Typ połączenia: Połączenie płytką żebrową do środnika
Układ jednostek: Metryczny
Zaprojektowano zgodnie z: AS 4100
Sprawdzono: Śruby, metal podstawowy, spoiny
Materiał płyty: Grade 300
Śruby: M20 Grade 8.8
Spoiny: spoiny pachwinowe o rozmiarze 8 mm i wytrzymałości 490 MPa
Przykład zaczerpnięty z: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Rozdział 9.4.1.3
Geometria
Belka UB 406×178×60 jest połączona ze słupem UC 254×254×89 za pomocą płytki żebrowej do środnika o wymiarach 280×90 mm. Zastosowano cztery śruby M20 klasy 8.8 z rozstawem 70 mm. Przyjęto założenie, że belka nie może się obracać ani być obciążona momentem gnącym wokół słabszej osi ze względu na belki rozporowe i stropy.
Obciążenie przyłożone
Belka jest obciążona siłą poprzeczną. Dla zachowania bezpieczeństwa, przy projektowaniu śrub, siła poprzeczna powinna być przyłożona w miejscu lica słupa, tak aby grupa śrub była obciążona również momentem gnącym – należy wybrać siły w pozycji 130 mm. Przy projektowaniu płytki żebrowej i spoin, siła poprzeczna powinna być przyłożona w miejscu środka ciężkości śrub w środniku belki – należy wybrać siły w śrubach.
Wyniki obliczeń ręcznych
Jako obliczenia ręczne przyjęto wyniki z B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Rozdział 9.4.1.3. Maksymalna siła poprzeczna działająca na śrubę wynosi 85,9 kN. Wartość ta jest bliska nośności na ścinanie śruby – 92,6 kN. Nośności płyty – obliczeniowa nośność na docisk i rozerwanie – są prawie dwukrotnie wyższe. Nośność na ścinanie płyty środnikowej wynosi 322,6 kN, co jest bliskie obciążeniu przyłożonemu. Spoiny pachwinowe mają rozmiar 8 mm i klasę 490 MPa; nośność wynosi \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \), siła na jednostkę długości pionowej wynosi 0,84 kN/mm, więc rezerwa wynosi 37 %. Najsłabszym ogniwem są śruby. Przy założeniu liniowego rozkładu sił w śrubach, maksymalna siła przyłożona może wynosić 270 kN.
Wyniki IDEA StatiCa
Decydującym położeniem obciążenia dla tego połączenia jest lico słupa. Grupa śrub jest obciążona siłą poprzeczną i momentem gnącym. Przy obciążeniu poprzecznym 270 kN, najbardziej naprężona śruba jest obciążona siłą poprzeczną, V*f = 92,1 kN, oraz małą siłą rozciągającą, N*f = 13,5 kN, wynikającą z odkształcenia jednostronnej płytki żebrowej. Przy tym obciążeniu 270 kN, najbardziej naprężona śruba jest wykorzystana w 99,9 % i połączenie osiągnęło swoją maksymalną nośność. To położenie siły poprzecznej jest również decydujące dla nośności stali płytki żebrowej; odkształcenie 5% jest osiągane przy obciążeniu 305 kN.
Położenie obciążenia poprzecznego w miejscu śrub jest decydujące dla projektowania spoin. Nośność płytki żebrowej jest mniejsza niż spoin i ulega wyczerpaniu przy przyłożonej sile poprzecznej 335 kN. Odkształcenie plastyczne płytki żebrowej pokazano na odkształconym kształcie na poniższym rysunku.
W przypadku połączeń obciążonych ekstremalną siłą poprzeczną, ważne jest staranne dobranie położenia obciążenia poprzecznego, ponieważ różne elementy są również obciążone znacznymi momentami gnącymi wywołanymi przez tę siłę poprzeczną na ramieniu dźwigni.
Porównanie
Nośność na ścinanie połączenia płytką żebrową do środnika została wyznaczona jako 270 kN zarówno w obliczeniach ręcznych, jak i w IDEA StatiCa, ze względu na nośność na ścinanie śrub. Zarówno obliczenia ręczne, jak i ocena programowa wykazały identyczną nośność i postać zniszczenia.