Boutverbinding - Interactie van afschuiving en trek
Beschrijving
Het doel van dit hoofdstuk is een verificatie van de component-based finite element method (CBFEM) voor de interactie van afschuiving en trek in een bout met een analytisch model (AM). Een ligger-op-ligger verbinding met kopplaten en twee rijen bouten is geselecteerd voor verificatie; zie Fig. 5.5.1. De buigstijfheid van de verbinding is hoog genoeg om als stijf te worden geclassificeerd.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}\]
Analytisch model
De boutcapaciteit bij interactie van afschuiving en trek wordt ontworpen volgens Tab. 3.4 in hoofdstuk 3.6.1 in EN 1993-1-8:2005. Er wordt een bilineaire relatie gebruikt. De geometrie en de kopplaatafmetingen van de verbinding zijn geselecteerd om de rekenwaarde van de weerstand van de verbinding te begrenzen door boutfalen. De rekenwaarde van de weerstand van het equivalente T-stuk op trek wordt gemodelleerd volgens Tab. 6.2 in hoofdstuk 6.2.4 in EN 1993‑1‑8:2005.
Verificatie van de weerstand
Parameters van het model zijn een boutdiameter en een liggerafmeting; zie Figs 5.5.2 tot 5.5.5. Afmetingen van de kopplaat en de boutafstanden worden aangepast om de verbindingsweerstand te begrenzen door boutfalen. De afschuif- en buigweerstand van de verbinding worden vergeleken bij belasting op boutfalen. De resultaten zijn samengevat in Tab. 5.5.1 en 5.5.2.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}\]
Tab. 5.5.1 Gevoeligheidsstudie voor weerstand met variatie van boutdiameter
| Parameter | AM | CBFEM | AM/CBFEM | |||||
| Ligger; kopplaat | Diameter | Afstanden | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| IPE270; tp = 30mm; 150×310mm | M16/8.8 | e1 = 60 mm; p1 = 190 mm; w = 90 mm | 41 | 155 | 38 | 146 | 1,06 | 1,06 |
| M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 170 mm; w = 90 mm | 61 | 242 | 50 | 200 | 1,21 | 1,21 | |
| HEA300; tp = 40mm; 300×330mm | M24/8.8 | e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w = 150 mm | 89 | 349 | 83 | 328 | 1,06 | 1,06 |
| M27/8.8 | e1 = 95 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 110 | 453 | 89 | 365 | 1,24 | 1,24 | |
| HEA500; tp = 40mm; 330×520mm | M30/8.8 | e1 = 160 mm; p1 = 200 mm; w = 150 mm | 216 | 554 | 198 | 509 | 1,09 | 1,09 |
Tab. 5.5.2 Gevoeligheidsstudie voor weerstand met variatie van de liggerafmeting
| Parameter | AM | AM | CBFEM | CBFEM | AM/CBFEM | AM/CBFEM | ||
| Ligger; lip plaat | Diameter | Afstanden | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| HEA260; tp = 25mm; 260×290mm | M20/8.8 | e1 = 75 mm; p1 = 140 mm; w = 130 mm | 53 | 242 | 50 | 229 | 1,06 | 1,06 |
| IPE300; tp = 30mm; 150×340mm | M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 200 mm; w = 90 mm | 69 | 242 | 65 | 228 | 1,06 | 1,06 |
| HEB300; tp = 40mm; 300×340mm | M27/8.8 | e1 = 100 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 111 | 453 | 105 | 427 | 1,06 | 1,06 |
| IPE500; tp = 45mm; 220×560mm | M27/8.8 | e1 = 105 mm; p1 = 350 mm; w = 120 mm | 220 | 453 | 206 | 423 | 1,07 | 1,07 |
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]
De resultaten van de gevoeligheidsstudies zijn samengevat in grafieken in Fig. 5.5.6 en 5.5.7. De resultaten tonen aan dat de verschillen tussen de twee berekeningsmethoden onder de 10 % liggen. Het analytische model geeft over het algemeen een hogere weerstand.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}\]
Benchmarkvoorbeeld
Invoer
Verbonden staven
- Staal S355
- Liggers HEA300
- Kopplaatdikte tp = 40 mm
- Kopplaatafmetingen 300 × 330 mm
Bouten
- 4 × M24 8.8
- Afstanden e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w1 = 75 mm; w = 150 mm
Uitvoer
- Rekenwaarde van de buigweerstand MRd = 93 kNm
- Rekenwaarde van de afschuifweerstand VRd = 291 kN
- Bezwijkmodus is boutfalen bij interactie van afschuiving en trek