受拉空心杆件端板连接按照CIDECT方法按照有限元模型进行设计

该示例在[1]中描述。 按照DIN EN 1993‑1‑8第6.2节进行的设计适用于I和H形截面，在这种情况下则不适用。 因此，使用在[2]中描述的CIDECT方法和有限元模型。

结构体系

型钢: HE-A 180
端板： t_p = 35毫米
材料: 钢材S355符合DIN EN 1993-1-1中表3.1
Schrauben: M 30x85-10.9/10-HV

端板尺寸

面的厚度和荷载

该有限元模型是通过面单元，螺栓单元单元和实体来表示两个端板的接触。 为接触实体定义了非线性。 端板的材料模型选择“二维/三维各向同性塑性”（需要RF-MAT NL附加模块）。 该材料模型显示了弹性区内各向同性的材料特性。 塑性区是根据von Mises的变形假设的屈服和定义的等效应力为35.5 kN/cm²的屈服强度。

内力

由内力计算得出的下弦杆主导设计力N_Ed = 1,491.5 kN（拉力）。 如果将它转换为空心截面的截面（中线），那么线荷载为221.660 kN/m。

设计

设计应包括端板极限状态的局部设计和计算一个螺栓的荷载（包括接触力）。

• 端板的承载力

  端板受弯时的承载力按照公式8.6使用CIDECT方法计算：

  $${\mathrm{N}}_{\mathrm{Rd}} = \frac{{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}}^2 · (1 \mathrm{\delta } · {\mathrm{\alpha }}_1) · \mathrm{n}}{\mathrm{K} · {\mathrm{\gamma }}_{\mathrm{M}2}}$$

  公式 1

  使用公式8.5
  

  $${\mathrm{\alpha }}_1 = \left(\frac{\mathrm{K} · {\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{Rd}}}{{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}}^2} - 1\right) · \left(\frac{{\mathrm{a}}_{\mathrm{eff}} {\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{2}}}{\mathrm{\delta } · ({\mathrm{a}}_{\mathrm{eff}} \mathrm{b} {\mathrm{t}}_0}\right) = 0,88$$

  公式 2

  结果是：

  $${\mathrm{N}}_{\mathrm{Rd}} = \frac{35 {\mathrm{mm}}^2 · (1 0,63 · 0,88) · 6}{5,92 {\displaystyle \frac{\mathrm{mm}²}{\mathrm{kN}}} · 1,25} = 1.543 \mathrm{kN}$$

  公式 3

  因此得出的比率为：

  $$\mathrm{\eta } = \frac{{\mathrm{N}}_{\mathrm{Ed}}}{{\mathrm{N}}_{\mathrm{Rd}}} = \frac{1.491,5 \mathrm{kN}}{1.543,9 \mathrm{kN}} = 0,966 < 1,0$$

  公式 4

  使用附加模块RF-STEEL Surfaces对有限元模型中的端板应力进行评估。

  

  RF-STEEL Surfaces根据von Mises假设的端板应力分析

• 螺栓抗力

  对于螺栓设计，必须确定包括接触力在内的阻力。 按照上述公式8.7，使用CIDECT方法进行计算：

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{ED}} = {\mathrm{P}}_{\mathrm{f}} · \left(1 \frac{\mathrm{b}\text{'}}{\mathrm{a}\text{'}} · \frac{\mathrm{\delta } · {\mathrm{\alpha }}_2}{1 \mathrm{\delta } · {\mathrm{\alpha }}_2}\right)$$

  公式 5

  使用公式8.9

  $${\mathrm{\alpha }}_2 = \left(\frac{\mathrm{K} · {\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{Rd}}}{{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}}^2} - 1\right) · \frac{1}{\mathrm{\delta }} = 1,53$$

  公式 6

  结果是：

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{ED}} = 248,6 · \left(1 \frac{43}{60} · \frac{0,63 · 1,53}{1 0,63 · 1,53}\right) = 335 \mathrm{kN}$$

  公式 7

  因此得出的比率为：

  $$\mathrm{\eta }=\frac{{\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{Ed}}}{{\mathrm{F}}_{\mathrm{t},\mathrm{Rd}}} = \frac{335 \mathrm{kN}}{403,6 \mathrm{kN}} = 0,83 < 1,0$$

  公式 8

  在FEA模型中对杆件内力N的分析得出在中间螺栓的最大螺栓力为343 kN，因此比分析结果略大。

  

  螺栓力F，t，Ed（包括接触力）e = 45毫米

  在[2]中设计准则的有效性与顶板连接的外部螺栓轴线不位于中空截面拐角之外的事实相关。 [2]中的图8.5中的图8.5中的8.5并未显示螺栓的轴线，而是显示了螺栓孔的空心截面尺寸。

  边缘距离增加到e = 55 mm，导致螺栓力重新分配到外部螺栓，并且在过程上均匀分布。

  

  螺栓力F，t，Ed（包括接触力）e = 55毫米