Parametrický model KP pro posouzení tuhých spojů s čelní deskou

Odborný článek

Posouzení tuhých spojů s čelní deskou je zvláště složité u čtyřřadých spojů a víceosých namáhání v ohybu, protože chybí oficiální metody posouzení.

Zde předkládaný model umožňuje posoudit přípoje při realistickém namáhání s nízkou časovou náročností. Pro ověření tohoto modelu podle DSTV směrnice pro typické ocelové přípoje [1] byl zvolen následující systém.

Systém

Typizovaný spoj: IH 2.1 A 26 20
Profil: HEA 260
Materiál: Ocel S235
Šrouby: M20 pevnostní třídy 10.9

Pro profilový nosník byl vytvořen model KP s plošnými prvky. Čelní deska je modelována pomocí ploch, které se následně spojí, aby se mezi nimi vytvořilo takzvané kontaktní těleso, které definuje přesné kontaktní vlastnosti mezi oběma plochami. V našem konkrétním případě se jedná o neúčinnost při svislém namáhání v tahu. Pro obě plochy čelní desky byla jako materiál zvolena rovněž ocel S235, ovšem s plastickým chováním. V plochách jsou modelovány otvory pro šrouby. Spojovací šrouby jsou zadány jako tahové pruty, zjednodušeně bez matice. Tahový prut má pouze podélnou tuhost E ⋅ A a je schopen přenášet pouze tahové síly. Na jeho koncích jsou umístěny momentové klouby. Šrouby jsou zjednodušeně připojeny několika tuhými pruty s koncovými klouby na příslušné čelní desce. Při zadání požadované velikosti šroubu se převezmou všechny parametry důležité pro výpočet (pevnostní třída 10.9). Lze tak do modelu zahrnout správnou natahovanou délku šroubu jako vzorec, abychom získali co nejpřesnější síly ve šroubech.

lb = 2 · tp + 2 · D + k2 + m2

tp tloušťka čelní desky [mm]
D tloušťka desky [mm]
k výška hlavy [mm]
m výška matice [mm]

Rovnice 1

Použití

Po otevření modelu lze průřez v navigátoru dat upravit. Model je přitom parametrizován pro nosníky HEA, HEB a HEM normované podle DIN EN 1025. Následně můžeme zobrazit parametry a zadat rozměry a tloušťku čelní desky. Poté zadáme velikost šroubů (M12, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36) a požadované vzdálenosti mezi nimi. Zároveň se upraví všechny parametry šroubu, které jsou důležité pro výpočty. Nakonec lze upravit zatížení.

Posouzení

Pro stanovení únosnosti spoje se bude uvažovat počáteční zatížení My 50 kNm a následně se bude zatížení postupně navyšovat. Poté lze vyhodnotit síly ve šroubech a plastická přetvoření. Maximální únosnost v tahu se přitom stanoví následovně.

Ft,Rd = k2 · fub · AsγM2Ft,Rd = 0,9 · 1.000 Nmm2 · 245 mm21,25 = 176,4 kN

k2 Součinitel pevnosti v tahu [-]
fub Pevnost materiálu vrutu v tahu [N/mm²]
[SCHOOL.CITY]s Průřez napětí [mm²]
γM2 Dílčí součinitel šroubu [-]

Vzorec 2

Vyhodnocení a porovnání

Při porovnání únosnosti v tahu se silami ve šroubech při modelování metodou konečných prvků zjistíme, že k selhání šroubů dochází, pokud se zatížení zvýší více než 2,1krát. Síly ve šroubech činí 175,43 kN při působícím momentu 105 kNm.

Ze součinu 2,1 ⋅ 50 kNm tak vyplývá únosnost přípoje 105 kNm.

Při vyhodnocení plastického přetvoření jsou maximální hodnoty stanoveny přibližně na 1%, čímž není překročeno dovolené mezní přetvoření 5% podle EC3. Navíc lze zobrazit stupně nelinearity a zjistit tak, kdy dochází k plastifikaci materiálu.

Z DSTV směrnice [1] lze vyvodit únosnost 112,9 kNm, což se jen nepatrně liší od vytvořeného modelu KP.

Tuto odchylku lze mimo jiné přičíst opomenutí svarů při modelování, čímž je tuhost vnější řady šroubů menší. Vnitřní šrouby jsou pak vystaveny většímu zatížení, a dříve tak dochází k jejich porušení.

V příloze navíc přikládáme také model spoje s čelní deskou s přesahem.

Klíčová slova

Spoj Čelní deska Parametry Směrnice DSTV

Literatura

[1]   Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8. Stahlbau Verlags- und Service GmbH, Düsseldorf, 2013.

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

Cena za první licenci
3 540,00 USD