SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

Placă la secțiune tubulară circulară

Acest articol este disponibil și în

Tradus automat din engleză

Acesta este un capitol selectat din cartea Component-based finite element design of steel connections de prof. Wald et al. Capitolul este axat pe verificarea îmbinării dintre o placă și o secțiune tubulară circulară.

Metoda modului de cedare

Îmbinările T uniplanare sudate placă-secțiune tubulară circulară, estimate prin CBFEM, sunt verificate față de FMM în acest capitol. În CBFEM, rezistența de calcul este limitată prin atingerea unei deformații de 5 % sau a unei forțe corespunzătoare unei deformații de 3 % d 0 a îmbinării, unde d 0 este diametrul tălpii. FMM se bazează pe limita de sarcină maximă sau pe limita de deformație de 3 % d 0; a se vedea Lu et al. (1994). Sudurile, proiectate conform EN 1993‑1‑8:2006, nu sunt componentele cele mai slabe ale îmbinării.

Plastificarea tălpii

Rezistența de calcul a feței tălpii CHS este determinată folosind metoda dată de modelul FMM din Cap. 9 al prEN 1993-1-8:2020 și din ISO/FDIS 14346; a se vedea Fig. 7.3.1. Rezistența de calcul a îmbinării sudate placă-CHS încărcate axial este:

Îmbinare T

Transversală

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

Longitudinală

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

Îmbinare X

Transversală

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

Longitudinală

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

unde:

$f y,i - limita de curgere a elementului i (i = 0,1,2 sau 3)$
$t i - grosimea peretelui elementului CHS i (i = 0,1,2 sau 3)$
$\beta$
$\eta$
$\gamma$
$Q f - factorul de tensiune al tălpii$
$C f - factorul de material$
$\gamma_{M5}$
$N i,Rd - rezistența de calcul a unei îmbinări exprimată în termenii forței axiale interioare din elementul i (i = 0,1,2 sau 3)$

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Modul de cedare examinat - plastificarea tălpii}}}

Domeniu de valabilitate

CBFEM a fost verificat pentru îmbinări tipice ale secțiunilor tubulare circulare sudate. Domeniul de valabilitate pentru aceste îmbinări este definit în Tabelul 7.8 din prEN 1993-1-8:2020; a se vedea Tab. 7.3.1. Același domeniu de valabilitate se aplică modelului CBFEM. În afara domeniului de valabilitate al FMM, trebuie pregătit un experiment pentru validare sau efectuată o verificare conform unui model de cercetare validat.

Tab. 7.3.1 Domeniu de valabilitate pentru metoda modurilor de cedare

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

Talpă	Compresiune	Clasa 1 sau 2 și $10 \le d_0 / t_0 \le 50$ (dar pentru îmbinări X: $d_0/t_0 \le 40$ )
	Întindere	$10 \le d_0 / t_0 \le 50$ (dar pentru îmbinări X: $d_0/t_0 \le 40$ )
Placă transversală		$0.25\le\beta=b_1/d_0\le1$
Placă longitudinală		$0.6\le\eta=h_1/d_0\le4$

Validare

În acest capitol, CBFEM este validat față de modelele FMM ale îmbinărilor T placă-CHS descrise în prEN 1993-1-8:2020. Modelele sunt comparate cu datele din testele mecanice din Tab. 7.3.2-7.3.3, cu rezistența bazată pe limita de deformație. Proprietățile de material și geometrice ale testelor numerice sunt descrise în (Voth A.P. și Packer A.J., 2010). Experimentele în afara domeniului de valabilitate sunt marcate în tabele cu asterisk * și indicate în grafic pentru a arăta calitatea condițiilor la limită.

Tab. 7.3.2 Proprietăți geometrice, proprietăți de material și rezistențele îmbinărilor din experimente și modele FMM pentru îmbinarea T transversală

ID	Referință	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]	Tip ramură	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Compresiune	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Compresiune	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Compresiune	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Întindere	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Proprietăți geometrice, proprietăți de material și rezistențele îmbinărilor din experimente și modele FMM pentru îmbinarea T longitudinală

ID	Referință	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]	Tip ramură	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Compresiune	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Compresiune	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Întindere	20,49	8,75	2,34

\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validarea FMM față de experimentele mecanice pentru îmbinări T transversale placă-CHS (stânga) și pentru îmbinări T longitudinale placă-CHS (dreapta)}}}

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validarea FMM față de experimentele mecanice pentru îmbinări T transversale placă-CHS (stânga) și îmbinări T longitudinale placă-CHS (dreapta)}}}

Validarea prezentată în Fig. 7.3.2 și 7.3.3 demonstrează că diferențele față de experimente sunt de cel puțin 15 % în general, pe partea sigură. Experimentele în afara domeniului de valabilitate sunt incluse și marcate. Rezultatele indică calitatea bună a condițiilor la limită alese.

Îmbinare T uniplanară placă

O prezentare generală a exemplelor considerate în studiu este dată în Tab. 7.3.4. Cazurile selectate acoperă o gamă largă de rapoarte geometrice ale îmbinărilor. Geometria îmbinărilor cu dimensiuni este prezentată în Fig. 7.3.4. Grosimea plăcii este de 15 mm în toate cazurile acoperite în acest studiu.

Tab. 7.3.4 Prezentare generală a exemplelor

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensiunile îmbinării T placă-CHS, transversală (stânga) și longitudinală (dreapta)}}}

Verificare

Rezultatele rezistenței și ale modului de cedare de calcul din FMM sunt comparate cu rezultatele CBFEM în Tab. 7.3.5 și în Fig. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Verificarea predicției rezistențelor prin CBFEM față de FMM a) orientare transversală b) orientare longitudinală

Studiul arată o concordanță bună pentru cazurile de încărcare aplicate. Rezultatele sunt rezumate în diagrame care compară rezistențele de calcul ale CBFEM și FMM; a se vedea Fig. 7.3.5. Rezultatele arată că diferența dintre cele două metode de calcul este în toate cazurile mai mică de 7 %.

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.5 Verificarea CBFEM față de FMM pentru îmbinarea T uniplanară placă-CHS}}}

Exemplu de referință

Date de intrare

Talpă

$Oțel S355$
$Secțiune CHS219.1/5,0$

Ramură

$Oțel S355$
$Placă 95/15 mm$
$Unghi între elementul ramură și talpă 90° (transversal)$

Sudură

$Sudură cap la cap în jurul ramurii$

Încărcare

$Prin forță pe ramură la compresiune$

Dimensiunea plasei

$64 elemente de-a lungul suprafeței elementului tubular circular$

Date de ieșire

$Rezistența de calcul la compresiune este N Rd = 45,2 kN$
$Modul de cedare de calcul este forfecarea prin poansonare$

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.6 Condiții la limită pentru îmbinarea T uniplanară placă-CHS}}}

Deschide în Vizualizator Descărcare