Verificarea componentelor îmbinării metalice (HKG)

Tensiunea echivalentă rezultantă (HMH, von Mises) și deformația plastică sunt calculate pe plăci. Când rezistența de curgere de calcul, $p_y$ (Cl. 3.1.2), pe diagrama bilineară a materialului este atinsă, se efectuează verificarea deformației plastice echivalente. Valoarea limită de 5 % este sugerată în Eurocode (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Note 1). Această valoare poate fi modificată în Code setup, dar studiile de verificare au fost efectuate pentru această valoare recomandată. 

Elementul de placă este împărțit în cinci straturi, iar comportamentul elastic/plastic este investigat în fiecare. Programul afișează cel mai defavorabil rezultat dintre toate.

Tensiunea poate fi puțin mai mare decât rezistența de curgere de calcul. Motivul este panta ușoară a ramului plastic al diagramei efort-deformație, care este utilizată în analiză pentru a îmbunătăți stabilitatea calculului.

$$p_y = \min \left \{ \frac{Y_s}{\gamma_{m1}}, \frac{U_s}{\gamma_{m2}} \right \}$$

unde:

• $p_y$ – rezistența de curgere de calcul
• $Y_s$ – rezistența caracteristică de curgere
• $U_s$ – rezistența minimă la întindere
• $\gamma_{m1}$ – factor de material (Tabelul 4.1); valoare implicită $\gamma_{m1} = 1$ editabilă în Code setup
• $\gamma_{m2}$ – factor de material (Tabelul 4.1); valoare implicită $\gamma_{m2} = 1.2$ editabilă în Code setup

Suduri cap la cap

Se presupune că sudurile cap la cap sunt cu penetrare completă, iar rezistența lor este considerată egală cu cea a metalului de bază – Cl. 9.2.5.2.1.

Suduri de colț

Sudurile de colț sunt proiectate prin metoda simplificată conform Cl. 9.2.5.1.6. 

$$f_w \le p_w$$

• $f_w = \sqrt{\sigma_\perp ^2 + \tau_\perp ^2 + \tau_\parallel ^2}$ – suma vectorială a tensiunilor în gâtul sudurii în toate direcțiile
• $p_w$ – rezistența de calcul a sudurii de colț determinată conform Tabelelor 9.2a și 9.2b; pentru cazurile neacoperite de Tabelele 9.2a și 9.2b:

  • $p_w = \min \{0.5 U_e, 0.55 U_s\}$ – pentru electrod EN utilizat cu oțel EN
  • $p_w = 0.38 \min \{U_e, U_s\}$ – pentru alte cazuri
• $U_e$ – rezistența minimă la întindere a electrodului
• $U_s$ – rezistența minimă la întindere

Lungimea efectivă a sudurii de colț este redusă cu $2\cdot s$ conform Cl. 9.2.5.1.3, unde $s$ este mărimea catetei sudurii de colț considerată egală cu $a\cdot \sqrt{2}$.

Tabelele 9.2a și 9.2b: Rezistențe de calcul $p_w$ [MPa]

Rezistența minimă implicită la întindere a electrodului $U_e$ [MPa]

Diagramele de sudură prezintă tensiunea conform formulei:

$$\sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 }$$

Buloane la întindere

Rezistența buloanelor la întindere este verificată conform Cl. 9.3.7.1 astfel:

$$P_t = A_s \cdot p_t$$

unde:

• $A_s$ – aria secțiunii transversale la întindere
• $p_t$ – rezistența la întindere obținută din Tabelul 9.8

Efectul de pârghie este luat în considerare prin analiza cu elemente finite.

