Liên kết bản góc kép

Loại liên kết: Liên kết bản góc kép

Hệ đơn vị: Hệ mét

Thiết kế theo: AS 4100

Kiểm tra: Bu lông, kim loại cơ bản

Vật liệu bản thép: Grade 300

Bu lông: M20 Grade 8.8

Ví dụ lấy từ: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chương 9.4.1.1

Hình học

Dầm UB 406×178×60 được liên kết với cột UC 254×254×89 bằng hai bản góc L100×6.

Bu lông M20 grade 8.8 được chọn với bước bu lông 70 mm.

Tải trọng tác dụng

Dầm chịu lực cắt 190 kN. Để thiên về an toàn, khi thiết kế bu lông tại bụng dầm, lực cắt nên được xét tại vị trí mặt cột để nhóm bu lông cũng chịu thêm mô men uốn – chọn lực tại vị trí 130 mm. Khi thiết kế bản góc và nhóm bu lông tại mặt cột, lực cắt nên được đặt tại vị trí trọng tâm của nhóm bu lông ở bụng dầm – chọn lực tại bu lông.

So sánh giữa tính toán thủ công và IDEA StatiCa

Kết quả từ B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chương 9.4.1.1 được sử dụng làm tính toán thủ công.

Liên kết tại bụng dầm

Nhóm bu lông chịu lực cắt 190 kN và mô men uốn sinh ra từ khoảng cách giữa tải trọng đặt tại mặt cột và trọng tâm nhóm bu lông ở bụng dầm, 190 kN × 65 mm = 12,35 kNm. Lực lớn nhất trong bu lông được tính là 71,1 kN. Kết quả từ IDEA được thể hiện trong hình dưới đây. Các mũi tên thể hiện phản lực của bản thép lên lực bu lông.

Lực lớn nhất nằm ở bu lông B4, mỗi mặt phẳng cắt truyền 36,3 kN, tức là toàn bộ bu lông truyền 2 × 36,3 = 72,6 kN, kết quả này rất gần với tính toán thủ công.

Khả năng chịu lực của bu lông sử dụng các công thức từ AS 4100 nên kết quả trùng khớp hoàn toàn, ví dụ kiểm tra khả năng chịu cắt của bu lông (mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng):

Khả năng chịu xé rách trong tính toán thủ công phân tích lực cắt thành các thành phần theo hướng trực tiếp về phía mép bản thép. Ngược lại, IDEA StatiCa sử dụng hướng của vectơ trong công thức. Chỉ kiểm tra quyết định nhất được hiển thị cho mỗi bu lông.

Bu lông trong IDEA StatiCa cũng chịu các lực kéo nhỏ do biến dạng của bản thép. Các lực này được bỏ qua trong tính toán thủ công.

Liên kết tại cánh cột

Để kiểm tra bu lông tại cánh cột, lực được đặt tại trọng tâm của nhóm bu lông ở bụng dầm. Các bu lông chịu lực kéo đáng kể và đây cũng là yếu tố quyết định đến biến dạng của bản góc. Biến dạng dẻo được thể hiện trong hình dưới đây. Giới hạn biến dạng dẻo là 5 % theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1993-1-5.

Lực kéo lớn nhất nằm ở hàng bu lông trên cùng, B8 và B12. Lưu ý sự giảm lực cắt của các bu lông B1–B4 chỉ chịu lực cắt mà không có mô men uốn. Lực cắt trong các bu lông B5–B12 cao hơn so với tính toán thủ công: V_f* = 190 / 8 = 23,75 kN. Sự khác biệt này là do biến dạng đáng kể của bản góc, cũng gây ra độ nghiêng của lực cắt.

Khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết

Dự trữ khả năng chịu tải có thể được xem xét thông qua loại phân tích khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết. Do sự chảy dẻo của bản góc, dự trữ này thấp. Nút liên kết sẽ bị phá hoại ở hệ số tải trọng 103,4 %, tức là lực cắt V_f* = 196,5 kN.

Độ cứng

Độ cứng của liên kết có thể được xác định bằng cách đặt loại phân tích là "Stiffness", chọn dầm là cấu kiện được phân tích, và đặt "Chiều dài lý thuyết" đúng của cấu kiện được phân tích (thường là nhịp dầm, tính từ tâm đến tâm cột). Phần mềm tính toán độ cứng cát tuyến tại tải trọng đã đặt và độ cứng ban đầu tại 2/3 M_j,Rd, trong phạm vi đó biểu đồ mô men – góc xoay được giả định là tuyến tính. Nút liên kết được phân loại theo độ cứng ban đầu S_j,ini.

Kết luận

IDEA StatiCa Connection cho kết quả tương tự với tính toán thủ công. Phần mềm yêu cầu sự đánh giá kỹ thuật của kỹ sư trong việc xác định vị trí đặt tải cắt, nhưng tất cả các kiểm tra được thực hiện nhanh chóng và tự động. Lực trong bu lông bị ảnh hưởng bởi biến dạng của bản thép và sự khác biệt có thể đáng kể nếu bản thép bị chảy dẻo. Vì lý do này, lực tác dụng lên các cấu kiện thường cao hơn so với tính toán thủ công với giả thiết biến dạng nhỏ.