Equaljoints PLUS - ECCS€¦ · Technische Universiteit Delft (TUD) Univerza V Ljubljani (UL)...

ECCS

Equaljoints PLUS

Priporočila za projektiranje potresno

kvalificiranih spojev

1. izdaja, 2018

Raffaele Landolfo

Mario D’Aniello

Roberto Tartaglia

Silvia Costanzo

Jean-François Demonceau

Jean-Pierre Jaspart

Aurel Stratan

Dominiq Jaka

Dan Dubina

Ahmed Elghazouli

Dan Bompa

Primož Može

Sara Piculin

Nina Zupan

Equaljoints PLUS

Priporočila za projektiranje potresno

kvalificiranih spojev

NºXXX, 1. izdaja, 2018

Izdajatelj:

ECCS – European Convention for Constructional

Steelwork

[email protected]

www.eccspublications.eu

Vse pravice pridržane. Noben del te publikacije se ne

sme reproducirati, shranjevati v elektronskih sistemih ali

posredovati v kakršni koli obliki ali na kakršen koli način,

elektronsko, mehansko, fotokopirano, prepisano ali kako

drugače brez predhodnega dovoljenja lastnika avtorskih

pravic..

ECCS ne prevzema nikakršne odgovornosti v zvezi s

kakršno koli uporabo vsebine in informacij v tej

publikaciji.

Copyright © 2018 ECCS – European Convention for

Constructional Steelwork

ISBN: XX-XXXX-XXX-XX

Natisnjeno v

Naslovna stran

Pravno deponiranje

Priporočila za projektiranje potresno kvalificiranih spojev | iii

VSEBINA

VSEBINA

1. Predgovor .................................................................................................................... 1

2. Tehnične zahteve ........................................................................................................ 3

3. Karakterizacija predkvalificiranih spojev ................................................................. 5

3.1. Splošni načini obnašanja ....................................................................................... 5

3.2. Nadaljnje projektne predpostavke ....................................................................... 10

3.2.1. Aktivne vrste vijakov v nategu.................................................................................................... 10

3.2.2. Središče tlačnih napetosti in ročice ........................................................................................... 10

3.3. Spoji prečka-steber z vuto ................................................................................... 11

3.3.1. Opis konfiguracije spoja ............................................................................................................. 11

3.3.2. Seznam sistemov za katere so spoji predkvalificirani ............................................................... 11

3.3.3. Seznam mejnih vrednosti predkvalificiranih podatkov ............................................................... 13

3.3.4. Postopek projektiranja ............................................................................................................... 14

3.4. Spoji prečka-steber z ojačeno podaljšano čelno pločevino ................................. 22





3.5. Neojačani spoji prečka-steber s podaljšano čelno pločevino ............................... 37





3.6. Spoji z oslabljeno prečko ..................................................................................... 51

Literatura .......................................................................................................................... 55

Priporočila za projektiranje potresno kvalificiranih spojev | 1

PREDGOVOR

1. Predgovor

Priporočila so nastala v okviru 2-letnega raziskovalnega projekta Equaljoints PLUS

(754048 — EQUALJOINTS-PLUS — RFCS-2016/RFCS-2016), namenjenega

širjenju znanja razvitega znotraj predhodnega 3-letnega projekta EQUALJOINTS

(RFSR-CT-2013-00021). Oba projekta sta bila financirana s strani Evropske

komisije preko Raziskovalnega sklada za premog in jeklo (Research Found for Coal

and Steel - RFCS).

Equaljoints-PLUS je usmerjen v valorizacijo, diseminacijo in razširitev kriterijev za

potresno predkvalifikacijo jeklenih spojev, ki so bili razviti v okviru projekta

EQUALJOINTS in je namenjen praktični uporabi.

Glavni cilji projekta Equaljoints-PLUS so:

- zbrati in urediti informativne brošure s predkvalificiranimi spoji različnih

tipologij. Informativni dokumenti so bili prevedeni v 12 jezikov (angleščina,

španščina, francoščina, nemščina, italijanščina, nizozemščina, portugalščina,

češčina, bolgarščina, romunščina, grščina in slovenščina);

- pripraviti priporočila za projektiranje potresno kvalificiranih spojev v vseh 12

jezikih na podlagi rezultatov predhodnega projekta EQUALJOINTS;

- razviti priporočila za projektiranje jeklenih konstrukcij ob upoštevanju vrste

spoja in njegovega nelinearnega odziva;

- razviti programsko opremo in mobilno aplikacijo za določitev neelastičnega

odziva spoja glede na njegovo geometrijo;

- organizirati brezplačne seminarje in delavnice za širitev znanja znotraj in

izven Evrope;

- izdelati prosto dostopno spletno stran za predstavitev dobljenih rezultatov;

- ustvariti You-Tube kanal in objaviti posnetke eksperimentalnih testov in

simulacij z razvidnimi porušnimi oblikami.

Projekt Equaljoints PLUS je koordiniran s strani Univerze v Neaplju Federico II.

Konzorcij združuje 15 partnerjev, med katerimi jih je bilo 7 vključenih v predhodni

projekt Equaljoints. Vsi partnerji so našteti v naslednji tabeli:

2 | Priporočila za projektiranje potresno kvalificiranih spojev

PREDGOVOR

Konzorcij Equaljoints PLUS

Koordinator Università degli Studi di Napoli Federico II (UNINA)

Partnerji

Arcelormittal Belval & Differdange SA (AM)

Universite de Liege (Ulg)

Universitatea Politehnica Timisoara (UPT)

Universidade de Coimbra (UC)

Convention Europeenne de la Construction Metallique (ECCS)

Universita degli Studi di Salerno (UNISA)

Imperial College of Science Technology and Medicine (IC)

Centre Technique Industriel de la Construction Metallique (CTICM)

National Technical University of Athens (NTUA)

Ceske Vysoke Uceni Technicke V Praze (CVUT)

Technische Universiteit Delft (TUD)

Univerza V Ljubljani (UL)

Universitet Po Architektura Stroitelstvo I Geodezija (UASG)

Universitat Politecnica de Catalunya (UPC)

Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen (RWTHA)

V tem dokumentu so povzete smernice za oblikovanje treh vrst spojev, ki so bili

predkvalificirani v okviru projekta Equaljoints (tj. (i) spoji z vuto, (ii) spoji z ojačano

podaljšano čelno pločevino in (iii) spoji s podaljšano čelno pločevino) vključno z

varjenimi spoji z oslabljeno prečko.

Podrobno so navedene naslednje informacije:

• tehnične zahteve;

• opis konfiguracij spojev;

• seznam sistemov, za katere so predkvalificirani spoji;

• seznam mejnih vrednosti za predkvalificirane podatke;

• postopek projektiranja.


