Weryfikacje

Płyta do rury okrągłej

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Welds

Connection

Ten artykuł jest również dostępny w:

Przetłumaczone przez AI z języka angielskiego

Jest to wybrany rozdział z książki Component-based finite element design of steel connections autorstwa prof. Walda i in. Rozdział poświęcony jest weryfikacji połączenia płyty z rurą okrągłą.

Metoda trybów zniszczenia

Jednopłaszczyznowe spawane złącza typu T płyty z rurami okrągłymi (CHS), wyznaczone metodą CBFEM, są weryfikowane w tym rozdziale z metodą trybów zniszczenia (FMM). W metodzie CBFEM nośność obliczeniowa jest ograniczona przez osiągnięcie odkształcenia 5 % lub siły odpowiadającej deformacji złącza równej 3 % d₀, gdzie d₀ jest średnicą pasa. Metoda FMM opiera się na granicy obciążenia szczytowego lub granicy deformacji 3 % d₀; zob. Lu i in. (1994). Spoiny, zaprojektowane zgodnie z EN 1993‑1‑8:2006, nie są najsłabszymi składnikami złącza.

Uplastycznienie pasa

Nośność obliczeniowa czoła pasa CHS jest wyznaczana metodą FMM podaną w Rozdz. 9 prEN 1993-1-8:2020 oraz w ISO/FDIS 14346; zob. Rys. 7.3.1. Nośność obliczeniowa osiowo obciążonego spawanego złącza płyty z rurą CHS wynosi:

Złącze T

Poprzeczne

\[ N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5} \]

Podłużne

\[ N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5} \]

Złącze X

Poprzeczne

\[ N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5} \]

Podłużne

\[ N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5} \]

gdzie:

f_y,i – granica plastyczności elementu i (i = 0,1,2 lub 3)
t_i – grubość ścianki elementu CHS i (i = 0,1,2 lub 3)
\(\beta\) – stosunek średniej średnicy lub szerokości elementów krzyżulcowych do odpowiedniej wartości pasa
\(\eta\) – stosunek wysokości elementu krzyżulcowego do średnicy lub szerokości pasa
\(\gamma\) – stosunek szerokości lub średnicy pasa do podwojonej grubości jego ścianki
Q_f – współczynnik naprężeń w pasie
C_f – współczynnik materiałowy
\(\gamma_{M5}\) – częściowy współczynnik nośności złączy w kratownicach z rur
N_i,Rd – nośność obliczeniowa złącza wyrażona jako wewnętrzna siła osiowa w elemencie i (i = 0,1,2 lub 3)

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification}}}\]

Zakres stosowalności

Metoda CBFEM została zweryfikowana dla typowych złączy spawanych rur okrągłych. Zakres stosowalności dla tych złączy jest określony w Tabeli 7.8 prEN 1993-1-8:2020; zob. Tab. 7.3.1. Ten sam zakres stosowalności jest stosowany do modelu CBFEM. Poza zakresem stosowalności metody FMM należy przeprowadzić badanie doświadczalne w celu walidacji lub weryfikacji zgodnie z zatwierdzonym modelem badawczym.

Tab. 7.3.1 Zakres stosowalności metody trybów zniszczenia

Ogólne	\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)	\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)	\(-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
	\(g \ge t_1+t_2 \)	\(f_{yi} \le f_{y0} \)	\( t_i \le t_0 \)

Pas	Ściskanie	Klasa 1 lub 2 oraz \(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (lecz dla złączy X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
	Rozciąganie	\(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (lecz dla złączy X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
Płyta poprzeczna		\(0.25\le\beta=b_1/d_0\le1\)
Płyta podłużna		\(0.6\le\eta=h_1/d_0\le4 \)

Walidacja

W tym rozdziale metoda CBFEM jest walidowana z modelami FMM złączy T płyty z rurą CHS opisanymi w prEN 1993-1-8:2020. Modele są porównywane z danymi z badań mechanicznych w Tab. 7.3.2–7.3.3 z nośnością opartą na granicy deformacji. Właściwości materiałowe i geometryczne badań numerycznych opisano w (Voth A.P. i Packer A.J., 2010). Eksperymenty poza zakresem stosowalności są oznaczone w tabelach gwiazdką * i zaznaczone na wykresie w celu pokazania jakości warunków brzegowych.

Tab. 7.3.2 Właściwości geometryczne, właściwości materiałowe i nośności połączeń z badań doświadczalnych i modeli FMM dla poprzecznego złącza T

ID	Źródło	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPT 1	Washio i in. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio i in. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio i in. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth i in. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Typ krzyżulca	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Ściskanie	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Ściskanie	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Ściskanie	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Rozciąganie	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Właściwości geometryczne, właściwości materiałowe i nośności połączeń z badań doświadczalnych i modeli FMM dla podłużnego złącza T

ID	Źródło	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPL 1	Washio i in. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio i in. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth i in. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Typ krzyżulca	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Ściskanie	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Ściskanie	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Rozciąganie	20,49	8,75	2,34

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

Walidacja przedstawiona na Rys. 7.3.2 i 7.3.3 wykazuje, że różnice w stosunku do wyników badań wynoszą co najmniej 15 % i są generalnie po stronie bezpiecznej. Eksperymenty poza zakresem stosowalności są uwzględnione i oznaczone. Wyniki wskazują na dobrą jakość przyjętych warunków brzegowych.

Jednopłaszczyznowe złącze T płyty

Przegląd rozważanych przykładów w badaniu podano w Tab. 7.3.4. Wybrane przypadki obejmują szeroki zakres geometrycznych współczynników złącza. Geometria złączy z wymiarami jest pokazana na Rys. 7.3.4. Grubość płyty wynosi 15 mm we wszystkich przypadkach objętych niniejszym badaniem.

Tab. 7.3.4 Przegląd przykładów

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)}}}\]

Weryfikacja

Wyniki nośności i obliczeniowego trybu zniszczenia metody FMM są porównywane z wynikami CBFEM w Tab. 7.3.5 i na Rys. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Weryfikacja prognozowania nośności metodą CBFEM w odniesieniu do FMM a) orientacja poprzeczna b) orientacja podłużna

Badanie wykazuje dobrą zgodność dla zastosowanych przypadków obciążeń. Wyniki są zestawione na wykresach porównujących nośności obliczeniowe metody CBFEM i FMM; zob. Rys. 7.3.5. Wyniki pokazują, że różnica między dwiema metodami obliczeniowymi we wszystkich przypadkach jest mniejsza niż 7 %.