Idea Statica
  • Staal
  • Beton
  • Ondersteuning & Leren
  • Prijzen
  • Bedrijf
  • Overzicht staal
  • Verbinding ontwerp
  • Staafontwerp
  • Parametrisch ontwerp
  • Casestudies staal
  • Overzicht beton
  • Wand & detailontwerp
  • Concrete casestudies
  • Ondersteuningscentrum
  • Persoonlijke opleiding
  • Blog
  • Downloads & Licenties
  • Plannen
  • Gratis community tool
  • Licentie voor ondernemingen
  • Studenten en Universiteiten
  • Calculators
  • Over ons
  • Contact
  • Onderzoek & ontwikkeling
  • Blog
  • Evenementen
  • Staal
    Overzicht staalVerbinding ontwerpStaafontwerpParametrisch ontwerpCasestudies staal
  • Beton
    Overzicht betonWand & detailontwerpConcrete casestudies
  • Ondersteuning & Leren
    OndersteuningscentrumPersoonlijke opleidingBlogDownloads & Licenties
  • Prijzen
    PlannenGratis community toolLicentie voor ondernemingenStudenten en UniversiteitenCalculators
  • Bedrijf
    Over onsContactOnderzoek & ontwikkelingBlogEvenementen
14-daagse proefperiode
14-daagse proefperiode

Abonneer u op onze nieuwsbrief

Bedrijf

  • Over ons
  • Partnerschappen
  • Vacatures
  • Gepatenteerde technologie voor constructeurs

Bronnen

  • Klantprojecten
  • Case studies
  • IDEA StatiCa Connection Library
  • Verificatieboeken

Juridisch

  • Gebruiksrechtovereenkomst IDEA StatiCa
  • Wereldwijd privacybeleid
  • Terms of Services โ€“ IDEA StatiCa Viewer
  • Licenties

Help

  • Contact
  • Offerteaanvraag
  • Resellers
  • Downloads
FacebookInstagramLinkedInYouTube

ยฉ IDEA StatiCa 2009-2026

Vertrouwd en wereldwijd gebruikt door ingenieurs, fabrikanten & consultants.

OndersteuningscentrumVerificatievoorbeeldenKopplaat verbinding zwakke as
Kopplaat verbinding zwakke as
SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

Kopplaat verbinding zwakke as

Dit artikel is ook beschikbaar in
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

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 kopplaat.

Beschrijving

Het Component-based Eindige Elementen Methode (CBFEM) model van de balk-kolomverbinding wordt geverifieerd met de Componentenmethode (CM). De verlengde kopplaat met drie boutrijen is verbonden met het kolomlijf en belast door een buigend moment; zie Fig. 5.3.1.

Fig.ย 5.3.1ย Jointย geometryย -ย allย dimensionsย inย mm\textsf{\textit{\footnotesize{Fig.ย 5.3.1 Joint geometry - all dimensions in mm}}}Fig.ย 5.3.1ย Jointย geometryย -ย allย dimensionsย inย mm

Analytisch model

Drie componenten die het gedrag bepalen zijn de kopplaat op buiging, de balkflens op trek en op druk, en het kolomlijf op buiging. De kopplaat en de balkflens op trek en op druk worden ontworpen volgens EN 1993-1-8:2005. Het gedrag van het kolomlijf op buiging wordt voorspeld volgens (Steenhuis et al. 1998). De resultaten van experimenten met balk-kolom zwakke-asverbindingen, bijv. (Lima et al. 2009), tonen een goede voorspelling van dit type verbinding belast in het vlak van de aangesloten balk.