TEHNIČNE ZAHTEVE

2. Tehnične zahteve

Konstrukcija objekta gre skozi več projektnih faz, vsaka od njih pa mora biti temeljito

premišljena. Pri objektih, ki so lahko v določeni točki življenjske dobe izpostavljeni

seizmičnim vplivom, so ti razmisleki še posebej pomembni. Spoji med jeklenimi

elementi v takšnih konstrukcijah morajo biti vedno projektirani, izdelani in montirani

tako, da se izognemo krhki porušitvi in zagotovimo, da prevlada duktilna porušitev.

Projektanti morajo vedno upoštevati konstrukcijske zahteve, ki jih določajo ustrezni

standardi. V Evropi je treba upoštevati standard EN 1998 za projektiranje potresno-

odpornih konstrukcij, s pomembnim sklicevanjem na EN 1993 za projektiranje

jeklenih konstrukcij in EN 1993-1-8 za projektiranje jeklenih spojev.

EN 1993-1-8 definira vse parametre, pomembne za oblikovanje spojev glede na

njihovo nosilnost in togost. Spoj so lahko varjeni, vijačeni ali kombinirani (vijaki in

zvari).

Vijačeni spoji morajo biti projektirani v skladu s poglavjem 3 standarda EN 1993-1-

8. Preglednica 3.1 tega standarda opredeljuje trdnostne razrede vijakov in njihove

nazivne vrednosti napetosti tečenja ter natezne trdnosti. Preglednica 3.3 istega

dokumenta določa najmanjšo in največjo razdaljo do roba, da se zagotovi zadostna

nosilnost. Spoj so projektirani po komponentni metodi. Ko se izračunajo nosilnosti

vsake komponente, mora biti vodilno merilo pri projektiranju duktilna porušitev.

Merila za zasnovo varjenih spojev so opisana v poglavju 4 standarda EN 1993-1-8.

Pri potresno odpornem projektiranju so zvari običajno projektirani tako, da so polno

nosilni, s tem se izognemo porušitvi zvara (neduktilen način porušitve).

Pri določanju materialov in dimenzij mora inženir vedno upoštevati dimenzije

standardnih elementov in značilnosti neobdelanih elementov. Na primer, če lahko

proizvajalec izdela standardne pločevine debeline 10 ali 12 mm, naj se projektant,

če je le mogoče, ne odloči za pločevino debeline 11 mm, ki bi zahtevala nepotrebno

obdelavo.

Kakovost jekla glede na žilavost in lamelarni lom je podana v EN 1993-1-10.

EN 1993-1-10 vsebuje smernice za izbiro kakovosti jekla varjenih elementov, pri

katerih obstaja znatno tveganje lamelnega pretrga med izdelavo, za konstrukcije,

izvedene v skladu z EN 1090-2.

Pri izbiri materiala za nov objekt naj bodo upoštevane smernice iz poglavja 2,

standarda EN 1993-1-10. Pravila iz standarda EN 1993-1-1 naj bodo upoštevana za

izbiro jekla ustrezne kakovosti.

Izbira kakovostnega razreda iz tabele 3.1 standarda EN 1993-1-10 je odvisna od

posledic lamelnega loma.

Odvisno od razreda kakovosti, izbranega v tabeli 3.1, se lastnosti materiala po

debelini pločevin zagotovijo v skladu z EN 10164, ali pa se za ugotavljanje

lamelarnega loma uporabi kontrola po izdelavi.

Navodila za izogibanje lamelnemu lomu med varjenjem so podana v EN 1011-2.


TEHNIČNE ZAHTEVE

Izbira glede na nacionalni dodatek je dovoljena s točkami navedenimi v predgovoru

EN 1993-1-10.

Projektanti in proizvajalci morajo tesno sodelovati, da zagotovijo natančnost in

jasnost načrtov. Včasih se zgodi, da projektant ne prepozna primerov, ko se

konstrukcije na načrtu dejansko ne da izvršiti, na primer zaradi pomanjkanja

primernega prostora za varjenje. Pogosto je potrebno več sestankov, preden sta obe

strani zadovoljni in se strinjata, da je grafična predstavitev pravilna in da je lahko

izdelana.

Izdelava elementov, vključno s sestavljanjem, prevozom in montažo na gradbišču,

je treba skrbno nadzorovati, da se zagotovi ustrezna končna kakovost konstrukcije.

Konstrukcije je treba izvesti v skladu z ustreznimi izvedbenimi standardi, in sicer

EN 1090-2 v Evropi in AISC 303-10 v ZDA, ki določajo minimalne zahteve glede

kakovosti. Na podlagi izkušenj se lahko nekateri proizvajalci odločijo, da bodo

presegli te zahteve in se tako izognili znanim težavam, ki se pogosto pojavljajo med

montažo.


KARAKTERIZACIJA PREDKVALIFICIRANIH SPOJEV

3. Karakterizacija predkvalificiranih spojev

3.1. Splošni načini obnašanja

Kriterij nosilnosti: potresnoodporno projektiranje jeklenih konstrukcij po standardu

EC8 temelji na konceptu konstrukcij, ki disipirajo energijo. Pri tem bi morala biti

specifična področja v konstrukciji sposobna razviti plastične deformacije in s tem

sprostiti potresno energijo. Nasprotno pa se morajo nedispativni deli konstrukcije ob

delovanju seizmične obtežbe obnašati elastično, da bi se izognili krhki porušitvi.

Opisan koncept temelji na hierarhiji nosilnosti, po kateri so nedisipativnih deli

konstrukcije projektirani na polno plastično nosilnost pripadajočih disipativnih

elementov. Kriteriji za dimenzioniranje uporabljeni v okviru projekta Equaljoints, so

usmerjeni v uskladitev zahtev med nosilnostmi makro komponent (npr.: spoj, prečka,

steber) ter njihovih sestavnih delov (npr. čelna pločevina, vijaki, zvari, itd.).

V skladu s postopkom projektiranja, ki je bil razvit znotraj projekta, se smatra, da je

spoj sestavljen iz treh makro komponent (npr. panel stojine stebra, območja spoja in

območja nosilca, glej sliko 3.1); vsaka makro komponenta je zasnovana ločeno v

skladu s posebnimi predpostavkami, nato pa se enostavno uporabijo merila

načrtovanja nosilnosti, da se dosežejo različni načini obnašanja.

Slika 3.1 Območja plastičnosti za preiskovane načine obnašanja: a) panel stojine, b) spoj in c)

nosilec.

Doseženi so lahko naslednji načini obnašanja spoja:

• Polno nosilni spoji so projektirani tako, da so bolj nosilni od ostalih makro komponent. Zagotovi se nastanek plastičnih deformacij v eni od ostalih makro komponent.

