Learning Modules

Tanulási modul – T-csonk húzásban (EN)

Steel

Connection

Bolts

Plates

Ez a cikk a következő nyelveken is elérhető

Angol nyelvről mesterséges intelligencia fordította

A kapcsolattervezés nehezen tanítható, tekintettel a téma részletes jellegére és a legtöbb kapcsolat alapvetően háromdimenziós viselkedésére. A kapcsolatok azonban kritikusan fontosak, és a kapcsolattervezés tanulmányozása során szerzett tapasztalatok – beleértve a teherpályát, valamint a tönkremeneteli módok azonosítását és értékelését – általánosak és széles körben alkalmazhatók a szerkezeti tervezésben. Az IDEA StatiCa szigorú nemlineáris analízis modellt alkalmaz, és könnyen használható felülettel rendelkezik, amely háromdimenziós eredményeket jelenít meg (pl. deformált alak, feszültség, képlékeny alakváltozás), így kiválóan alkalmas a szerkezeti acél kapcsolatok viselkedésének vizsgálatára. Ezekre az erősségekre építve kidolgoztak egy irányított gyakorlatsorozatot, amely az IDEA StatiCa-t virtuális laboratóriumként használja, hogy segítse a hallgatókat a szerkezeti acél kapcsolatok viselkedésével és tervezésével kapcsolatos fogalmak elsajátításában. Ezeket a tanulási modulokat elsősorban haladó alapképzéses és mesterképzéses hallgatóknak szánták, de gyakorló mérnökök számára is megfelelővé tették. A tanulási modulokat a Laboratory for Numerical Structural Design intézetben fejlesztette Martin Vild adjunktus Martin Vild a Brno-i Műszaki Egyetemen.

Tanulási célkitűzés

A gyakorlat elvégzése után a tanuló képes lesz leírni a csavart kapcsolatok alapvető összetevőjét, a T-csonkot és a kapcsolódó jelenségeket, mint például a feszítő erő hatását.

Háttér

Az EN 1993-1-8 szerinti komponensmódszer a kapcsolatot összetevőkre bontja. A csavart kapcsolatok alapvető összetevője, amelyet széles körben alkalmaznak szerelési csomópontoknál, a T-csonk. A T-csonk alakja a kapcsolatban elfoglalt helyzetétől függően változik, de a számítás nagyon hasonló marad. Még egy ilyen bonyolult vállalt homloklemez-kapcsolat is nyolc T-csonk sor között oszlik meg. Minden ilyen T-csonkot egyenként vagy csavarcsoport részeként számítanak, és a végső nyomatéki teherbírás a T-csonk húzási teherbírásának és a nyomás középpontjához mért karhossz szorzatainak összege.

A T-csonkok jellemző tulajdonsága a feszítő erő hatása. A csavarok húzóerejének összege nagyobb, mint a T-csonkra alkalmazott húzóerő. Ezt a feszítő erő okozza – a lemezek támaszkodó hatása az alátámasztásra, jellemzőenegy másik T-csonkra, ebben az esetben az oszlop övlemezéből és gerincelemből álló T-csonkra. Vegyük észre, hogy a következő ábrán a csavarok húzóerejének összege \(2 \cdot 187.2 = 374.4\) kN, ami lényegesen több, mint az alkalmazott 193 kN-os erő.

A támaszkodó erő nagysága a kapcsolódó elemek és csavarok merevségétől és szilárdságától függ.

Ha a homloklemez nagyon vékony, akkor mind a hegesztés közelében, mind a csavarvonal közelében folyni fog, és a homloklemez szilárdsága lesz a mérvadó, még akkor is, ha figyelembe vesszük a feszítő erő hatása miatti többlet húzóerőt a csavarokban. Az Eurocode ezt 1-es tönkremeneteli módként írja le.
Ha a homloklemez nagyon vastag, nem hajlik eleget ahhoz, hogy leküzdje a csavar megnyúlását, és a homloklemez nem érintkezik az oszlop övlemezével. Ebben az esetben nincs feszítő erő hatás, a csavarok szilárdsága lesz a mérvadó, és egyszerű analízissel elegendő megbecsülni a csavarokban lévő erőt. Az Eurocode ezt 3-as módként írja le.
A két szélsőérték közötti homloklemez-vastagságok esetén az szögvasak hajlítási szilárdsága és a csavarok húzási szilárdsága egyidejűleg lehet mérvadó.

