Liên kết bản mã đầu dầm với bốn bu lông theo hàng

Mô tả

Nghiên cứu này tập trung vào việc kiểm chứng phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) đối với khả năng chịu lực của liên kết bản mã đầu dầm với bốn bu lông theo hàng so với mô hình giải tích (AM) và mô hình phần tử hữu hạn định hướng nghiên cứu (ROFEM) được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

Mô hình giải tích

Khả năng chịu lực của bu lông chịu cắt và kéo, cũng như khả năng chịu lực của bản thép chịu ép mặt và chọc thủng được thiết kế theo Bảng 3.4, Chương 3.6.1 trong EN 1993-1-8:2006. T-stub tương đương chịu kéo, theo Chương 6.2.4, đã được Jaspart và cộng sự (2010) hiệu chỉnh, xem Hình 5.7.1 và Bảng 5.7.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Failure modes of T-stub with four bolts in a row: mode 1 (left), mode 2 (middle), mode 3 (right)}}}$$

Bảng 5.7.1 Các dạng phá hoại của T-stub với bốn bu lông theo hàng (Jaspart và cộng sự 2010)

Trong Bảng 5.7.1, 𝐹_t,Rd là khả năng chịu kéo của bu lông, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w là đường kính vòng đệm, hoặc chiều rộng qua các điểm của đầu bu lông hoặc đai ốc tùy theo trường hợp, 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ xem Hình 5.8.2, 𝑀_pl,1,Rd=0.25𝑙_eff,1𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑀_pl,2,Rd=0.25𝑙_eff,2𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑙_eff là chiều dài hiệu quả, 𝑡_f là chiều dày cánh, và 𝑓_y là giới hạn chảy, xem Hình 5.7.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.2 T-stub geometry with four bolts in a row}}}$$

Kiểm chứng và xác minh khả năng chịu lực

Khả năng chịu lực thiết kế được tính bằng CBFEM đã được so sánh với kết quả của mô hình giải tích (Zakouřil, 2019) và thực nghiệm với mô hình phần tử hữu hạn định hướng nghiên cứu (Samaan và cộng sự 2017), xem Hình 5.7.3. Kết quả được tổng hợp trong Hình 5.7.4. Bu lông cấp độ 8.8 và thép cấp S450 được sử dụng. Giới hạn chảy và giới hạn bền tương ứng chặt chẽ với các giá trị thực nghiệm, ví dụ giới hạn chảy của bu lông là 600 MPa, giới hạn bền của bu lông là 800 MPa.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Extended unstiffened end plate labeled ENS}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Flushed end plate labeled F}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Extended stiffened end plate labeled EX}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Tested specimens}}}$$

Khả năng chịu mô men uốn xác định bằng CBFEM thường nằm giữa khả năng chịu lực xác định bằng phương pháp cấu kiện và bằng thực nghiệm. Bảng 5.7.2 trình bày so sánh giữa khả năng chịu lực theo CM, CBFEM, ROFEM và thực nghiệm đối với các mẫu có chiều dày bản mã đầu dầm 20 mm và 32 mm. Cả phương pháp cấu kiện và CBFEM đều đánh giá thấp khả năng chịu lực của mẫu có bản mã đầu dầm bằng phẳng. 

Bảng 5.7.2 So sánh giữa CM, ROFEM, CBFEM và thực nghiệm

Bảng 5.7.3 và Hình 5.7.4 trình bày kiểm chứng CBFEM so với CM cho các mô hình ENS với chiều dày bản mã đầu dầm, đường kính bu lông và chiều cao dầm khác nhau

Bảng 5.7.3 Kiểm chứng CBFEM so với CM ENS

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.4 Verification of CBFEM to CM}}}$$

Kết quả của các nghiên cứu độ nhạy được tổng hợp trong các biểu đồ tại Hình 5.7.5, Hình 5.7.6, Hình 5.7.7 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.5 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.6 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.7 Sensitivity study for beam height}}}$$

Bảng 5.7.4 và Hình 5.7.8 trình bày kiểm chứng CBFEM so với CM cho các mô hình F với chiều dày bản mã đầu dầm và đường kính bu lông khác nhau 

Bảng 5.7.4 Kiểm chứng CBFEM so với CM F

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.8 Verification of CBFEM to CM}}}$$

Kết quả của các nghiên cứu độ nhạy được tổng hợp trong các biểu đồ tại Hình 5.7.9 và 5.7.10

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.9 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.10 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

Bảng 5.7.5 và Hình 5.7.11 trình bày kiểm chứng CBFEM so với CM cho các mô hình F với chiều dày bản mã đầu dầm và đường kính bu lông khác nhau 

Bảng 5.7.5 Kiểm chứng CBFEM so với CM EX

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.11 Verification of CBFEM to CM}}}$$

Kết quả của các nghiên cứu độ nhạy được tổng hợp trong các biểu đồ tại Hình 5.7.12 và 5.7.13. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.12 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.13 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

• Thép S450

Cột

• Tiết diện I cán nóng
• h = 390mm
• b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

Sườn tăng cứng cột

• t_s = 16mm

Dầm

• Tiết diện I cán nóng
• h_b = 340mm
• b_b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

Bản mã đầu dầm

• t_p = 20mm
• b_p = 350mm
• h_p= 540mm

Bu lông

• 4 hàng x 4 x M16 8.8
• Khoảng cách e₁ = 50 mm, p₁ = 120 mm, p₂ = 100mm, e₂= 50mm, w₁ = 75mm, w₂ = 100mm

Mối hàn

• a_w = 7mm

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu lực thiết kế F_Rd = 247 kN
• Cấu kiện tới hạn là các bu lông với lực được tăng lên do lực bẩy của bản mã đầu dầm

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.14 Benchmark example}}}$$