Fig.ย 5.3.2ย Definitionย ofย theย tensionย zone\textsf{\textit{\footnotesize{Fig.ย 5.3.2 Definition of the tension zone}}}Fig.ย 5.3.2ย Definitionย ofย theย tensionย zone

Flocal.Rd=minโก(Fpunch.Rd;Fcomb.Rd)F_\mathrm{{local.Rd }}=\min \left(F_\mathrm{{punch.Rd }} ; F_\mathrm{{comb.Rd }}\right)Flocal.Rdโ€‹=min(Fpunch.Rdโ€‹;Fcomb.Rdโ€‹)

Fpunch.Rdย =nโ‹…ฯ€โ‹…dmย โ‹…twcโ‹…fy/(3โ‹…ฮณM0)boltedย endย plateย F_\mathrm{ {punch.Rd }} ย = n \cdot \pi\cdot d_\mathrm{m} ย \cdot t_\mathrm{w c} \cdot f_\mathrm{y} /\left(\sqrt{3} \cdot \gamma_\mathrm{M 0}\right) \quad \text{boltedย end plate }Fpunch.Rdโ€‹ย =nโ‹…ฯ€โ‹…dmโ€‹ย โ‹…twcโ€‹โ‹…fyโ€‹/(3โ€‹โ‹…ฮณM0โ€‹)boltedย endย plateย ย 

b=b0+0.9โ‹…dmb = b_0 + 0.9 \cdot d_\mathrm{m}b=b0โ€‹+0.9โ‹…dmโ€‹

c=c0+0.9โ‹…dmc = c_0 + 0.9 \cdot d_\mathrm{m}c=c0โ€‹+0.9โ‹…dmโ€‹

a=Lโˆ’ba = L - ba=Lโˆ’b

k=1ย ifย (b+c)/L>0.5k= 1 \quad \text{ if }\quad(b+c) / L>0.5k=1ย ifย (b+c)/L>0.5

k=0.7+0.6(b+c)/Lย ifย (b+c)/Lโ‰ค0.5k=0.7+0.6(b+c) / L \quad \text{ if }\quad(b+c) / L \leq 0.5k=0.7+0.6(b+c)/Lย ifย (b+c)/Lโ‰ค0.5

bm=L[1โˆ’0.82twc2c2(1+1+2.8c2twcL)2],ย butย bmโ‰ฅ0b_\mathrm{m}=L\left[1-0.82 \frac{t_\mathrm{w c}^2}{c^2}\left(1+\sqrt{1+2.8 \frac{c^2}{t_\mathrm{w c} L}}\right)^2\right], \quad \text{ but } \quad b_\mathrm{m} \geq 0bmโ€‹=Lโ€‹1โˆ’0.82c2twc2โ€‹โ€‹โ€‹1+1+2.8twcโ€‹Lc2โ€‹โ€‹โ€‹2โ€‹,ย butย bmโ€‹โ‰ฅ0

x0=Lโ‹…[(twcL)23+0.23cL(twcL)13]โ‹…(bโˆ’bmLโˆ’bm)x_0=L\cdot\left[\left(\frac{t_\mathrm{w c}}{L}\right)^{\frac{2}{3}}+0.23 \frac{c}{L}\left(\frac{t_\mathrm{w c}}{L}\right)^{\frac{1}{3}}\right] \cdot\left(\frac{b-b_\mathrm{m}}{L-b_\mathrm{m}}\right)x0โ€‹=Lโ‹…[(Ltwcโ€‹โ€‹)32โ€‹+0.23Lcโ€‹(Ltwcโ€‹โ€‹)31โ€‹]โ‹…(Lโˆ’bmโ€‹bโˆ’bmโ€‹โ€‹)

x=0bโ‰คbmx = 0 \quad b \leq b_\mathrm{m}x=0bโ‰คbmโ€‹

x=โˆ’a+a2โˆ’1.5ac+32twc[ฯ€L(a+x0)+4c]ย ifย b>bmx=-a+\sqrt{a^2-1.5 a c+\frac{\sqrt{3}}{2} t_\mathrm{w c}\left[\pi \sqrt{L\left(a+x_0\right)}+4 c\right]} \quad \text{ if }\quad b>b_\mathrm{m}x=โˆ’a+a2โˆ’1.5ac+23โ€‹โ€‹twcโ€‹[ฯ€L(a+x0โ€‹)โ€‹+4c]โ€‹ย ifย b>bmโ€‹

