Secțiuni tubulare dreptunghiulare

Descriere

În acest capitol, îmbinările T, X și K cu rost sudate uniplanare din secțiuni tubulare dreptunghiulare și pătrate, prevăzute prin CBFEM, sunt verificate. Diagonala din secțiune tubulară pătrată (SHS) este sudată direct pe talpa RHS fără utilizarea plăcilor de ranforsare. Îmbinările sunt încărcate cu forță axială. În CBFEM, rezistența de calcul este limitată la 5 % deformație sau la o forță corespunzătoare deformației de 0,03b₀ a îmbinării, iar în FMM în general prin deformația din plan a plăcii de 0,03b₀, unde b₀ este înălțimea tălpii RHS; a se vedea Lu et al. (1994).

Metoda modurilor de cedare

În cazul îmbinărilor T, Y, X sau K cu rost încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate, pot apărea cinci moduri de cedare. Acestea sunt: cedarea feței tălpii, plastificarea tălpii, cedarea peretelui lateral al tălpii, cedarea inimii tălpii, cedarea la forfecare a tălpii, cedarea la forfecare prin perforare și cedarea diagonalei. În acest studiu, cedarea feței tălpii, cedarea diagonalei și cedarea la forfecare prin perforare sunt examinate pentru îmbinările T, Y și X, iar cedarea feței tălpii, cedarea la forfecare a tălpii, cedarea diagonalei și cedarea la forfecare prin perforare sunt examinate pentru îmbinarea K cu rost; a se vedea Fig. 7.2.1. Sudurile proiectate conform EN 1993-1-8:2005 nu reprezintă componentele cele mai slabe ale îmbinării.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.1 Moduri de cedare examinate: a) Cedarea feței tălpii, b) Cedarea la forfecare a tălpii, c) Cedarea diagonalei și d) Cedarea la forfecare prin perforare}}}\]

Cedarea feței tălpii

Rezistența de calcul a feței tălpii RHS este determinată prin modelul FMM din secțiunea 9.5 a EN 1993‑1-8:2020. Metoda este prezentată și în ISO/FDIS 14346 și este descrisă în detaliu în Wardenier et al. (2010). Rezistența de calcul a îmbinării T, Y sau X încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} \left ( \frac{2 \eta}{(1-\beta) \sin{\theta_i}} + \frac{4}{\sqrt{1-\beta}} \right ) Q_f / \gamma_{M5} \]

Rezistența de calcul a îmbinării K cu rost încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = 8.9 C_f \beta \gamma^{0.5} \frac{f_{y,0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} Q_f / \gamma_{M5} \]

unde C_f este factorul de material, f_y0 este limita de curgere a tălpii, t₀ este grosimea peretelui tălpii, η este raportul dintre înălțimea diagonalei și lățimea tălpii, β este raportul dintre lățimea diagonalei și lățimea tălpii, q_i este unghiul dintre diagonala i și talpă (i = 1, 2), Q_f este funcția de tensiune a tălpii, iar γ este raportul de zveltețe al tălpii.

Cedarea diagonalei

Rezistența de calcul a feței tălpii RHS poate fi determinată folosind metoda dată de modelul FMM din secțiunea 9.5 a EN 1993-1-8:2020. Rezistența de calcul a îmbinării T, Y sau X încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + 2 b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

Rezistența de calcul a îmbinării K cu rost încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + b_i + b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

unde C_f este factorul de material, f_yi este limita de curgere a diagonalei i (i = 1, 2), t_i este grosimea peretelui diagonalei i, h_i este înălțimea diagonalei i, b_i este lățimea diagonalei i, b_eff este lățimea efectivă a diagonalei.

Forfecare prin perforare

Rezistența de calcul a îmbinării T, Y sau X încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + 2b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

Rezistența de calcul a îmbinării K cu rost încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + b_i+b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

Unde C_f este factorul de material, f_y0 este limita de curgere a tălpii, t₀ este grosimea peretelui tălpii, q_i este unghiul dintre diagonala i și talpă (i = 1, 2), h_i este înălțimea diagonalei i, b_i este lățimea diagonalei i și b_e,p este lățimea efectivă pentru forfecarea prin perforare.

Cedarea la forfecare a tălpii

Rezistența de calcul a îmbinării K cu rost încărcate axial din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate este

\[ N_{i,Rd} = \frac{f_{y0}A_{V,0,gap}}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}}/\gamma_{M5} \]

unde f_y0 este limita de curgere a tălpii, A_v,0,gap este aria efectivă pentru cedarea la forfecare a tălpii, iar q_i este unghiul dintre diagonala i și talpă (i = 1, 2).

Domeniu de valabilitate

CBFEM a fost verificat pentru îmbinările tipice T, Y, X și K cu rost din secțiuni tubulare dreptunghiulare sudate. Domeniul de valabilitate pentru aceste îmbinări este definit în Tabelul 9.2 din prEN 1993-1-8:2020; a se vedea Tab. 7.2.1. Același domeniu de valabilitate se aplică modelului CBFEM. În afara domeniului de valabilitate al FMM, trebuie pregătit un experiment pentru validare sau efectuată o verificare conform unui model de cercetare validat.

Tab. 7.2.1 Domeniu de valabilitate pentru metoda modurilor de cedare, Tabelul 9.2 din EN 1993-1-8:2020

7.2.2 Îmbinare T și Y-SHS uniplanară

O prezentare generală a exemplelor considerate este dată în Tab. 7.2.2. Cazurile selectate acoperă o gamă largă de raporturi geometrice ale îmbinărilor. Geometria îmbinărilor cu dimensiuni este prezentată în Fig. 7.2.2. Îmbinările selectate au cedat conform metodei bazate pe FMM prin cedarea feței tălpii sau cedarea diagonalei.

