Lange Gebout en Gelaste Verbindingen (AISC)

Mark D. Denavit en Rick Mulholland hebben dit verificatievoorbeeld opgesteld in een gezamenlijk project van The University of Tennessee en IDEA StatiCa.

Beschrijving

In deze studie wordt een vergelijking gepresenteerd tussen resultaten van de component-gebaseerde eindige elementen methode (CBFEM) en traditionele rekenmethoden die worden gebruikt in de Amerikaanse praktijk voor lange, aan het uiteinde belaste gebout en gelaste verbindingen. De studie richt zich op de grenstoestanden van boutafschuiving voor lange gebout verbindingen en lasbreuk voor lange gelaste verbindingen. Bijzondere aandacht wordt besteed aan het effect van differentiële rek, dat een niet-uniforme verdeling van de belasting over de bevestigingsmiddelen en een niet-uniforme spanning in lange hoeklassen veroorzaakt. Vergelijkingen met experimentele resultaten worden eveneens gepresenteerd.

Traditionele berekeningen worden uitgevoerd conform de bepalingen voor load and resistance factor design (LRFD) in de AISC Specification (AISC 2022). De CBFEM-resultaten zijn verkregen met IDEA StatiCa versie 23.0. De maximaal toegestane belastingen werden iteratief bepaald door de opgegeven belasting aan te passen tot een waarde die het programma als veilig beschouwt, maar waarbij het programma bij een kleine verhoging (0,1 kip) onveilig zou oordelen doordat de 5% plastische rek-grens of 100% bout- of las-benuttingsgraad wordt overschreden. DR-type analyses kunnen helpen bij het bepalen van de maximaal toegestane belastingen. Er wordt echter enige benadering gemaakt bij de beoordeling van de rekenwaarde van de verbindingsweerstand; daarom zijn alle resultaten in dit rapport gebaseerd op EPS-type analyse.

Eisen voor Lange Gebout en Gelaste Verbindingen in de AISC Specification

Experimenten en analyses van lange, aan het uiteinde belaste gebout en gelaste verbindingen hebben aangetoond dat de spanning in de bouten en lassen niet uniform is (Kulak et al. 2001, Miller 2003). De spanning in de bouten en lassen nabij de uiteinden van de verbinding is groter dan in het midden. De verdeling van de spanning over de lengte is afhankelijk van de stijfheid van de bouten of lassen ten opzichte van de stijfheid van de verbonden materialen. De AISC Specification beschrijft dit gedrag met eenvoudige sterkteReducties.

Gebout Verbindingen

De rekenwaarde van de sterkte, \(\phi R_n\), voor de grenstoestand boutafschuiving is gedefinieerd in AISC Specification Section J3.7 als:

\[ \phi R_n = \phi F_{nv} A_{b} \]

waarbij:

• \(\phi=0.75\)
• \(F_{nv}\) – nominale afschuifspanning van de bout
• \(A_b\) – nominale ongedraaide dwarsdoorsnede van de bout

AISC Specification Table J3.2 geeft waarden voor de nominale afschuifspanning van bevestigingsmiddelen en schroefdelen, F_nv. Voetnoot [c] van de tabel stelt: "Voor aan het uiteinde belaste verbindingen met een bevestigingsmiddelpatroonlengte groter dan 38 in. (950 mm) dient F_nv te worden gereduceerd tot 83,3% van de tabelwaarden", en definieert de bevestigingsmiddellengte als "de maximale afstand evenwijdig aan de krachtlijn tussen de hartlijn van de bouten die twee delen met één contactvlak verbinden."