Fcomb.Rd=kโ‹…twc2โ‹…fy[ฯ€L(a+x)+2ca+x+1.5cx+x23twc(a+x)]/ฮณM0F_\mathrm{c o m b . R d}=k\cdot t_\mathrm{w c}^2 \cdot f_\mathrm{y}\left[\frac{\pi \sqrt{L(a+x)}+2 c}{a+x}+\frac{1.5 c x+x^2}{\sqrt{3} t_\mathrm{w c}(a+x)}\right] / \gamma_\mathrm{M 0}Fcomb.Rdโ€‹=kโ‹…twc2โ€‹โ‹…fyโ€‹[a+xฯ€L(a+x)โ€‹+2cโ€‹+3โ€‹twcโ€‹(a+x)1.5cx+x2โ€‹]/ฮณM0โ€‹

ฯ=1ย ifย z/(Lโˆ’b)โ‰ค1\rho = 1 \quad \text{ if }\quad z / (L-b) \leq 1ฯ=1ย ifย z/(Lโˆ’b)โ‰ค1
ฯ=z/(Lโˆ’b)ย ifย 1<z/(Lโˆ’b)โ‰ค10\rho = z / (L-b) \quad \text{ if }\quad 1<z / (L-b) \leq 10ฯ=z/(Lโˆ’b)ย ifย 1<z/(Lโˆ’b)โ‰ค10

Fglobal.Rd=Fcomb.Rd2+twc2fy4(2bz+ฯ€+2ฯ)/ฮณM0F_\mathrm{g l o b a l . R d}=\frac{F_\mathrm{c o m b . R d}}{2}+\frac{t_\mathrm{w c}^2 f_\mathrm{y}}{4}\left(\frac{2 b}{z}+\pi+2 \rho\right) / \gamma_\mathrm{M 0}Fglobal.Rdโ€‹=2Fcomb.Rdโ€‹โ€‹+4twc2โ€‹fyโ€‹โ€‹(z2bโ€‹+ฯ€+2ฯ)/ฮณM0โ€‹

FRd=minโก(Flocal.Rd;Fglobal.Rd)F_\mathrm{Rd} = \min \left(F_\mathrm{{local.Rd }} ; F_\mathrm{g l o b a l . R d}\right)FRdโ€‹=min(Flocal.Rdโ€‹;Fglobal.Rdโ€‹)

MRd=zโ‹…FRdM_\mathrm{Rd} = z \cdot F_\mathrm{Rd}MRdโ€‹=zโ‹…FRdโ€‹

Waarbij:

  • twct_\mathrm{w c} \quadtwcโ€‹ is de dikte van het kolomlijf
  • fyf_\mathrm{y} \quadfyโ€‹ is de vloeigrens van het kolomlijf
  • ฮณM0\gamma_{\mathrm{M} 0}ฮณM0โ€‹ is de partiรซle veiligheidsfactor voor staal
  • ฮณM0\gamma_{\mathrm{M} 0}ฮณM0โ€‹ is de partiรซle veiligheidsfactor voor staal
  • nnn aantal boutrijen op trek
  • dmd_\mathrm{m}dmโ€‹ diagonale diameter van de boutkop
  • b0b_0b0โ€‹ horizontale afstand tussen boutenย 
  • c0c_0c0โ€‹ verticale afstand tussen bouten
  • zzz hefboomarm van de verbinding
  • Fpunch.RdF_\mathrm{ {punch.Rd }} \quadFpunch.Rdโ€‹ is de weerstand tegen ponsafschuiving
  • Fcomb.RdF_\mathrm{ {comb.Rd }} \quadFcomb.Rdโ€‹ is de weerstand tegen gecombineerde ponsing, afschuiving en buiging

Numeriek model

De beoordeling is gebaseerd op de maximale rek conform EN 1993-1-5:2006 met een waarde van 5ย %. Gedetailleerde informatie over het CBFEM-model is samengevat in Hoofdstuk 3.

Verificatie van de weerstand

De gevoeligheidsstudie van de verbindingsweerstand is uitgevoerd voor kolomdoorsneden. De verbindingsgeometrie is weergegeven in Fig. 5.3.1. In Tab. 5.3.1 en in Fig. 5.3.3 zijn de resultaten van berekeningen samengevat voor het geval van een vergrote kopplaat P18 ten opzichte van de kolomdoorsnede.

