Dubbel hoekstaal verbinding
Type verbinding: Dubbel hoekstaal verbinding
Eenheidssysteem: Metrisch
Ontworpen volgens: AS 4100
Onderzocht: Bouten, basismateriaal
Plaatmateriaal: Grade 300
Bouten: M20 Grade 8.8
Voorbeeld ontleend aan: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Hoofdstuk 9.4.1.1
Geometrie
Balk UB 406×178×60 is verbonden met kolom UC 254×254×89 door twee hoekstalen L100×6.
M20 bouten klasse 8.8 zijn geselecteerd met een steek van 70 mm.
Opgelegde belasting
De balk wordt belast door een dwarskracht van 190 kN. Om conservatief te zijn, dient voor het ontwerp van de bouten ter plaatse van het balklijf de dwarskracht te worden aangehouden op de positie van het kolomvlak, zodat de boutgroep ook wordt belast door een buigend moment – selecteer krachten op positie 130 mm. Voor het ontwerp van de hoekstalen en de boutgroep ter plaatse van het kolomflensvlak dient de dwarskracht te worden aangebracht op de positie van het zwaartepunt van de bouten in het balklijf – selecteer krachten in bouten.
Vergelijking tussen handberekening en IDEA StatiCa
De resultaten van B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Hoofdstuk 9.4.1.1 worden gebruikt als handberekening.
Verbinding van het balklijf
De boutgroep wordt belast door de dwarskracht van 190 kN en het buigend moment dat voortvloeit uit de afstand tussen de aangrijpende belasting ter plaatse van het kolomvlak en het zwaartepunt van de boutgroep in het balklijf, 190 kN × 65 mm = 12,35 kNm. De maximale kracht in de bout is berekend als 71,1 kN. De resultaten van IDEA zijn weergegeven in de onderstaande figuur. De pijlen tonen de reactie van de plaat op de boutkracht.
De maximale kracht bevindt zich in bout B4; elk afschuivingsvlak draagt 36,3 kN over, d.w.z. de gehele bout draagt 2 × 36,3 = 72,6 kN over, wat nauw overeenkomt met de handberekening.
De boutweerstanden maken gebruik van formules uit AS 4100, zodat ze perfect overeenkomen, bijv. de normtoetsing van de afschuivingsweerstand van de bout (elk afschuivingsvlak wordt afzonderlijk getoetst):
De scheurweerstanden in de handberekening verdelen de dwarskracht in componenten in de richting direct naar de rand van de plaat. IDEA StatiCa daarentegen gebruikt de richting van de vector in de formule. Alleen de meest maatgevende normtoetsing wordt voor elke bout weergegeven.
Bouten in IDEA StatiCa worden ook belast door kleine trekkrachten als gevolg van de vervorming van platen. Deze krachten worden in de handberekening verwaarloosd.
Verbinding met de kolomflens
Voor de normtoetsing van bouten ter plaatse van de kolomflens wordt de kracht aangebracht op het zwaartepunt van de bouten in het balklijf. De bouten worden belast door een aanzienlijke trekkracht, wat ook maatgevend is voor de vervorming van de hoekstalen. De plastische rek is weergegeven in de onderstaande figuur. De grenswaarde voor plastische rek bedraagt 5 % volgens de Europese norm EN 1993-1-5.
De maximale trekkracht bevindt zich in de bovenste rij bouten, B8 en B12. Let op de afname van de dwarskrachten in bouten B1–B4, die alleen worden belast door de dwarskracht en geen buigend moment. De dwarskrachten in bouten B5–B12 zijn hoger dan volgens de handberekening: Vf* = 190 / 8 = 23,75 kN. Dit verschil wordt veroorzaakt door de aanzienlijke vervorming van de hoekstalen, die ook de helling van de dwarskrachten veroorzaakt.
Rekenwaarde van de verbindingsweerstand
De reserve in de belastingsweerstand is zichtbaar via het analysetype rekenwaarde van de verbindingsweerstand. Door het vloeien van de hoekstalen is de reserve gering. De verbinding zou bezwijken bij een belastingsfactor van 103,4 %, d.w.z. dwarskracht Vf* = 196,5 kN.
Stijfheid
De stijfheid van de verbinding kan worden bepaald door het analysetype in te stellen op "Stijfheid", de balk in te stellen als het te analyseren staaf, en de juiste "Theoretische lengte" van het te analyseren staaf in te stellen (doorgaans de overspanning van de balk, hart op hart van kolommen). De software berekent de secantestijfheid bij de ingestelde belasting en de beginwaarde van de stijfheid bij 2/3 Mj,Rd, tot welke waarde het moment-rotatieidiagram als lineair wordt verondersteld. De verbinding wordt geclassificeerd op basis van de beginwaarde van de stijfheid Sj,ini.
Conclusie
IDEA StatiCa Connection levert vergelijkbare resultaten als de handberekening. Het vereist technisch inzicht bij het bepalen van de positie van de dwarskrachtbelasting, maar alle normtoetsingen worden snel en automatisch uitgevoerd. De krachten in de bouten worden beïnvloed door de vervorming van de platen en het verschil kan aanzienlijk zijn als platen vloeien. De krachten die op de componenten inwerken zijn om deze reden over het algemeen hoger dan volgens de handberekening met de aanname van kleine vervormingen.