De nominale afschuifspanning, F_nv, is een percentage van de ultieme treksterkte van de bout, ­F_u, en wordt berekend conform het commentaar op de AISC Specification als volgt:

• Wanneer schroefdraad is uitgesloten van de afschuifvlakken,

\[ F_{nv} = 0.563 F_u \]

• Wanneer schroefdraad niet is uitgesloten van het afschuifvlak,

\[ F_{nv} = 0.45 F_u \]

De factor 0,563 is gelijk aan 0,625, de verhouding afschuif-/treksterkte, maal 0,90, een lengtereductiefactor. De factor 0,45 is 80% van 0,563 en houdt rekening met de gereduceerde doorsnede van het schroefdraadgedeelte. De lengtereductiefactor van 0,90 houdt rekening met differentiële rek in verbindingen tot 38 in., waarna de aanvullende lengtereductiefactor van 0,833 wordt toegepast voor een gecombineerde reductiefactor van 0,90 × 0,833 = 0,75 voor lengteeffecten. Deze reductiefactoren zijn gebaseerd op een statistische analyse van testgegevens van 79 gebout en geklonken verbindingen uit 11 verschillende experimentele onderzoeken (Tide, 2010).

Gelaste Verbindingen

De rekenwaarde van de sterkte, \(\phi R_n\), voor de grenstoestand lasbreuk is gedefinieerd in AISC Specification Section J2.4 als:

\[ \phi R_n = \phi F_{nw} A_{we} k_{ds} \]

waarbij:

• \(\phi\) – weerstandsfactor
• \(F_{nw}\) – nominale spanning van het lasmetaal
• \(A_{we}\) – nominaal effectief oppervlak van de las
• \(k_{ds}\) – richtingsafhankelijke sterktetoename factor

De richtingsafhankelijke sterktetoename factor, k_ds, wordt berekend als:

\[ k_{ds} = (1.0+0.5 \sin^{1.5} \theta ) \]

waarbij \(\theta\) de hoek is tussen de werklijn van de vereiste kracht en de longitudinale as van de las. Voor de in deze studie onderzochte verbindingen geldt \(\theta = 0\) en dus \(k_{ds} = 1\) voor de traditionele berekeningen. In IDEA StatiCa wordt \(\theta\) bepaald op basis van de resulterende krachten in elk lassegment en kan afwijken van nul (bijvoorbeeld door het Poisson-effect).

AISC Specification Table J2.5 geeft waarden voor \(\phi\) en F_nw voor lassen belast op afschuiving als respectievelijk 0,75 en 0,60F_EXX­, waarbij F­_EXX de classificatiesterkte van het lastoevoegmateriaal is.

Het nominaal effectief oppervlak van de las, A_we, is voor hoeklassen gedefinieerd in AISC Specification Section J2.2a als de effectieve lengte vermenigvuldigd met de effectieve keel, waarbij de effectieve keel de kortste afstand is van de wortel tot het lasoppervlak, en de effectieve lengte de lengte is van de hartlijn van de las langs het midden van het vlak door de keel.

AISC Specification Section J2.2b(d) stelt de volgende beperkingen aan de effectieve lengte van aan het uiteinde belaste hoeklassen:

• Voor hoeklassen met een lengte tot 100 maal de lasgrootte is het toegestaan de effectieve lengte gelijk te stellen aan de werkelijke lengte
• Wanneer de lengte van de hoeklas meer dan 100 maal de lasgrootte bedraagt, dient de effectieve lengte te worden bepaald door de werkelijke lengte te vermenigvuldigen met de reductiefactor, β, bepaald als:

\[ \beta = 1.2-0.002 (l/w) \le 1.0 \]

waarbij:

\( l \) – werkelijke lengte van de aan het uiteinde belaste las

\(w\) – grootte van de lasvoet

• Wanneer de lengte van de las meer dan 300 maal de voetgrootte, w, bedraagt, dient de effectieve lengte te worden gesteld op 180w.

Volgens het commentaar op de AISC Specification (AISC 2022) is de reductiefactor β een vereenvoudigde benadering van exponentiële formules gebaseerd op vele jaren van tests en eindige elementenmodellen, en is equivalent aan de reductie in de Eurocode (CEN 2005).