• Uravnoteženo nosilni spoji so projektirani tako, da je nosilnost spoja podobna nosilnosti prečke ali stebra ali obeh. Plastifikacija se zgodi v vseh ali vsaj dveh makro komponentah hkrati.

• Delno nosilni spoji so projektirani tako, da nastanejo plastične deformacije samo v spoju.

Za panel stojine stebra lahko vpeljemo dodatno klasifikacijo:

• Polno nosilni panel stojine je projektiran tako, da je vsa zahtevana plastična nosilnost skoncentrirana v spoju (delno nosilni spoj) ali v spoju in prečki (uravnoteženo nosilni spoj).


SPLOŠNI NAČINI OBNAŠANJA

• Uravnoteženo nosilni panel stojine je projektiran tako, da se zahtevana plastična nosilnost porazdeli med spojem in panelom stojine stebra (delno nosilni spoj) ali pa v spoju, panelu stojine in nosilcu (enako nosilni spoj).

• Delno nosilni panel stojine je projektiran tako, da je vsa plastična nosilnost skoncentrirana v panelu stojine stebra.

Prav tako je treba opozoriti, da EC3 in EC8 ne obravnavata uravnoteženo nosilnih

spojev, ki so v okviru projekta predlagani kot srednji način obnašanja. Po trenutni

klasifikaciji v Evrokodu spadajo uravnoteženo nosilni spoji v skupino delno nosilnih

spojev.

Primaren vir plastičnih deformacij je konec prečke. V odvisnosti od lokacije

plastičnega členka, nivoja utrjevanja in pričakovane napetosti tečenja v področju

plastičnega členka je projektni moment na licu stebra določen kot:

= + ,E B, ,( )con d Rd B Ed hM M V s (3.1)

Kjer je Mcon,Ed projektni upogibni moment na licu stebra, α je odvisna od projektnega

načina obnašanja. Ta je enak γsh∙γov za polno nosilne spoje (pri čemer je ov faktor

dodatne nosilnosti zaradi materialne nezanesljivosti in sh faktorja utrjevanja, ki

ustreza razmerju med mejnim in plastičnim momentom nosilca), medtem ko je enak

1 za uravnoteženo nosilne spoje in manjši od 1 za delno nosilne spoje. Da bi se

izognili velikim koncentracijam poškodb v območju spoja se predvidi, da je razmerje

nosilnosti za delno nosilne spoje enako 0,6 ali 0,8. MB,Rd je plastična upogibna

nosilnost priključenega nosilca; sh je razdalja med licem stebra in plastičnim členkom

v prečki (natančneje gre za razdaljo med licem stebra in vrhom ojačitvenega rebra

pri spojih z vuto in ojačanih spojih s čelno pločevino in je enak nič pri neojačanih

spojih s čelno pločevino); VB,Ed je strižna sila, ki ustreza pojavu plastičnega členka v

priključenem nosilcu; podana je z:

= +, , , , ,B Ed B Ed M B Ed GV V V (3.2)

kjer je VB,Ed,M strižna sila zaradi nastanka plastičnih členkov na obeh straneh nosilca,

na razmaku dolžine Lh in se izračunana kot:

=,

, ,

2 B Rd

B Ed M

h

MV

L (3.3)

VB,Ed,G je prispevek zaradi gravitacijske obtežbe; treba je opozoriti, da ta količina ne

upošteva razdalje med licem stebra in plastičnim členkom in Lh je približna razdalja

med plastičnima členkoma.

Za oba faktorja dodatne nosilnosti je potreben dodatni premislek: ov se privzame

1,25, kot priporoča EC8. Faktor utrjevanja sh se predpostavlja drugače z EN 1993-

1-8 in EN 1998-1. EN 1993-1-8 priporoča, da upoštevamo razmerje dodatne

nosilnosti enako 1,2 za polno nosilne spoje, medtem ko EN1998-1 privzame

vrednost, ki je enaka 1,1. V literaturi je na voljo več empiričnih enačb za oceno



dodatne upogibne nosilnosti sh, ki jo razvijejo jekleni nosilci. Na podlagi glavnih

ugotovitev, ki sta jih pridobila Mazzolani in Piluso (1992), D'Aniello et al (2012),

Güneyisi et al (2013, 2014), je mogoče trditi, da se faktor sh giblje znotraj 1,1-1,2 za

evropske profile, ki se pogosto uporabljajo za nosilce (npr. IPE), torej je večji od

vrednosti, ki jo priporoča EC8, vendar v skladu z AISC358-10, ki privzame naslednji

faktor dodatne nosilnosti:

+

=

, 1.202

y u

sh AISC

y

f f

f (3.4)

Zato je v trenutnem postopku za sh konzervativno privzeta vrednost 1,20, ki temelji

tudi na karakteristični meji plastičnega tečenja in natezni nosilnosti evropskih mehkih

konstrukcijskih jekel.

Slika 3.2 Pozicije plastičnih členkov pri spoju z vuto in ojačanem spoju s podaljšano čelno

pločevino.

Strižna sila v panelu stojine stebra je določena kot:

= + −,E B, , ,( ) /wp d Rd B Ed h c EdV M V s z V (3.5)

kjer so

𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑 projektna strižna sila panela stojine stebra;

𝑉𝑐,𝐸𝑑 strižna sila v stebru;

z notranja ročica;

odvisen od projektnega načina obnašanja in se lahko razlikuje od tistega

za projektiranje spoja.

Naslednje neenakosti je potrebno preveriti v odvisno od zahtevanega načina

obnašanja spoja:

, ,con Rd con EdM M (3.6)

, ,wp Rd wp EdV V (3.7)

kjer sta:

Mcon,Rd upogibna nosilnost spoja;

Vwp,Rd strižna nosilnost panela stojine stebra.



Kriterij duktilnosti: duktilnost spoja je odvisna od načina porušitve in pripadajoče

plastične deformacijske kapacitete aktivirane komponente. Slika 3.3 prikazuje

odvisnost načina porušitve od geometrijskih lastnostih in razmerja nosilnosti med

čelno pločevino in vijaki (Jaspart, 1997). V abscisi je razmerje med upogibno

nosilnostjo (Mpl,Rd) pločevin ali pasnic stebra in natezno nosilnostjo vijakov (Ft,Rd),

medtem ko je v navpična osi η razmerje med nosilnostjo T-elementa (F) in Ft,Rd.

Nosilnost je za način porušitve 1 v primeru poligonalne oblike odvisna od razmerja

ν = n/m, kjer je m razdalja med osmi vijakov in pasnica-stojina pričakovano lokacijo

plastičnega členka in n je minimalna razdalje med robom pasnice in osmi vijakov ali

1,25m.

