Load capacity of steel-aluminium brackets under static and cyclic laboratory tests

• Autorzy: Ambroziak Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.137156

Warianty tytułu

PL

Nośność konsol stalowo-aluminiowych na podstawie statycznych i cyklicznych badań laboratoryjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research is the laboratory investigation of steel-aluminium brackets employed to fasten lightweight curtain walls to building facilities. Static pressure, suction forces, and cyclic loads parallel to end plates (horizontal - to simulate wind influence) were applied in the study. The steel-aluminium brackets were tested on a reinforced concrete substrate made of C30/37 concrete class to simulate the real working conditions. Laboratory tests were performed to failure of the brackets or damage of anchoring fastened to the concrete elements. Additionally, the tensile capacity of stainless steel bolt connections screwed in aluminium profile was determined. The uniaxial tensile tests were performed for three length variants of the anchorage: 28 mm, 14 mm, and 7 mm of the stainless steel bars screw-in in threading aluminium profiles. In the course of cyclic tests, a hinge formed in the location of bolt connections made the change of the working character of steel-aluminium brackets. The cyclic tests also showed the danger of the strap aluminium profile displacement due to improper connection with the main aluminium profile. The paper is intended to provide scientists, civil engineers, and designers with an experimental assessment of mechanical properties of steel-aluminium brackets under static and cyclic loads.

PL

Przedmiotem przedstawionych w artykule badań laboratoryjnych są konsole stalowo-aluminiowe, które są stosowane jako elementy łącznikowe fasad słupowo-ryglowych z konstrukcją budynku. Blacha podstawy konsoli wykonana jest ze stali S355, która jest połączona z profilem aluminiowym ze stopu aluminium EN AW-6060 T66 [7] trzema nierdzewnymi śrubami A2-70 M8x35 (DIN 7991). Pomiędzy blachą podstawy a profilem aluminiowym zastosowana jest przekładka z EPDM-u. Konsole stalowo-aluminiowe poddawane były statycznym próbom obciążenia siłami parcia i ssania, które symulowały obciążenia wiatrem. Konsola w trakcie badań zamocowana była do elementów żelbetowych wykonanych z betonu C30/37 dwoma kotwami sworzniowymi M10 z kontrolowanym momentem dokręcenia. Wyznaczone siły niszczące dla obciążeń pochodzących od parcia (21.6 +/- 0.9 kN) i ssania (-22.3 +/- 0.7 kN) mają podobne wartości, przy czym o nośności konsoli na obciążenia pochodzące od ssania decydowała nośność zakotwienia (które uległo zniszczeniu przy tym poziomie obciążenia). Oprócz badań statycznych przeprowadzono badania cykliczne, w których obciążenie przykładane było naprzemiennie jako parcie i ssanie dla następujących poziomów obciążenia: L1 (+5/-5 kN), L2 (+10/-10 kN), L3 (+15/-15 kN), L4 (+20/-20 kN). Dla każdego poziomu obciążenia konsole poddawane były 50 cyklom obciążenia. Trzy z badanych konsol uległy zniszczeniu podczas badań cyklicznych przy poziomie L3 oraz dwie konsole przy przekroczeniu obciążenia +15 kN (początek poziomu L4). Na podstawie badań cyklicznych stwierdzono możliwość wysuwania się dolnego profili aluminiowego, który jest dołączany do głównego profilu za pomocą dwóch wkrętów. W celu wyeliminowania przemieszczania się dolnego profilu zalecono połączenie trzema blachowkrętami samowiercącymi z łebkiem walcowym ze stali nierdzewnej 5.5x3.8 (DIN7504N). Przeprowadzone badania wytrzymałościowe potwierdziły możliwość przeniesienia projektowanych obciążeń w zakresie +5 ÷ -5 kN. Jednym z elementów decydujących o nośności konsoli stalowo-aluminiowej jest nośność połączenia wkręconych w nagwintowany profil aluminiowy śrub M8. W celu oszacowania nośności tego połączenia wykonano testy jednoosiowego rozciągania połączenia pręta M8 wkręcanego w nagwintowany profil aluminiowy na określone długości (28 mm, 14 mm i 7 mm). Nośność tego połącznia jest proporcjonalna do długości wkręcania pręta/śruby w profil aluminiowy. Oszacowania na tej podstawie nośność konsoli jest wyższa niż otrzymana na podstawie badań wytrzymałościowych. Wynika to z faktu, iż na połączenie śrubowe oddziaływają nie tylko obciążenia rozciągające, ale także ścinające i zginające.