Tab. 7.2.2 Prezentare generală a exemplelor

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.2 Dimensiunile îmbinării T}}}\]

Verificarea rezistenței

Rezultatele FMM sunt comparate cu rezultatele CBFEM. Comparația este axată pe rezistență și modul de cedare de calcul. Rezultatele sunt prezentate în Tab. 7.2.3.

Tab. 7.2.3 Compararea rezultatelor rezistențelor de calcul la întindere/compresiune prevăzute de CBFEM și FMM

Studiul arată o bună concordanță pentru cazurile de încărcare aplicate. Rezultatele sunt rezumate într-un diagram care compară rezistențele de calcul ale CBFEM și FMM; a se vedea Fig. 7.2.3. Rezultatele arată că diferența dintre cele două metode de calcul este în toate cazurile mai mică de 10 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.3 Verificarea rezistenței determinate prin CBFEM față de FMM pentru îmbinarea SHS T și Y uniplanară}}}\]

Exemplu de referință

Date de intrare

Talpă

• Oțel S355
• Secțiune SHS 200×200×6.3

Diagonală

• Oțel S355
• Secțiune SHS 90×90×8.0
• Unghi dintre diagonală și talpă 90°

Sudură

• Sudură cap la cap

Dimensiunea plasei

• 16 elemente pe cea mai mare inimă a elementului tubular dreptunghiular

Încărcare

• Prin forță aplicată diagonalei la compresiune/întindere

Rezultate

• Rezistența de calcul la compresiune/întindere este N_Rd = 92.6 kN
• Modul de cedare de calcul este cedarea feței tălpii

Îmbinare X-SHS uniplanară

O prezentare generală a exemplelor considerate este dată în Tab. 7.2.4. Cazurile selectate acoperă o gamă largă de raporturi geometrice ale îmbinărilor. Îmbinările selectate au cedat conform metodei bazate pe FMM prin cedarea feței tălpii sau cedarea diagonalei.

Tab. 7.2.4 Prezentare generală a exemplelor

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.4 Dimensiunile îmbinării X}}}\]

Verificarea rezistenței

Rezultatele metodei bazate pe moduri de cedare (FMM) sunt comparate cu rezultatele CBFEM. Comparația este axată pe rezistență și modul de cedare de calcul; a se vedea Tab. 7.2.5.

Tab. 7.2.5 Compararea rezultatelor predicției rezistenței prin CBFEM și FMM

Studiul arată o bună concordanță pentru cazurile de încărcare aplicate. Rezultatele sunt rezumate într-un diagram care compară rezistențele de calcul ale CBFEM și FMM; a se vedea Fig. 7.2.4. Rezultatele arată că diferența dintre cele două metode de calcul este în toate cazurile mai mică de 13 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.5 Verificarea rezistenței determinate prin CBFEM față de FMM pentru îmbinarea SHS X uniplanară}}}\]

Exemplu de referință

Date de intrare

Talpă

• Oțel S355
• Secțiune SHS 200×200×6,3

Diagonale

• Oțel S355
• Secțiuni SHS 140×140×12,5
• Unghi dintre diagonale și talpă 90°

Suduri

• Suduri cap la cap

Dimensiunea plasei

• 16 elemente pe cea mai mare inimă a elementului tubular dreptunghiular

Încărcare

• Prin forță aplicată diagonalei la compresiune/întindere

Rezultate

• Rezistența de calcul la compresiune/întindere este N_Rd = 152.4 kN
• Modul de cedare de calcul este cedarea feței tălpii

7.2.4 Îmbinare K-SHS uniplanară

O prezentare generală a exemplelor considerate este dată în Tab. 7.2.6. Cazurile selectate acoperă o gamă largă de raporturi geometrice ale îmbinărilor. Îmbinările selectate au cedat conform metodei bazate pe FMM prin cedarea feței tălpii sau cedarea diagonalei.

Tab. 7.2.6 Prezentare generală a exemplelor

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.6 Dimensiunile îmbinării K}}}\]

Verificare

Rezultatele CBFEM sunt comparate cu rezultatele FMM. Comparația este axată pe rezistență și modul de cedare de calcul. Rezultatele sunt prezentate în Tab. 7.2.7.

Tab. 7.2.7 Compararea rezultatelor predicției rezistențelor prin CBFEM și FMM

Studiul arată o bună concordanță pentru cazurile de încărcare aplicate. Rezultatele sunt rezumate într-un diagram care compară rezistențele de calcul ale CBFEM și FMM; a se vedea Fig. 7.2.5. Rezultatele arată că CBFEM este conservativ în toate cazurile față de FMM.

\[ \Fig. 7.2.7 Verificarea rezistenței determinate prin CBFEM față de FMM pentru îmbinarea SHS K uniplanară}}}\]

Exemplu de referință

Date de intrare

Talpă

• Oțel S355
• Secțiune SHS 180×180×10,0

Diagonale

• Oțel S355
• Secțiuni SHS 70×70×3,0
• Unghi dintre diagonale și talpă 45°

Suduri

• Suduri cap la cap

Dimensiunea plasei

• 16 elemente pe cea mai mare inimă a elementului tubular dreptunghiular

Încărcare

• Prin forță aplicată diagonalei la compresiune/întindere

Rezultate

• Rezistența de calcul la compresiune/întindere este N_Rd = 257.5 kN
• Modul de cedare de calcul este cedarea feței tălpii