Boutverbinding - Interactie van afschuiving en trek

Beschrijving

Het doel van dit hoofdstuk is een verificatie van de component-based finite element method (CBFEM) voor de interactie van afschuiving en trek in een bout met een analytisch model (AM). Een ligger-op-ligger verbinding met kopplaten en twee rijen bouten is geselecteerd voor verificatie; zie Fig. 5.5.1. De buigstijfheid van de verbinding is hoog genoeg om als stijf te worden geclassificeerd.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Analytisch model

De boutcapaciteit bij interactie van afschuiving en trek wordt ontworpen volgens Tab. 3.4 in hoofdstuk 3.6.1 in EN 1993-1-8:2005. Er wordt een bilineaire relatie gebruikt. De geometrie en de kopplaatafmetingen van de verbinding zijn geselecteerd om de rekenwaarde van de weerstand van de verbinding te begrenzen door boutfalen. De rekenwaarde van de weerstand van het equivalente T-stuk op trek wordt gemodelleerd volgens Tab. 6.2 in hoofdstuk 6.2.4 in EN 1993‑1‑8:2005.

Verificatie van de weerstand

Parameters van het model zijn een boutdiameter en een liggerafmeting; zie Figs 5.5.2 tot 5.5.5. Afmetingen van de kopplaat en de boutafstanden worden aangepast om de verbindingsweerstand te begrenzen door boutfalen. De afschuif- en buigweerstand van de verbinding worden vergeleken bij belasting op boutfalen. De resultaten zijn samengevat in Tab. 5.5.1 en 5.5.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Tab. 5.5.1 Gevoeligheidsstudie voor weerstand met variatie van boutdiameter

Tab. 5.5.2 Gevoeligheidsstudie voor weerstand met variatie van de liggerafmeting

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

De resultaten van de gevoeligheidsstudies zijn samengevat in grafieken in Fig. 5.5.6 en 5.5.7. De resultaten tonen aan dat de verschillen tussen de twee berekeningsmethoden onder de 10 % liggen. Het analytische model geeft over het algemeen een hogere weerstand.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Benchmarkvoorbeeld

Invoer

Verbonden staven

• Staal S355
• Liggers HEA300
• Kopplaatdikte t_p = 40 mm
• Kopplaatafmetingen 300 × 330 mm

Bouten

• 4 × M24 8.8
• Afstanden e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Uitvoer

• Rekenwaarde van de buigweerstand M_Rd = 93 kNm
• Rekenwaarde van de afschuifweerstand V_Rd = 291 kN
• Bezwijkmodus is boutfalen bij interactie van afschuiving en trek