Az Eurocode 3-ban (CEN, 2005) ezeket a különböző viselkedési módokat „1-es mód: Az övlemez teljes folyása"; „2-es mód: Csavar tönkremenetel az övlemez folyásával"; és „3-as mód: Csavar tönkremenetel" elnevezéssel illetik, amelyek rendre a vékony, közepes és vastag kapcsolóelemeknek felelnek meg.

A feszítő erő hatás értékelésére szolgáló egyenletek az EN 1993-1-8 Eurocode 3, 6.2.4. pontjában találhatók. Ezek az egyenletek hatékonyan alkalmazhatók a feszítő erő hatás értékelésére, de elvont paramétereket használnak, amelyek elfedik a fizikai viselkedést. Ez a gyakorlat célja, hogy segítsen kialakítani a feszítő erő hatásra vonatkozó fizikai intuíciót.

Kapcsolat

Ebben a gyakorlatban vizsgált kapcsolat két azonos, egymással szembe fordított T-csonk alapvető példája. Az alapeset két homloklemezből (vagy T-csonk övlemezből) áll, amelyek méretei \(b \cdot h = 200 \cdot 220\) mm, vastagsága \(t = 20\) mm. A feszített lemezek (vagy T-csonk gerincelemek) 20 mm vastagok. Minden elem S355 acélminőségből készül. 10 mm torokvastagságú kétoldali sarokvarrat köti össze a T-csonk gerincelemeit az övlemezekkel. A T-csonk övlemezei M24 8.8 csavarokkal (\(d = 24\) mm, \(f_u = 800\) MPa) vannak összekötve. A csavarok a T-csonk közepén helyezkednek el, és szélső távolságuk \(e = 50\) mm.

Eljárás

Ez a gyakorlat feltételezi, hogy a tanuló rendelkezik az IDEA StatiCa használatához szükséges alapismeretekkel (pl. hogyan navigáljon a szoftverben, hogyan definiáljon és szerkesszen műveleteket, végezzen analíziseket, és keresse meg az eredményeket). Az ilyen ismeretek megszerzéséhez útmutatás az IDEA StatiCa weboldalán érhető el (https://www.ideastatica.com/).

Töltse le a gyakorlathoz mellékelt példakapcsolat IDEA StatiCa fájlját. Nyissa meg a fájlt az IDEA StatiCa-ban. A gyakorlat elvégzéséhez kövesse a leírást, teljesítse a feladatokat, és válaszolja meg a kérdéseket.

A tanuló két segédfájlt kap:

T-stub calculation-Calcpad.zip – kézi számítás egy nyílt forráskódú Calcpad programban
T-stub.py – Python kód az IDEA StatiCa API-ján keresztüli automatizáláshoz

Ezeknek a fájloknak a futtatása nem kötelező a tanulási modul elvégzéséhez, de felgyorsítják a kézi számítást.

Töltse ki az alábbi táblázatot az övlemez különböző vastagságaihoz tartozó maximális erő meghatározásával, majd rögzítse ezt az erőt amaximális képlékeny alakváltozással és a maximális csavar kihasználtsággal együtt az adott erőnél.

Övlemez vastagsága [mm]	Maximális erő [kN]	Maximális képlékeny alakváltozás [%]	Csavar kihasználtság [%]
8	123.0	4.16	90.9
10
12	228.5	4.87	97.4
14	283.2	4.03	99.5
16	312.5	1.90	99.4
18	337.9	1.40	99.3
20
22	400.4	1.20	99.8
24	408.2	0.32	99.6
26	408.2	0.11	99.6
28	408.2	0.05	99.6
30
32	408.2	0.00	99.6
34	408.2	0.00	99.6
36	408.2	0.00	99.6
38	408.2	0.00	99.6
40

Nő, csökken vagy változatlan marad a kapcsolat szilárdsága, ha az alábbi méreteket növeljük? Vegye figyelembe, hogy a válasz eltérő lehet különböző övlemez-vastagságok esetén.