Buloane la forfecare

Capacitatea de forfecare a buloanelor este luată conform Cl. 9.3.6.1.1 astfel:

$$P_s = p_s \cdot A_s$$

unde:

• $p_s$ – rezistența de calcul la forfecare obținută din Tabelul 9.5
• $A_s$ – aria efectivă la forfecare; $A_s = A_t$ dacă filetul este interceptat de planul de forfecare, altfel $A_s$ este luată ca aria secțiunii transversale a tijei
• $A_t$ – aria la întindere 

Conform Cl. 9.3.6.1.6, când un bulon trece printr-un pachet de plăci cu grosimea $t_{pa}$ mai mare de o treime din diametrul nominal $d$, capacitatea sa de forfecare $P_s$ trebuie redusă prin înmulțirea cu un factor de reducere $\beta_p$ obținut din:

$$\beta_p = \frac{9d}{8d+3t_{pa}} \le 1$$

Buloane la combinație de întindere și forfecare

Combinația de întindere și forfecare este verificată conform Cl. 9.3.8.1 astfel:

$$\frac{F_s}{P_s} + \frac{F_{tot}}{P_t} \le 1.4$$

unde:

• $F_s$ – forța de forfecare într-un bulon
• $P_s$ – rezistența la forfecare a unui bulon
• $F_{tot}$ – forța totală de întindere aplicată în bulon, inclusiv efectul de pârghie
• $P_t$ – rezistența la întindere a unui bulon

Buloane la presiune pe gaură

Capacitatea de presiune pe gaură a buloanelor este luată conform Cl. 9.3.6.1.2 astfel:

$$P_{bb} = d \cdot t_p \cdot p_{bb}$$

unde:

• $d$ – diametrul nominal al bulonului
• $t_p$ – grosimea plăcii îmbinate
• $p_{bb}$ – rezistența la presiune pe gaură a bulonului obținută din Tabelul 9.6

Fiecare placă este verificată separat și se afișează rezultatul cel mai defavorabil.

Capacitatea de presiune pe gaură a elementelor îmbinate este luată conform Cl. 9.3.6.1.3 ca minimul dintre următoarele:

$$P_{bs} = k_{bs} \cdot d \cdot t_p \cdot p_{bs}$$

$$P_{bs} = 0.5 \cdot k_{bs} \cdot e \cdot t_p \cdot p_{bs}$$

$$P_{bs} = 1.5 \cdot l_c \cdot t_p \cdot U_s \le 2.0 \cdot d \cdot t_p \cdot U_b$$

unde:

• $k_{bs}$ – coeficientul găurii, luat ca

  • pentru găuri standard $k_{bs} = 1.0$
  • pentru găuri supradimensionate și fante scurte $k_{bs} = 0.7$
  • pentru fante lungi $k_{bs} = 0.5$
• $d$ – diametrul nominal al bulonului
• $t_p$ – grosimea plăcii îmbinate
• $p_{bs}$ – rezistența la presiune pe gaură a elementelor îmbinate

  • pentru oțel de clasă S275, $p_{bs} = 460$ MPa
  • pentru oțel de clasă S355, $p_{bs} = 550$ MPa
  • pentru oțel de clasă S460, $p_{bs} = 670$ MPa
  • pentru oțel de alte clase, $p_{bs} = 0.67 (U_s+Y_s)$
• $e$ – distanța la margine în direcția forței de forfecare, măsurată de la axa bulonului
• $l_c$ – distanța netă dintre marginea de presiune a găurilor și marginea apropiată a găurii adiacente în aceeași direcție de transfer al forței
• $U_s$ – rezistența minimă la întindere a plăcii îmbinate
• $Y_s$ – limita de curgere caracteristică a plăcii îmbinate
• $U_b$ – rezistența minimă specificată la întindere a bulonului

Capacitate la forfecare

Capacitatea la forfecare a buloanelor pretensionate este determinată conform Cl. 9.3.6.2 astfel:

$$P_{SL} = 0.9 \cdot K_s \cdot \mu \cdot P_0$$

unde:

• $K_s$ – coeficientul găurii, luat ca

  • pentru găuri standard $K_s = 1.0$
  • pentru găuri supradimensionate $K_s = 0.85$
  • pentru găuri alungite $K_s = 0.7$
• $\mu$ – factorul de alunecare între piesele îmbinate din Tabelul 9.7; editabil în Configurarea codului
• $P_0$ – sarcina minimă de probă a buloanelor specificată în standardele internaționale sau locale relevante

