Oszloptalp – Nyitott szelvényű oszlop erős tengely körüli hajlításban
Leírás
E fejezet célja a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) ellenőrzése az acél nyitott szelvényű oszlop talplemezének esetén, amelyet nyomás és az erős tengely körüli hajlítás terhel, a komponens módszerrel (CM) összehasonlítva. A tanulmány az oszlop méretére, geometriájára és a talplemez vastagságára készült. A tanulmányban öt komponenst vizsgálnak: az oszlop övlemeze és gerince nyomásban, beton nyomásban beleértve a kiöntőhabarcsot, talplemez hajlításban, horgonyok húzásban és hegesztések. Minden komponenst az EN 1993-1-8:2005, EN 1992‑1‑1:2005 és EN 1992‑4 szerint terveznek.
Teherbírás ellenőrzése
A komponens módszer szerinti tervezés példája egy HEB 240 acél szelvényű oszlop lehorgonyzásán kerül bemutatásra:
A betonblokk méretei a' = 1000 mm, b' = 1500 mm, h = 900 mm, anyagminősége C20/25. A talplemez méretei a = 330 mm, b = 440 mm, t = 20 mm, acélminősége S235. A horgonycsavarok 4 × M20, As = 245 mm2, hossza 300 mm, fejátmérője a = 60 mm, acélminősége 8.8. A kiöntőhabarcs vastagsága 30 mm.
Az analitikus megoldás eredményei egy interakciós diagramon mutathatók be a jellemző pontokkal. A −1 pont a tiszta húzásnak megfelelő terhelést, a 4 pont a nyomási teherbírást jelöli. A 0, 1, 2 és 3 pontok részletes leírása a 8.2.1. ábrán látható; lásd (Wald, 1995) és (Wald et al. 2008).
8.2.1. ábra Jellemző pontok az interakciós diagramon
A 0 és 3 ponthoz tartozó, CBFEM által kapott feszültségeloszlás a 8.2.2. és 8.2.3. ábrán látható.
8.2.2. ábra Betonban ébredő feszültség és horgonyerők a 0 pontban, CBFEM alapján (alakváltozási lépték 10)
8.2.3. ábra Betonban ébredő feszültség és horgonyerők a 3 pontban, CBFEM alapján
(alakváltozási lépték 10)
8.2.4. ábra Modellek összehasonlítása az interakciós diagramon
A CBFEM által kapott interakciós diagram és a CM szerint számított interakciós diagram összehasonlítása a 8.2.4. ábrán és a 8.2.1. táblázatban látható.
8.2.1. táblázat A HEB 240 interakciós diagramjának eredményei analitikus megoldással és CBFEM-mel összehasonlítva
| Analitikus megoldás | CBFEM eredményei | |||
| Normálerő [kN] | Hajlítási teherbírás [kNm] | Normálerő [kN] | Hajlítási teherbírás [kNm] | |
| -1 pont | 169 | 0 | 150 | 0 |
| 0 pont | 0 | 45 | 0 | 37 |
| 1 pont | −564 | 103 | −564 | 98 |
| 2 pont | −708 | 108 | −708 | 111 |
| 3 pont | −853 | 103 | −853 | 101 |
| 4 pont | −1700 | 0 | −1683 | 0 |
Érzékenységvizsgálat
A CBFEM eredményeit összehasonlították a komponens módszer eredményeivel. Az összehasonlítás az interakciós diagram egyes pontjaihoz tartozó, adott normálerő-szinthez tartozó hajlítási teherbírás alapján történt.
Az érzékenységvizsgálatban az oszlop méretét, a talplemez méreteit és a betonalap méreteit változtatták. A kiválasztott oszlopkeresztmetszetek HEB 200, HEB 300 és HEB 400 voltak. A talplemez szélességét és hosszát 100 mm-rel, 150 mm-rel és 200 mm-rel választották nagyobbra az oszlopszelvénynél; a talplemez vastagsága 15 mm, 20 mm és 25 mm volt. A betonalap anyagminősége C25/30 volt. A betonalap magassága minden esetben 900 mm volt, szélessége és hossza pedig 200 mm-rel nagyobb a talplemez méreteinél. A horgonycsavarok M20 8.8 minőségűek voltak, 300 mm beágyazási mélységgel. A paramétereket a 8.2.2. táblázat foglalja össze. A hegesztések az egész oszlopszelvény körül azonosak voltak, elegendő varratvastagsággal, hogy ne legyenek a mérvadó komponensek. Egyszerre csak egy paramétert változtattak, míg a többit a középső értéken tartották.
8.2.2. táblázat Kiválasztott paraméterek
| Oszlopszelvény | HEB 200 | HEB 300 | HEB 400 |
| Talplemez túlnyúlás | 100 mm | 150 mm | 200 mm |
| Talplemez vastagság | 15 mm | 20 mm | 25 mm |
A 8.2.5. ábrán az oszlopkeresztmetszet változtatásának eredményei láthatók. A 8.2.6. és 8.2.7. ábrán a talplemez túlnyúlása, illetve a talplemez vastagsága változik.
8.2.5. ábra Oszlopszelvény változtatása
8.2.6. ábra Talplemez túlnyúlás változtatása – 100, 200 és 300 mm
8.2.7. ábra Talplemez vastagság változtatása – 15, 20 és 25 mm
Benchmark eset
Bemeneti adatok
Oszlopkeresztmetszet
- HEB 240
- S235 acél
Talplemez
- Vastagság 20 mm
- Túlnyúlás felül 100 mm, balra 45 mm
- S235 acél
Horgonycsavar
- M20 8.8
- Lehorgonyzási hossz 300 mm
- Horgony típusa: alátétlemez - kör alakú; méret 40 mm
- Eltolás felső sorok 50 mm, bal sorok −10 mm
- Nyírási sík a menetben
- Hegesztések mindkét oldalon 8 mm
Alaptest
- C20/25 beton
- Túlnyúlás 335 mm és 530 mm
- Mélység 900 mm
- Vízszintes erő átadása súrlódással
- Kiöntőhabarcs vastagsága 30 mm
Terhelés
- Normálerő N = −853 kN
- Hajlítónyomaték My = 100 kNm
Eredmények
- Horgonycsavarok 42,2 % (NEd,g = 51,7 kN ≤ NRdc = 122,4 kN - betonkúp kiszakadás az A1 és A2 horgonyoknál)
- Betonblokk 99,5 % (σ = 26,7 MPa ≤ fjd = 26,8 MPa)
Hivatkozások
EN 1992-1-1, Eurocode 2, Betonszerkezetek tervezése – 1-1. rész: Általános szabályok és épületekre vonatkozó szabályok, CEN, Brüsszel, 2005.
EN 1992-4:2018, Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése – 4. rész: Betonba ágyazott rögzítések tervezése, Brüsszel, 2018.
EN 1993-1-8, Eurocode 3, Acélszerkezetek tervezése – 1-8. rész: Csomópontok tervezése, CEN, Brüsszel, 2005.
Wald F. Column Bases, CTU Publishing House, Prága, 1995.
Wald F., Sokol Z., Steenhuis M., Jaspart, J.P. Component method for steel column bases, Heron, 53, 2008, 3-20.