Csavaros portálkeret eresz nyomatéki kapcsolat

Leírás

Ennek a tanulmánynak a célja a csavaros portálkeret eresz kapcsolat ellenőrzése, ahogyan az a 9.2.1. ábrán látható. A szarufát homloklemezzel csavarozzák az oszlop övlemezéhez. Az oszlopot két vízszintes merevítővel erősítik meg a gerendaövlemezek szintjén. A nyomott lemezeket, pl. az oszlop vízszintes merevítőit, a nyírásban vagy nyomásban lévő gerinc panelt és a nyomott gerendaövlemezt 3. osztályú keresztmetszetként tervezik. A vízszintes gerenda 6 m hosszú, és teljes hosszán egyenletes terhelés hat rá.

9.2.1. ábra Csavaros portálkeret eresz kapcsolat

Analitikai modell

Nyolc komponenst vizsgálnak: sarokvarrat, nyírásban lévő gerinc panel, oszlopgerinc keresztirányú nyomásban, oszlopgerinc keresztirányú húzásban, gerendaövlemez nyomásban és húzásban, hajlításban lévő oszlopövlemez, hajlításban lévő homloklemez és csavarok. Minden komponenst az EN 1993-1-8:2005 szerint terveznek. A komponensek méretezési terhelései a pozíciótól függnek. A nyírásban lévő gerinc panelt az oszlop függőleges tengelyén lévő méretezési terhelések terhelik. A többi komponenst az oszlopövlemez csökkentett méretezési terhelései terhelik, amelyhez a vízszintes gerenda csatlakozik.

Sarokvarrat

A varrat a gerenda teljes keresztmetszetét körülzárja. Az övlemezeken lévő varrat vastagsága eltérhet a gerinc varratának vastagságától. A függőleges nyíróerőt csak a gerincen lévő varratok veszik fel, és plasztikus feszültségeloszlást vesznek figyelembe. A hajlítónyomatékot a teljes varrat alakja veszi fel, és rugalmas feszültségeloszlást vesznek figyelembe. Figyelembe veszik az oszlop vízszintes merevségétől függő hatékony varratszélességet (a merevítetlen oszlopövlemez hajlása miatt). A varrat tervezése az EN 1993-1-8:2005, 4.5.3.2(6) pont szerint történik. Az ellenőrzést két fő pontban végzik: az övlemez felső vagy alsó szélén (maximális hajlítási feszültség) és az övlemez és a gerinc metszéspontjában (nyíróerő és hajlítónyomaték feszültségeinek kombinációja).

Nyírásban lévő gerinc panel

Az oszlopgerinc vastagságát legfeljebb harmadik osztályúra tervezik; lásd EN 1993-1-8:2005, 6.2.6.1(1) pont. A teherbíráshoz két hozzájárulást vesznek figyelembe: az oszlopfal nyírási ellenállása és az oszlopövlemezek és vízszintes merevítők keretszerű viselkedéséből adódó hozzájárulás; lásd EN 1993-1-8:2005, 6.2.6.1 pont (6.7 és 6.8).

Oszlopgerinc keresztirányú nyomásban vagy húzásban

Figyelembe veszik a nyíróterhelés kölcsönhatásának hatását; lásd EN 1993-1-8:2005, 6.2.6.2 pont és 6.3 táblázat. Figyelembe veszik az oszlopfal hosszirányú feszültségének hatását; lásd EN 1993-1-8:2005, 6.2.6.2(2) pont. A vízszintes merevítők megakadályozzák a kihajlást, és hatékony területükkel szerepelnek ebben a komponensben a teherbírásban.

Gerendaövlemez nyomásban

A vízszintes gerendát legfeljebb harmadik osztályúra tervezik.

Oszlopövlemez vagy homloklemez hajlításban

A körkörvonalú és nem körkörvonalú tönkremenetelekre vonatkozó hatékony hosszakat az EN 1993-1-8:2005, 6.2.6 pont szerint veszik figyelembe. Az EN 1993-1-8:2005, 6.2.4.1 pont szerinti három tönkremeneteli módot veszik figyelembe.

Csavarok

A csavarokat az EN 1993-1-8:2005, 3.6.1 pont szerint tervezik. A méretezési ellenállás figyelembe veszi az átlyukasztási nyírási ellenállást és a csavar szakadását.

Numerikus tervezési modell

A T-csonkot 4 csomópontú héjelemekkel modellezik, ahogyan azt a 3. fejezet leírja és az alábbiakban összefoglal. Minden csomópontnak 6 szabadságfoka van. Az elem alakváltozásai membrán és hajlítási hozzájárulásokból állnak. Nemlineáris rugalmas-plasztikus anyagállapotot vizsgálnak az integrációs pont minden rétegében. Az ellenőrzés az EN 1993-1-5:2006 szerint megadott maximális alakváltozáson alapul, amelynek értéke 5 %. A csavarokat három alkomponensre osztják. Az első a csavarszár, amelyet nemlineáris rugóként modelleznek, és csak húzást vesz fel. A második alkomponens a húzóerőt az övlemezekbe viszi át. A harmadik alkomponens a nyírásátadást oldja meg.