Lange Gebout Verbindingen

Om het effect van differentiële rek op de totale verbindingssterkte voor lange gebout verbindingen te onderzoeken, wordt een eenvoudige trek-lasverbinding gebruikt. De verbinding bestaat uit een testplaat die tussen twee reactieplaten is gebout met behulp van een enkele rij 3/4 in. diameter A325-bouten in standaard gaten, waarbij schroefdraad niet is uitgesloten van het afschuifvlak. Om het effect van de plaatsstijfheid op de krachtsverdeling naar de afzonderlijke bouten te onderzoeken, zijn testplaatdikten van 1/2 in., 1 in. en 2 in. geanalyseerd. De dikte van elke reactieplaat werd gesteld op de helft van de dikte van de testplaat. De breedte van alle platen was 12 in. Een driedimensionaal aanzicht van de verbinding met een testplaatdikte van 1 in. en een verbindingslengte van 27 in. is weergegeven in Figuur 1.

Figuur 1 Driedimensionaal aanzicht van trek-lasverbinding (testplaatdikte = 1 in., verbindingslengte = 27 in.)

De verbinding werd ontworpen om te bezwijken door boutafschuiving. Om ervoor te zorgen dat de afschuifsterkte van de bout maatgevend was ten opzichte van trekplooiing en trekbreuk van de plaat, werd een hoogwaardig materiaal met F_y = 100 ksi werd geselecteerd voor de platen. Lagerwerking en uitscheuring bij de boutgaten werden gecontroleerd maar zijn zo ontworpen dat ze niet maatgevend zijn door materiaalkeuze en voldoende boutafstand en randafstand. De randafstand in de krachtrichting was 2-1/2 in., en de boutafstand was 3 in. voor alle verbindingen.

Zeventien verbindingen werden getest, met een lengte die in stappen van 3 in. toenam tussen 3 in. en 51 in. Omdat de boutafstand altijd 3 in. was, komt de verbindingslengte overeen met het aantal gebruikte bouten (bijv. de 27 in. lange verbindingen hebben 10 bouten). Een vergelijking van sterkte versus verbindingslengte is weergegeven in Figuur 2, en de verdelingen van de boutafschuifkracht (in elk afschuifvlak) voor verbindingslengten van 12 in., 24 in., 36 in. en 48 in. zijn weergegeven in Figuur 3.

De sterkte volgens de AISC Specification neemt lineair toe tot een verbindingslengte van 36 in., waarna een scherpe daling in sterkte optreedt als gevolg van de lengtereductiefactor van 0,833. Voorbij dit punt blijft de sterkte opnieuw lineair toenemen. De IDEA StatiCa-sterkten komen goed overeen met de AISC-sterkten voor kortere verbindingslengten, maar in tegenstelling tot de AISC-sterkten is de sterktetoename voor langere verbindingen in IDEA StatiCa niet-lineair. De mate van niet-lineariteit is afhankelijk van de stijfheid van de plaat, omdat de stijfheid van de bouten en de plaat realistisch worden gemodelleerd in IDEA StatiCa, waarbij de niet-uniforme verdeling van boutkrachten wordt vastgelegd.

De afschuifkrachtverdelingen in Figuur 3 tonen het effect van differentiële rek op de kracht in de afzonderlijke bouten zoals vastgelegd door de IDEA StatiCa-analyses, en hoe dit effect wordt beïnvloed door de plaatsstijfheid. De kracht in de bouten aan de uiteinden van de verbinding is het grootst en neemt af naarmate de afstand van de uiteinden van de verbinding tot de locatie van de bout toeneemt. Dit effect is kleiner voor stijvere platen. 

Met expliciete modellering van bout- en plaatstijfheid in IDEA StatiCa is de mate van sterkteafname door lengteeffecten afhankelijk van de grootte van de bouten in verhouding tot de grootte van de platen, naast de verbindingsgeometrie. De werkelijke sterkteafname is ook afhankelijk van deze parameters (Kulak et al. 2001). De vereenvoudigde reducties in de AISC Specification zijn alleen afhankelijk van de verbindingslengte. IDEA StatiCa vertoont reducties die groter zijn dan die gespecificeerd door de AISC Specification, zoals aangetoond met de verbinding met de 1/2 in. dikke testplaat, en reducties die kleiner zijn dan die gespecificeerd door de AISC Specification, zoals aangetoond met de verbinding met de 1 en 2 in. dikke testplaten voor een reeks verbindingslengten groter dan 38 in. Uit deze resultaten blijkt duidelijk dat IDEA StatiCa de bedoeling van de lengteeffectreductie van Voetnoot [c] van AISC Specification Table J3.2 vastlegt. Merk op dat de reductiefactor van 0,9 voor lengteeffecten die is opgenomen in F_nv conservatief wordt gebruikt in IDEA StatiCa. Voor verbindingen korter dan 38 in. worden lengteeffecten dus in wezen dubbel meegeteld in IDEA StatiCa, eenmaal met de reductiefactor van 0,9 en nogmaals door de niet-uniforme krachtsverdeling in de boutgroep expliciet te modelleren. De reductiefactor van 0,9 kan echter ook andere effecten vertegenwoordigen en mag niet worden uitgesloten zonder nader onderzoek.

