Acél kapcsolat elemeinek ellenőrzése (IS 800)

Lemezek tervezési ellenőrzése az indiai szabvány szerint

Az eredő ekvivalens feszültség (HMH, von Mises) és a plasztikus alakváltozás a lemezeken kerül kiszámításra. Amikor a kétvonalas anyagdiagramon eléri a tervezési folyáshatárt, \( f_y / \gamma_{m0} \) (IS:800, Cl. 5.4.1), elvégzik az ekvivalens plasztikus alakváltozás ellenőrzését. Az 5%-os határértéket az Eurocode javasolja (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Note 1). Ez az érték módosítható a Kódbeállításokban, de az ellenőrző tanulmányok erre az ajánlott értékre készültek. 

A lemezelemek 5 rétegre vannak osztva, és mindegyikükben megvizsgálják a rugalmas/plasztikus viselkedést. A program a legrosszabb eredményt mutatja.

A feszültség kissé magasabb lehet a tervezési folyáshatárnál. Ennek oka a feszültség-alakváltozás diagram plasztikus ágának enyhe meredeksége, amelyet az elemzés során a számítás stabilitásának javítása érdekében alkalmaznak.

Hegesztések szabványellenőrzése az indiai szabványok szerint

Tompahegesztések

A teljes behatolású tompahegesztések ellenőrzése nem kerül elvégzésre, mivel feltételezzük, hogy ugyanolyan ellenállással rendelkeznek, mint a profil, feltéve, hogy a tompahegesztés alapanyaga jobb minőségű, mint a profilé (IS 800:2007, 10.5.7.1.2).

Sarokhegesztések

A sarokhegesztések ellenőrzése az IS 800, Cl. 10.5.10.1.1 szerint történik:

\[ f_e = \sqrt{f_a^2 + 3q^2} \le f_{wd} = \frac{f_u}{\sqrt{3} \gamma_{mw}} \]

ahol:

• \( f_e \) – egyenértékű feszültség a hegesztésben
• \( f_a \) – normálfeszültségek, nyomás vagy húzás, tengelyirányú erőből vagy hajlítónyomatékból
• \( q \) – nyírófeszültség nyíróerőből vagy húzásból
• \( f_{wd} \) – sarokhegesztés méretezési szilárdsága
• \( f_u \) – a hegesztőanyag vagy az alapanyag kisebb szakítószilárdsága; a hegesztőelektróda szakítószilárdsága feltételezhetően jobb, mint az alapanyagé
• \( \gamma_{mw} \) – hegesztések részleges biztonsági tényezője – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban

A hegesztési diagramok a következő képlet szerinti feszültséget mutatják:

\[ \sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 } \]

Csavarok szabványellenőrzése az indiai szabvány szerint

Csavarok nyírási kapacitása

A csavar tervezési szilárdsága, \(V_{dsb}\), a nyírási szilárdság által meghatározva az IS 800, Cl. 10.3.3 szerint:

\[ V_{sb} \le V_{dsb} \]

ahol:

• \(V_{dsb} = V_{nsb}/\gamma_{mb}\) – egy csavar tervezési nyírási kapacitása
• \(V_{nsb} = \frac{f_{ub}}{\sqrt{3}} A_e\) – egy csavar névleges nyírási kapacitása
• \(f_{ub}\) – a csavar végső húzószilárdsága;
• \(A_e\) – a nyírással szembeni ellenállás területe; \(A_e = A_n\) ha a nyírási sík meneteket metsz, \(A_e = A_s\) ha a menetek nem fordulnak elő a nyírási síkban
• \(A_n\) – a csavar nettó húzófeszültségi területe
• \(A_s\) – keresztmetszeti terület a szárnál
• \(\gamma_{mb} = 1.25\) – részleges biztonsági tényező csavarokhoz – palástnyomásos típus – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban

Ha a csavarok fogási hossza \(l_g\) (egyenlő az összekötött lemezek teljes vastagságával) nagyobb, mint \(5d\), a tervezési nyírási kapacitás \(V_{dsb}\) egy \(\beta_{lg}\) tényezővel csökken – IS 800, Cl. 10.3.3.2:

\[ \beta_{lg} = \frac{8}{3+l_g/d}  \]

Az IS 800, Cl. 10.3.3.3 szerint a nyírást tömítőlemezen keresztül átvivő csavarok tervezési nyírási kapacitását, amelynek vastagsága \(t_{pk} \ge 6\) mm, egy tényezővel kell csökkenteni:

\[ \beta_{pk} = (1-0.0125 t_{pk}) \]

Minden nyírási síkot külön ellenőriznek, és a legrosszabb eredmény kerül megjelenítésre.

