Omówiono właściwości mechaniczne połączeń spawanych stali ze staliwem. Podano zasady projektowania staliwnych węzłów kratownic przestrzennych oraz przykłady konstrukcji z takimi węzłami.
EN
Mechanical properties of welded steel/cast steel connections have been discussed. The designing rules of cast steel pints of space trusses and the relevant constructions have been shown.
Przedstawiono zagadnienia związane z modelowaniem zachowania się stalowych węzłów podatnych ze spawanymi blachami czołowymi. Przeprowadzono syntezę aktualnego stanu wiedzy w zakresie modelowania zachowania się węzłów. Szczególną uwagę zwrócono na sposoby uwzględnienia imperfekcji materiałowych i geometrycznych, pozostających po procesie spawania elementów złącznych węzła. Wskazano na przydatność programu SYSWELD do prowadzenia zaawansowanego modelowania węzłów w celu skatalogowania imperfekcji, możliwych do wykorzystania w praktycznych obliczeniach inżynierskich.
EN
Problems associated with modelling of the behaviour of steel semi-rigid joints composed of welded end plates are discussed. The state-of-the-art in the field of joint modelling is presented. The focus is made on the ways at which the geometric and material imperfections, remaining after the technological process of welding are dealt with in the modelling of joint behaviour aiming in the development of catalogue imperfections for their application in practical engineering computation.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy analizowano odkształcenia blach czołowych o zróżnicowanej grubości i wysokości, w węzłach stalowych i zespolonych o zmiennym stopniu zbrojenia płyty stropowej. Węzły były uprzednio poddane niszczącym badaniom doświadczalnym, przeprowadzonym w laboratorium Zakładu Konstrukcji Budowlanych Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej. Celem analizy jest określenie rozkładu i wielkości maksymalnych krzywizn odkształconych blach czołowych z wykorzystaniem fotogrametrii cyfrowej. Metoda ta umożliwia rekonstrukcję i przestrzenne modelowanie odkształconych powierzchni blach na podstawie zdjęć fotogrametrycznych, jak również prezentację wyników w postaci graficznej oraz plików danych do analiz numerycznych. Otrzymane wyniki pozwolą na ocenę mechanizmu plastycznego zniszczenia podatnych węzłów stalowych i zespolonych oraz ustalenie linii przebiegu załomów plastycznych. Linie załomów plastycznych są podstawą do wyznaczania długości efektywnych zginanej blachy czołowej w strefie rozciąganej, modelowanej za pomocą zastępczych króćców teowych. Model ten pozwala na identyfikację formy zniszczenia i obliczenie nośności węzła metodą składnikową według zaleceń normy PN-EN 1993-1-8. Wyniki analizy fotogrametrycznej porównano z zaleceniami normowyrni.
EN
Deformations of the end-plates of different thickness and height in steel and composite steel-concrete joints of varying reinforcement ratio of the concrete slab are analyzed. The aim of the presented research is determination of the distribution and the values of the maximum plastic curvatures of deformed end-plates by means of photogrammetric analysis. It enables the reconstruction and 3D-modeling of the deformed plate surfaces as well as a presentation of the results in graphic and numerical formats. The results of the photogrammetric analysis allow determination of the yield lines patterns, which are the basis for defining the effective length of end-plates, modeled as an equivalent T-stub. A comparison of results based on the approach used in Eurocodes and those reported on the basis of photogrammetric analysis is presented.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono porównanie wyników otrzymanych z obliczeń numerycznych i z badań doświadczalnych sprężonych połączeń śrubowych stalowych rygli ze słupami, wykonanych w płaszczyźnie mniejszej sztywności dwuteowego słupa. Model numeryczny węzła 3D, uwzględniający nieliniowość materiałową oraz nieciągłości geometryczne, wykonano za pomocą programu ANSYS. Porównanie wyników, uzyskanych z analiz MES i badań eksperymentalnych węzłów, świadczy o poprawności przyjętego modelu numerycznego i możliwości jego stosowania do zagadnień modelowania stanów deformacyjno-odkształceniowych w celach poznawczych i projektowych.