Figuur 2 Vergelijking van sterkte versus verbindingslengte voor een gebout trek-lasverbinding

Figuur 3 Boutafschuifkrachtverdelingen voor verbindingslengten van 12 in., 24 in., 36 in. en 48 in., voor testplaatdikten van 1/2 in., 1 in. en 2 in.

Vergelijking met Experimentele Resultaten

Om het onderzoek naar lange gebout verbindingen uit te breiden, bevat dit gedeelte vergelijkingen met eerder gepubliceerde experimentele resultaten. Voor deze vergelijkingen werden gemeten materiaal- en geometrische eigenschappen zoals gerapporteerd door de experimentatoren gebruikt in de berekeningen en analyses. De boutafschuifsterkte gerapporteerd door de experimentatoren werd bepaald door afschuiftests van een enkele bout uit hetzelfde lot als gebruikt in de proefstukken. Daarom wordt voor de traditionele berekeningen F_nv gelijkgesteld aan 0,9 maal de gerapporteerde boutafschuifsterkte wanneer de verbindingslengte kleiner dan of gelijk aan 38 in. is, en gelijkgesteld aan 0,833 maal deze waarde (d.w.z. 0,75 maal de gerapporteerde boutafschuifsterkte) wanneer de verbindingslengte groter is dan 38 in. Voor de IDEA StatiCa-analyses is het model zodanig gedefinieerd dat de waarde van F_nv die wordt gebruikt in de boutsterktberekeningen gelijk is aan 0,9 maal de gerapporteerde boutafschuifsterkte.

Voor de traditionele berekeningen werden geen weerstandsfactoren toegepast. Voor de IDEA StatiCa-analyses werden de weerstandsfactoren voor materiaal, bouten en lassen ingesteld op 1,0 in de code-instelling.

Bendigo et al. 1963

Bendigo et al. (1963) voerden trekproeven uit op gebout lasverbindingen. Zestien platen van variërende breedten en dikten werden tussen twee reactieplaten in trek belast via twee rijen 7/8 in. diameter A325-bouten in 15/16 in. diameter standaard gaten. Vier proefstukken, D31, D41, D51 en D61, bezweken door trekbreuk van de plaat, en de overige bezweken door boutafschuiving voor ten minste één bout. De typische verbindingsconfiguratie voor de proefstukken in de studie is weergegeven in Figuur 4(a), en een driedimensionaal aanzicht van het IDEA StatiCa-model voor proefstuk D101 is weergegeven in Figuur 4(b). De geometrische en materiaaleigenschappen van de proefstukken zijn weergegeven in Tabel 1.

Figuur 4 (a) Verbindingsconfiguratie voor het experimentele onderzoek van Bendigo et al. (Bendigo et al., 1963); (b) driedimensionaal aanzicht van het IDEA StatiCa-model voor proefstuk D101

De zestien proefstukken werden gemodelleerd in IDEA StatiCa. De sterkte van elke verbinding werd ook berekend volgens traditionele berekeningen met behulp van de AISC Specification-vergelijkingen met gemeten materiaal- en geometrische eigenschappen maar zonder weerstandsfactoren. De resultaten van de vergelijking tussen de experimentele sterkte, P_exp, IDEA StatiCa-sterkte, P_IDEA, en de AISC Specification-sterkte, P_AISC, zijn weergegeven in Tabel 2 en Figuur 5.