Tab. 5.3.1 Resultaten van de voorspelling van de kopplaat zwakke-asverbinding voor verschillende spanten

Fig.ย 5.3.3ย Comparisonย resistanceย ofย endย plateย minorย axisย connectionย predictedย byย CBFEMย andย CM\textsf{\textit{\footnotesize{Fig.ย 5.3.3 Comparison resistance of end plate minor axis connection predicted by CBFEM and CM}}}Fig.ย 5.3.3ย Comparisonย resistanceย ofย endย plateย minorย axisย connectionย predictedย byย CBFEMย andย CM

Globaal gedrag

Het globale gedrag wordt gepresenteerd aan de hand van een kracht-vervormingscurve. Balk IPE 240 is verbonden met kolom HEBย 300 met zes bouten M16 8.8. De kopplaatgeometrie is weergegeven in Fig. 5.3.1 en in Tab. 5.3.1. Een vergelijking van de resultaten van beide methoden is gepresenteerd in Fig. 5.3.4 en in Tab. 5.3.2. Beide methoden voorspellen een vergelijkbare rekenwaarde van de weerstand. CBFEM geeft over het algemeen een lagere beginstarheid in vergelijking met CM.ย 

Fig.ย 5.3.4ย Predictionย ofย behaviorย ofย endย plateย minorย axisย connectionย onย momentย rotationalย curveย CBFEM\textsf{\textit{\footnotesize{Fig.ย 5.3.4 Prediction of behavior of end plate minor axis connection on moment rotational curve CBFEM}}}Fig.ย 5.3.4ย Predictionย ofย behaviorย ofย endย plateย minorย axisย connectionย onย momentย rotationalย curveย CBFEM

Tab.ย 5.3.2 Belangrijkste kenmerken voor globaal gedrag



CMCBFEMCM/CBFEM
Beginstarheid[kNm/rad]1613022327.23
Rekenwaarde weerstand[kNm]31301,03

De resultaten van de studies zijn samengevat in de grafiek die de weerstanden vergelijkt volgens CBFEM en de componentenmethode; zie Fig. 5.3.5. De resultaten tonen dat het verschil tussen de methoden tot 14ย % bedraagt. CBFEM voorspelt in alle gevallen een lagere weerstand in vergelijking met CM, wat gebaseerd is op de vereenvoudiging in (Steenhuis et al. 1998). Vergelijkbare resultaten zijn te vinden in het werk van (Wang en Wang, 2012).

Fig.ย 5.3.5ย Summaryย ofย verificationย ofย CBFEMย toย CMย forย theย endย plateย minorย axisย connection\textsf{\textit{\footnotesize{Fig.ย 5.3.5 Summary of verification of CBFEM to CM for the end plate minor axis connection}}}Fig.ย 5.3.5ย Summaryย ofย verificationย ofย CBFEMย toย CMย forย theย endย plateย minorย axisย connection

Benchmarkvoorbeeld

Het benchmarkgeval is opgesteld voor de kopplaat zwakke-asverbinding conform Fig.ย 5.3.1 met gewijzigde geometrie zoals hieronder samengevat.

Invoer

  • Staal S235
  • Kolom HEB 300
  • Balk IPE 240
  • Bouten 6ร—M16 8.8
  • Lasdikte 5 mm
  • Kopplaatdikte tp = 18 mm

Uitvoer

  • Rekenwaarde buigweerstand MRd = 30 kNm
  • Maatgevende component โ€“ kolomlijf op buiging
Openen in ViewerDownloaden

Referenties

EN 1993-1-5, Eurocode 3, Design of steel structures โ€“ Part 1-5: Plated Structural Elements, CEN, Brussels, 2005.

Steenhuis M., Jaspart J. P., Gomes F., Leino T. Application of the component method to steel joints, in Control of the Semi-rigid Behaviour of Civil Engineering Structural Connections Conference, COST C1, Liege, Belgium, 1998, 125-143.

Wang Z., Wang T. Experiment and finite element analysis for the end plate minor axis connection of semi-rigid steel frames, Tumu Gongcheng Xuebao/China Civil Engineering Journal, 45 (8), 2012, 83-89.