The paper summarises the existing results of the authors’ own research in the range of design of lap-joints with blind fasteners Huck BOM of cold-formed steel profiles. Formulae for their resistance and stiffness have been proposed with reference to the Eurocode EC3. Investigations are part of the research, which aims to develop the structural system of lightweight steel halls. The aim of this article is a comprehensive presentation of basic issues related to the design of bar structures with such connections.
PL
W artykule zebrano wyniki dotychczasowych badań autorów w zakresie projektowania zakładkowych połączeń kształtowników giętych na łączniki jednostronne Huck BOM. Zaproponowano formuły do obliczania ich nośności i sztywności z odniesieniem do zapisów Eurokodu EC3. Badania są elementem programu, który ma na celu opracowanie systemu konstrukcyjnego lekkich hal stalowych. Celem artykułu jest kompleksowe przedstawienie podstawowych zagadnień związanych z projektowaniem konstrukcji prętowych z badanymi połączeniami.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W Eurokodzie 3 część 1-8 podano m.in. obszerne informacje dotyczące projektowania doczołowych połączeń na śruby dwuteowych belek ze słupami i styków belek. Podana tam formuła interakcyjna do określania nośności węzłów obciążonych jednocześnie momentem zginającym i siłą osiową jest odpowiednia dla połączeń bisymetrycznych, których całkowita wysokość jest zbliżona do wysokości dołączonej belki. W przypadku węzłów symetrycznych tylko względem osi pionowej, np. wzmocnionych skosem, siła osiowa działa na znacznym mimośrodzie względem środka ściskania w połączeniu i obliczenia wykonane zgodnie z EC3 mogą być niemiarodajne. W artykule zaproponowano sposób obliczania nośności doczołowych połączeń na śruby obciążonych jednocześnie momentem zginającym i siłą osiową, który jest odpowiedni również dla połączeń monosymetryczych. Przedstawiono przykłady liczbowe, a ich wyniki porównano z wynikami badań doświadczalnych dostępnych w literaturze.
EN
In Eurocode 3, part 1-8, extensive information on the design of end plate bolted joints of beam to column and beam splices is given. It should be noted that the interaction formula for determining the load capacity of the joints loaded simultaneously by bending moment and axial force is suitable for bisymmetrical connections whose total height is close to the height of the attached beam. In the case of the joints that are symmetrical only on the vertical axis, connection of haunched beam for example, axial force acts on a large eccentricity in relation to the center of compression of the joint and calculations made according to EC3 may be unreliable. The paper proposes a method of calculating the capacity of the end plate bolted joints loaded by bending moment and axial force, which is also suitable for monosymmetrical connections. Calculation examples have been presented and their results have been compared with the results of the experimental tests available in the literature.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper raises the issues of alternating loads in designing of cold-formed steel frames with blind bolt lap joints. Based on own research and information found in the literature pointed out the need to develop the procedures for calculating such connections, taking into account their actual behaviour, i.e. according to proper hysteresis loops. Presented also the method of determining of nonlinear force-displacement (F- δ) and moment-rotation (M- ϕ) characteristics describing the behaviour of a single-cut connections of cold-formed sections with blind fasteners of the type BOM [1], loaded in one direction. The proposed formulas are based on previously unpublished research results and allow for determination of mentioned dependencies on the basis of selected physical parameters of such connections. The curves of the relationships F- δ and M- ϕ obtained from the proposed formulas were compared in graphs with experimental curves obtained during the tests of elements in which connections has been loaded in both one direction and alternately. As a conclusion, the predicted directions for further research are presented.
