Téglalap keresztmetszetű üreges szelvények

Leírás

Ebben a fejezetben a CBFEM által előrejelzett egysíkú hegesztett téglalap, négyzet, üreges szelvény T, X és K-csomópontok hézaggal kerülnek ellenőrzésre. A négyzet keresztmetszetű üreges szelvény (SHS) rácsrúd közvetlenül egy RHS övszelvényre van hegesztve, erősítőlemezek alkalmazása nélkül. A csomópontokat tengelyirányú erő terheli. A CBFEM-ben a méretezési ellenállást az alakváltozás 5%-a vagy a 0,03b₀ csomóponti deformációnak megfelelő erő korlátozza, az FMM-ben általánosan a lemez síkon kívüli deformációja 0,03b₀, ahol b₀ az RHS övszelvény magassága; lásd Lu et al. (1994).

Tönkremeneteli mód módszer

A tengelyirányban terhelt T, Y, X vagy K-csomópont hézaggal rendelkező hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények esetén öt tönkremeneteli mód fordulhat elő. Ezek az övszelvény homloklapjának tönkremenetele, az övszelvény plasztifikációja, az övszelvény oldalfalának tönkremenetele, az övszelvény gerinctönkremenetele, az övszelvény nyírási tönkremenetele, az átlyukasztási nyírási tönkremenetel és a rácsrúd tönkremenetele. Ebben a tanulmányban az övszelvény homloklapjának tönkremenetele, a rácsrúd tönkremenetele és az átlyukasztási nyírási tönkremenetel kerül vizsgálatra T, Y és X-csomópontnál, valamint az övszelvény homloklapjának tönkremenetele, az övszelvény nyírási tönkremenetele, a rácsrúd tönkremenetele és az átlyukasztási nyírási tönkremenetel K-csomópontnál hézaggal; lásd 7.2.1. ábra. Az EN 1993-1-8:2005 szerint tervezett hegesztések nem a csomópont leggyengébb összetevői.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.1 Examined failure modes: a) Chord face failure, b) Chord shear failure, c) Brace failure, and d) Punching shear failure}}}\]

Övszelvény homloklapjának tönkremenetele

Az RHS övszelvény homloklapjának méretezési ellenállását az EN 1993‑1-8:2020 9.5 szakaszában lévő FMM modell határozza meg. A módszer az ISO/FDIS 14346-ban is megtalálható, és részletesen leírja Wardenier et al. (2010). A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt T, Y vagy X-csomópontjának méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} \left ( \frac{2 \eta}{(1-\beta) \sin{\theta_i}} + \frac{4}{\sqrt{1-\beta}} \right ) Q_f / \gamma_{M5} \]

A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt K-csomópontjának hézaggal rendelkező méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = 8.9 C_f \beta \gamma^{0.5} \frac{f_{y,0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} Q_f / \gamma_{M5} \]

ahol C_f az anyagtényező, f_y0 az övszelvény folyáshatára, t₀ az övszelvény falvastagsága, η a rácsrúd magasságának és az övszelvény szélességének aránya, β a rácsrúd szélességének és az övszelvény szélességének aránya, q_i az i-edik rácsrúd és az övszelvény közötti bezárt szög (i = 1, 2), Q_f az övszelvény feszültségfüggvénye, és γ az övszelvény karcsúsági aránya.

Rácsrúd tönkremenetele

Az RHS övszelvény homloklapjának méretezési ellenállása meghatározható az EN 1993-1-8:2020 9.5 szakaszában lévő FMM modell által adott módszerrel. A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt T, Y vagy X-csomópontjának méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + 2 b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt K-csomópontjának hézaggal rendelkező méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + b_i + b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

ahol C_f az anyagtényező, f_yi az i-edik rácsrúd folyáshatára (i = 1, 2), t_i az i-edik rácsrúd falvastagsága, h_i az i-edik rácsrúd magassága, b_i az i-edik rácsrúd szélessége, b_eff a rácsrúd hatékony szélessége.

