Analiza nośności doczołowego styku belki dwuteowej z wieloma szeregami śrub

• Autorzy: Kawecki P. , Łaguna J. , Kozłowski A.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the moment resistance of i-beam end plate connection with multiple bolt rows

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono analizę porównawczą MES i metody składnikowej w przypadku zginanego doczołowego połączenia z wieloma szeregami śrub. Analiza obejmuje styk belki dwuteowej o przekroju W760x265x220 z jednym szeregiem śrub na zewnątrz pasa i ośmioma szeregami śrub między pasami. Przyjęto gatunek stali S355 i śruby M24 klasy 10.9. Obliczeniową nośność na zginanie obliczono na podstawie PN-EN 1993-1-8, dla trzech styków z blachami czołowymi o grubości 14 mm, 18 mm i 36 mm, jak dla połączeń sztywnych i podatnych o niepełnej nośności. Te same stany graniczne nośności obliczeniowych na zginanie były analizowane w trzech modelach MES dla połączeń sprężonych i niesprężonych w programie ABAQUS. Właściwość modelowania MES została sprawdzona w przypadku połączenia, które było badane eksperymentalnie. Jako wyniki analizy przedstawiono rozkład sił na poszczególne szeregi śrub w obliczeniowym stanie nośności połączenia na zginanie. Wyznaczono wartości sił w śrubach, sił docisku blach i sił efektywnych przenoszących obciążenie zewnętrzne. Odkształcenia plastyczne blach czołowych okazały się niewystarczające dla wyrównania sił w poszczególnych szeregach śrub. Największe wartości sił w śrubach w modelach MES (z wyjątkiem styku niesprężonego z blachami czołowymi o grubości 14mm) były większe od obliczeniowej nośności śrub na rozciąganie. Wykazano różnice między oceną nośności styku metodą składnikową według PN-EN 1993-1-8/6.2.7.2.(9), a nośnością wynikającą z rozkładu sił w szeregach śrub uzyskaną w wyniku analizy MES.

EN

The comparative analysis FEM and component method of multiple bolt rows end-plate moment connection has been presented. Investigated extended end-plate splice of W760x265x220 beam have one row extended and eight internal bolt rows between beam flanges. Steel S355 and bolts M24-10.9 class are assumed. Design moment resistances of the splice are calculated according to EN 1993-1-8 rules for three connections with end-plate thicknesses 14mm, 18mm, 36mm, as a partial strength, rigid and semi-rigid joints. The same limit states of design moment resistance were analyzed in three FEA models of prestressed and not prestressed connections in ABAQUS program. The adequacy of FEA model was checked through the comparison with other experimental test results. As the results bolt forces distribution in all bolt rows at the design moment resistances of the connections are presented. The main determined results are: internal forces distributions, values of bolt forces, bearing contact forces and effective bolt forces carrying external bending moment. The plastic deformation of the end-plate not sufficiently equalized the bolt forces in all rows. Maximal values of bolt forces in FEA models, except not prestressed splice with 14mm end-plate, was greater than design bolt tension resistance. Differences are pointed out between design moment resistance calculated accordingly to component method in EN 1993-1-8/6.2.7.2.(9) and based on more realistic forces in bolt-rows obtained from FEA models.

Słowa kluczowe

PL

połączenie doczołowe; połączenie śrubowe; analiza MES; połączenie zginane; metoda składnikowa

EN

end-plate connection; bolted connection; FEM analysis; bending connection; component method

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 2
• Strony: 117--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kawecki P.

• Biuro Inżynierskie Mostostal sp.j., Warszawa

autor

Łaguna J.

• Biuro Inżynierskie Mostostal sp.j., Warszawa

autor

Kozłowski A.

• Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] PN-EN 1993-1-8:2006 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych Część 1-8 Projektowanie węzłów. PKN. 2006.
• [2] PN-B-03200:1990 Konstrukcje stalowe Obliczenia statyczne i projektowanie
• [3] NF P 22-460; 1979 Construction Métallique. Assemblages par boulons a serrage controlé. Dispositions constructive et vérification des assemblages
• [4] Joints in Steel Constructions. Moment Connections. The Steel Construction Institute Publ. No. 207/95.
• [5] Flush and Extended Multiple-Row Moment End-Plate Connections AISC 2002. Steel Design Guide Series 16.
• [6] Abel M., Murray T.: Multiple Row Extended Unstiffened End-Plate Connection Tests. Research Report CE/VPI-ST-92/04 Department of Civil Engineering. Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg VA. 1992.
• [7] Augustyn J., Łaguna J., Śliwka W. Badania sprężonych połączeń doczołowych stalowych belek dwuteowych. Inżynieria i Budownictwo Nr 11/12, 1982, s. 293-296.
• [8] Bond D., Murray T. Analytical and Experimental Investigation of a Flush Moment End-Plate Connection with Six Bolts at the Tension Flange. Research Report CE/VPI-ST-89/10 Department of Civil Engineering. Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg VA. 1989.
• [9] Borgsmiller J., Sumner E., Murray T. Tests of Extended Moment End-Plate Connections Having Large Inner Pitch Distances. Research Report CE/VPI-ST-95/01 Department of Civil Engineering. Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg VA. 1995.
• [10] Borgsmiller J. Simplified Method for Design of Moment End-Plate Connection. Thesis submitted to the faculty of Virginia Polytechnic Institute of State University, 1995.
• [11] Douty R. T., Mc Guire W. High strength bolted moment connections. Journal of the Structural Division A.S.C.E. vol 91 So ST 2 April 1965 s. l01-128.
• [12] Hendrick D., Kukreti R., Murray T. Analytical and Experimental Investigation of Stiffened Flush End-Plate Connections with Four Bolts at the Tension Flange. Research Report FSEL/MBMA 86-01 Fears Structural Engineering Laboratory, University of Oklahoma Norman OK. 1984.
• [13] Katula L., Dunai L. Full scale tests on bolted beam-to-beam end-plate connections under bending. Bauingenieur Band 84 März 2009 132-138.
• [14] Morrison S., Astaneh-Asl A., Murray T. Analytical and Experimental Investigation of the Multiple Row Extended Moment End-Plate Connection with Eight Bolts at the Beam Tension Flange. Research Report FSEL/MBMA 84-04 Fears Structural Engineering Laboratory, University of Oklahoma Norman OK, 1986.
• [15] Palme E. Schraubenkräfte in Kopfplattenstossen. Der Bauingenieur 49 /1974 H10 s.- 394-396.
• [16] Rodkey R., Murray T. Eight-Bolt Extended Unstiffened End-Plate Connection Test. Research Report CE/VPI-ST-93/10 Department of Civil Engineering. Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg VA. 1993.
• [17] Ryan J. Evaluation of Extended End-Plate Moment Connections Under Seismic Loading Master of Science Civil Engineering Thesis. Virginia Polytechnic Institute, 1999.
• [18] SEI. Multiple Row Extended End-Plate Connection Tests. Research Report Structural Engineers, Inc. Norman, OK, 1984.
• [19] Srouji R., Kukreti R., Murray T. Yield-Line Analysis of End-Plate Connections with Bolt Force Predictions. Research Report FSEL/MBMA 83-05 Fears Structural Engineering Laboratory, University of Oklahoma, Norman OK. 1983. + Addendum FSEL/MBMA 83-05 A - 1984.
• [20] Sumner E., Murray T. Experimental Investigation of the MRE 1/2 End Plate Connections Research Report No CE/VPI-ST-01/14 submitted to Metal Building Manufactures Association Cleveland Ohio, 2001.
• [21] Sumner E., Murray T. Experimental Investigation of the MRE 1/2 End Plate Connections Research Report No CE/VPI-ST-01/15 submitted to Metal Building Manufactures Association Cleveland Ohio, 2001.
• [22] Sumner E. Unified Design of Extended End-Plate Moment Connections Subject to Cyclic loading. Dissertation submitted to the Faculty of the Virginia Polytechnic Institute, 2003