Globális viselkedés

Összehasonlítást végeztek a csukló globális viselkedéséről, amelyet a fent említett mindkét tervezési eljárásra vonatkozó nyomaték-elfordulás diagramok írnak le. A figyelmet a nyomaték-elfordulás diagram főbb jellemzőire összpontosították: kezdeti merevség, méretezési ellenállás és alakváltozási kapacitás. Az IPE 330 gerendát HEB 300 oszlophoz csatlakoztatják kiterjesztett homloklemezzel, 5 sor M24 8.8 csavarral. Mindkét tervezési eljárás eredményeit a 9.2.2. ábra grafikonja és a 9.2.1. táblázat mutatja. A CM általában magasabb kezdeti merevséget ad a CBFEM-hez képest. A CBFEM minden esetben valamivel magasabb méretezési ellenállást ad a CM-hez képest, ahogyan azt a 9.2.5. fejezet mutatja. A különbség legfeljebb 10%. Az alakváltozási kapacitást szintén összehasonlítják. Az alakváltozási kapacitást (Beg et al. 2004) szerint számították, mivel az EC3 korlátozott hátteret nyújt a homloklemez csukló alakváltozási kapacitásához.

9.2.2. ábra Nyomaték-elfordulás diagram

9.2.1. táblázat Globális viselkedés áttekintése

Ellenállás ellenőrzése

A CBFEM által számított méretezési ellenállást a következő lépésben összehasonlították a komponensmódszer eredményeivel. Az összehasonlítás az ellenállásra és a kritikus komponensre is összpontosított. A tanulmányt az oszlop keresztmetszeti paraméterre végezték. Az IPE 330 gerendát kiterjesztett homloklemezzel csatlakoztatják az oszlophoz, 5 csavarsorral. M24 8.8 csavarokat alkalmaznak. A P15 homloklemez méretei a csavar peremtávolságokkal és osztásközökkel milliméterben: magasság 450 (50-103-75-75-75-73) és szélesség 200 (50-100-50). A felső övlemez külső széle 91 mm-re van a homloklemez szélétől. A gerendaövlemezeket 8 mm torokvastagságú varratokkal csatlakoztatják a homloklemezhez. A gerendagerinc 5 mm torokvastagságú varrattal csatlakozik. Az oszlopot vízszintes merevítőkkel erősítik meg a gerendaövlemezekkel szemben. A merevítők 15 mm vastagok, szélességük az oszlop szélességének felel meg. A homloklemez merevítő vastagsága 10 mm, szélessége 90 mm. Az eredményeket a 9.2.2. táblázat és a 9.2.3. ábra mutatja.

9.2.2. táblázat Méretezési ellenállás a paraméter – oszlop profil függvényében

9.2.3. ábra Méretezési ellenállás az oszlop keresztmetszetétől függően

A CBFEM modell pontosságának szemléltetésére a paraméteres vizsgálatok eredményeit összefoglalják a CBFEM és a CM által előrejelzett ellenállásokat összehasonlító grafikonban; lásd 9.2.4. ábra. Az eredmények azt mutatják, hogy a CBFEM szinte minden esetben valamivel magasabb méretezési ellenállást ad a CM-hez képest. A két módszer közötti különbség legfeljebb 10%.

9.2.4. ábra A CBFEM ellenőrzése a CM-hez képest

Benchmark példa

Bemeneti adatok

• S235 acél
• IPE 330 gerenda
• HEB 300 oszlop
• Homloklemez magassága h_p = 450 (50-103-75-75-75-73) mm
• Homloklemez szélessége b_p = 200(50-100-50) mm
• Homloklemez P15
• Oszlop merevítők 15 mm vastag és 300 mm széles
• Homloklemez merevítő 10 mm vastag, 90 mm széles és mély, letörések 20 mm 
• Övlemez varrat torokvastagsága a_f = 8 mm
• Gerinc és homloklemez merevítő varrat torokvastagsága a_w = 5 mm
• Csavarok M24 8.8

Kimeneti adatok

• Hajlítási méretezési ellenállás M_Rd = 206 kNm
• Megfelelő függőleges nyíróerő V_Ed= –206 kN
• Tönkremeneteli mód: a felső övlemez gerendamerevítőjének folyása
• A csavarok kihasználtsága 90,2 %
• A varratok kihasználtsága 99,0 %