Experimental tests of welded knee joints of steel frames

• Autorzy: Krystosik Dorota

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.151899

Warianty tytułu

PL

Badania doświadczalne spawanych naroży ram stalowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper focuses on presenting the methodology of testing corner joints along with the presentation of obtained results. The objective of the conducted research was to experimentally determine the behaviour of welded knees with slender webs under similar loading condition that occur in the knee joints of portal steel frames. Laboratory tests were carried out on a specially prepared testing stand. During the laboratory work, load tests were performed on three identical knees. The testing stand was equipped with measurement equipment, including two data acquisition systems: the SAD 256 for displacement and force sensors, and the Pontos/Aramis – a digital image correlation system. The first knee test served as a verification of the testing stand and the adopted data collection method. After implementing certain changes to the stand, the remaining load tests on the knees were conducted. Based on the conducted studies and data analysis, moment-rotation M-ϕ characteristics of the joints were determined, along with parameters such as initial stiffness S, elastic bending resistance Mel and ultimate bending resistance Mu.

PL

Naroże ramy stalowej, nazywane również węzłem narożnym, bądź okapowym, jest miejscem połączenia słupa oraz rygla ramy. W praktyce inżynierskiej węzły tego typu można projektować jako śrubowe bądź spawane. Przy spełnieniu pewnych wymagań (dotyczących np. odporności na niestateczność płaskich, ścinanych ścianek), węzły tego typu można obliczać zalecaną przez EC3 metodą składnikową. Tematem niniejszej pracy jest przedstawienie metodyki badań naroży ram o smukłych, wrażliwych na wyboczenie środnikach, wraz z prezentacją otrzymanych wyników. Do badań przyjęto węzeł narożny, w którym pod kątem prostym połączono dwa dwuteowe króćce blachownicowe, zakończone grubymi blachami węzłowymi. W efekcie, zasadnicza część węzła przyjęła postać kwadratowego panelu środnika, którego wszystkie krawędzie są podparte pasami oraz żebrami usztywniającymi. W ramach przyjętego programu badań określono parametry mechaniczne materiału, z którego wykonano naroża. Na etapie prefabrykacji węzłów, z arkuszy blach pobrano próbki do badań materiału w statycznej próbie rozciągania. Ponadto, naroża poddano ocenie dokładności wykonania, ze szczególnym uwzględnieniem imperfekcji (odchyłek geometrycznych) względem płaszczyzny środkowej naroża. Pomiary wykonano metodą geometrycznej niwelacji precyzyjnej, określając położenie wybranych punktów wypoziomowanego naroża. Różnica rzędnych: podparcia naroża oraz danego punku, stanowiła poszukiwaną odchyłkę. Zasadnicze badania przeprowadzono na trzech jednakowych narożach spawanych, na specjalnie przygotowanym do tego celu stanowisku badawczym. Stanowisko to składało się z dwóch sztywnych ramion, które w górnej części połączono badanym węzłem narożnym. Scalone elementy osadzono na dwóch podporach: z lewej strony na podporze przegubowo nieprzesuwnej (w zasadniczej części badania z blokadą przesuwu poziomego), z prawej strony na podporze przegubowo przesuwnej. Obciążenie działające na badane naroże ramy uzyskano przy użyciu siłowników hydraulicznych, które wywierały siłę poziomą w miejscu podparcia prawego ramienia. Zapis danych podczas trwania badań odbywał się przy użyciu dwóch niezależnie działających systemów: SAD 256 z zestawem zintegrowanych czujników oraz Pontos/Aramis wraz z dwoma kamerami.

Słowa kluczowe

EN

steel frame; knee; welded joint; resistance; stiffness

PL

naroże; rama stalowa; węzeł spawany; nośność; sztywność

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 4
• Strony: 391--405
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Krystosik Dorota

• Koszalin University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Environment and Geodetic Sciences, Koszalin, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5861-8530

Bibliografia

• [1] EN 1993-1-8:2005 Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints.
• [2] T. Wilkinson and G. J. Hancock, Tests Of Knee Joints In Cold-Formed Rectangular Hollow Sections. Research Report No R779. Sydney, Australia: University of Sydney 1998.
• [3] I. Vayas, J. Ermopoulos, and H. Pasternak, “Design of Steel Frames with Slender Joint-panels”, Journal of Constructional Steel Research, vol 35, no. 2, pp. 165-187, 1995, doi: 10.1016/0143-974X(94)00034-F.
• [4] The Steel Construction Institute, Publication P398: Joints in Steel Construction: Moment-resisting Joints to Eurocode 3. The Steel Construction Institute, 2013.
• [5] A. Kozłowski and Z. Pisarek, “End-plate steel joint with four bolts in the row”, presented at XI International Conference on Metal Structures, (ICMS-2006), Rzeszów, Poland, 21-23 June 2006.
• [6] L. Ślęczka, Shaping and analysis of selected steel frame joints subjected to variable actions. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2013 (in Polish).
• [7] K. Urbonas and A. Daniñunas, “Component method extension to steel beam-to-beam and beam-to-column knee joints under bending and axial forces”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 11, no. 3, pp. 217-224, 2005, doi: 10.3846/13923730.2005.9636353.
• [8] P. Krystosik, “Design resistance of welded knees in steel frames”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 35, no. 65, pp. 115-132, 2018, doi: https://bibliotekanauki.pl/articles/104292.
• [9] EN ISO 6892-1:2019 Metallic materials -Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature.
• [10] GOM Correlate V8 SR1 Manual Basic. Braunschweig, Germany, 2015.
• [11] W. F. Chen, N. Kishi, and M. Komuro, Semi-rigid connection handbook. J. Ross Publishing, 2011.