Csavarok palástnyomási kapacitása

Egy csavar tervezési palástnyomási szilárdsága bármely lemezen, a palástnyomás által meghatározva az IS 800, Cl. 10.3.4 szerint:

\[ V_{sb} \le V_{dpb} \]

ahol:

• \(V_{dpb} = V_{npb} / \gamma_{mb}\) – egy csavar tervezési palástnyomási szilárdsága
• \(V_{npb} = 2.5 k_b d t f_u\) – egy csavar névleges palástnyomási szilárdsága
• \(k_b = \min \left \{ \frac{e}{3d_0}, \, \frac{p}{3d_0}-0.25, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right \}\) – a kapcsolat geometriájáraés anyagszilárdsági tényező
• \(e\) – a kötőelem végső távolsága a palástnyomás irányában
• \(p\) – a kötőelem osztástávolsága a palástnyomás irányában
• \(f_{ub}\) – a csavar végső húzószilárdsága
• \(f_u\) – a lemez végső húzószilárdsága
• \(d\) – a csavar névleges átmérője
• \(d_0\) – a csavarlyuk átmérője
• \(t\) – lemezvastagság
• \(\gamma_{mb} = 1.25\) – részleges biztonsági tényező csavarokhoz – palástnyomásos típus – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban

Minden lemezen a palástnyomást külön ellenőrzik, és a legrosszabb eredmény kerül megjelenítésre.

A palástnyomási ellenállás túlméretezett és hornyolt lyukak esetén egy tényezővel csökken:

• 0.7 – túlméretezett és rövid hornyolt lyukak esetén
• 0.5 – hosszú hornyolt lyukak esetén

A túlméretezett, rövid hornyolt és hosszú hornyolt lyukak méreteit az IS 800, 19. táblázat szerint határozzák meg.

Csavarok húzási kapacitása

A szorzott húzóerőnek kitett csavart az IS 800, Cl. 10.3.5 szerint ellenőrzik:

\[ T_b \le T_{db} \]

ahol:

• \(T_{db} = T_{nb} / \gamma_{mb}\) – a csavar tervezési húzási kapacitása
• \(T_{nb} = \min \{ 0.9 f_{ub} A_n, \, f_{yb} A_s (\gamma_{mb} / \gamma_{m0}) \}\) – a csavar névleges húzási kapacitása
• \(f_{ub}\) – a csavar végső húzószilárdsága
• \(f_{yb}\) – a csavar folyáshatára
• \(A_n\) – a csavar nettó húzófeszültségi területe
• \(A_s\) – keresztmetszeti terület a szárnál
• \(\gamma_{mb} = 1.25\) – részleges biztonsági tényező csavarokhoz – palástnyomásos típus – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban
• \(\gamma_{m0} = 1.1\) – részleges biztonsági tényező a folyás által meghatározott ellenálláshoz – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban

Kombinált nyírásnak és húzásnak kitett csavar

Az egyidejűleg tervezési nyíróerőnek és tervezési húzóerőnek ellenálló csavarnak az IS 800, Cl. 10.3.6 szerint teljesítenie kell:

\[ \left( \frac{V_{sb}}{V_{db}} \right)^2 + \left( \frac{T_{b}}{T_{db}} \right)^2 \le 1.0 \]

ahol:

• \(V_{sb}\) – szorzott nyíróerő
• \(V_{db} = \min \{ V_{dsb}, \, V_{dpb} \}\) – a csavar tervezési nyírási ellenállása – IS 800, Cl. 10.3.2
• \(V_{dsb}\) – tervezési nyírási ellenállás
• \(V_{dpb}\) – tervezési palástnyomási ellenállás
• \(T_b\) – szorzott húzóerő
• \(T_{db}\) – a csavar tervezési húzási kapacitása

Előfeszített csavarok szabványellenőrzése indiai szabványok szerint

Csúszási ellenállás

Az előfeszített csavar csúszási ellenállása az IS 800, Cl. 10.4.3 szerint kerül ellenőrzésre:

\[ V_{sf} \le V_{dsf} \]

ahol:

• \(V_{dsf} = V_{nsf} / \gamma_{mf}\) – egy csavar méretezési nyírási kapacitása, amelyet a súrlódásos típusú kapcsolat csúszása határoz meg
• \(V_{nsf} = \mu_f n_e K_h F_0\) – egy csavar névleges nyírási kapacitása, amelyet a súrlódásos típusú kapcsolat csúszása határoz meg
• \(\mu_f\) – súrlódási együttható (csúszási tényező) az IS 800, 20. táblázat szerint; a Kódbeállításban szerkeszthető
• \(n_e = 1\) – a csúszással szemben súrlódási ellenállást nyújtó hatékony érintkezési felületek száma; minden nyírási síkot külön ellenőriznek
• \(K_h\) – csavarlyukak tényezője; \(K_h = 1.0\) szabványos lyukakban lévő kötőelemek esetén, \(K_h = 0.85\) túlméretezett és rövid hornyolt lyukakban lévő kötőelemek esetén, \(K_h = 0.7\) hosszú hornyolt lyukakban lévő kötőelemek esetén
• \(\gamma_{mf}\) – csavarok részleges biztonsági tényezője – súrlódásos típus – IS 800, 5. táblázat, \(\gamma_{mf}=1.10\) ha a csúszási ellenállást üzemi terhelésre méretezik, \(\gamma_{mf}= 1.25\) ha a csúszási ellenállást végső terhelésre méretezik; a Kódbeállításban szerkeszthető
• \(F_0 = A_n f_0\) – minimális csavar-előfeszítési erő (próbaterhelés) beépítéskor
• \(A_n\) – a csavar nettó húzási feszültségi keresztmetszete
• \(f_0 = 0.7 f_{ub}\) – próbafeszültség

A csúszás utáni kapacitást (IS 800, Cl. 10.4.4) a csavar típusának súrlódásosról nyomásosra való váltásával kell ellenőrizni – húzás/nyírás kölcsönhatás a végső terhelési méretezési kapacitáshoz.

Csavarok húzási kapacitása

A szorzott húzóerőnek kitett csavar az IS 800, Cl. 10.3.5 szerint kerül ellenőrzésre:

\[ T_f \le T_{df} \]

ahol:

• \(T_{df} = T_{nf} / \gamma_{mf}\) – a súrlódásos csavar méretezési húzási kapacitása
• \(T_{nf} = \min \{ 0.9 f_{ub} A_n, \, f_{yb} A_s (\gamma_{mf} / \gamma_{m0}) \}\) – a súrlódásos csavar névleges húzási kapacitása
• \(f_{ub}\) – a csavar végső húzási szilárdsága
• \(f_{yb}\) – a csavar folyáshatára
• \(A_n\) – a csavar nettó húzási feszültségi keresztmetszete
• \(A_s\) – keresztmetszeti terület a szárnál
• \(\gamma_{mf}\) – csavarok részleges biztonsági tényezője – súrlódásos típus – IS 800, 5. táblázat, \(\gamma_{mf}=1.10\) ha a csúszási ellenállást üzemi terhelésre méretezik, \(\gamma_{mf}= 1.25\) ha a csúszási ellenállást végső terhelésre méretezik; a Kódbeállításban szerkeszthető
• \(\gamma_{m0} = 1.1\) – részleges biztonsági tényező a folyás által meghatározott ellenálláshoz – IS 800, 5. táblázat; a Kódbeállításban szerkeszthető

A feszítő erők végeselem-módszerrel kerülnek meghatározásra, és bele vannak foglalva a húzóerőbe.

Kombinált nyírásnak és húzásnak kitett súrlódásos csavar

Az a csavar, amelynek egyidejűleg kell ellenállnia mind a méretezési nyíróerőnek, mind a méretezési húzóerőnek, az IS 800, Cl. 10.3.6 szerint kell teljesítenie:

\[ \left( \frac{V_{sf}}{V_{df}} \right)^2 + \left( \frac{T_{f}}{T_{df}} \right)^2 \le 1.0 \]

ahol:

• \(V_{sf}\) – alkalmazott szorzott nyírás méretezési terhelésnél
• \(V_{df}\) – méretezési nyírási szilárdság
• \(T_f\) – külsőleg alkalmazott szorzott húzás méretezési terhelésnél
• \(T_{df}\) – méretezési húzási szilárdság

Betonblokk szabványellenőrzése indiai szabványok szerint

Beton nyomásban

A beton nyomásban való ellenőrzésére két lehetőség áll rendelkezésre:

1.  IS 800, Cl. 7.4 szerint
2.  IS 456, Cl. 34.4 szerint

Beton nyomásban ellenőrizve IS 800, Cl. 7.4 szerint

A maximális nyomási feszültség nem haladhatja meg a \(0.6 f_{ck}\) értékkel egyenlő nyomási szilárdságot, ahol \(f_{ck}\) a beton jellemző kockaszilárdsága. A habarcs szilárdsága feltételezetten magasabb, mint a betonalapozásé. A Cl. 7.4.3.1 megadja az oszloptalpak minimális vastagságának képletét:

\[ t_s = \sqrt{2.5 w c^2 \gamma_{m0} / f_y} > t_f \]

ahol:

•  \(w\) – egyenletes nyomás alulról a talplemezre a tényezős terhelési axiális nyomóerő alatt
•  \(c\) – az oszloptalplemez átfedése az oszlopon
•  \(f_y\) – az oszloptalplemez folyáshatára
•  \(t_f\) – az oszlop övlemezének vastagsága
•  \(\gamma_{m0} = 1.1\) – a folyás által meghatározott ellenállás részleges biztonsági tényezője – IS 800, 5. táblázat; szerkeszthető a Kódbeállításokban

A képlet átírható az átfedés meghatározásához azzal a feltételezéssel, hogy \(w = 0.6 f_{ck}\):

\[ c = t_s \sqrt{\frac{f_y}{1.5 f_{ck} \gamma_{m0}}} \]

Az \(A_{c,eff}\) terület az oszlop (merevítőkkel együtt) keresztmetszetének a talplemezzel való metszéspontját \(c\) átfedéssel eltolva határozza meg. Egy másik terület, \(A_{FEM,eff}\) a talplemez és a betonalapozás (habarcs) közötti érintkezési területet határozza meg végeselem-módszerrel. A nyomóerőknek ellenálló terület, \(A_{eff}\) e két terület, \(A_{c,eff}\) és \(A_{FEM,eff}\) metszéspontja. A \(0.6 f_{ck}\) nyomási szilárdságot ezen az \(A_{eff}\) területen feltételezik a végső határállapotnál.

A beton nyomásban való ellenőrzése feszültségek formájában történik:

\[ \sigma_c \le w \]

ahol:

•  \(\sigma_c = \frac{N_c}{A_{eff}}\) – átlagos nyomási feszültség a talplemez alatt
•  \(N_c\) – nyomóerő
•  \(w = 0.6 f_{ck}\) – a beton nyomási ellenállása

Beton nyomásban ellenőrizve IS 456, Cl. 34.4 szerint

A maximális nyomási feszültség nem haladhatja meg a \(0.45 f_{ck} \cdot \min \left \{ \sqrt{\frac{A_1}{A_2}}, \, 2 \right \} \) értékkel egyenlő nyomási szilárdságot, ahol:

•  \(f_{ck}\) – a beton jellemző kockaszilárdsága; a habarcs szilárdsága feltételezetten magasabb, mint a betonalapozásé
•  \(A_1\) – az alátámasztási terület, amelyet a legnagyobb, az alapban teljesen elhelyezkedő gúla vagy kúp csonk alsó alapjának területeként kell venni, amelynek felső alapja a ténylegesen terhelt terület, és amelynek oldaldőlése egy függőleges két vízszinteshez
•  \(A_2\) – végeselem-módszerrel meghatározott nyomási terület (egyenlő \(A_{FEM,eff}\)-vel)

A beton nyomásban való ellenőrzése feszültségek formájában történik:

\[ \sigma_c \le w \]

ahol:

•  \(\sigma_c = \frac{N_c}{A_{2}}\) – átlagos nyomási feszültség a talplemez alatt
•  \(N_c\) – nyomóerő
•  \(w = 0.45 f_{ck} \cdot \min \left \{ \sqrt{\frac{A_1}{A_2}}, \, 2 \right \}\) – a beton nyomási ellenállása

Nyírás átadása

A talplemezen ható nyíróerő feltételezetten az oszlopból a betonalapozásba az alábbiak útján adódik át:

1. Súrlódás a talplemez és a beton/habarcs között
2. Nyírófog
3. Horgonycsavarok

Csavarok és hegesztések részletezése az Indiai Szabvány szerint

Csavarok

A csavar minimális távolsága az IS 800, Cl. 10.2.2 szerint: A csavarok tengelyétől tengelyéig mért távolságnak nagyobbnak kell lennie, mint \(2.5 \cdot d\), ahol \(d\) a névleges csavarátmérő.