PL
Artykuł przedstawia kwestie obciążeń zmiennych w projektowaniu ram z zimnogiętych kształtowników stalowych, łączonych na zakryte połączenia zakładkowe śrubowe. Na podstawie badań własnych i informacji literaturowej wskazano potrzebę udoskonalenia procedury dla obliczania takich połączeń, biorąc pod uwagę ich rzeczywiste zachowanie, t.j. zgodnie z właściwymi pętlami histerezy. Przedstawiono również metodę określania nieliniowej charakterystyki siła - odkształcenie (F- δ) i moment - obrót (M- ϕ) opisujących zachowanie się jednociętych złączy kształtowników zimnogiętych na zakryte łączniki typu BOM [1], obciążone jednokierunkowo. Zaproponowane formuły oparto na wcześniejszych niepublikowanych wynikach badań i pozwalają na określenie zależności na podstawie wybranych parametrów fizycznych takich połączeń. Krzywe zależności F- δ i M- ϕ uzyskane z proponowanych wzorów porównano z krzywymi otrzymanymi z badań doświadczalnych, w których połączenia były obciążone zarówno jednokierunkowo jak i naprzemiennie. Na zakończenie zaprezentowano kierunki dalszych badań.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Tematem artykułu jest ocena nośności i modyfikacja istniejącej konstrukcji stalowej wysokiego ekranu akustycznego, w którym stwierdzono wystąpienie stanu przedawaryjnego. Różnice w założeniach projektowych przyjmowanych według norm obowiązujących w drugiej połowie XX w. i aktualnego Euro-kodu 3 mogły być powodem niedoszacowania obciążeń,a w konsekwencji braku zapewnienia stateczności ogólnej słupów wspornikowych ekranu. W pracy opisano konstrukcję i jej stan techniczny, przedstawiono wnioski z wykonanej analizy oraz podano sposób naprawy obiektu.
EN
Capacit y assessment and modification of existing steel structure of high noise barriers in which imminent failure conditions occurs is developed in the article. Differences between design assumptions defined by Eurocode 3 and standards actual in the second half of XXth century could be the reason of underestimation of loads, which leads to lack of general stability of cantilever columns of the barrier. The structure and its technical condition, as well as conclusions ofthe performed analysis and methods of structure repair are shown in details.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zapisy normy PN-EN 1991-3 [4] dotyczące wyznaczania oddziaływań wywołanych suwnicami pomostowymi omówiono w „Nowoczesnych Halach” nr 2/2013 [2]. Obecnie komentarz ten zostanie uzupełniony o przykład liczbowy.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie przedstawiono badania doświadczalne, których celem było określenie nośności na docisk jednociętych połączeń sworzniowych ścianek kształtowników giętych na zimno z blach. Złącza wykonano za pomocą sworzni jednostronnych HUCK BOM o wysokiej wytrzymałości, które po osadzeniu szczelnie wypełniają uprzednio wywiercony otwór. Ścianki elementów próbnych o jednakowych grubościach 3, 4 i 5 mm wykonano ze stali tego samego gatunku tj. S235, jednak dla każdej grubości blach ustalono odmienne parametry wytrzymałościowe. Do łączenia ścianek grubości 3 mm użyto sworzni BOM R10 i R16 o średnicach, odpowiednio, 8,5 mm oraz 13,6 mm, a do łączenia ścianek o grubościach 4 i 5 mm użyto sworzni BOM R16. Łącznie przebadano 24 elementy próbne. W referacie przedstawiono przebieg badania oraz sposób zniszczenia połączeń. Wyniki zilustrowano na wykresach zależności między obciążeniem pojedynczego sworznia siłą ścinającą i wzajemnym przemieszczeniem łączonych ścianek. Zachowanie się złączy opisano za pomocą funkcji wykładniczej. Ze względu na znaczną odkształcalność połączeń, jako kryterium nośności przyjęto wartość obciążenia, któremu odpowiada wzajemne graniczne przemieszczenie równe 3,0 mm. Zaproponowano wzory, za pomocą których nośność połączenia na docisk dla dowolnej wartości przemieszczenia granicznego można obliczyć na podstawie wytrzymałości na rozciąganie stali łączonych ścianek ich grubości oraz średnicy łącznika. Uzyskano dobrą zgodność wyników doświadczalnych z wartościami uzyskanymi na podstawie proponowanych wzorów.
