Połączenie na podwójny łącznik na kątownik

Typ połączenia: Połączenie na podwójny łącznik na kątownik

System jednostek: Metryczny

Zaprojektowano zgodnie z: AS 4100

Sprawdzono: Śruby, metal podstawowy

Materiał blachy: Grade 300

Śruby: M20 Grade 8.8

Przykład zaczerpnięty z: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Rozdział 9.4.1.1

Geometria

Belka UB 406×178×60 jest połączona z słupem UC 254×254×89 za pomocą dwóch kątowników L100×6.

Wybrano śruby M20 klasy 8.8 z rozstawem 70 mm.

Obciążenie przyłożone

Belka jest obciążona siłą poprzeczną 190 kN. Dla zachowania bezpieczeństwa, przy projektowaniu śrub w środniku belki, siła poprzeczna powinna być przyłożona w miejscu lica słupa, tak aby grupa śrub była obciążona również momentem gnącym – wybierz siły w pozycji 130 mm. Przy projektowaniu kątowników i grupy śrub przy licu słupa, siła poprzeczna powinna być przyłożona w środku ciężkości śrub w środniku belki – wybierz siły w śrubach.

Porównanie obliczeń ręcznych z IDEA StatiCa

Jako obliczenia ręczne przyjęto wyniki z: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Rozdział 9.4.1.1.

Połączenie środnika belki

Grupa śrub jest obciążona siłą poprzeczną 190 kN oraz momentem gnącym wynikającym z odległości między przyłożonym obciążeniem przy licu słupa a środkiem ciężkości grupy śrub w środniku belki, 190 kN × 65 mm = 12,35 kNm. Maksymalna siła w śrubie została obliczona jako 71,1 kN. Wyniki IDEA przedstawiono na poniższym rysunku. Strzałki pokazują reakcję blachy na siłę w śrubie.

Maksymalna siła występuje w śrubie B4; każda płaszczyzna ścinania przenosi 36,3 kN, tj. cała śruba przenosi 2 × 36,3 = 72,6 kN, co jest zbliżone do wyników obliczeń ręcznych.

Nośności śrub obliczane są według wzorów z AS 4100, dzięki czemu wyniki są w pełni zgodne, np. sprawdzenie nośności śruby na ścinanie (każda płaszczyzna ścinania jest sprawdzana oddzielnie):

Nośności na wyrwanie w obliczeniach ręcznych rozkładają siłę poprzeczną na składowe skierowane bezpośrednio ku krawędzi łącznika. Natomiast IDEA StatiCa stosuje kierunek wektora w formule. Dla każdej śruby pokazane jest tylko najbardziej miarodajne sprawdzenie.

Śruby w IDEA StatiCa są obciążone również niewielkimi siłami rozciągającymi wynikającymi z odkształcenia blach. Siły te są pomijane w obliczeniach ręcznych.

Połączenie z półką słupa

Przy sprawdzaniu śrub przy półce słupa, siła jest przyłożona w środku ciężkości śrub w środniku belki. Śruby są obciążone znaczną siłą rozciągającą, która jest również decydująca dla odkształcenia kątowników. Odkształcenie plastyczne przedstawiono na poniższym rysunku. Graniczne odkształcenie plastyczne wynosi 5 % zgodnie z normą europejską EN 1993-1-5.

Maksymalna siła rozciągająca występuje w górnym rzędzie śrub, B8 i B12. Należy zwrócić uwagę na zmniejszenie sił poprzecznych w śrubach B1–B4, które są obciążone wyłącznie siłą poprzeczną bez momentu gnącego. Siły poprzeczne w śrubach B5–B12 są wyższe niż według obliczeń ręcznych: V_f* = 190 / 8 = 23,75 kN. Różnica ta wynika ze znacznego odkształcenia kątowników, które powoduje również pochylenie sił poprzecznych.

Obliczeniowa nośność złącza

Rezerwę nośności można ocenić za pomocą analizy obliczeniowej nośności złącza. Ze względu na uplastycznienie kątowników rezerwa jest niewielka. Złącze ulegnie zniszczeniu przy współczynniku obciążenia 103,4 %, tj. przy sile poprzecznej V_f* = 196,5 kN.

Sztywność

Sztywność połączenia można wyznaczyć, ustawiając typ analizy na „Sztywność", wskazując belkę jako analizowany element oraz podając właściwą „Długość teoretyczną" analizowanego elementu (zazwyczaj rozpiętość belki, od osi do osi słupów). Oprogramowanie oblicza sieczną sztywność przy zadanym obciążeniu oraz sztywność początkową przy 2/3 M_j,Rd, do której zakłada się liniowy wykres moment–obrót. Złącze jest klasyfikowane na podstawie sztywności początkowej S_j,ini.

Wnioski

IDEA StatiCa Connection daje wyniki zbliżone do obliczeń ręcznych. Wymaga oceny inżynierskiej przy określaniu położenia obciążenia poprzecznego, jednak wszystkie sprawdzenia są wykonywane szybko i automatycznie. Siły w śrubach są uzależnione od odkształcenia blach, a różnica może być znaczna w przypadku uplastycznienia blach. Z tego powodu siły działające na elementy składowe są na ogół wyższe niż według obliczeń ręcznych przy założeniu małych odkształceń.