V skladu s sliko 3.3, se lahko uporabita dve možni merili duktilnosti, da se prepreči

3. način porušitve, in sicer:

Nivo-1: β 1 ta pogoj narekuje način porušitve 1 ali način porušitve 2 (vendar

zelo blizu načinu 1), ki zagotovi zelo visoko duktilnost.

Nivo-2: β < 2 in η 0,95, ta pogoj narekuje način porušitve 2 z omejeno

duktilnostjo, vendar ne pride do krhke porušitve.

Nivo duktilnosti, ki jo je treba zagotoviti, je očitno odvisen od ciljev pri projektiranju:

bistveno je, da se duktilnost zagotovi za uravnoteženo in delno nosilne, ne pa toliko

za polno nosilne spoje.

V skladu s standardom EN 1993:1-8 je treba preveriti rotacijsko kapaciteto spoja, če

je MjRd, manjši od 1,2 MB,pl,Rd in na dva alternativna načina:

1) izvedba eksperimentov;

2) omejitev debeline t čelne pločevine ali pa pasnice stebra, pod pogojem, da je

vodilna projektna upogibna nosilnost spoja teh komponent, ki morajo zadostiti

naslednji neenakosti:

0.36 ub

y

ft d

f (3.8)

kjer je d nominalni premer vijaka, fy napetost tečenja relevantne osnovne

komponente in fub natezna nosilnost vijaka.

Enačba (3.8) bi teoretično ustrezala duktilnosti nivoja 1, prikazana na sliki 3.3, ob

predpostavki, da je nosilnost vsakega posameznega vijaka (Ft,Rd) večja od nosilnosti

(Fp,Rd) povezanih pločevin (čelna pločevina ali pasnica stebra). Projektna upornost

nosilnost vijaka v nategu (Ft,Rd) je podana kot sledi:

=,

2

0.9 s ubt Rd

M

A fF (3.9)

kjer je As površina vijaka čez navoje in γM2 ustrezen delni varnostni faktor

(priporočena vrednost v Evrokodu je enaka 1,25).



Poleg tega enačba (3.8) uporablja projektno nosilnost (Fp,Rd), ki ustreza krožni obliki

plastičnih porušnic, ki se lahko izračuna, kot:

=

2

,

M0

y

p Rd

t fF (3.10)

kjer je t debelina pločevine in γM0 ustrezni delni varnostni faktor (priporočena

vrednost enaka 1).

Treba je opozoriti, da enačbi 3.9 in 3.10 privzameta popolnoma plastično obnašanje

jeklenih pločevin. Vendar pa je treba v luči prej omenjenih premislekov duktilnost

nivoja 1 za seizmično odporne delno nosilne spoje, izraziti z upoštevanjem tako

naključne variabilnosti materiala pločevine kot tudi z ustreznim utrjevanjem, tako da

se lahko uporabi naslednja neenakost:

= , , ,t Rd p Rd ov sh p RdF F F (3.11)

Faktor dodatne nosilnosti v enačbi (3.11) je lahko enak 1,5, saj je v Evrokodu

priporočena vrednost ov 1,25, vrednost sh je enaka 1,2 za evropsko mehko

konstrukcijsko jeklo in priporočeni delni varnostni faktor M0 enak 1,0. Tako se po

preureditev neenakosti v enačbi (3.11) z enačbo (3.8), kriterij duktilnosti z

upoštevanjem meril za načrtovanje nosilnosti, lahko izrazi kot:

M0

M2

0.42 ub

yov sh

fdt

f≅ 0.30 ub

y

fd

f (3.12)

Pri polno in uravnoteženo nosilnih spojih, kjer se duktilnosti sploh ne izkorišča

oziroma se izkorišča nizka duktilnost, je priporočljivo uporabiti lokalni hierarhični

kriterij, da se izognemo neželenim načinom porušitve v krhkih komponentah zaradi

materialne variabilnosti. Zato mora v skladu z duktilnostjo nivoja 2 nosilnost vijakov

zadostiti naslednji neenakosti:

, ,t Rd ov p RdF F (3.13)

Enačba (3.13) lahko preuredimo in po nekaj algebraičnih manipulacijah dobimo

podoben kriterij tistemu podanemu z enačbo (3.8).

Pomembno je poudariti, da vsa opisana merila zahtevajo, da porušitev ne nastane

v zvarih, zaradi njihovih krhkih porušnih mehanizmov.



Slika 3.3 Kriterij duktilnosti: T-Stub nosilnost in pripadajoči način porušitve

3.2. Nadaljnje projektne predpostavke

3.2.1. Aktivne vrste vijakov v nategu

V nasprotju s komponentno metodo implementirano v EN1993- 1-8, kjer se vse vrste

vijakov v nategu izračunajo izključno preko ravnovesja z notranjo tlačno rezultanto,

se število aktivnih vrst vijakov v nategu predpostavi v naprej, kot je prikazano, saj je

prispevek vrst vijakov pod središčno osjo spoja pri čistem upogibu razmeroma

zanemarljiv.

3.2.2. Središče tlačnih napetosti in ročice

Za spoje s čelno pločevino, ki so zajeti v EN 1993-1-8, se središče tlačnih napetosti

nahaja v težiščnici pasnice nosilca ali na vrhu vute v primeru spojev z vuto.

Eksperimentalni in numerični rezultati so pokazali, da je položaj središča tlačnih

napetosti odvisen od vrste spoja in zahtevane rotacije zaradi nastanka plastičnih

porušnic, z različnim sodelovanjem posameznih komponent spoja. V skladu s

predlaganim postopkom za projektiranje in na osnovi eksperimentalnih ter

numeričnih rezultatov iz literature (Lee, 2002; Lee et al, 2005; Abidelah et al, 2012)

in tistimi dobljenimi znotraj projektnih pogojev (Maris et al., 2015, Stratan et al.,

2016, D’Aniello et al, 2017; Tartaglia and D’Aniello, 2017, Tartaglia et al. 2018), se

predvidi središče tlačnih napetosti kot sledi: (i) v težišču pasnice nosilca, za

neojačane spoje s čelno pločevino (glej sliko 3.4a); (ii) v težišču prereza, ki ga

sestavljajo pasnica nosilca in ojačitveno rebra, za spoje z ojačano čelno pločevino

(glej sliko 3.4b); (iii) pri 0,5 višine vute hh, v primeru spojev ojačanih z vuto (glej sliko

3.4c).

2

1 2

+

2

1 2

+

0.95 =

1 =

,t Rd

F

F =

,

,

4 pl Rd

t Rd

M

m F =

Level-2Level-1

1 2

3Mode

nivo 1 nivo 2

3. način



Slika 3.4 Položaj središča tlačnih napetosti (glej rdeč krogec) za različne vrste spojev: (a) neojačan

spoj s čelno pločevino (b) ojačan spoj s čelno pločevino (c) spoj z vuto.