EN
The paper presents an experimental investigation, which aim was to determine the bearing resistance of the single cut bolt joint of cold-formed steel sections. Joint were made by means of high strength blind fasteners HUCK BOM, which after embedding tightly fill the previously drilled hole. The walls of test elements with same thicknesses 3, 4 and 5 mm, were made of the same steel grade, ie S235, but for each plate thickness different set of strength parameters were determined. To connect walls 3 mm thick BOM R10 and R16 bolts were used with diameters, respectively, 8.5 mm and 13.6 mm, and to connect walls 4 and 5 mm thick BOM R16 bolt was used. A total of 24 elements were tested. This paper presents the conduct of the tests and failure mode of the joint. The results are illustrated on the diagrams of the relationship between the shearing force acting on a single bolt and mutual displacement of joined walls. The behaviour of the joints was described by an exponential function. Because of the large deformability of connections, as a criterion for the bearing resistance the load corresponding to the mutual deformation equal to 3.0 mm was taken. The formulas was purposed, by which the bearing resistance can be calculated basing on the tensile strength of the steel plates, their thickness and diameter of the fastener for any value of deformation limit. A good consistency of the experimental results with the values obtained on the basis of the proposed formulas was achieved.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article presents a modern BOM R16-type blind bolts in application to bar structures made of cold-formed steel sections. The BOM-type blind bolts – approved for application in Poland – allow to connect the walls of open sections to economic tubular (rectangular) sections without gusset plates at trusses nodes.They are also used in designing of closely- spaced built-up bars. Proposed theoretical models describing behaviour of the considered members were experimentally verified.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Axial forces F in the lap joints connections are responsible for mutual displacements δ of connected walls (F=Kδ×δ), and bending moments M—their mutual rotations about angle φ (M=Sj×φ). Basing on formulae provided in EC3 concerning the coefficients of stiffness of the basic joint components, analogical formulae have been derived for sliding lap joints (Kδ) and rotary lap joints (Sj). Results achieved from stiffness formulae for various types of lap joints are compared with the experimental results of known models presented in literature. Our experimental results of single-cut joints made of blind-bolts of the type BOM R16 for cold-formed sections are also presented. Elements with those connections are simultaneously tested for bending and shear. Experimental investigations ended with the paths of static equilibrium (PSE) illustrated by M–φ diagrams and compared with three-segmental broken curves achieved from formulae proposal mentioned above. It can be stated the lap joints stiffness described by the three-segmental broken curves are accurate for the real behavior of discussed connections. Results of each experimental investigations are characterized with higher and lower dispersion. The broken curves situated under the paths of static equilibrium (PSE) are safe and reflect in satisfying way the behavior of bar structures with investigated joints.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents the calculation model of any single-cut lap-joint, extended - in relation to up to now considered one by authors - about values of torsional moments. Torsional moments result from journal friction occurring in the axis of every bolt in the joint which is simultaneously bended and sheared. The modified analytical model has been verified experimentally on the example of eccentrically loaded 3- and 4-bolts joints, where walls of cold formed sections were connected by means of blind bolts of the type BOM R16. Experimental and numerical results are compared on the diagrams of relationship occurring between moment M bending the connection and angle of mutual rotation phi/J of joined walls. Values of stiffnesses of a 3-bolt joint according to EC3 determined on the basis of initial stiffness Sj.ini and by means of component method were compared.
Podano zależności dotyczące połączeń zakładkowych pracujących na przesuw oraz obrót. Przedstawiono modele obliczeniowe oraz porównano uzyskane na ich podstawie wyniki obliczeń z dostępnymi w literaturze wynikami badań doświadczalnych.
EN
Basing on formulae provided in Eurocode 3 – Part 1-8 concerning the coefficients of stiffness of the basic joint components, formulae for sliding and rotary lap joints have been derived. The paper presents calculation models and compares the results obtained making use of those derived a formulae with the results of experimental investigations provided in literature.