A csavar tengelyvonalától mért minimális vég- és peremtávolságokat az IS 800, Cl. 10.2.4 szerint \(1.5 \cdot d_0\) értékként kell figyelembe venni, ahol \(d_0\) az IS 800, 19. táblázat szerinti szabványos furatátmérő.

A csavarok szorítási hosszát az IS 800, Cl. 10.3.3.2 szerint \(8d\) értékre kell korlátozni.

Hegesztések

A hegesztések minimális méretét az IS 800, 21. táblázat szerint kell ellenőrizni:

Megjegyzés: a hegesztési méret torokvastagságnak \(\sqrt{2}\)-vel szorozva értendő.

Oszloptalplemez

Az oszloptalplemez vastagságának nagyobbnak kell lennie az oszlop övlemezének vastagságánál az IS 800, Cl. 7.4.3.1 szerint.

Kapacitástervezés az indiai szabvány szerint

A képlékeny csukló a disszipációs elemben várható megjelenni, és a csomópont összes nem disszipációs elemének biztonságosan kell átvinnie az erőket a disszipációs elemben bekövetkező folyás miatt. A disszipációs elem általában egy gerenda a nyomatékálló keretben. A biztonsági tényezőt nem alkalmazzák a disszipációs elemekre:

Két tényezőt rendelnek a disszipációs elemhez:

• \(\gamma_{ov}\) – túlszilárdság tényező – IS 800, Cl. 12; az ajánlott érték \(\gamma_{ov} = 1.2\); anyagokban szerkeszthető
• \(\gamma_{sh}\) – deformációs keményedési tényező; az ajánlott érték \(\gamma_{sh} = 1.0\); műveletben szerkeszthető

A disszipációs elem megnövelt szilárdsága lehetővé teszi olyan terhelések bevitelét, amelyek a képlékeny csukló megjelenését okozzák a disszipációs elemben. Nyomatékálló keret és gerenda mint disszipációs elem esetén a gerendát \(M_{y,Ed} = \gamma_{ov} \gamma_{sh} f_y W_{pl,y}\) terheléssel és a megfelelő nyíróerővel \(V_{z,Ed} = -2 M_{y,Ed} / L_h\) kell terhelni, ahol:

• \(f_y\) – jellemző folyáshatár
• \(W_{pl,y}\) – képlékeny keresztmetszeti modulus
• \(L_h\) – a képlékeny csuklók közötti távolság a gerendán

Aszimmetrikus csomópont esetén a gerendát mind sagging, mind hogging hajlítónyomatékkal és a megfelelő nyíróerőkkel kell terhelni.

A disszipációs elemek lemezei ki vannak zárva az ellenőrzésből.

Merevség szerinti osztályozás az indiai szabvány szerint

A csukló-k merevségük alapján kerülnek osztályozásra:

• Merev – csukló-k, amelyeknél az elemek közötti eredeti szögek elhanyagolható mértékben változnak,
• Félmerev – csukló-k, amelyek feltételezhetően megbízható és ismert mértékű hajlítási kényszert biztosítanak,
• Csuklós – csukló-k, amelyek nem fejlesztenek hajlítónyomatékot.

A csukló-k osztályozása az EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2 szerint történik.

• Merev – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
• Félmerev – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
• Csuklós – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)

ahol:

• S_j,ini – a csukló kezdeti merevsége; a csukló merevsége lineárisnak tekinthető az M_j,Rd 2/3-áig
• L_b – az elemzett szerkezeti elem elméleti hossza; az elem tulajdonságaiban adható meg
• E – Young-féle rugalmassági modulus
• I_b – az elemzett szerkezeti elem tehetetlenségi nyomatéka
• k_b = 8 olyan kereteknél, ahol a merevítő rendszer legalább 80%-kal csökkenti a vízszintes elmozdulást; k_b = 25 egyéb kereteknél, feltéve, hogy minden szinten K_b/K_c ≥ 0.1. A k_b = 25 értéket kell alkalmazni, kivéve ha a felhasználó a Szabványbeállításokban „merevített rendszer"-t állít be.
• M_j,Rd – a csukló méretezési nyomatéki teherbírása
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c