Homloklemez kapcsolat négy csavarral egy sorban

Leírás

Ez a tanulmány a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) ellenőrzésére összpontosít a négy csavarral egy sorban kialakított homloklemez kapcsolat teherbírása tekintetében, összehasonlítva egy analitikus modellel (AM) és egy kísérletekkel validált kutatásorientált végeselem-modellel (ROFEM).

Analitikus modell

A csavar nyírási és húzási teherbírása, valamint a lemez palástnyomási és átszúrási nyírási teherbírása az EN 1993-1-8:2006 3.6.1 fejezet 3.4. táblázata szerint kerül meghatározásra. A húzott egyenértékű T-csonkot a 6.2.4 fejezet szerint Jaspart és munkatársai (2010) módosították, lásd az 5.7.1 ábrát és az 5.7.1 táblázatot.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Failure modes of T-stub with four bolts in a row: mode 1 (left), mode 2 (middle), mode 3 (right)}}}$$

5.7.1 táblázat: A négy csavarral egy sorban kialakított T-csonk tönkremeneteli módjai (Jaspart és munkatársai 2010)

Az 5.7.1 táblázatban 𝐹_t,Rd a csavar húzási teherbírása, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w az alátét átmérője, vagy a csavarfej illetve anya csúcsain átmért szélesség, 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ lásd az 5.8.2 ábrát, 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 a hatékony hossz, 𝑡_f az övlemez vastagsága, és 𝑓_y a folyáshatár, lásd az 5.7.2 ábrát.

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

A teherbírás validálása és ellenőrzése

A CBFEM által számított méretezési teherbírásokat összehasonlították az analitikus modell eredményeivel (Zakouřil, 2019) és a kutatásorientált végeselem-modellel végzett kísérletekkel (Samaan és munkatársai 2017), lásd az 5.7.3 ábrát. Az eredmények összefoglalása az 5.7.4 ábrán látható. 8.8 csavar osztályt és S450 acél minőséget alkalmaztak. A folyás- és szakítószilárdság szorosan megfelel a kísérleti értékeknek, pl. a csavar folyáshatára 600 MPa, a csavar szakítószilárdsága 800 MPa.

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

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Flushed end plate labeled F}}}$$

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

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Tested specimens}}}$$

A CBFEM által meghatározott hajlítási teherbírás általában a komponens módszer és a kísérleti úton meghatározott teherbírások között van. Az 5.7.2 táblázat a CM, CBFEM, ROFEM és kísérleti teherbírások összehasonlítását mutatja a 20 mm és 32 mm homloklemez vastagságú próbatestekre. Mind a komponens módszer, mind a CBFEM alábecsüli a süllyesztett homloklemezzel rendelkező próbatest teherbírását. 

5.7.2 táblázat: A CM, ROFEM, CBFEM és kísérlet összehasonlítása

Az5.7.3 táblázat és az 5.7.4 ábra az ENS modellek CBFEM és CM közötti ellenőrzését mutatja különböző homloklemez vastagságok, csavar átmérők és gerincmagasságok esetén.

5.7.3 táblázat: A CBFEM ellenőrzése CM-mel ENS esetén

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

Az érzékenységi vizsgálatok eredményei az 5.7.5, 5.7.6 és 5.7.7 ábrán látható diagramokban vannak összefoglalva. 

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

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

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

Az 5.7.4 táblázat és az 5.7.8 ábra az F modellek CBFEM és CM közötti ellenőrzését mutatja különböző homloklemez vastagságok és csavar átmérők esetén. 

5.7.4 táblázat: A CBFEM ellenőrzése CM-mel F esetén

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

Az érzékenységi vizsgálatok eredményei az 5.7.9 és 5.7.10 ábrán látható diagramokban vannak összefoglalva.

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

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

Az 5.7.5 táblázat és az 5.7.11 ábra az EX modellek CBFEM és CM közötti ellenőrzését mutatja különböző homloklemez vastagságok és csavar átmérők esetén. 

5.7.5 táblázat: A CBFEM ellenőrzése CM-mel EX esetén

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

Az érzékenységi vizsgálatok eredményei az 5.7.12 és 5.7.13 ábrán látható diagramokban vannak összefoglalva. 

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

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

Benchmark példa

Bemeneti adatok

• S450 acél

Oszlop

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

Oszlop merevítők

• t_s = 16mm

Gerenda

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

Homloklemez

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

Csavarok

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

Hegesztések

• a_w = 7mm

Kimeneti adatok

• Méretezési teherbírás F_Rd = 247 kN
• A kritikus komponensek a csavarok, amelyek erői a homloklemez feszítő ereje miatt megnövekedtek

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.14 Benchmark example}}}$$