Analytisches Modell
Diese Studie verwendet die in EN 1993-1-8 festgelegten Bemessungskriterien zur Bewertung des Schraubenwiderstands (Abscheren und Zug) und des Plattenwiderstands (Lochleibung und Durchstanzen) unter Verwendung der in Tabelle 3.4 angegebenen Grenzzustandsformulierungen.
Die Tragfähigkeit des äquivalenten T-Stummels wird unabhängig für die Stirnplatten- und die Stützenflanschkomponente bewertet. Für jede Komponente wird die maßgebende Tragfähigkeit FT,Rd als der Minimalwert aus drei potenziellen Versagensmechanismen definiert.
Der individuelle Widerstand für jeden Mechanismus wird basierend auf der plastischen Momententragfähigkeit des Flansches (Mpl,1,Rd und Mpl,2,Rd) und der Zugtragfähigkeit der Schraubengruppe (∑Ft,Rd) berechnet. Diese Mechanismen berücksichtigen vollständiges Flanschfließen (Mechanismus 1), Schraubenversagen in Kombination mit Flanschfließen (Mechanismus 2) und reines Schraubenversagen (Mechanismus 3).
Versagensmechanismen:
Plastische Widerstandsmomente:
Geometrische Details des Träger-Stützen-Anschlusses
In Übereinstimmung mit der üblichen Baupraxis wurden alle Träger- und Stützenprofile aus den Stählen S355, Q690 und Q960 gefertigt, während für die Stirnplatten die höherfesten Güten Q690 und Q960 verwendet wurden. Die geometrischen Konfigurationen, einschließlich der Anordnung der Stirnplatten und Schraubengruppen, sind in Abbildung 2 & 3 und der zugehörigen experimentellen Versuchsmatrix dargestellt.
Prüfkörper JD1 (S355) verwendete ein HEM 300 Stützenprofil. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit einer schwache-Stütze/starker-Träger-Hierarchie wurde ein einheitliches HEA 320 Trägerprofil zusammen mit 10 mm dicken S690 Stirnplatten beibehalten. JD2 wurde aus Q690 Stahl und JD3 aus Q960 Stahl gefertigt. Die Träger- und Stützenprofile waren H300×180×10×12 und H340×200×10×12 für JD2 sowie H250×180×10×12 und H300×200×10×12 für JD3. Es wurden Schrauben M24 der Festigkeitsklasse 8.8 und M27 der Festigkeitsklasse 10.9 verwendet.
Diskussion
Stahlanschlüsse für RFEM Lösung
Diese Studie präsentiert eine experimentelle und numerische Untersuchung des Tragverhaltens von drei auskragenden hochfesten Stahl-Stirnplatten-Träger-Stützen-Anschlüssen.
Das experimentelle Programm wurde durch gezielte T-Stummel-Charakterisierung und hochgenaue Finite-Elemente-(FE)-Analysen ergänzt. Die Anschlussbemessung wurde mithilfe des FE-basierten Add-Ons Stahlanschlüsse für RFEM 6 vollständig in das primäre Tragwerksmodell integriert. Nach der Validierung anhand der experimentellen Daten und der Verifizierung im Rahmen des Eurocode 3 (EC3) wurden die FE-Modelle verwendet, um detaillierte Einblicke in die lokalen Verformungsmechanismen zu gewinnen. Die Abbildungen 4 und 5 sowie die Tabellen 1 und 2 zeigen den Vergleich der Momententragfähigkeit und Steifigkeit zwischen den Versuchsergebnissen, dem Modul Stahlanschlüsse in RFEM und EC3, während Tabelle 3 die beobachteten Versagensmodi zusammenfasst.
| Prüfkörper | Experiment | Stahlanschlüsse in 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 |
| Prüfkörper | Experiment | Stahlanschlüsse in 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 |
| Prüfkörper | EC-3 | Stahlanschlüsse in RFEM | Experiment |
|---|---|---|---|
| JD1 | Stirnplatte und Schraube | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 |
| JD2 | Stirnplatte und Schraube | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 |
| JD3 | Stirnplatte und Schraube | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 | Stirnplatte und Schraubenreihe 1 & 2 |
Schlussfolgerungen
Drei geschraubte Stirnplattenanschlüsse (JD1–JD3) wurden durch den Vergleich von Experimenten mit dem RFEM Stahlanschlüsse-Modell und der EC-3-Handberechnung untersucht. Hinsichtlich der Momententragfähigkeit stimmten alle drei Methoden gut überein. RFEM bildete die Versuchsergebnisse genau ab (innerhalb von etwa 6 %), und EC-3 lieferte sichere, etwas konservative Werte. Daher kann EC-3 für die Festigkeitsbemessung als vertrauenswürdig angesehen werden.
Der Hauptunterschied lag in der Anfangssteifigkeit. RFEM lieferte plausible Werte, aber EC-3 überschätzte die Steifigkeit jedes Anschlusses erheblich – näherungsweise um das 1,7- bis 2,7-Fache der gemessenen Werte. Die EC-3-Steifigkeit sollte daher mit Vorsicht verwendet werden, insbesondere bei Gebrauchstauglichkeits- und Verformungsnachweisen.
Hinsichtlich der Versagensmodi sagte RFEM korrekt voraus, was in den Versuchen beobachtet wurde (Stirnplattenfließen mit Versagen beider Schraubenreihen), während EC-3 einen einfacheren Einzelschrauben-Modus vorhersagte. Kurz gesagt ist RFEM ein zuverlässiges Werkzeug zur Vorhersage von Anschlusswiderstand, Steifigkeit und Versagen und kann den Prüfaufwand reduzieren. EC-3 ist für die Festigkeit sicher, neigt jedoch dazu, die Steifigkeit zu überschätzen.