Connection
  • Verification books

Pháp lý

  • THỎA THUẬN CẤP PHÉP NGƯỜI DÙNG CUỐI IDEA StatiCa
  • Chính sách bảo mật
  • Điều khoản Dịch vụ – IDEA StatiCa Viewer
  • Cấp phép

Trợ giúp

  • Contact
  • Nhận báo giá
  • Resellers
  • Tải xuống phiên bản mới nhất
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Được tin tưởng và sử dụng trên toàn thế giới bởi các kỹ sư, nhà sản xuất & tư vấn.