Analytický model
Tato studie přejímá návrhová kritéria stanovená v EN 1993-1-8 pro posouzení únosnosti šroubu (smykové a tahové) a únosnosti desky (ložisko a protlačení), přičemž využívá formulace limitních stavů uvedené v Tabulce 3.4.
Návrhová únosnost ekvivalentního T-průřezu se posuzuje nezávisle pro čelní desku a pásnici sloupu. Pro každou složku je rozhodující návrhová únosnost, FT,Rd, definována jako minimální hodnota odvozená ze tří možných mechanismů selhání.
Jednotlivá únosnost pro každý typ se vypočítá na základě plastického momentu únosnosti pásnice (Mpl,1,Rd a Mpl,2,Rd) a tahové únosnosti skupiny šroubů (∑Ft,Rd). Tyto typy zohledňují úplné zplastizování pásnice (Typ 1), selhání šroubu spojené se zplastizováním pásnice (Typ 2) a čistý lom šroubu (Typ 3).
Typy porušení:
Momenty plastické únosnosti:
Geometrické detaily spoje nosník-sloup
V souladu se standardní stavební praxí byly všechny nosníky a sloupy vyrobeny z oceli S355, Q690 a Q960, zatímco čelní desky používaly vyšší pevnostní třídy Q690 a Q960. Geometrické konfigurace, včetně uspořádání čelní desky a skupin šroubů, jsou znázorněny na Obr. 2 a 3 a v odpovídající matici experimentálních zkoušek.
Vzorek JD1 (S355) používal průřez sloupu HEM 300. Pro posouzení hierarchie slabý sloup/silný nosník byl použit jednotný průřez nosníku HEA 320 spolu s čelními deskami z oceli S690 o tloušťce 10 mm. JD2 byl vyroben z oceli Q690 a JD3 z oceli Q960. Průřezy nosníku a sloupu byly H300×180×10×12 a H340×200×10×12 pro JD2 a H250×180×10×12 a H300×200×10×12 pro JD3. Byly použity šrouby M24 pevnostní třídy 8.8 a M27 pevnostní třídy 10.9.
Diskuse
Řešení Ocelové přípoje v RFEM
Tato studie představuje experimentální a numerický výzkum výkonnosti konstrukce tří rozšířených ocelových přípojů nosník-sloup s čelní deskou z vysokopevnostní oceli.
Experimentální program byl rozšířen o cílenou charakterizaci T-průřezu a vysoce přesnou metodu konečných prvků (MKP). Návrh přípoje byl plně integrován do primárního statického modelu pomocí přídavného modulu Ocelové přípoje pro RFEM 6, založeného na MKP. Po validaci na základě experimentálních dat a ověření v souladu s rámcem Eurokódu 3 (EC3) byly MKP modely použity k získání podrobného vhledu do lokalizované mechaniky deformace. Obr. 4 a 5 a Tabulky 1 a 2 uvádějí porovnání momentové únosnosti a tuhosti napříč experimenty, modulem Ocelové přípoje v RFEM a EC3, zatímco Tabulka 3 shrnuje pozorované typy porušení.
| Vzorky | Experiment | Ocelové přípoje v RFEM | EC-3 | EC-3/RFEM |
|---|---|---|---|---|
| JD1 | 188.00 | 199.60 | 184.00 | 0.92 |
| JD2 | 313.89 | 310.26 | 292.03 | 0.94 |
| JD3 | 267.82 | 263.25 | 280.40 | 1.07 |
| Vzorky | Experiment | Ocelové přípoje v RFEM | EC-3 | EC-3/RFEM |
|---|---|---|---|---|
| JD1 | 19.90 | 10.00 | 34.30 | 1.72 |
| JD2 | 26.27 | 29.00 | 68.82 | 2.37 |
| JD3 | 17.36 | 20.60 | 47.46 | 2.30 |
| Vzorky | EC-3 | Ocelové přípoje v RFEM | Experiment |
|---|---|---|---|
| JD1 | Čelní deska a šroub | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 |
| JD2 | Čelní deska a šroub | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 |
| JD3 | Čelní deska a šroub | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 | Čelní deska a šrouby řada 1 & 2 |
Závěry
Tři šroubové přípoje s čelní deskou (JD1–JD3) byly studovány porovnáním experimentů s modelem Ocelové přípoje v RFEM a ručním výpočtem podle EC-3. Z hlediska momentové únosnosti se všechny tři metody dobře shodovaly. RFEM se těsně shodoval s výsledky zkoušek (v rozmezí přibližně 6 %) a EC-3 poskytl bezpečné, mírně konzervativní hodnoty. Na EC-3 se lze proto spolehnout pro návrh na únosnost.
Hlavní rozdíl byl v počáteční tuhosti. RFEM poskytl rozumné hodnoty, ale EC-3 výrazně nadhodnotil tuhost každého přípoje — zhruba 1,7 až 2,7 násobek naměřených hodnot. Tuhost podle EC-3 by se proto měla používat s opatrností, zejména při posuzování použitelnosti a průhybů.
Pokud jde o typy porušení, RFEM správně předpověděl to, co bylo pozorováno při zkouškách (plastizace čelní desky se selháním obou řad šroubů), zatímco EC-3 předpověděl jednodušší typ porušení jednoho šroubu. Stručně řečeno, RFEM je spolehlivým nástrojem pro predikci únosnosti, tuhosti a typu porušení přípojů a může snížit potřebu provádění zkoušek. EC-3 je bezpečný pro pevnost, ale má tendenci nadhodnocovat tuhost.