SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

Plaat naar cirkelvormig koker profiel

Dit artikel is ook beschikbaar in

Dit is een geselecteerd hoofdstuk uit het boek Component-based finite element design of steel connections van prof. Wald et al. Het hoofdstuk is gericht op de verificatie van de verbinding van een plaat met een cirkelvormig koker profiel.

Bezwijkmodus methode

Uniplanaire gelaste plaat naar cirkelvormige koker profiel T-verbindingen voorspeld door CBFEM worden in dit hoofdstuk geverifieerd met de FMM. In CBFEM wordt de rekenwaarde van de weerstand begrensd door het bereiken van 5 % rek of een kracht overeenkomend met 3 % d 0 verbindingsvervorming, waarbij d 0 de kokerdiameter is. De FMM is gebaseerd op de piekbelastingslimiet of de 3 % d 0 vervormingslimiet; zie Lu et al. (1994). De lassen, ontworpen volgens EN 1993‑1‑8:2006, zijn niet de zwakste componenten in de verbinding.

Plastificering van de koker

De rekenwaarde van de weerstand van een CHS kokerflens wordt bepaald met de methode uit het FMM-model in Hfst. 9 van prEN 1993-1-8:2020 en in ISO/FDIS 14346; zie Fig. 7.3.1. De rekenwaarde van de weerstand van de axiaal belaste gelaste plaat naar CHS verbinding is:

T-verbinding

Dwars

N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5}

Langs

N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5}

X-verbinding

Dwars

N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5}

Langs

N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5}

waarbij:

$f y,i - vloeigrens van staaf i (i = 0,1,2 of 3)$
$t i - wanddikte van CHS staaf i (i = 0,1,2 of 3)$
$\beta$
$\eta$
$\gamma$
$Q f - koker spanningsfactor$
$C f - materiaalfactor$
$\gamma_{M5}$
$N i,Rd - rekenwaarde van de weerstand van een verbinding uitgedrukt in termen van de inwendige normaalkracht in staaf i (i = 0,1,2 of 3)$

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Onderzochte bezwijkmodus - plastificering van de koker}}}

Geldigheidsgebied

CBFEM is geverifieerd voor typische verbindingen van gelaste cirkelvormige koker profielen. Het geldigheidsgebied voor deze verbindingen is gedefinieerd in Tabel 7.8 van prEN 1993-1-8:2020; zie Tab. 7.3.1. Hetzelfde geldigheidsgebied wordt toegepast op het CBFEM-model. Buiten het geldigheidsgebied van de FMM dient een experiment te worden uitgevoerd voor validatie, of een verificatie te worden uitgevoerd conform een gevalideerd onderzoeksmodel.

Tab. 7.3.1 Geldigheidsgebied voor de bezwijkmodusmethode

Algemeen	$0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0$	$\theta_i \ge 30^{\circ}$	$-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25$
	$g \ge t_1+t_2$	$f_{yi} \le f_{y0}$	$t_i \le t_0$

Koker	Druk	Klasse 1 of 2 en $10 \le d_0 / t_0 \le 50$ (maar voor X-verbindingen: $d_0/t_0 \le 40$ )
	Trek	$10 \le d_0 / t_0 \le 50$ (maar voor X-verbindingen: $d_0/t_0 \le 40$ )
Dwarse plaat		$0.25\le\beta=b_1/d_0\le1$
Langse plaat		$0.6\le\eta=h_1/d_0\le4$

Validatie

In dit hoofdstuk wordt CBFEM gevalideerd aan de hand van de FMM-modellen voor plaat naar CHS T-verbindingen beschreven in prEN 1993-1-8:2020. De modellen worden vergeleken met gegevens uit mechanische proeven in Tab. 7.3.2-7.3.3 met weerstand gebaseerd op de vervormingslimiet. Materiaal- en geometrische eigenschappen van de numerieke proeven zijn beschreven in (Voth A.P. en Packer A.J., 2010). De experimenten buiten het geldigheidsgebied zijn in de tabellen gemarkeerd met een ster * en in de grafiek aangegeven om de kwaliteit van de randvoorwaarden te tonen.