EN
The paper presents a comparison between experimental and numerical studies on the behavior of bolted beam-to-column web moment connections (called "minor" axis joints). In this type of connection the beam is framed into the column web with the action of the beam moment causing bending of the column about its weak axis. In the tests the specimens used were preloaded bolts were used. The FEM model of bolted connection was developed. The ANSYS FE code was used to carry out the analysis. The models included the effects of slip by utilizing a general contact scheme. Non-linear 3D continuum elements and non-linear materials were used for all parts of the connection and the contact conditions between all the components (plates, nut, bolt head, bolt shaft). The comparison between the FE modeling and the experimental testing shows a good agreement.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Composite frame structures are nowadays the most popular structures in building. The composite structure must be considered in two phases: first as steel frame in fitting phase, and as composite structure under ultimate load. Joints used for these structures are flexible in fitting phase and rigid in composite structures under ultimate loading. The paper presents results of tests of the steel joints and composite joints too. A series of seat and web plate beam-to-column steel and composite connection tests is reported. The main variables investigated are the percentage of reinforcement and kind of concrete solid plate. Test set-up, instrumentation, loading and some test results has been described.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
It has been observed that steel and composite steel-concrete beam-to-column joints exhibit in general three main regions of their behaviour, namely a quasi-elastic region at which the joint initial stiffness can be conveniently measured, an inelastic region at which the joint stiffness degrades from its initial value to that corresponding to the joint quasi-plastic moment resistance, and finally a postlimiting region at which the joint stiffness maintains its low value but sufficiently high in order to allow for the joint to reach its ultimate moment resistance. The results of experimental moment-rotation characteristics are used in the Continuous Stiffness Degradation model (CSD model) in which the functions describing the joint moment-rotation characteristic and its first derivative (tangent stiffness) are continuous and take into account the effect of joint postlimiting behaviour modeling of joint characteristics. The accuracy of such modelling is herein examined and discussed. An analytical formulation is presented together with its limitations with regard to adequacy of experimental data available from the force controlled tests conducted at the Warsaw University of Technology. The scope of these tests included three groups of specimens with isolated beam-to-column joints and with a different reinforcement ratio in the hogging region of the reinforced concrete slab.
PL
Badania doświadczalne węzłów stalowych i zespolonych stalowo-betonowych wykazały, że charakterystykę moment-obrót węzła można podzielić na trzy zasadnicze zakresy zachowania się, mianowicie: zakres quasi-sprężysty, w którym trwałe odkształcenia lokalne mogą być zignorowane i początkowa sztywność wyznaczona, zakres niesprężysty, w którym następuje sukcesywna redukcja sztywności węzła aż do osiągnięcia nośności węzła rozumianej jako nośność quasi-plastyczna oraz zakres pograniczny, rozumiany jako stan objawiający się nadwytrzymałością węzła. W pracy przedstawiono dyskusję tej problematyki i propozycję modelu obliczeniowego (model CSD), w którym funkcje opisujące charakterystykę węzła w postaci krzywej moment – obrót i jej pierwsza pochodna (sztywność sieczna) są ciągłe i uwzględniają efekt nadwytrzymałości. Wyniki modelowania analitycznego porównano z wynikami badań doświadczalnych przeprowadzonych w Politechnice Warszawskiej. Zakres tych badań obejmował trzy serie elementów badawczych z wyizolowanymi podatnymi węzłami stalowymi i zespolonymi stalowo – betonowymi, łączącymi fragmenty rygli do słupów za pomocą doczołowych połączeń śrubowych ze zlicowanymi i wystającymi blachami czołowymi. Poszczególne serie badawcze były zróżnicowane pod względem stopnia zbrojenia (średnicy prętów zbrojeniowych) płyty stropowej w obszarze działania momentu ujemnego. Z porównania charakterystyk moment – obrót uzyskanych doświadczalnie z charakterystykami otrzymanymi na podstawie przedstawionego w niniejszym opracowaniu modelu CSD, z uwzględnieniem skalibrowanych parametrów modelu, uzależnionych od stopnia zbrojenia płyty stropowej w strefie przywęzłowej, wynika, że model ten dobrze odzwierciedla zachowanie się węzłów stalowych i zespolonych.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The purpose of this paper is to establish three dimensional (3D) finite element (FE) models capable of predicting the behaviour of steel end-plate beam-to-column joints. Extensive experimental investigations were conducted using the variation of geometric parameters of end-plates, differentiating the section size and configuration of the columns and beams, and finally applying different bolts arrangement, their number and bolt size, all this in order to develop a standard design procedure for the joints considered. FE models proposed in the literature are intended to validate the experimental results in order to predict the behaviour of a wider range of joints than that examined in the laboratory testing, without the need for further expensive experiments. Successful modelling using FE approach is beneficial because of offering a tremendous time and cost saving that allows for an optimization exercise to be performed and the development of innovative solutions, e.g. practical application of joints with thinner end plates than those used nowadays in engineering practice. In this paper end-plate joint 3D FE models composed of shell and beam elements or brick elements are examined and validated against available experimental results. Highly detailed 3D finite element models are developed using the ABAQUS computer code. These complex models are accounted for material nonlinearity, large displacements, friction and contact behaviour as well as material and geometric imperfections. The developed models are applied for incremental one cycle analysis of steel end-plate joints, starting from the elastic range, and performed through the plastic and strain hardening ranges up to the joint failure. Comparisons with available experimental data results show that the models developed herein have a high level of accuracy provided that the model parameters are properly calibrated. Finally, practical conclusions for engineering applications are drawn.