Átlyukasztási nyírás

A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt T, Y vagy X-csomópontjának méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + 2b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt K-csomópontjának hézaggal rendelkező méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + b_i+b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

ahol C_f az anyagtényező, f_y0 az övszelvény folyáshatára, t₀ az övszelvény falvastagsága, q_i az i-edik rácsrúd és az övszelvény közötti bezárt szög (i = 1, 2), h_i az i-edik rácsrúd magassága, b_i az i-edik rácsrúd szélessége és b_e,p az átlyukasztási nyírás hatékony szélessége.

Övszelvény nyírási tönkremenetele

A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények tengelyirányban terhelt K-csomópontjának hézaggal rendelkező méretezési ellenállása:

\[ N_{i,Rd} = \frac{f_{y0}A_{V,0,gap}}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}}/\gamma_{M5} \]

ahol f_y0 az övszelvény folyáshatára, A_v,0,gap az övszelvény nyírási tönkremenetelének hatékony keresztmetszeti területe, és q_i az i-edik rácsrúd és az övszelvény közötti bezárt szög (i = 1, 2).

Érvényességi tartomány

A CBFEM ellenőrzése tipikus T, Y, X és K-csomópontokra hézaggal rendelkező hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvényekre történt. Ezen csomópontok érvényességi tartományát a prEN 1993-1-8:2020 9.2 táblázata határozza meg; lásd 7.2.1. táblázat. Ugyanez az érvényességi tartomány vonatkozik a CBFEM modellre is. Az FMM érvényességi tartományán kívül kísérletet kell készíteni az érvényesítéshez, vagy ellenőrzést kell végezni egy validált kutatási modell alapján.

7.2.1. táblázat Az tönkremeneteli módok módszerének érvényességi tartománya, EN 1993-1-8:2020 9.2 táblázata

7.2.2 Egysíkú T és Y-SHS csomópont

A vizsgált példák áttekintése a 7.2.2. táblázatban található. A kiválasztott esetek a csomóponti geometriai arányok széles tartományát fedik le. A csomópontok geometriája méretekkel a 7.2.2. ábrán látható. A kiválasztott csomópontok az FMM alapú módszer szerint az övszelvény homloklapjának tönkremenetele vagy a rácsrúd tönkremenetele miatt mondtak fel.

7.2.2. táblázat Példák áttekintése

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.2 Dimensions of T-joint}}}\]

Az ellenállás ellenőrzése

Az FMM eredményeit összehasonlítják a CBFEM eredményeivel. Az összehasonlítás az ellenállásra és a méretezési tönkremeneteli módra összpontosít. Az eredmények a 7.2.3. táblázatban találhatók.

7.2.3. táblázat A CBFEM és FMM által előrejelzett húzási/nyomási méretezési ellenállások eredményeinek összehasonlítása

A tanulmány jó egyezést mutat az alkalmazott teheresetekre. Az eredmények összefoglalása egy diagramban történik, amely összehasonlítja a CBFEM és az FMM méretezési ellenállásait; lásd 7.2.3. ábra. Az eredmények azt mutatják, hogy a két számítási módszer közötti különbség minden esetben kisebb mint 10 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.3 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS T and Y-joint}}}\]

Referenciapélda

Bemeneti adatok

Övszelvény

• S355 acél
• SHS 200×200×6.3 szelvény

Rácsrúd

• S355 acél
• SHS 90×90×8.0 szelvény
• A rácsrúd és az övszelvény közötti szög 90°

Hegesztés

• Tompahegesztés

Hálóméret

• 16 elem a téglalap keresztmetszetű üreges szelvény legnagyobb gerinclap

Terhelés

• Erővel a rácsrúdon nyomásban/húzásban

Kimeneti adatok

• A méretezési ellenállás nyomásban/húzásban N_Rd = 92,6 kN
• A méretezési tönkremeneteli mód az övszelvény homloklapjának tönkremenetele

Egysíkú X-SHS csomópont

A vizsgált példák áttekintése a 7.2.4. táblázatban található. A kiválasztott esetek a csomóponti geometriai arányok széles tartományát fedik le. A kiválasztott csomópontok az FMM alapú módszer szerint az övszelvény homloklapjának tönkremenetele vagy a rácsrúd tönkremenetele miatt mondtak fel.

