Controles

Plaat naar cirkelvormig koker profiel

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Welds

Connection

Dit artikel is ook beschikbaar in:

Vertaald door AI vanuit het Engels

Dit is een geselecteerd hoofdstuk uit het boek Component-based finite element design of steel connections van prof. Wald et al. Het hoofdstuk is gericht op de verificatie van de verbinding van een plaat met een cirkelvormig koker profiel.

Bezwijkmodus methode

Uniplanaire gelaste plaat naar cirkelvormige koker profiel T-verbindingen voorspeld door CBFEM worden in dit hoofdstuk geverifieerd met de FMM. In CBFEM wordt de rekenwaarde van de weerstand begrensd door het bereiken van 5 % rek of een kracht overeenkomend met 3 % d₀ verbindingsvervorming, waarbij d₀ de kokerdiameter is. De FMM is gebaseerd op de piekbelastingslimiet of de 3 % d₀vervormingslimiet; zie Lu et al. (1994). De lassen, ontworpen volgens EN 1993‑1‑8:2006, zijn niet de zwakste componenten in de verbinding.

Plastificering van de koker

De rekenwaarde van de weerstand van een CHS kokerflens wordt bepaald met de methode uit het FMM-model in Hfst. 9 van prEN 1993-1-8:2020 en in ISO/FDIS 14346; zie Fig. 7.3.1. De rekenwaarde van de weerstand van de axiaal belaste gelaste plaat naar CHS verbinding is:

T-verbinding

Dwars

\[ N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5} \]

Langs

\[ N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5} \]

X-verbinding

Dwars

\[ N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5} \]

Langs

\[ N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5} \]

waarbij:

f_y,i – vloeigrens van staaf i (i = 0,1,2 of 3)
t_i – wanddikte van CHS staaf i (i = 0,1,2 of 3)
\(\beta\) – verhouding van de gemiddelde diameter of breedte van de diagonaalstaven tot die van de koker
\(\eta\) – verhouding van de hoogte van de diagonaalstaaf tot de diameter of breedte van de koker
\(\gamma\) – verhouding van de breedte of diameter van een koker tot tweemaal zijn wanddikte
Q_f – koker spanningsfactor
C_f – materiaalfactor
\(\gamma_{M5}\) – partiële factor voor de weerstand van verbindingen in koker vakwerkliggers
N_i,Rd – rekenwaarde van de weerstand van een verbinding uitgedrukt in termen van de inwendige normaalkracht in staaf i (i = 0,1,2 of 3)

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Onderzochte bezwijkmodus - plastificering van de koker}}}\]

Geldigheidsgebied

CBFEM is geverifieerd voor typische verbindingen van gelaste cirkelvormige koker profielen. Het geldigheidsgebied voor deze verbindingen is gedefinieerd in Tabel 7.8 van prEN 1993-1-8:2020; zie Tab. 7.3.1. Hetzelfde geldigheidsgebied wordt toegepast op het CBFEM-model. Buiten het geldigheidsgebied van de FMM dient een experiment te worden uitgevoerd voor validatie, of een verificatie te worden uitgevoerd conform een gevalideerd onderzoeksmodel.

Tab. 7.3.1 Geldigheidsgebied voor de bezwijkmodusmethode

Algemeen	\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)	\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)	\(-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
	\(g \ge t_1+t_2 \)	\(f_{yi} \le f_{y0} \)	\( t_i \le t_0 \)

Koker	Druk	Klasse 1 of 2 en \(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (maar voor X-verbindingen: \( d_0/t_0 \le 40 \))
	Trek	\(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (maar voor X-verbindingen: \( d_0/t_0 \le 40 \))
Dwarse plaat		\(0.25\le\beta=b_1/d_0\le1\)
Langse plaat		\(0.6\le\eta=h_1/d_0\le4 \)

Validatie

In dit hoofdstuk wordt CBFEM gevalideerd aan de hand van de FMM-modellen voor plaat naar CHS T-verbindingen beschreven in prEN 1993-1-8:2020. De modellen worden vergeleken met gegevens uit mechanische proeven in Tab. 7.3.2–7.3.3 met weerstand gebaseerd op de vervormingslimiet. Materiaal- en geometrische eigenschappen van de numerieke proeven zijn beschreven in (Voth A.P. en Packer A.J., 2010). De experimenten buiten het geldigheidsgebied zijn in de tabellen gemarkeerd met een ster * en in de grafiek aangegeven om de kwaliteit van de randvoorwaarden te tonen.

Tab. 7.3.2 Geometrische eigenschappen, materiaaleigenschappen en weerstanden van verbindingen uit experimenten en FMM-modellen voor dwarse T-verbinding

ID	Referentie	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPT 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio et al. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Tak type	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Druk	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Druk	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Druk	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Trek	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Geometrische eigenschappen, materiaaleigenschappen en weerstanden van verbindingen uit experimenten en FMM-modellen voor langse T-verbinding

ID	Referentie	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPL 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Tak type	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Druk	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Druk	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Trek	20,49	8,75	2,34

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validatie van FMM aan mechanische experimenten voor dwarse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (links) en langse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (rechts)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validatie van FMM aan mechanische experimenten voor dwarse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (links) en langse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (rechts)}}}\]

De validatie weergegeven in Fig. 7.3.2 en 7.3.3 toont aan dat de afwijkingen ten opzichte van de experimenten over het algemeen ten minste 15 % aan de veilige kant liggen. De experimenten buiten het geldigheidsgebied zijn opgenomen en gemarkeerd. De resultaten geven de goede kwaliteit van de gekozen randvoorwaarden aan.

Uniplanaire plaat T-verbinding

Een overzicht van de beschouwde voorbeelden in de studie is gegeven in Tab. 7.3.4. De geselecteerde gevallen bestrijken een breed scala aan geometrische verhoudingen van de verbinding. De geometrie van de verbindingen met afmetingen is weergegeven in Fig. 7.3.4. De plaatdikte bedraagt 15 mm in alle gevallen die in deze studie worden behandeld.

Tab. 7.3.4 Overzicht van voorbeelden

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Afmetingen van plaat naar CHS T-verbinding, dwars (links) en langs (rechts)}}}\]

Verificatie

De resultaten van de weerstand en de maatgevende bezwijkmodus van de FMM worden vergeleken met de resultaten van CBFEM in Tab. 7.3.5 en in Fig. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Verificatie van de voorspelling van weerstanden door CBFEM op FMM a) dwarse oriëntatie b) langse oriëntatie

De studie toont een goede overeenkomst voor de toegepaste belastinggevallen. De resultaten zijn samengevat in diagrammen die de rekenwaarden van de weerstand van CBFEM en FMM vergelijken; zie Fig. 7.3.5. De resultaten tonen aan dat het verschil tussen de twee berekeningsmethoden in alle gevallen minder dan 7 % bedraagt.