Finite element modelling of the behaviour of steel end-plate connections

• Autorzy: Jabłońska-Krysiewicz A.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.148

Warianty tytułu

PL

Modelowanie MES zachowania się doczołowego połączenia śrubowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Although the effect of semi-rigid steel beam-to-column connections on the behaviour of steel frames and their substantial economic benefits are recognized nowadays, many structural analyses still consider connections as either fixed or pinned. For that reasons, there is need to be able the generate moment-rotation responses of semi-rigid connections that can be used for analysis and design proposes. Characteristic of the joints can be found using FEM models. The objective of the analysis was to find moment-rotation curves for end-plate connections. The analyzed splices were shaped considering typical recommendations for such connections. Numerical elastic-plastic 3D finite models was performed in order to establish a numerical analysis method for evaluating deformation of extended end-plate-beam-to-column joint for varying thickness of end plates. There were used contact elements between bolts and beam and column. Analysis was done for non-preloaded high strength bolts. This kind of model was generated by using the FEM software package ANSYS version 14. Results show moment-rotation curves for thicknesses 6mm, 10mm and 20mm of end-plate. The study confirmed the influence of thickness of end plates on moment-rotation curves for analysing joints and proved that the FE technique was capable of prediction connection response to an acceptable degree of accuracy. The results can be used in advanced structural analysis of beams and frames.

PL

Pomimo, że obecnie znane są ekonomiczne korzyści uwzględniania półsztywnych połączeń belek ze słupami na zachowanie się stalowych konstrukcji ramowych, wiele analiz konstrukcji wciąż bierze pod uwagę jedynie węzły idealnie sztywne bądź przegubowe. Z tego powodu istnieje potrzeba stworzenia charakterystyk moment - obrót węzłów półsztywnych, które mogłyby służyć w analizach i projektowaniu. Charakterystyki połączeń mogą być uzyskiwane przy użyciu modeli MES. Celem badań było znalezienie krzywej moment – obrót doczołowego połączenia śrubowego. Rozważany węzeł został ukształtowany według zaleceń dla typowych połączeń. Wykonano sprężysto–plastyczny, przestrzenny model MES w celu oceny odkształceń śrubowego węzła belki ze słupem z wystającą blachą czołową dla różnych grubości tej blachy. Do zasymulowania styku pomiędzy belką a słupem wykorzystano elementy kontaktowe. Analizę prowadzona dla niesprzężonych śrub wysokiej wytrzymałości. Siatkowanie zostało wygenerowane przy użyciu pakiet oprogramowania ANSYS wersja 14. Jako wyniki otrzymano krzywe zależności moment - obrót dla blachy czołowej o grubości odpowiednio 6 mm, 10 mm i 20 mm. Badania potwierdziły wpływ grubości blachy czołowej na charakterystykę moment – obrót dla analizowanych węzłów i udowodniły, że metoda MES może służyć do określenia odpowiedzi węzła akceptowalną dokładnością, a wyniki mogą być używane w zaawansowanej analizie konstrukcji Ram lub pojedynczych belek.

Słowa kluczowe

EN

steel structure; beam-to-plate joint; semi-rigid connection; bolted connection; FEM modelling; 3D modelling

PL

konstrukcja stalowa; złącze belka-płyta; połączenie półsztywne; połączenie śrubowe; modelowanie numeryczne; modelowanie 3D

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 3/II
• Strony: 173--184
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jabłońska-Krysiewicz A.

• Bialystok University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering

Bibliografia

• [1] Abolmaali A, Matthys J. H., Farooqi M., Choi Y. Development of moment –rotation model equations for flush end-plate connections. Journal of Constructional Steel Research Vol 61, pp. 1595-1612, 2005
• [2] Agedoke I.O., Kemp A. R. Rotation Relationship of thin end-plate connections in steel beams, In: Advances in Structures, Steel, Concrete, Composite and Aluminium. Sydney (eds. Hancock G.J., Bredford M., A., Wilkinson T., J.), Balkema, Rotterdam 2003, pp. 119-124).
• [3] ANSYS Manual. ANSYS 14.0. On line help [access: 8 may 2015 r.].
• [4] Barszcz A., Giżejowski M. An advanced analysis for steel frame design- comparison with test results. In: Stability and Ductility of Steel Structures (eds. D. Dubina, M. Ivanyi), Elsevier Science Ltd., Amsterdam 1999, pp. 325-332.
• [5] Bijlaard F. Eurocode 3, basis for further development in joint design, Journal of Constructional Steel Research Vol 62, pp. 1060-1067, 2006.
• [6] Bródka J., Kozłowski A. Stiffness and Strength of Semi-Rigid Connections. Bialystok University of Technology, Rzeszów University of Technology, Białystok-Rzeszów 1996 (in polish)
• [7] Chen S., Du G. Influence of initial imperfection on the behaviour of extended bolted end-plate connections for portal frames, Journal of Constructional Steel Research Vol 63,pp.211-220, 2007.
• [8] ENV 1993-1-8: Eurocode 3, Design of Steel Structures, Part 1-8 Design of Joints.
• [9] Gizejowski M., Salah W., Barcewicz (2010), Finite element modelling of the behaviour of certain class of composite steel-concrete beam-to-column joints, Archives of Civil Engineering, LVI, 1, 2010.
• [10] Gizejowski M., Salah W., Barcewicz W. Steel beam-to-column Bolted joint with thin end-plates, Proceedings of EUROSTEEL 2008, 3-5 September 2008, Graz, pp.483-488.
• [11] Godrich L., Wald F., Sokol Z. To advanced modelling of end plate joints. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, Vol. 30, No. 60 (2/13), Rzeszów 2013, pp.77-86.
• [12] Jabłońska-Krysiewicz A., Waśniewska E. Nonlinear elastic-plastic 3D-finite element modelling of semi-rigid steel end-plate connections. In Building structures in theory and practice / ed. by Stanisław Fic. Pope John Paul II State School of Higher Education, Biała Podlaska 2013. pp. 158-166.
• [13] Maggi Y.I., Goncalves R.M., Leon R.T., Ribeiro L.F.L. (2005), Parametric analysis of steel bolted end plate connections using finite element modelling, Journal of Constructional Steel Research Vol. 61, pp. 689-708.
• [14] Pisarek Z. Calculation of the bolted end-plate joints subjected to two axis bending, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, Vol. 30, No. 60 (2/13), Rzeszów 2013, pp. 219-229.
• [15] Stankiewicz B. Parametric analysis of stiffness of bolted end-plate connections of I beams using finite element method. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, Vol. 30, No. 60 (2/13), Rzeszów 2013, pp. 231-242.