Leírás
Ennek a fejezetnek a tárgya a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) ellenőrzése egy merevített gerenda-oszlop kapcsolatban lévő sarokvarrat esetén, a komponensmódszerrel (CM) összehasonlítva. Egy nyitott szelvényű IPE gerenda csatlakozik egy nyitott szelvényű HEB400 oszlophoz. A merevítők az oszlopon belül, a gerendaövekkel szemben helyezkednek el. A gerenda szelvénye a változó paraméter. Három teherkombinációt vizsgálunk, azaz a gerendát húzás, nyírás és hajlítás terheli.
Analitikai modell
A sarokvarrat az egyetlen vizsgált komponens a tanulmányban. A varratokat az EN 1993-1-8:2005 4. fejezete szerint tervezték, hogy a kapcsolat leggyengébb komponensei legyenek. A sarokvarrat méretezési ellenállása az 4.1. szakaszban kerül leírásra. A vizsgált példák áttekintése és az anyagjellemzők a 4.4.1. táblázatban találhatók. A kapcsolat geometriája méretekkel a 4.4.1. ábrán látható.
4.4.1. táblázat: Példák áttekintése

Normálerő N kézi számítása
Ahol:
- varrat torokvastagsága
- a gerendára ható normálerő
- varrat teljes hossza
- korrelációs tényező az EN 1993-1-8 4.1. táblázatából
- az összekapcsolt gyengébb rész névleges szakítószilárdsága
- varratokra vonatkozó részleges biztonsági tényező
Nyíróerő V kézi számítása
Az ebben a fejezetben bemutatott kézi számítás bizonyos feltételezéseken alapul. A nyíróerőt kizárólag a gerinc varrata veszi fel. A varratokra ható erő excentricitásából eredő hajlítónyomaték az övvarratokhoz rendelhető. Az övvarrat szelvénymodulusa nem a varrat súlypontjától mért távolság alapján, hanem az öv szélétől a gerenda súlypontjáig mért távolság alapján kerül meghatározásra, ahogyan azt a gyakorlatban számítják.
A következő egyenletek bemutatják a varrat teherbírásának levezetését nyíróerőre és hajlítónyomatékra a CM szerint. Az egyenértékű feszültség az EN 1993-1-8 (4.1) egyenletében van megadva. A hajlítónyomatéki ellenállás számításához a képlékeny szelvénymodulust feltételezték.
Ahol:
- az erő excentricitása a gerenda varrataihoz képest
- varrat torokvastagsága
- a gerendára ható nyíróerő
- varrat szelvénymodulusa
- felső övél varratának területe
- alsó övél varratának területe
- felső övél varratának karemelője
- alsó övél varratának karemelője
- képlékeny övszelvény-modulus
- gerinc varratainak teljes hossza
- korrelációs tényező az EN 1993-1-8 4.1. táblázatából
- az összekapcsolt gyengébb rész névleges szakítószilárdsága
- varratokra vonatkozó részleges biztonsági tényező
- IPE gerenda magassága
- IPE gerenda szélessége
- IPE gerenda gerinc vastagsága
- IPE gerenda öv vastagsága
Hajlítónyomaték M kézi számítása
A nyíróerővel való kölcsönhatás nélküli hajlítónyomaték számításánál a teljes varratszelvény (mind az övek körüli, mind a gerinc körüli) képlékeny szelvénymodulusát feltételezték.
Ahol:
- varrat torokvastagsága
- varrat képlékeny szelvénymodulusa
- a gerendára ható hajlítónyomaték
- korrelációs tényező az EN 1993-1-8 4.1. táblázatából
- az összekapcsolt gyengébb rész névleges szakítószilárdsága
- varratokra vonatkozó részleges biztonsági tényező
Numerikus modell
A CBFEM varrat komponense az Általános elméleti háttér és az EN elméleti háttér dokumentumokban kerül leírásra.
Ebben a tanulmányban a varratokhoz nemlineárisrugalmas-képlékeny anyagmodellt alkalmaztak. A határképlékeny alakváltozás a varrat hosszabb részén érhető el, és a feszültségcsúcsok újraoszlanak.

Teherbírás ellenőrzése
A CBFEM Idea RS szoftverrel számított méretezési ellenállást a CM eredményeivel hasonlítják össze. A varrat méretezési ellenállásait összehasonlítják, lásd 4.4.2. táblázat. A tanulmányt egy paraméteres gerenda szelvényre és három teherkombinációra végzik: normálerő NEd, nyíróerő VEd és hajlítónyomaték MEd.
4.4.2. táblázat: CBFEM és CM összehasonlítása

A CBFEM és CM eredményeit összehasonlítják, és egy érzékenységvizsgálatot mutatnak be. A gerenda keresztmetszetének hatása a hegesztett gerenda-oszlop kapcsolat méretezési ellenállására húzás esetén a 4.4.2. ábrán, nyírás esetén a 4.4.3. ábrán, hajlítás esetén a 4.4.4. ábrán látható. A tanulmány jó egyezést mutat az összes alkalmazott teherkombináció esetén.



A CBFEM modell pontosságának szemléltetésére az érzékenységvizsgálat eredményeit egy diagram foglalja össze, amely összehasonlítja a CBFEM és a CM méretezési ellenállásait, lásd 4.4.5. ábra. Az eredmények azt mutatják, hogy a két számítási módszerinti különbség minden esetben kisebb mint 10%.



Referenciapélda
Bemeneti adatok
Oszlop
- S235 acél
- HEB 400
Gerenda
- S235 acél
- IPE 160
- Az erő excentricitása a varrathoz képest x = 400 mm, lásd 4.4.6. ábra
Varrat
- Torokvastagság aw = 3 mm
Kimeneti adatok:
- Méretezési ellenállás nyírásra VRd = 105 kN