Combinație de întindere și forfecare

Combinația de întindere și forfecare este verificată conform Cl. 9.3.8.2 astfel:

$$\frac{F_s}{P_{SL}}+\frac{F_{tot}}{0.9\cdot P_0} \le 1.0$$

unde:

• $F_s$ – forța de forfecare într-un bulon
• $P_{SL}$ – rezistența la alunecare a unui bulon pretensionat
• $F_{tot}$ – întinderea totală aplicată în bulon, inclusiv efectul de pârghie
• $P_0$ – sarcina minimă de probă specificată a unui bulon pretensionat

Beton la compresiune locală

Betonul la compresiune locală este verificat conform CoP – SUoS – Cl. 9.4.1 astfel:

$$\sigma \le w$$

unde:

• $\sigma$ – tensiunea medie de compresiune pe suprafața efectivă $A_{eff}$, care reprezintă intersecția a două suprafețe:

  • $A_{CM}$ – suprafața efectivă determinată conform Cl. 9.4.1 pentru compresiune pură
  • $A_{FEM}$ – suprafața de sub placa de bază în contact cu betonul, determinată prin analiza cu Metoda Elementelor Finite
• $w = 0.6 f_{cu}$ – rezistența la compresiune a betonului la sarcini concentrate 
• $f_{cu}$ – rezistența caracteristică minimă la compresiune a betonului

Suprafața efectivă $A_{CM}$ este suprafața elementului de oțel, inclusiv elementele de rigidizare sudate la placa de bază, mărită cu suprapunerea $c$:

$$c = t_p \sqrt{\frac{p_{yp}}{3w}}$$

unde:

• $t_p$ – grosimea plăcii de bază
• $p_{yp}$ – rezistența de curgere de calcul a plăcii de bază

Presiunea din zona comprimată este considerată uniformă.

Transferul forței tăietoare

Se presupune că forța tăietoare la nivelul plăcii de bază este transferată de la stâlp la fundația de beton prin:

1. Frecare între placa de bază și beton/mortar de nivelare
2. Pivot de forfecare
3. Buloane de ancorare

Ancore

Forțele de întindere din ancore includ efectul de pârghie și sunt determinate prin analiza cu elemente finite.

Ancorele nu sunt verificate în software.

Buloane

Distanța minimă dintre buloane este conform Cl. 9.3.1.1: Distanța de la centru la centru a buloanelor trebuie să fie mai mare decât $2.5 \cdot d$, unde $d$ este diametrul nominal al bulonului.

Distanța minimă față de margine, măsurată de la axa bulonului, este conform Tabelului 9.3:

Suduri

Dimensiunea minimă a catetei sudurilor de colț este verificată conform Tabelului 9.1.

Proiectarea la capacitate nu este impusă de standardele din Hong Kong.

Rosturile sunt clasificate în funcție de rigiditatea rostului în:

• Rigid – rosturi cu modificare nesemnificativă a unghiurilor inițiale dintre elemente,
• Semi-rigid – rosturi care se presupune că au capacitatea de a furniza un grad cunoscut și fiabil de încastrare la încovoiere,
• Articulat – rosturi care nu dezvoltă momente încovoietoare.

Rosturile sunt clasificate conform EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2.

• Rigid – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b$
• Semi-rigid – $0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b$
• Articulat – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5$

unde:

• S_j,ini – rigiditatea inițială a rostului; rigiditatea rostului se consideră liniară până la 2/3 din M_j,Rd
• L_b – lungimea teoretică a elementului analizat; se setează în proprietățile elementului
• E – modulul de elasticitate Young
• I_b – momentul de inerție al elementului analizat
• k_b = 8 pentru cadre în care sistemul de contravântuire reduce deplasarea orizontală cu cel puțin 80 %; k_b = 25 pentru alte cadre, cu condiția că în fiecare nivel K_b/K_c ≥ 0.1. Valoarea k_b = 25 este utilizată dacă utilizatorul nu setează „sistem contravântuit" în configurarea codului.
• M_j,Rd – rezistența de calcul la moment a rostului
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c