De 5% plastische rek-grens was maatgevend voor de IDEA StatiCa-sterkten, en trekplooiing was maatgevend voor de AISC-sterkten voor alle proefstukken. Zowel de IDEA StatiCa- als de AISC-sterkten zijn aanzienlijk lager dan de experimentele sterkten. Dit komt doordat bij de experimentele tests de bezwijkmodi trekbreuk en boutafschuiving optraden bij belastingen ruim na het vloeien van de plaat. De experimenten van Bendigo et al. (1963) werden opgenomen in de analyse om de reductiefactoren voor lengteeffecten te ontwikkelen die in de AISC Specification verschijnen (Tide 2010). Zoals te zien in Figuur 3, neemt het verschil in boutkracht tussen eindbouten en middelste bouten toe bij afname van de dikte (d.w.z. afname van de plaatstijfheid). Proefstukken waarbij boutfalen optreedt ruim na het vloeien van de plaat kunnen overdreven lengteeffecten vertonen.

Tabel 1 Geometrische en materiaaleigenschappen van proefstukken voor het experimentele onderzoek van Bendigo et al. (1963)

Tabel 2 Vergelijking met het experimentele onderzoek van Bendigo et al. (1963)

Figuur 5 Vergelijking met het experimentele onderzoek van Bendigo et al. (1963)

Kulak en Fisher 1968

Kulak en Fisher (1968) voerden trekproeven uit op lange gebout lasverbindingen bestaande uit een testplaat die tussen twee reactieplaten was gebout met één rij A490-bouten van 7/8 in. of 1-1/8 in. diameter. Deze tests werden ook opgenomen in de analyse om de reductiefactoren voor lengteeffecten te ontwikkelen die in de AISC Specification verschijnen (Tide 2010), maar in tegenstelling tot de tests van Bendigo et al. (1963) werd hoogwaardig plaatmateriaal gebruikt.

De acht proefstukken waren gedimensioneerd om te bezwijken door boutafschuiving of plaatbreuk. Proefstukken J071, J131 en J171 bezweken door plaatbreuk, en proefstukken J072, J132, J172, J251 en J252 bezweken door boutafschuiving. De typische verbindingsconfiguratie voor de proefstukken in de studie is weergegeven in Figuur 6(a), en een driedimensionaal aanzicht van het IDEA StatiCa-model voor proefstuk J171 is weergegeven in Figuur 6(b). De geometrische en materiaaleigenschappen van de proefstukken zijn weergegeven in Tabel 3.

Figuur 6 Verbindingsconfiguratie voor het experimentele onderzoek van Kulak en Fisher (Kulak en Fisher, 1968); (b) driedimensionaal aanzicht van het IDEA StatiCa-model voor proefstuk J171

De proefstukken werden gemodelleerd in IDEA StatiCa. De sterkte van elke verbinding werd ook berekend volgens traditionele berekeningen met behulp van de AISC Specification-vergelijkingen met gemeten materiaal- en geometrische eigenschappen. De resultaten van de vergelijking tussen de experimentele sterkte, P_exp, IDEA StatiCa-sterkte, P_IDEA, en de AISC Specification-sterkte, P_AISC, zijn weergegeven in Tabel 4 en Figuur 7.

De IDEA StatiCa-sterkten zijn conservatief in vergelijking met de experimentele tests voor alle gevallen. De IDEA StatiCa-sterkten komen goed overeen met de AISC-sterkten voor proefstukken J071, J072, J131 en J171, en zijn groter dan de AISC-sterkten voor proefstukken J132, J172, J251 en J252. De verbindingslengte is korter dan 38 in. voor proefstukken J071 en J072, waardoor de reductie van 83,3% in boutafschuifcapaciteit niet wordt opgelegd. Voor proefstukken J131 en J171 is de verbindingslengte groter dan 38 in., maar de plaatstijfheid (d.w.z. de dwarsdoorsnede-oppervlakte) is relatief klein. De IDEA StatiCa-sterkten komen daardoor overeen met of zijn iets lager dan de AISC-sterkten voor deze gevallen. Voor proefstukken J132, J172, J251 en J252 zijn de IDEA StatiCa-sterkten groter dan de AISC-sterkten omdat de platen stijver zijn (d.w.z. grotere dwarsdoorsnede-oppervlakten).