Przedstawiono przyczyny uszkodzenia płatwi kratowych o rozpiętości 12,0 m pokrytych płytami korytkowymi. Stalową konstrukcję nośną dachu 5-nawowego budynku halowego rozdzielni na terenie elektrowni zrealizowano niezgodnie z projektem technicznym, zmieniając m. in. zarys geometryczny płatwi oraz jej schemat statyczny. Przyczyną awarii było także pominięcie w obliczeniach normowego obciążenia śniegiem, wynikającego z możliwości gromadzenia się "worków śnieżnych" na połaciach dachowych niższych naw bocznych budynku.
EN
This paper reports the reasons for damage suffered by grid purlins spaced at 12.0 m and covered with channel-type slabs. The steel supporting structure of the roof of a five-bay switching station building on the site of a power plant was constructed not in accordance with the technical design, resulting in changes to, among other things, the geometrical outline of the purlin and its static arrangement. Another reason for the failure was that the calculations did not take account of the standard snow load resulting from the possible accumulation of snow pockets on the roof slopes over the building's lower side bays.
Zamieszczono wyniki doświadczalnych, analitycznych i numerycznych badań zakładkowych połączeń na sworznie jednostronne kształtowników giętych z blach. Oceniono wpływ podatności takich połączeń (również metodą składnikową wg EC3) na redystrybucję sił wewnętrznych i przemieszczeń w konstrukcjach z kształtowników cienkościennych.
EN
The paper presents the results of experimental, analytical and numerical investigations concerning connections with blind bolts of sheet metal sections. The effect of flexibility of such joints (assessed also by means of component method according to EC3) on the redistribution of internal forces and displacements in structures consisting of thin-walled sections.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki badania tarcia posuwistego oraz obrotowego, występującego w równocześnie ścinanych i zginanych 1-ciętych połączeniach ścianek kształtowników giętych na zimno z blach, wykonanych za pomocą sworzni jednostronnych BOM R16-4. Tarcie posuwiste uwzględnia uzyskana doświadczalnie wynikowa krzywa zależności zachodzącej między obciążeniem pojedynczego sworznia w połączeniu tylko ścinanym, a wzajemnym w jego osi przemieszczeniem łączonych ścianek. Wpływ tarcia obrotowego na sztywność połączenia ścinanego i zginanego badano na przykładzie elementów próbnych, w postaci dwu blach łączonych za pomocą jednego sworznia, zabudowanych w stanowisku badawczym umożliwiającym pomiar wzajemnego przemieszczania się tych blach w kierunku działania siły ścinającej, oraz kąta obrotu spowodowanego momentem skrętnym. Przedstawiono następnie układ równań opisujący zachowanie się połączenia 3-sworzniowego, poddanego jednoczesnemu działaniu siły ścinającej i momentu zginającego, a także wyniki badań doświadczalnych czterech takich połączeń. Autorzy zamierzają wykonać obliczenia numeryczne, które pozwolą porównać wyniki teoretyczne z rzeczywistym zachowaniem się połączenia.
EN
The paper presents the results of investigations concerning sliding and journal friction occurring in simultaneously sheared and bent single-cut joints of cold-bent angle bars, executed by means of blind bolts type BOM R16-4. Sliding friction is taken into account by the experimentally obtained resulting curve of the relation between the load of a single bolt in a merely cut joint and its mutual axial displacement of the joined walls. The effect of journal friction on the rigidity of the sheared and bent joint was tested on the example of experimental elements in the form of two steel sheets connected by means of only one bolt, which were placed in test stand permitting to measure the mutual displacements of these steel sheets in the direction of the shearing force and the angular displacement caused by torque moment.
Opisano przyczyny zawalenia się przekrycia pawilonu handlowego o wymiarach w rzucie 30,0x30,0 m. Podano wyniki przeprowadzonych analiz statyczno-wytrzymałościowych konstrukcji oraz wykazano nieprawidłowości w jej projektowaniu i wykonaniu w warsztacie, a także montażu na budowie.
EN
The reasons for failure of the purlins and roof-trusses covering the market hall, with a projection of the dimensions 30,0 x 30,0 m have been described. The steel structure of the roof had been designed incorrectly and realized carelessly in the work-shop, and badly mounted on the spot. In such a state it should not have been permitted for general use.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW