Talplemez – Nyomott nyitott szelvényű oszlop

Leírás

Ebben a fejezetben a tiszta nyomással terhelt nyitott szelvényű acél oszlop talplemezének komponens alapú végeselem-módszerét (CBFEM) ellenőrizzük a komponensmódszerrel (CM). A tanulmány az oszlop keresztmetszetére, a talplemez méreteire, a beton minőségére és a betonblokk méreteire vonatkozóan készült.

Komponensmódszer

Három komponenst veszünk figyelembe: az oszlop övlemeze és gerince nyomásban, a beton nyomásban a habarcsréteggel együtt, valamint a hegesztések. Az oszlop övlemeze és gerince nyomásban komponenst az EN 1993-1-8:2005 6.2.6.7. pontja írja le. A nyomott beton a habarcsréteggel együtt az EN 1993-1-8:2005 6.2.6.9. pontja és az EN 1992-1-1:2005 6.7. pontja szerint van modellezve. Az ellenállás meghatározásához a hatékony terület két iterációját alkalmazzuk.

A hegesztés az oszlop keresztmetszetének kerülete mentén van tervezve; lásd EN 1993-1-8:2005 4.5.3.2(6). Az övlemezeken lévő hegesztés vastagsága megegyezik a gerinc hegesztésének vastagságával. A nyíróerőt csak a gerincen lévő hegesztések veszik fel, és plasztikus feszültségeloszlást veszünk figyelembe.

Talplemez HEB 240 oszlop alatt

Ez a tanulmány a nyomott beton komponensre összpontosít, a habarcsréteggel együtt. Az alábbiakban egy számítási példa látható a betonblokk esetére, amelynek méretei a' = 1000 mm, b' = 1500 mm, h = 800 mm, C20/25 betonminőségből, talplemez méretei a = 330 mm, b = 440 mm, t = 20 mm, S235 acélminőségből; lásd 8.1.2. ábra.

 A beton csomóponti szilárdsága a keresztmetszet körüli nyomott hatékony területen számítható; lásd 8.1.1. ábra, két lépéses iterációval.

Az 1^. lépésre:

\[ f_{jd} = \frac{\beta_j k_j f_{ck}}{\gamma_c} = \frac{0.67 \cdot 2.908 \cdot 20}{1.5} = 26 \textrm{ MPa} \]

\[ c = t \sqrt{\frac{f_y}{3f_{jd} \gamma_{M0}}} = 20 \sqrt{\frac{235}{3 \cdot 26 \cdot 1.0}} = 35 \textrm{ mm} \]

 \[ l_{eff} = b+2c = 240+2\cdot35=310 \textrm{ mm} \]

 \[ b_{eff} = t_f+2c = 17+2\cdot35=87\textrm{ mm} \]

és a 2^. lépésre:

\[ f_{jd} = \frac{\beta_j k_j f_{ck}}{\gamma_c} = \frac{0.67 \cdot 3 \cdot 20}{1.5} = 27 \textrm{ MPa} \]

\[ c = t \sqrt{\frac{f_y}{3f_{jd} \gamma_{M0}}} = 20 \sqrt{\frac{235}{3 \cdot 27 \cdot 1.0}} = 34 \textrm{ mm} \]

 \[ l_{eff} = b+2c = 240+2\cdot35=308 \textrm{ mm} \]

 \[ b_{eff} = t_f+2c = 17+2\cdot35=85\textrm{ mm} \]

\[A_{eff} = 63463 \textrm{ mm}^2\]

8.1.1. ábra A talplemez alatti hatékony terület

A talplemez normálerő-ellenállása CM szerint

\[N_{Rd} = A_{eff} \cdot f_{jd} = 63436 \cdot 27 = 1701 \textrm{ kN} \]

A CBFEM által számított feszültségek a 8.1.2. ábrán láthatók. A talplemez normális nyomóerő-ellenállása CBFEM szerint 1683 kN.

8.1.2. ábra A betonblokk geometriája és a csak normálerővel terhelt talplemez alatti normálfeszültségek

Érzékenységvizsgálat

A CBFEM szoftver eredményeit összehasonlítottuk a komponensmódszer eredményeivel. Az összehasonlítás az ellenállásra és a kritikus komponensre összpontosított. A vizsgált paraméterek az oszlop mérete, a talplemez méretei, a beton minősége és a betonalap méretei. Az oszlop keresztmetszetei HEB 200, HEB 300 és HEB 400. A talplemez szélességét és hosszát 100 mm-rel, 150 mm-rel és 200 mm-rel választják nagyobbra az oszlopszelvénynél, a talplemez vastagsága 15 mm, 20 mm és 25 mm. A betonblokk C16/20, C25/30 és C35/45 minőségű, magassága 800 mm, szélessége és hossza 200 mm-rel, 300 mm-rel és 400 mm-rel nagyobb a talplemez méreteinél. A bemeneti paramétereket a 8.1.1. táblázat foglalja össze. Az oszlop keresztmetszetének kerülete mentén lévő sarokvarratok torokvastagsága a = 8 mm.

8.1.1. táblázat Kiválasztott paraméterek

A CM által meghatározott ellenállások a 8.1.2. táblázatban találhatók. Egy paramétert változtattak meg, a többit a középső értéken tartották állandóan. N_Rd a nyomott beton komponens ellenállása a habarcsréteggel együtt F_c,fc,Rd az oszlop övlemeze és gerince nyomásban komponens ellenállása, és F_c,weld a hegesztések ellenállása egyenletes feszültségeloszlást figyelembe véve. A csomóponti együttható β_j = 0,67 értéket alkalmazták.

8.1.2. táblázat A komponensmódszer eredményei

A CBFEM modellt nyomóerővel terhelték, amíg a betonblokk kihasználtsága közel 100 %-hoz nem ért. Ugyanezt a megközelítést alkalmazták a hegesztések ellenállásának F_c,weld meghatározásához.

8.1.3. táblázat A CBFEM eredményei

Összefoglalás

A nyomással terhelt talplemez CBFEM és CM szerinti ellenőrzésének összehasonlítása a 8.1.3. ábrán látható. A szaggatott vonalak az ellenállás 110%-os és 90%-os értékének felelnek meg. Az eltérés legfeljebb 14%, ami a csomópont méretezési nyomószilárdsága és a hatékony terület pontosabb értékelésének köszönhető a CBFEM-ben.

8.1.3. ábra A nyomással terhelt talplemez CBFEM és CM szerinti ellenőrzése

Benchmark eset

Bemeneti adatok

Oszlop keresztmetszete

• HEB 240
• S235 acél

Talplemez

• Vastagság 20 mm
• Túlnyúlás felül 100 mm, balra 45 mm
• S235 acél

Alapozási betonblokk

• C20/25 beton
• Túlnyúlás 335 mm, 530 mm
• Mélység 800 mm
• Habarcsréteg vastagsága 30 mm

Horgonycsavar

• M20 8.8

Eredmény

• Tengelyirányú erő ellenállása N_j.Rd = −1683 kN