Tabel 3 Geometrische en materiaaleigenschappen van proefstukken voor het experimentele onderzoek van Kulak en Fisher (1968)

Tabel 4 Vergelijking met het experimentele onderzoek van Kulak & Fisher (1968)

Figuur 7 Vergelijking met het experimentele onderzoek van Kulak en Fisher (1968)

Lange Gelaste Verbindingen

Om het effect van niet-uniforme spanningsverdeling over de verbindingslengte voor een las belast op trek te onderzoeken, wordt een eenvoudige gelaste lasverbinding gebruikt. De verbinding bestaat uit een testplaat die tussen twee reactieplaten is gelast met hoeklassen op elke rand van de reactieplaten. Deze configuratie zorgt voor een concentrisch belaste lasgroep met in totaal vier laslijnen in de verbinding. Merk op dat voor de beoordeling van de effectieve laslengte de werkelijke laslengte van de verbinding gelijk is aan de lengte van een enkele laslijn in de groep.

Lasgroottes van 3/16 in. (Verbinding A) en 3/8 in. (Verbinding B) werden onderzocht. De verbindingen werden gedimensioneerd en materiaaleigenschappen werden gekozen zodanig dat de grenstoestand lasbreuk maatgevend was ten opzichte van trekplooiing van de platen voor de traditionele berekeningen. De geometrische en materiaaleigenschappen die voor de verbindingen zijn gebruikt, zijn weergegeven in Tabel 5, en een driedimensionaal aanzicht van Verbinding A met een laslengte van 18 in. is weergegeven in Figuur 8.

Tabel 5 Geometrische en materiaaleigenschappen voor gelaste verbindingen

Figuur 8 Driedimensionaal aanzicht van een gelaste lasverbinding

Voor Verbinding A werden veertien laslengten getest, toenemend in stappen van 4 in. tussen 10 in. en 62 in. Voor Verbinding B werden dertien laslengten getest, toenemend in stappen van 10 in. tussen 10 in. en 130 in. Een vergelijking van sterkte versus laslengte is weergegeven in Figuur 9 voor Verbinding A en Figuur 11 voor Verbinding B. Spanningsverdelingen over de lengte van de las zijn weergegeven voor variërende laslengten in Figuur 10 voor Verbinding A en Figuur 12 voor Verbinding B.

Verbindingen A en B vertonen vergelijkbaar gedrag. Voor kortere laslengten komen de IDEA StatiCa-sterkten goed overeen met de traditionele berekeningen. De IDEA StatiCa-sterkten worden echter conservatiever ten opzichte van de traditionele berekeningen naarmate de laslengte toeneemt. De sterkten uit de traditionele berekeningen bereiken een plateau bij een laslengte van 300w, weergegeven door een verticale stippellijn in Figuur 9 en Figuur 11. De spanningsverdeling over de lengte van de las is niet-lineair omdat IDEA StatiCa de stijfheid van de las en de plaat expliciet modelleert. Vanwege dit en vanwege de relatief conservatieve belasting-vervormingsrelatie die in IDEA StatiCa wordt gebruikt voor lassen belast in de longitudinale richting, bereiken de IDEA StatiCa-sterkten een plateau bij laslengten die veel korter zijn dan 300w. Zoals weergegeven in Figuur 10 en Figuur 12 hebben kortere lassen een relatief uniforme spanningsverdeling, met iets hogere spanningen in de segmenten aan de uiteinden van de laslijn. Naarmate de laslengte toeneemt, wordt de spanningsverdeling over de laslijn aanzienlijk meer niet-uniform, met hoge spanningen in de eindsegmenten en minimale spanningen nabij het midden. De scherpe verandering in de spanningsverdeling die te zien is in Figuur 10 en Figuur 12 voor de langere lassen bevindt zich op de grens tussen lassegmenten die elastisch blijven en lassegmenten die plastische vervormingen ondergaan. De IDEA StatiCa-grens voor lassterkte wordt bereikt wanneer de benuttingsgraad van het meest belaste lassegment 100% bereikt. Daarom kunnen er bij langere lassen grote delen van de laslijn zijn die lage spanning ondervinden bij de belasting die overeenkomt met 100% benuttingsgraad van het meest belaste lassegment. Het spanningsverdelingsprofiel in de IDEA StatiCa-normtoetsing toont dit niet-lineaire gedrag en dient te worden onderzocht bij het maken van technische oordelen over lassterkte in IDEA StatiCa.