Słowa kluczowe

EN

steel-aluminium bracket; mechanical properties; EN AW-6060 T66; curtain wall; mullion-transom facade

PL

konsola stalowo-aluminiowa; właściwości mechaniczne; EN AW-6060 T66; ściana osłonowa; ściana słupowo-ryglowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 2
• Strony: 85--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Ambroziak Andrzej

• Gdansk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7735-7863

Bibliografia

• [1] G. Akhmadullina and G. Shmelev, “Numerical modeling and optimization of geometric parameters of a composite bracket,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 890, pp. 012051, 2020. https://doi.org/10.1088/1757-899X/890/1/012051
• [2] Aluprof, Projekt Specific & Bespoke Solutions, (n.d.). https://aluprof.eu/files/downloads/katalog%20_rozwiazan_indywidualnych(kri)pl_en.pdf (accessed July 29, 2020)
• [3] A. Ambroziak, “Mechanical Properties of Aluminium Bracket Strengthening,” Arch. Civ. Eng. 65 (2019) 203–216. https://doi.org/10.2478/ace-2019-0055
• [4] T. Z. Błaszczyński, “Ekologiczne wieżowce,” Builder, vol. 262, no. 5, pp. 86-89, 2019. http://dx.doi.org/10.5604/01.3001.0013.3610
• [5] M. Brzezicki, “Glass protected timber façades - new sustainable façade typology,” Tech. Trans., vol. 5, pp. 5-22, 2019. https://doi.org/10.4467/2353737XCT.19.050.10574
• [6] L. Casagrande, A. Bonati, F. Auricchio and A. Occhiuzzi, Dissipating effect of glazed curtain wall stick system installed on high-rise mega-braced frame-core buildings under nonlinear seismic excitation, in: COMPDYN 2017 - Proc. 6th Int. Conf. Comput. Methods Struct. Dyn. Earthq. Eng., 2017, pp. 3711-3727. https://doi.org/10.7712/120117.5677.17166
• [7] CEN (European Committee for Standardization), EN 755-2: Aluminium and aluminium alloys. Extruded rod/bar, tube and profiles - Part 2: Mechanical properties, (2016).
• [8] CEN (European Committee for Standardization), “EN 206:2013+A1:2016 Concrete - Specification, performance, production and conformity,” 2016, pp. 1-74.
• [9] M. Cwyl, “Podstawowe wymagania normowe współczesnych ścian metalowo-szklanych,” Inżynieria i Bud., vol. 69, no. 6, pp. 305-307, 2013.
• [10] DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik), “ETA-05/0069 fischer Bolt Anchor FAZ II. Torque controlled expansion anchor of sizes M8, M10, M12, M16, M20 and M24 for use in concrete,” 2016, pp. 1-21.
• [11] O. Fedorov and V. Lazina, Modern translucent enclosures in architecture, Archit. Eng. 4 (2019) 12-21. https://doi.org/10.23968/2500-0055-2019-4-4-12-21
• [12] A. V. Galyamichev, V. A. Kirikova, G. E. Gerasimova and A. Sprince, “Bearing capacity of facade systems fixing to sandwich panels,” Mag. Civ. Eng., vol. 78, pp. 30-46, 2018. https://doi.org/10.18720/MCE.78.3
• [13] M. Górka and A. Leśniak, Systemy fasad aluminiowo-szklanych i ich ocena wielokryterialna, Zesz. Nauk. Politech. Częstochowskiej. Bud. 174 (2018) 102-107. https://doi.org/10.17512/znb.2018.1.16
• [14] M. Jaworska-Michałowska, “Szklane fasady w budynkach kształtowanych przez klimat - wybrane zagadnienia,” Przegląd Bud., vol. 7-8, pp. 43-46, 2010. https://www.przegladbudowlany.pl/2010/07-8/2010-7-8-PB-43-46_Jaworska.pdf
• [15] K. Kazmierczak, “Review of curtain walls, focusing on design problems and solutions,” in: Build. Enclos. Sci. Technol., Portland, USA, 2010: pp. 1-20. https://cdn.ymaws.com/www.nibs.org/resource/resmgr/best/best2_008_ee4-1.pdf
• [16] M. Kołaczkowski and A. Byrdy, FEM Analysis and Experimental Research into Carrier Brackets in Ventilated Facades, Period. Polytech. Civ. Eng. (2020) 1-9. https://doi.org/10.3311/ppci.13822
• [17] A. Leśniak and M. Górka, Structural Analysis of Factors Influencing the Costs of Facade System Implementation, Appl. Sci. 10 (2020) 6021. https://doi.org/10.3390/app10176021
• [18] A. Leśniak, D. Wieczorek and M. Górka, Costs of facade systems execution, Arch. Civ. Eng., vol. 66, no. 4, pp. 81-95, 2020. https://doi.org/10.24425/ace.2020.131776
• [19] D. D. Mijovic, D. Milanovic and S. Jelena, “Curtain walls: history and a continuing challenge,” in: XVIII Int. Sci. Conf. "Construction Archit. VSU 2018, Sofia, Bulgaria, 2018, pp. 1-6.
• [20] PKN (Polish Committee for Standardization), “PN-EN 13830 Curtain walling. Product standard,” 2020, pp. 1- 92.
• [21] J. Č. Tovarović, N. Šekularac and J. Ivanović-Šekularac, “Problems Associated With Curtain Walls,” Struct. Eng. Int., vol. 27, pp. 413-417, 2017. https://doi.org/10.2749/101686617X14881937385322

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).