Verifikace

Plech k kruhovému dutému průřezu

Ocel

EN (Eurokód)

CBFEM

Svar

Connection

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:

Přeloženo pomocí AI z angličtiny

Toto je vybraná kapitola z knihy Component-based finite element design of steel connections od prof. Walda a kol. Kapitola je zaměřena na ověření přípoje plechu ke kruhovému dutému průřezu.

Metoda porušení

Jednorovinné svařované přípoje plechu ke kruhovým dutým průřezům typu T předpovídané metodou CBFEM jsou v této kapitole ověřeny metodou porušení (FMM). V CBFEM je návrhová únosnost omezena dosažením 5 % přetvoření nebo silou odpovídající deformaci styčníku 3 % d₀, kde d₀ je průměr pásu. FMM je založena na limitu vrcholového zatížení nebo limitu deformace 3 % d₀; viz Lu et al. (1994). Svary navržené podle EN 1993‑1‑8:2006 nejsou nejslabšími složkami styčníku.

Plastifikace pásu

Návrhová únosnost čelní stěny CHS pásu je stanovena metodou FMM podle kap. 9 prEN 1993-1-8:2020 a ISO/FDIS 14346; viz obr. 7.3.1. Návrhová únosnost osově zatíženého svařovaného přípoje plechu ke styčníku CHS je:

Styčník T

Příčný

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

Podélný

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

Styčník X

Příčný

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

Podélný

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

kde:

f_y,i – mez kluzu prvku i (i = 0,1,2 nebo 3)
t_i – tloušťka stěny prvku CHS i (i = 0,1,2 nebo 3)
\(\beta\) – poměr středního průměru nebo šířky příčlí k průměru nebo šířce pásu
\(\eta\) – poměr výšky příčle k průměru nebo šířce pásu
\(\gamma\) – poměr šířky nebo průměru pásu k dvojnásobku tloušťky jeho stěny
Q_f – součinitel napětí v pásu
C_f – součinitel materiálu
\(\gamma_{M5}\) – dílčí součinitel únosnosti styčníků příhradových nosníků z dutých průřezů
N_i,Rd – návrhová únosnost styčníku vyjádřená jako vnitřní osová síla v prvku i (i = 0,1,2 nebo 3)

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

Rozsah platnosti

CBFEM byl ověřen pro typické styčníky svařovaných kruhových dutých průřezů. Rozsah platnosti pro tyto styčníky je definován v tabulce 7.8 prEN 1993-1-8:2020; viz tab. 7.3.1. Stejný rozsah platnosti se uplatňuje pro model CBFEM. Mimo rozsah platnosti FMM je třeba připravit experiment pro validaci nebo provést ověření podle validovaného výzkumného modelu.

Tab. 7.3.1 Rozsah platnosti pro metodu porušení

Obecně	\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)	\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)	\(-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
	\(g \ge t_1+t_2 \)	\(f_{yi} \le f_{y0} \)	\( t_i \le t_0 \)

Pás	Tlak	Třída 1 nebo 2 a \(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (pro styčníky X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
	Tah	\(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (pro styčníky X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
Příčný plech		\(0.25\le\beta=b_1/d_0\le1\)
Podélný plech		\(0.6\le\eta=h_1/d_0\le4 \)

Validace

V této kapitole je CBFEM validován na modelech FMM přípojů plechu ke styčníkům CHS typu T popsaných v prEN 1993-1-8:2020. Modely jsou porovnány s daty z mechanických zkoušek v tab. 7.3.2–7.3.3 s únosností stanovenou na základě deformačního limitu. Materiálové a geometrické vlastnosti numerických zkoušek jsou popsány v (Voth A.P. a Packer A.J., 2010). Experimenty mimo rozsah platnosti jsou v tabulkách označeny hvězdičkou * a v grafu vyznačeny pro posouzení kvality okrajových podmínek.

Tab. 7.3.2 Geometrické vlastnosti, materiálové vlastnosti a únosnosti přípojů z experimentů a modelů FMM pro příčný styčník T

ID	Reference	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPT 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio et al. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Typ příčle	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Tlak	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Tlak	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Tlak	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Tah	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Geometrické vlastnosti, materiálové vlastnosti a únosnosti přípojů z experimentů a modelů FMM pro podélný styčník T

ID	Reference	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPL 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Typ příčle	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Tlak	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Tlak	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Tah	20,49	8,75	2,34

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

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

Validace znázorněná na obr. 7.3.2 a 7.3.3 ukazuje, že rozdíly oproti experimentům jsou obecně nejméně 15 % na straně bezpečnosti. Experimenty mimo rozsah platnosti jsou zahrnuty a označeny. Výsledky svědčí o dobré kvalitě zvolených okrajových podmínek.

Jednorovinný styčník T s plechem

Přehled uvažovaných příkladů ve studii je uveden v tab. 7.3.4. Vybrané případy pokrývají široký rozsah geometrických poměrů styčníků. Geometrie styčníků s rozměry je znázorněna na obr. 7.3.4. Tloušťka plechu je ve všech případech zahrnutých v této studii 15 mm.

Tab. 7.3.4 Přehled příkladů

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

Ověření

Výsledky únosnosti a návrhového způsobu porušení FMM jsou porovnány s výsledky CBFEM v tab. 7.3.5 a na obr. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Ověření předpovědi únosností metodou CBFEM na FMM a) příčná orientace b) podélná orientace

Studie vykazuje dobrou shodu pro uvažované zatěžovací případy. Výsledky jsou shrnuty v diagramech porovnávajících návrhové únosnosti CBFEM a FMM; viz obr. 7.3.5. Výsledky ukazují, že rozdíl mezi oběma výpočetními metodami je ve všech případech menší než 7 %.