Figuur 9 Sterkte versus laslengte voor Verbinding A

Figuur 10 Spanningsverdelingen over de lengte van de las voor Verbinding A met laslengten van 18 in., 30 in., 42 in. en 54 in., eenheden zijn ksi

Figuur 11 Sterkte versus laslengte voor Verbinding B

Figuur 12 Spanningsverdelingen over de lengte van de las voor Verbinding B met laslengten van 20 in., 40 in., 60 in. en 80 in., eenheden zijn ksi

Samenvatting

Deze studie evalueert de sterkte van lange gebout en gelaste verbindingen door middel van traditionele rekenmethoden die worden gebruikt in de Amerikaanse praktijk en IDEA StatiCa. Belangrijke bevindingen uit de studie zijn:

Voor gebout verbindingen:

• IDEA StatiCa modelleert de stijfheid van de bouten en platen expliciet; lengteeffecten worden daardoor op natuurlijke wijze vastgelegd door de verschillende vereiste sterkten voor elke bout en niet door toepassing van de eenvoudige reductiefactor die uitsluitend gebaseerd is op de verbindingslengte in de AISC Specification.
• De sterkte in IDEA StatiCa bleek conservatief te zijn in vergelijking met de sterkte volgens traditionele berekeningen voor de meeste gevallen.
• De sterkte in IDEA StatiCa bleek hoger te zijn dan de sterkte volgens traditionele berekeningen voor sommige gevallen waarbij de verbindingslengte 38 in. overschreed en dikkere platen werden gebruikt.
• Sterkten uit IDEA StatiCa bleken conservatief te zijn in vergelijking met fysieke experimenten uitgevoerd door Bendigo et al. (1963) en Kulak en Fisher (1968).

Voor gelaste verbindingen:

• IDEA StatiCa modelleert de stijfheid van de lassen en platen expliciet; lengteeffecten worden daardoor op natuurlijke wijze vastgelegd door de verschillende vereiste sterkten voor elk lassegment en niet door toepassing van de eenvoudige reductiefactoren die uitsluitend gebaseerd zijn op de verhouding van laslengte tot lasgrootte in de AISC Specification.
• De sterkte in IDEA StatiCa bleek conservatief te zijn in vergelijking met de sterkte volgens traditionele berekeningen voor de onderzochte gevallen.
• De sterkte in IDEA StatiCa bleek conservatiever te zijn voor langere laslengten vanwege het effect van niet-lineaire spanningsverdeling over de lassegmenten en de relatief conservatieve belasting-vervormingsrelatie voor longitudinaal belaste lassen die wordt gebruikt in de IDEA StatiCa-analyses.

Referenties

AISC (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

Bendigo, R. A., Hansen, R. M., and Rumpf, J. L. (1963). "Long Bolted Joints." Journal of the Structural Division, ASCE, 89(6), 187–213.

CEN (2005), Eurocode 3: Design of Steel Structures, Comité Européen de Normalisation, Brussels, Belgium.

Kulak, G. L. and Fisher, J. W. (1968). "A514 Steel Joints Fastened by A490 Bolts." Journal of the Structural Division, ASCE, 94(10), 2303-2324.

Kulak, G. L., Fisher, J. W., Struik, J. H. A. (2001) "Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints" Second Edition, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

Miller, D. K. (2003). "Fillet Welds that are 'Too Long.'" Modern Steel Construction, March.

Tide, R. H. (2010). "Bolt Shear Design Considerations." Engineering Journal, AISC, 47(1), 47-63.