3.3. Spoji prečka-steber z vuto

3.3.1. Opis konfiguracije spoja

Spoji prečka-steber s podaljšano čelno pločevino ojačani z vuto so namenjeni za

zagotovitev polno nosilnega in togega spoja, z močnim ali uravnoteženim panelom

stojine stebra. Konfiguracija spojev prečka-steber s podaljšano čelno pločevino

ojačanih z vuto je opisana na sliki 3.5. Spoj ima podaljšano čelno pločevino z vijaki

visoke nosilnosti in je ojačan z vuto pod spodnjo pasnico nosilca. Prečne ojačitve

stebra in nosilca so obvezne. Lahko se uporabi dodatne pločevine na stojini, za

povečanje togosti in nosilnosti panela stojine stebra.

Naklonski kot vute se meri med spodnjo pasnico nosilca in pasnico vute, ter znaša

od 30 do 45.

Na sliki 3.6. so prikazane vrste zvarov, za katere so bili predkvalificirani spoji prečka-

steber ojačani z vuto. Vsi zvari so projektirani tako, da omogočajo prenos sil, ki

ustrezajo nosilnosti varjenih delov. To se doseže z uporabo dveh kotnih zvarov (na

obeh straneh pločevine) z minimalno debelino velikosti 0,55-kratnika debeline

pločevine. Kritični zvari (zgornja pasnica nosilca, pasnica vute, zvar med dodatnim

pločevinami na stojini in pasnico stebra) so polno penetrirani čelni zvari. Čelni zvari

zgornje pasnice nosilca in pasnice vute so dodatno ojačani z dodatnimi kotnimi zvari.

3.3.2. Seznam sistemov za katere so spoji predkvalificirani

Spoji prečka-steber s podaljšano čelno pločevino ojačani z vuto opisani v tem

dokumentu so predkvalificirani za naslednje konstrukcijske sisteme:

- pomične okvire (MRFs);

- pomične okvire, kombinirane s centričnimi povezji (MRF+ CBF);

- pomične okvire, kombinirane z ekscentričnimi povezji (MRF+ EBF).

Poleg tega se ti spoji lahko uporabljajo samo v okvirih s pravim kotom med osema

prečke in stebra ter enakomernimi razponi razporeditve nosilnega sistema pri

potresni obtežbi in sicer brez nagnjenih nosilcev.


SPOJI PREČKA-STEBER Z VUTO

enostranski spoj dvostranski spoj

1 nosilec 2 steber

3 vijaki 4 vuta

5 čelna pločevina 6 prečna ojačitev stebra

7 dodatne pločevine na stojini 8 ojačitve nosilca 9 naklon vute

Slika 3.5 Opis spoja s podaljšano čelno pločevino ojačanega z vuto

Slika 3.6 Detajli zvarov spoja s podaljšano čelno pločevino ojačanega z vuto

9

81

8

6

1 18

6

5

3

4

5

3

7

2

5

4 4

3

7

2

9

NOTE:1. All full-penetration welds shall be quality level B acc. EN ISO 5817 and EN 1090-2:2008.2. All welds shall be quality level C unless otherwise specified on drawings.

a=0,55*twh

3

a=0,55*twp

B

a=0,55*tst

a=0,55*tst

a=0,55*tst

-

(weak or balanced CWP)

3

45

a=0,55*twh

a=0,55*tst

B

45

A

C

45C

3

B

a=0,55*twp

-

B

3

45

A

B

45

B

a=0,55*tst

a=0,55*tw

C3

a=0,55tw

a=0,55*tbf

A

45

45

B

-A

(strong CWP) a=0,55*tst

3

C



3.3.3. Seznam mejnih vrednosti predkvalificiranih podatkov

Preglednica 3.1 Mejne vrednosti predkvalificiranih podatkov za spoje ojačane z vuto

Elementi Obseg uporabe

prečka Vroče valjani nosilci s širokimi pasnicami razpona od IPE330 do

IPE600. Prečni prerez naj bo v 1. razredu kompaktnosti po EN 1993-

1-1.

Lahko se uporabijo sestavljeni prerezi s podobnimi prerezi, v primeru

da so zvari med stojino in pasnicama polno penetrirani zvari ob

zaobljenih robovih, ojačani s kotnimi zvari.

višina profila 330 do 600 mm

razmerje razpon-višina

profila

(med predpostavljenimi

lokacijami plastičnih

členkov)

najmanj: 7

debelina pasnice najmanj: 11 mm

največ: 21 mm* (10% ekstrapolacija glede na maksimalno testirano)

material S235 do S355

steber Vroče valjani nosilci s širokimi pasnicami razpona od

HEB260/HEM260 do HEB550/HEM550. Prečni prerez naj bo v 1.

razredu kompaktnosti po EN 1993-1-1.

Lahko se uporabijo sestavljeni prerezi s podobnimi prerezi, v primeru

da so zvari med stojino in pasnicama polno penetrirani zvari, ojačani

s kotnimi zvari.

višina profila 260 do 550 mm

debelina pasnice najmanj: 17,5 mm

največ: 40 mm


višina profila

prečke/stebra

0,60-2,00

čelna pločevina 20-40

debelina najmanj: 20 mm

največ: 40 mm

širina najmanj: širina pasnice prečke + 30 mm

največ: širina pasnice stebra


prečne ojačitve stebra in

prečke

Glede na zahteve iz EN 193-1-8 in EN 1998-1.


Dodatne pločevine na

stojini

Glede na zahteve iz EN 1993-1-8 in EN 1998-1. Pri računu dodatne

strižne nosilnosti panela stojine stebra lahko upoštevamo celotno

površino dodatne pločevine.

Višina Večja ali enaka višini čelne pločevine.

Material S235 do S355




Vijaki Visokovredni vijaki za prednapenjanje v skladu z EN 14399-3 (sistem

HR) in EN 14399-4 (sistem HV). Vijaki naj bodo polno prednapeti v

skladu z EN 1090-2.

velikost M24 do M36

razred 8.8 ali 10.9

luknje Glede na zahteve iz EN 1993-1-8

vuta

kot Kot med spodnjo pasnico prečke in pasnico vute v obsegu od 30 do

45.

zvari V skladu s sliko 3.6

med čelno pločevino in

zgornjo pasnico prečke ter

pasnico vute

Ojačani čelni zvari s polno penetracijo

med kontinuirano

pločevino in pasnico

stebra

Čelni zvari s polno penetracijo

med dodatno pločevino na

stojini in pasnico stebra

Čelni zvari s polno penetracijo

ostali zvari Obojestranski kotni zvari s korensko mero večjo od 0,55-kratnika

debelina povezanih pločevin

Opomba. Testi za predkvalifikacijo so bili narejeni na nosilcih z dimenzijami od IPE360 do IPE600. Spodnja meja

je podaljšana do IPE330, saj predstavlja manj kot 10% variacije višine nosilca in se je za nosilce manjših dimenzij

pri testih za ponovno ocenjevanje izkazalo, da imajo večjo duktilnost.