PL
W ciągu ostatnich kilkunastu lat przeprowadzono szereg badań doświadczalnych podatnych węzłów stalowych z blachami czołowymi, uwzględniając zmienność parametrów geometrycznych blach czołowych, zróżnicowane wymiary oraz konfiguracje belek i słupów, a także różne średnice śrub, ich liczbę i rozmieszczenie, po to by sformułować normowe procedury projektowania rozpatrywanych typów węzłów. Duże nakłady finansowe oraz czasochłonność przygotowania i przeprowadzenia badań doświadczalnych, w szczególności na układach elementów w skali naturalnej, są jednak pewnym ograniczeniem w opracowaniu ogólnych procedur projektowania węzłów. Narzędziem pozwalającym na pokonanie tych ograniczeń są symulacje numeryczne przeprowadzone na odpowiednio dobranych modelach. W celu uwiarygodnienia wstępnych rezultatów analizy numerycznej, porównuje się je z wynikami przeprowadzonych badań doświadczalnych. Prawidłowo dobrane modele MES, pozwalają na optymalizację stosowanych już rozwiązań konstrukcyjnych oraz opracowanie innowacyjnych rozwiązań, np. zastosowanie węzłów z blachami czołowymi cieńszymi niż te stosowane obecnie w praktyce inżynierskiej. Celem pracy jest przedstawienie, opracowanych przez autorów przestrzennych modeli MES, zdolnych do przewidywania zachowania się podatnych węzłów stalowych w doczołowych połączeniach śrubowych. Przeprowadzono symulacje numeryczne z wykorzystaniem systemu ABAQUS, przy zastosowaniu dwóch różnych technik modelowania. Obie metody pozwoliły na budowę trójwymiarowych modeli węzłów podatnych z blachami czołowymi, o różnych założeniach dotyczących np. wyboru typu elementu skończonego, warunków brzegowych oraz zagadnień kontaktowych. Do walidacji wyników z modelowania numerycznego MES wykorzystano wyniki badań doświadczalnych. W modelowaniu uwzględniono nieliniowość materiałową, zakres dużych przemieszczeń, zjawiska kontaktu między elementami składowymi węzła oraz imperfekcje badanych elementów próbnych. Wyniki analizy numerycznej porównano z rezultatami badań doświadczalnych, prezentowanych na wykresach zależności siła - przemieszczenie monitorowanych punktów elementów próbnych oraz charakterystyk moment - obrót analizowanych węzłów. Wysoki stopień zgodności wyników symulacji numerycznych z wynikami eksperymentalnymi potwierdza wiarygodność opracowanych modeli MES.
Artykuł przybliża czytelnikowi analizę MES węzłów stalowych obarczonych imperfekcjami w strefie styku blachy czołowej. Zawarto w nim podstawowe informacje dotyczące imperfekcji oraz charakterystyk sztywnościowych węzłów doczołowych. Pokazano przebieg tworzenia modelu obliczeniowego oraz rezultaty wynikające z analizy MES.
EN
The article introduces the reader to the FEM analysis of steel nodes with imperfections in the end plate contact surface. Contains basic information on imperfections and stiffness characteristics of the butt nodes. The course of creating the computational model and the results of the FEM analysis are shown.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.