Tab. 7.3.2 Geometrische eigenschappen, materiaaleigenschappen en weerstanden van verbindingen uit experimenten en FMM-modellen voor dwarse T-verbinding

ID	Referentie	d₀[mm]	t₀[mm]	h₁[mm]	h₁/d₀[-]	d₀/t₀[-]	f_y0[MPa]
TPT 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio et al. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp[kN]	Tak type	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Druk	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Druk	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Druk	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Trek	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Geometrische eigenschappen, materiaaleigenschappen en weerstanden van verbindingen uit experimenten en FMM-modellen voor langse T-verbinding

ID	Referentie	d₀[mm]	t₀[mm]	h₁[mm]	h₁/d₀[-]	d₀/t₀[-]	f_y0[MPa]
TPL 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp[kN]	Tak type	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Druk	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Druk	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Trek	20,49	8,75	2,34

\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validatie van FMM aan mechanische experimenten voor dwarse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (links) en langse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (rechts)}}}

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validatie van FMM aan mechanische experimenten voor dwarse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (links) en langse T-type plaat-naar-CHS verbindingen (rechts)}}}

De validatie weergegeven in Fig. 7.3.2 en 7.3.3 toont aan dat de afwijkingen ten opzichte van de experimenten over het algemeen ten minste 15 % aan de veilige kant liggen. De experimenten buiten het geldigheidsgebied zijn opgenomen en gemarkeerd. De resultaten geven de goede kwaliteit van de gekozen randvoorwaarden aan.

Uniplanaire plaat T-verbinding

Een overzicht van de beschouwde voorbeelden in de studie is gegeven in Tab. 7.3.4. De geselecteerde gevallen bestrijken een breed scala aan geometrische verhoudingen van de verbinding. De geometrie van de verbindingen met afmetingen is weergegeven in Fig. 7.3.4. De plaatdikte bedraagt 15 mm in alle gevallen die in deze studie worden behandeld.

Tab. 7.3.4 Overzicht van voorbeelden

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Afmetingen van plaat naar CHS T-verbinding, dwars (links) en langs (rechts)}}}

Verificatie

De resultaten van de weerstand en de maatgevende bezwijkmodus van de FMM worden vergeleken met de resultaten van CBFEM in Tab. 7.3.5 en in Fig. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Verificatie van de voorspelling van weerstanden door CBFEM op FMM a) dwarse oriëntatie b) langse oriëntatie

De studie toont een goede overeenkomst voor de toegepaste belastinggevallen. De resultaten zijn samengevat in diagrammen die de rekenwaarden van de weerstand van CBFEM en FMM vergelijken; zie Fig. 7.3.5. De resultaten tonen aan dat het verschil tussen de twee berekeningsmethoden in alle gevallen minder dan 7 % bedraagt.

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.5 Verificatie van CBFEM aan FMM voor de uniplanaire plaat naar CHS T-verbinding}}}

Rekenvoorbeeld

Invoer

Koker

$Staal S355$
$Profiel CHS219.1/5,0$

Diagonaalstaaf

$Staal S355$
$Plaat 95/15 mm$
$Hoek tussen de diagonaalstaaf en de koker 90° (dwars)$

Las

$Stompe las rondom de diagonaalstaaf$

Belasting

$Door kracht op de diagonaalstaaf in druk$

Meshgrootte

$64 elementen langs het oppervlak van het cirkelvormige koker profiel$

Uitvoer

$De rekenwaarde van de weerstand in druk is N Rd = 45,2 kN$
$De maatgevende bezwijkmodus is doorstansen$

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.6 Randvoorwaarden voor de uniplanaire plaat naar CHS T-verbinding}}}

Openen in Viewer Downloaden