Leírás
Egy rácsostartóban elhelyezett, nyílt szelvényű övhöz csatlakozó téglalap keresztmetszetű üreges szelvény rácsrúd uniplanáris T-csomópontját vizsgáljuk. Az RHS rácsrúd közvetlenül a H vagy I övszelvényre van ráhegesztve, erősítőlemezek alkalmazása nélkül. A komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) előrejelzését az EN 1993-1-8:2005 szabványban implementált tönkremeneteli módszerrel (FM) ellenőrizzük.
Analitikus modell
A hegesztett téglalap keresztmetszetű üreges szelvények nyílt szelvényekhez csatlakozó uniplanáris T-csomópontjában három tönkremeneteli mód lép fel: a rácsrúd helyi folyása, amelyet rácsrúd tönkremenetelnek neveznek, az öv gerinc tönkremenetele és az öv nyírása. Mindezeket a tönkremeneteli módokat vizsgáljuk ebben a tanulmányban; lásd 7.4.1. ábra. A hegesztések úgy vannak méretezve, hogy ne legyenek a csomópont leggyengébb összetevői az EN 1993-1-8:2005 szerint. A rácsostartók elemeit normálerők és hajlítónyomatékok terhelik. A T-csomópont belső erőinek hatáspontját az alábbiakban ismertetjük:
Tengelyirányban terhelt H/I öv
A T-csomóponttól jobbra és balra lévő övben ható normálerők az öv hossztengelyének irányában hatnak.
Hajlítónyomatékkal terhelt H/I öv
Az övben a T-csomóponttól jobbra és balra ható, a T-csomópont síkjában lévő hajlítónyomatékokat vesszük figyelembe, és ezek a hajlítónyomatékok az öv keresztmetszetének síkjában lévő tengelyek egyike körül forognak a T-csomópont síkjában való elforduláshoz.
Tengelyirányban terhelt RHS rácsrúd
A T-csomópont rácsrudjában ható normálerő a rácsrúd hossztengelyének irányában hat.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Major failure modes a) chord web failure, b) chord shear (in case of gap), c) brace failure}}}\]
Az öv gerinc ellenállását az EN 1993-1-8:2005 7.6. szakaszában megadott módszerrel határozzuk meg, amelyet (Wardenier et al., 2010) ismertet. A rácsrúdból származó feszültségek az öv övlemezén keresztül az öv gerinc hatékony területére adódnakát. Ez a terület az öv gerincében helyezkedik el ott, ahol a rácsrúd falai keresztezik az öv gerincét. A csomópont méretezési tengelyirányú ellenállása a méretezési ellenállások minimuma:
Öv gerinc tönkremenetele
\[N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Öv nyírása
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rácsrúd tönkremenetele
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
ahol
\[p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
és \(A_\mathrm{v}\) a hatékony nyírási terület.
A csomópont méretezési hajlítási ellenállása a méretezési ellenállások minimuma:
Öv gerinc tönkremenetele
\[M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rácsrúd tönkremenetele
\[M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
ahol
\[b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)\]
\[b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
A tengelyirányú erővel terhelt vizsgált példák áttekintése a 7.4.1. táblázatban található. A hajlítónyomatékkal terhelt vizsgált példák áttekintése a 7.4.2. táblázatban található. A csomópont geometriája méretekkel a 7.4.2. ábrán látható.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Joint geometry with dimensions}}}\]
7.4.1. táblázat Tengelyirányú erővel terhelt csomópontok példái
7.4.2. táblázat Síkbeli nyomatékkal terhelt csomópontok példái
Az ellenállás ellenőrzése
A tanulmány a tönkremeneteli modellek és a méretezési ellenállás előrejelzésének összehasonlítására összpontosított. Az eredmények a 7.4.3. és 7.4.4. táblázatban találhatók.
7.4.3. táblázat A CBFEM és az FM összehasonlítása a rácsrúdban ható tengelyirányú erőre
7.4.4. táblázat A CBFEM és az FM összehasonlítása a rácsrúdban ható síkbeli nyomatékra
Az érzékenységi vizsgálat jó egyezést mutat az összes alkalmazott teherkombinációra. A CBFEM módszerben a nyílt keresztmetszet falának lekerekítése egyszerűsített, ami a csatlakozó átló feszültségének konzervatív becslését és a teherbírási feltételezést legfeljebb 15%-ig eredményezi. A CBFEM modell pontosságának szemléltetésére a paraméteres vizsgálatok eredményei egy diagramban vannak összefoglalva, amely összehasonlítja a CBFEM és az FM méretezési ellenállásait; lásd 7.4.3. ábra.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verification of CBFEM to FM for axial force and bending moment in the brace}}}\]
Érvényességi tartomány
Az érvényességi tartomány, amelyre a CBFEM a téglalap keresztmetszetű üreges szelvény és nyílt szelvény közötti T-csomópontokra ellenőrzött, az EN 1993-1-8:2005 7.20. táblázatában van meghatározva, lásd 7.4.5. táblázat. Abban az esetben, ha a CBFEM modellt az FM érvényességi tartományán kívül alkalmazzák, az előrejelzés minőségének igazolásához kísérletekkel való validálást vagy validált kutatási modellel való ellenőrzést kell elvégezni.
7.4.5. táblázat T-csomópontok érvényességi tartománya
Referenciapélda
Bemeneti adatok
Öv
• S235 acél
• IPN280
Rácsrúd
• S235 acél
• RHS 140×80×10
Hálóméret
• 16 elem a téglalap keresztmetszetű üreges szelvény legnagyobb gerincén
Kimeneti adatok
• Méretezési ellenállás nyomásra/húzásra Fc,Rd = 457 kN (Megjegyzendő, hogy az ellenállást a „Stop at limit strain" funkció használatával számították. Következésképpen a tényleges CBFEM ellenállás marginálisan magasabb lehet.)
• A tönkremeneteli mód az öv képlékenyedése
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Benchmark example for chord IPE270 and brace RHS 140×80×10}}}\]