3.3.4. Postopek projektiranja

3.3.4.1. Koncept projektiranja

Spoji prečka-steber s podaljšano čelno pločevino ojačani z vuto zagotavljajo polno

nosili togi stik z močnim ali ravnovesnim panelom stojine stebra. Postopek

projektiranja temelji na komponentni metodi vključeni v EN 1993-1-8, z nekaterimi

prilagoditvami, kot je opisano spodaj, in upošteva zahteve iz EN 1998-1.

Upošteva se, da je vozlišče ali spoj sestavljen iz stika, panela stojine stebra in

priključnega elementa (prečke). Stik je projektiran na upogibni moment in strižno silo

na licu stebra, ki ustreza tvorbi plastičnih členkov v prečki (v bližini vute), pri čemer

se upošteva dodatno nosilnost materiala in utrjevanje.

Numerične simulacije, izvedene v projektu EQUALJOINTS, so pokazale, da se

težišče tlačne cone pri negativnem upogibnem momentu nahaja na razdalji C nad

pasnico vute. Glede na razpoložljive rezultate se lahko domneva, da se težišče

tlačne cone premakne za 50% globine vute (C = 0,45 hh, glej sliko 3.7a). Za

pozitivni moment je sprejeta običajna predpostavka, da se težišče tlačne cone

nahaja na sredini tlačene pasnice (slika 3.7b). Po drugi strani pa so vijaki, ki se

nahajajo blizu težišče tlačne cone, razvili zanemarljive natezne sile zaradi podajnosti

čelne pločevine in omejene duktilnosti vijakov na natezni pasnici.



Zato smo domnevali, da so v primeru negativnega upogibnega momenta aktivni le

vijaki, ki so nad sredino višine prečnega prereza prečke (brez vute). V primeru

pozitivnega momenta, so bili upoštevani kot aktivni le vijaki, ki se nahajajo nad

sredino globine prereza prečke (vključno z vuto).

Panel stojine stebra je lahko modeliran tako, da je uravnotežen s prečko ali pa, da

je močnejši od nje.

(a) (b)

Slika 3.7 Center tlačne cone in aktivne vrste vijakov za negativni (a) in pozitivni (b) upogibni

moment.

3.3.4.2. Globalni postopek

Korak 1: Začetna izbira materialov in geometrije spoja

- razred vijakov, velikost vijakov in število vrst

- dimenzije čelne pločevine

- dimenzije vute

- dimenzije prečnih ojačitev

- dimenzije dodatnih pločevin na stojini (če so potrebne)

- lastnosti zvarov

Korak 2: Karakterizacija komponent

- nosilnost komponent (vozlišče v upogibu)

- togost komponent (vozlišče v upogibu)

- nosilnost komponent (vozlišče v strigu)

Korak 3: Postopek sestavljanja spoja

- upogibna nosilnost spoja

- strižna nosilnost stika

- nosilnost panela stojine stebra

- upogibna togost spoja

Korak 4: Klasifikacija spoja in kontrole

c

center of compression

h2

hh

h3

h1

center of compression

h1

h2

h3



3.3.4.3. Začetna izbira dimenzij spoja

Priporočila v spodnji tabeli se lahko uporabijo kot začetni približek za izbiro

geometrije in materiala spojev.

elementi spoja velikost nosilca

nizek (IPE360) srednji (IPE360) visok (IPE360)

razred vijaka 10.9

velikost vijaka M27 M30 M36

število vrst

vijakov

6 6 6

čelna pločevina Debelina: tep=db.

Dimenzije: Širina naj bo večja od širine pasnice nosilca (za vsaj 30 mm zaradi

varjenja) in manjša od pasnice stebra. Podaljšan del naj ima dovolj prostora za

eno vrsto vijakov, z upoštevanjem pravil v EN 1993-1-8 (§3.5).

vuta Širina pasnice vute je enaka širini pasnice nosilca.

Debelina pasnice vute naj bo večja od ov –kratnika debeline pasnice nosilca.

Debelina stojine vute naj bo enaka ali večja od debeline stojine nosilca.

Globina vute:

hh = 0.4*hb za naklon vute 30≤<40;

hh = 0.5*hb za naklon vute 40≤≤45.

dodatne

pločevine na

stojini

Debeline in dimenzije dodatnih pločevin na stojini morajo izpolnjevati pravila v

EN 1993-1-8 (§ 6.2.6.1), drugače se morajo za zagotovitev stability strength

dodatnih pločevin uporabiti čepasti zvari.

prečne ojačitve preglednica 3.1

detajl zvara

Opomba: tp je debelina čelne pločevine in db je nominalni premer vijaka.



3.3.4.4. Postopek sestavljanja spoja in kontrola nosilnosti

Klasifikacija Kriterij Referenca

Upogibna nosilnost

spoja

Polno nosilni spoj:

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑 ≥ 𝑀𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑 = 𝛼 ∙ (𝑀𝑏,𝑅𝑑 + 𝑉𝑏,𝐸𝑑 ∙ 𝑠ℎ)

= sh ov

Equaljoints

Strižna nosilnost

spoja 𝑉𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑 ≥ 𝑉𝑏,𝐸𝑑

Equaljoints

Strižna nosilnost

panela stojine

stebra

Močan panel stojine:

𝑉𝑤𝑝,𝑅𝑑 ≥ 𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑

Kjer je

𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑 = 𝛼 ∙ (𝑀𝑏,𝑅𝑑 + 𝑉𝑏,𝐸𝑑 ∙ 𝑠ℎ) 𝑧⁄ − 𝑉𝑐,𝐸𝑑

Equaljoints

Klasifikacija togosti Klasifikacija Zavetrovani

okvir

Nezavetrovani okvir

Delno nosilni

spoji 0.5 8bk 0.5 25bk

Togi spoji 8bk 25bk

= , / ( / )b j ini b bk S EI L

EC3-1-8

5.2.2

Določitev projektnega upogibnega momenta na licu stebra in pripadajoče strižne

sile.

