Liên kết T đơn phẳng giữa thanh giằng RHS và thanh cánh H/I

Mô tả

Liên kết T đơn phẳng giữa thanh giằng tiết diện rỗng chữ nhật (RHS) và thanh cánh tiết diện hở trong một dàn phẳng được nghiên cứu. Thanh giằng RHS được hàn trực tiếp lên thanh cánh H hoặc I (tiết diện hở) mà không sử dụng bản gia cường. Dự đoán bằng phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) được kiểm tra xác nhận với phương pháp dạng phá hoại (FM) được áp dụng trong EN 1993-1-8:2005.

Mô hình giải tích

Ba dạng phá hoại xảy ra trong liên kết T đơn phẳng giữa tiết diện rỗng chữ nhật hàn với tiết diện hở: chảy dẻo cục bộ của thanh giằng (gọi là phá hoại thanh giằng), phá hoại bụng thanh cánh, và cắt thanh cánh. Tất cả các dạng phá hoại này đều được xem xét trong nghiên cứu này; xem Hình 7.4.1. Mối hàn được thiết kế để không phải là cấu kiện yếu nhất trong nút liên kết theo EN 1993-1-8:2005. Các cấu kiện của dàn phẳng chịu lực dọc và mô men uốn. Điểm đặt lực của nội lực trong liên kết T được mô tả như sau:

Thanh cánh H/I chịu lực dọc trục

Lực dọc trong thanh cánh bên phải và bên trái của liên kết T tác dụng theo phương trục dọc của thanh cánh.

Thanh cánh H/I chịu uốn

Mô men uốn bên phải và bên trái của liên kết T trong mặt phẳng liên kết T được xét trong thanh cánh, và các mô men uốn này quay quanh một trong các trục trong mặt phẳng tiết diện ngang của thanh cánh để quay trong mặt phẳng liên kết T.

Thanh giằng RHS chịu lực dọc trục

Lực dọc trong thanh giằng của liên kết T tác dụng theo phương trục dọc của thanh giằng.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Major failure modes a) chord web failure, b) chord shear (in case of gap), c) brace failure}}}$$

Khả năng chịu lực của bụng thanh cánh được xác định theo phương pháp nêu trong mục 7.6 của EN 1993-1-8:2005, được mô tả trong (Wardenier et al., 2010). Ứng suất từ thanh giằng được truyền qua cánh của thanh cánh đến vùng hữu hiệu của bụng thanh cánh. Vùng này nằm trong bụng thanh cánh tại điểm mà thành thanh giằng giao với bụng thanh cánh. Khả năng chịu lực dọc thiết kế của nút liên kết là giá trị nhỏ nhất trong các khả năng chịu lực thiết kế:

Phá hoại bụng thanh cánh

$$N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Cắt thanh cánh

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Phá hoại thanh giằng

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

trong đó

$$p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

và $A_\mathrm{v}$ là diện tích chịu cắt hữu hiệu.

Khả năng chịu mô men uốn thiết kế của nút liên kết là giá trị nhỏ nhất trong các khả năng chịu lực thiết kế:

Phá hoại bụng thanh cánh

$$M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Phá hoại thanh giằng

$$M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

trong đó

$$b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)$$

$$b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

Tổng quan về các ví dụ được xét chịu lực dọc trục được mô tả trong Bảng 7.4.1. Tổng quan về các ví dụ được xét chịu mô men uốn được mô tả trong Bảng 7.4.2. Hình học của nút liên kết với các kích thước được thể hiện trong Hình 7.4.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Joint geometry with dimensions}}}$$

Bảng 7.4.1 Các ví dụ về nút liên kết chịu lực dọc trục 

Bảng 7.4.2 Các ví dụ về nút liên kết chịu mô men uốn trong mặt phẳng

Kiểm tra xác nhận khả năng chịu lực

Nghiên cứu tập trung vào so sánh các dạng phá hoại và dự đoán khả năng chịu lực thiết kế. Kết quả được trình bày trong Bảng 7.4.3 và 7.4.4.

Bảng 7.4.3 So sánh CBFEM và FM cho lực dọc trục trong thanh giằng

Bảng 7.4.4 So sánh CBFEM và FM cho mô men uốn trong mặt phẳng trong thanh giằng

Nghiên cứu độ nhạy cho thấy sự phù hợp tốt cho tất cả các trường hợp tải trọng được áp dụng. Trong phương pháp CBFEM, việc làm tròn thành của tiết diện hở được đơn giản hóa, điều này mang lại ước tính thiên về an toàn của ứng suất trong thanh chéo được liên kết và giả định về khả năng chịu lực đến 15%. Để minh họa độ chính xác của mô hình CBFEM, kết quả của các nghiên cứu tham số được tổng hợp trong biểu đồ so sánh khả năng chịu lực thiết kế theo CBFEM và FM; xem Hình 7.4.3.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verification of CBFEM to FM for axial force and bending moment in the brace}}}$$

Phạm vi áp dụng

Phạm vi áp dụng, trong đó CBFEM được kiểm tra xác nhận cho liên kết T giữa tiết diện rỗng chữ nhật và tiết diện hở, được xác định trong Bảng 7.20 của EN 1993-1-8:2005, xem Bảng 7.4.5. Trong trường hợp áp dụng mô hình CBFEM ngoài phạm vi áp dụng của FM, cần chuẩn bị kiểm định với thí nghiệm hoặc kiểm tra xác nhận với mô hình nghiên cứu đã được kiểm định để xác nhận chất lượng dự đoán.

Bảng 7.4.5 Phạm vi áp dụng của liên kết T

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Thanh cánh
• Thép S235
• IPN280

Thanh giằng
• Thép S235
• RHS 140×80×10

Kích thước lưới
• 16 phần tử trên bụng lớn nhất của cấu kiện rỗng chữ nhật

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu lực thiết kế khi nén/kéo F_c,Rd = 457 kN (Cần lưu ý rằng khả năng chịu lực được tính toán sử dụng chức năng "Dừng tại biến dạng giới hạn". Do đó, khả năng chịu lực CBFEM thực tế có thể cao hơn một chút.)

• Dạng phá hoại là chảy dẻo thanh cánh

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Benchmark example for chord IPE270 and brace RHS 140×80×10}}}$$