7.2.4. táblázat Példák áttekintése

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.4 Dimensions of X-joint}}}\]

Az ellenállás ellenőrzése

A tönkremeneteli módokon alapuló módszer (FMM) eredményeit összehasonlítják a CBFEM eredményeivel. Az összehasonlítás az ellenállásra és a méretezési tönkremeneteli módra összpontosít; lásd 7.2.5. táblázat.

7.2.5. táblázat A CBFEM és FMM által előrejelzett ellenállások eredményeinek összehasonlítása

A tanulmány jó egyezést mutat az alkalmazott teheresetekre. Az eredmények összefoglalása egy diagramban történik, amely összehasonlítja a CBFEM és az FMM méretezési ellenállásait; lásd 7.2.4. ábra. Az eredmények azt mutatják, hogy a két számítási módszer közötti különbség minden esetben kisebb mint 13 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.5 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS X-joint}}}\]

Referenciapélda

Bemeneti adatok

Övszelvény

• S355 acél
• SHS 200×200×6,3 szelvény

Rácsrudak

• S355 acél
• SHS 140×140×12,5 szelvények
• A rácsrudak és az övszelvény közötti szög 90°

Hegesztések

• Tompahegesztések

Hálóméret

• 16 elem a téglalap keresztmetszetű üreges szelvény legnagyobb gerinclapján

Terhelés

• Erővel a rácsrúdon nyomásban/húzásban

Kimeneti adatok

• A méretezési ellenállás nyomásban/húzásban N_Rd = 152,4 kN
• A méretezési tönkremeneteli mód az övszelvény homloklapjának tönkremenetele

7.2.4 Egysíkú K-SHS csomópont

A vizsgált példák áttekintése a 7.2.6. táblázatban található. A kiválasztott esetek a csomóponti geometriai arányok széles tartományát fedik le. A kiválasztott csomópontok az FMM alapú módszer szerint az övszelvény homloklapjának tönkremenetele vagy a rácsrúd tönkremenetele miatt mondtak fel.

7.2.6. táblázat Példák áttekintése

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.6 Dimensions of K-joint}}}\]

Ellenőrzés

A CBFEM eredményeit összehasonlítják az FMM eredményeivel. Az összehasonlítás az ellenállásra és a méretezési tönkremeneteli módra összpontosít. Az eredmények a 7.2.7. táblázatban találhatók.

7.2.7. táblázat A CBFEM és FMM által előrejelzett ellenállások eredményeinek összehasonlítása

A tanulmány jó egyezést mutat az alkalmazott teheresetekre. Az eredmények összefoglalása egy diagramban történik, amely összehasonlítja a CBFEM és az FMM méretezési ellenállásait; lásd 7.2.5. ábra. Az eredmények azt mutatják, hogy a CBFEM minden esetben konzervatív az FMM-hez képest.

\[ \Fig. 7.2.7 Verification of resistance determined by CBFEM to FMM for the uniplanar SHS K-joint}}}\]

Referenciapélda

Bemeneti adatok

Övszelvény

• S355 acél
• SHS 180×180×10,0 szelvény

Rácsrudak

• S355 acél
• SHS 70×70×3,0 szelvények
• A rácsrudak és az övszelvény közötti szög 45°

Hegesztések

• Tompahegesztések

Hálóméret

• 16 elem a téglalap keresztmetszetű üreges szelvény legnagyobb gerinclapján

Terhelés

• Erővel a rácsrúdon nyomásban/húzásban

Kimeneti adatok

• A méretezési ellenállás nyomásban/húzásban N_Rd = 257,5 kN
• A méretezési tönkremeneteli mód az övszelvény homloklapjának tönkremenetele