Projektni upogibni moment na licu stebra, ki pripada polno plastificiranem

plasičnemu členku na koncu vute:

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑 = 𝑀𝑏,𝑅𝑑 + 𝑉𝑏,𝐸𝑑 ⋅ 𝑠ℎ

Projektna strižna sila v spoju 𝑉𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑 temelji na predpostavki, da se na obeh koncih

prečke formirajo polnoplastificirani plastični členki:

𝑉𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑 ≅ 𝑉𝑏,𝐸𝑑 = 𝑉𝐸𝑑,𝑀 + 𝑉𝐸𝑑,𝐺

Kjer so:

𝑀𝑝𝑙,𝑅𝑑∗ = γ𝑠ℎ ⋅ γ𝑜𝑣 ⋅ 𝑊𝑝𝑙,𝑏𝑒𝑎𝑚 ⋅ 𝑓𝑦,𝑏𝑒𝑎𝑚

pričakovani plastični moment na mestu plastičnega členka;

𝑊𝑝𝑙,𝑏𝑒𝑎𝑚 plastični odpornostni moment prečnega prereza prečke;

𝑓𝑦,𝑏𝑒𝑎𝑚 minimalna določena meja tečenja za plastificiran element;

γ𝑠ℎ koeficient utrjevanja

ov koeficient dodatne nosilnosti;

𝑉𝐸𝑑,𝑀 strižna sila zaradi plastičnih členkov;

𝑉𝐸𝑑,G strižna sila zaradi stalne teže;

𝑠ℎ razdalja med licem stebra in plastičnim členkom;

𝐿ℎ razdalja med plastičnimi členki.

Sh Lh Sh



Opomba: Eksperimentalni testi so pokazali, da se plastični členek formira na

določeni razdalji od konca vute. Vendar se lahko kot poenostavitev domneva, da

se plastični členki nahaja na koncu vute. Če je potrebno, se lahko upošteva

natančnejši položaj.

Preveriti prečko vključno z vuto

Kontrola prečke vključno z vuto po EN 1993-1-1 za pričakovani projektni upogibni

moment na licu stebra:

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑

𝑀𝑏ℎ,𝑅𝑑

≤ 1,0

Kjer so:

𝑀𝑏ℎ,𝑅𝑑 plastična upogibna odpornost dvojnega T prereza sestavljenega iz

zgornje pasnice prečke, pasnice vute in stojine prečka-vuta, pri čemer se

lahko spodnjo pasnico prečke zanemari, glej 6.2.6.7 iz EN 1993-1-8 ;

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑 pričakovani maksimalni moment na licu stebra.

Da bi se upoštevalo morebitno dodatno nosilnost materiala prečke glede na tisto,

ki je v vuti, se debelino pasnice vute poveča za 𝛾𝑜𝑣.

Preveriti upogibno nosilnost stika s čelno pločevino

Preveriti upogibno nosilnost stika tako za pozitivni kot negativni moment:

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝐸𝑑

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑

≤ 1,0

kjer je 𝑀𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑 upogibna nosilnost stika.

Naslednje komponentne so upoštevane pri izračunu upogibne nosilnosti stika:

• pasnica stebra v upogibu;

• čelna pločevina v upogibu;

• stojina prečke v nategu;

• stojina stebra v nategu;

• stojina stebra v tlaku.

𝑀𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑 je določen po EN 1993-1-8, z naslednjimi spremembami:

• pri negativnem momentu se štejejo le vrste vijakov v zgornji polovici

globine prečke (brez vute);

• pri pozitivnem momentu se štejejo samo vrste vijakov pod polovico

globine prečke, vključno z vuto;

• pri negativnem upogibnem momentu je središče tlačne cone

premaknjeno navzgor za 50% globine vute (C = 0.5 hh, glej sliko 3.7a);

• naslednjih komponent se ne upošteva: panel stojine stebra v strigu,

pasnica in stojina prečke v tlaku ter vuta v tlaku.

Preveriti strižno nosilnost stika

𝑉𝑏,𝐸𝑑𝑉𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑

≤ 1,0

kjer je 𝑉𝑐𝑜𝑛,𝑅𝑑 strižna nosilnost stika.

Naslednje komponentne so upoštevane pri izračunu strižne nosilnosti stika:

• stojina prečke v strigu;

• vijaki obremenjeni z bočnim pritiskom na pasnici stebra;

• vijaki obremenjeni z bočnim pritiskom na čelni pločevini;

• vijaki v strigu. Upoštevajo se samo vijaki, ki niso upoštevani pri upogibni

nosilnosti.



Preveriti panel stojine stebra

Projektna strižna sila v panelu stojine stebra je določena glede na upogibne

moment in strižne sile, ki delujejo na panel.

𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑 = 𝛼 ∙ (𝑀𝑏,𝑅𝑑 + 𝑉𝑏,𝐸𝑑 ∙ 𝑠ℎ) 𝑧⁄ − 𝑉𝑐,𝐸𝑑

kjer so

𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑 projektna strižna sila v panelu stojine stebra;

𝑉𝑐,𝐸𝑑 strižna sila v stebru;

z notranja ročica.

Za močan panel stojine stebra je potrebno pridobiti projektno strižno silo, ki

upošteva razvoj polno plastificiranih plastičnih členkov v prečki:

𝛼 = 𝛾𝑠ℎ ∙ 𝛾𝑜𝑣

Nosilnost panela stojine stebra je potrebno preveriti z:

𝑉𝑤𝑝,𝐸𝑑

𝑉𝑤𝑝,𝑅𝑑≤ 1,0

𝑉𝑤𝑝,𝑅𝑑 je določen glede na EN 1993-1-8. Veljajo naslednje omejitve:

• dovoljeno je upoštevati celotno površino dodatnih pločevin na stojini pri

računu dodatne strižne nosilnosti panela stojine stebra;

• dodatna strižna nosilnost Vwp,add,Rd zaradi pasnic stebra in prečnih

ojačitev se lahko zanemari.



3.3.4.5. Karakterizacija komponent

Komponenta Podrobna pravila Referenca

Panel stojine stebra

v strigu

Veljajo pravila iz EN 1993-1-8, 6.2.6.1, z naslednjimi

opombami:

• dovoljeno je upoštevati celotno površino dodatnih

pločevin na stojini pri računu dodatne strižne

nosilnosti panela stojine stebra;

• dodatna strižna nosilnost Vwp,add,Rd zaradi pasnic

stebra in prečnih ojačitev se lahko zanemari.

EN 1993-1-8

6.2.6.1

6.3.2

Pasnica stebra v

upogibu

Veljajo pravila iz EN 1993-1-8. EN 1993-1-8

6.2.6.4

6.3.2

Čelna pločevina v

upogibu


6.2.6.5

6.3.2

Stojina stebra v

tlaku


6.2.6.2

6.3.2

Stojina prečke v

nategu


6.2.6.8

6.3.2

Stojina stebra v

nategu


6.2.6.3

6.3.2

Stojian prečke v

strigu


6.2.6

Vijaki obremenjeni z

bočnim pritiskom na

pasnici stebra


3.6.1

Vijaki obremenjeni z

bočnim pritiskom na

čelni pločevini


3.6.1

Vijaki v strigu Veljajo pravila iz EN 1993-1-8. EN 1993-1-8

3.6.1

3.3.4.6. Razvrščanje po togosti

Spoji preča-steber s podaljšano čelno pločevino ojačani z vuto se lahko obravnavajo

kot togi, če:

- nosilnost panela stojine stebra je določena z uporabo enačbe (6.7) v

EN 1993-1-8, pri čemer zanemarimo dodatno strižno nosilnost Vwp,add,Rd,

zaradi pasnic stebra in prečnih ojačitev;

- za globalno analizo konstrukcije je uporabljen model s srednjimi osmi;

- vijaki so kategorije E (polno prednapeti) glede na EN 1993-1-8.



Za določitev togosti spoja in panela stojine stebra se lahko uporabijo pravila iz

EN 1993-1-8. Po potrebi je v globalni analizi uporabljen napredni model za stik in

panel stojine stebra.

3.3.4.7. Razvrščanje po duktilnosti

Spoji preča-steber s podaljšano čelno pločevino ojačani z vuto projektirani v skladu

z zgoraj navedenimi določbami, veljajo za ustrezne pri konstrukcijskih sistemih DCH

in DCM (pomični okviri, pomični okviri, kombinirani s centričnimi ali ekscentričnimi

povezji). To temelji na dejstvu, da vsi testirani spoji izpolnjujejo zahteve iz

ANSI/AISC 341-16:

- spoj je bil sposoben prevzeti zasuk etažne najmanj 0,04 rad;

- izmerjena upogibna nosilnost spoja določena na licu stebra, je bila enaka

najmanj 0,80Mp priključene prečke pri zasuk etažne 0,04 rad.


SPOJI PREČKA-STEBER Z OJAČENO PODALJŠANO ČELNO PLOČEVINO

3.4. Spoji prečka-steber z ojačeno podaljšano čelno pločevino


Konfiguracija spoja prečka-steber z ojačeno podaljšano čelno pločevino je prikazana

na sliki 3.8. V odvisnosti od globine nosilca in kriterijev za projektiranje se lahko

uporabijo 4 ali 6 vrst vijakov. Z uporabo dodatnih pločevin je mogoče ojačiti stojino

stebra, če je to potrebno, medtem ko je uporaba prečnih ojačitev stebra priporočljiva

za vse razrede.

Vrste zvarov predpisane v skladu s kriteriji za projektiranje so našteti v preglednici

3.2.

1: prečka 2: steber

3: vijaki 4: rebra

5: čelna pločevina 6: prečne ojačitve

7: dodatne pločevine

Slika 3.8 Opis spojev prečka-steber z ojačeno čelno pločevino

Preglednica 3.2 Vrste zvarov v skladu s kriteriji za projektiranje

varjeni elementi nosilnost spoja

polna uravnotežena delna

pasnice nosilca na čelno pločevino (bf-ep) FPW FPW FPW

stojine nosilca na čelno pločevino (bw-ep) FPW FPW FW

prečne ojačitve stebra (cp-c) FW FW FPW

rebra na čelno pločevino (r-ep) FPW FPW FPW

rebra na pasnico nosilca (r-bf) FPW FPW FPW

dodatne pločevine na stojino stebra

(Swp-c) FPW+PW FPW+PW FPW+PW

1

42

3

5

67

T-Joints X-Joints

4 B

olt

ro

ws

6 B

olt

ro

ws




Vijačeni ojačani spoji s podaljšano čelno pločevino so v tem dokumentu

predkvalificirani za naslednje konstrukcijske sisteme:

- pomične okvire (MRFs);







Preglednica 3.3 Mejne vrednosti predkvalificiranih podatkov


Prečka

višina profila največ: 600 mm

razmerje razpon/višina profila največ: 23 mm, najmanj: 10 mm

debelina pasnice največ: 19 mm


Steber

višina profila največ: 550 mm

debelina pasnice največ: 29 mm


Višina profila prečke/stebra 0,65-2,15

Čelna pločevina 18-30 mm

debelina preglednica 3.4


Prečne ojačitve

debelina Večja ali enaka od debeline priključene pasnice

prečke


Dodatne pločevine

debelina preglednica 3.4


Vijaki HV ali HR

velikost preglednica 3.4

razred 10.9

število vrst vijakov preglednica 3.4

podložka V skladu z EN 14399-4

luknje V skladu z EN 1993:1-8

Zvari

med čelno pločevino in pasnicami prečke Ojačani čelni zvari s polno penetracijo (slika 3.9)

med kontinuiranimi pločevinami in

pasnicami stebra

Čelni zvari s polno penetracijo (slika 3.9)

med dodatnimi pločevinami in pasnicami

stebra

Čelni zvari s polno penetracijo (slika 3.9)

ostali zvari Obojestranski kotni zvari s korensko mero večjo od

0,55-kratnika debelina povezanih pločevin



Slika 3.9 Detajli čelnih zvarov s polno penetracijo


Ko sta za spoj izbrana material in geometrija, sledijo tri glavne faze komponente

metode:

• karakterizacija komponent;

• postopek sestavljanja spoja;

• klasifikacija spoja in kontrole.


Korak 1: Začetna izbira materialov in geometrije spoja;

• razred vijakov, velikost vijakov in število vrst;

• dimenzije čelne pločevine;

• dimenzije kontinuiranih pločevin;

• dimenzije dodatnih pločevin na stojini (če so potrebne);

• lastnosti zvarov.


- nosilnost komponent (vozlišče v upogibu);

- togost komponent (vozlišče v upogibu);

- nosilnost komponent (vozlišče v strigu);

Rib stiffener

End

-pla

te/b

eam

fla

nge

45

45



Korak 3: postopek sestavljanja spoja

• upogibna nosilnost stika;

• upogibna togost spoja;

• strižna nosilnost stika;

• stopnja duktilnosti stika;


• upogibna nosilnost;

• upogibna togost;

• strižna nosilnost;

• duktilnost;

• kontrole.

3.4.4.2. Začetna izbira spoja

Priporočila v preglednici 3.4 se lahko uporabijo kot začetni približek za izbiro


Preglednica 3.4 Začetna izbira geometrije in materiala spoja

Element spoja Velikost nosilca

nizek (IPE360) srednji ( IPE450) visok ( IPE600)

Razred vijaka 10.9

Velikost vijaka M27 M30 M36

Število vrst vijakov 4/6 4/6 6

Čelna pločevina Debelina: tep=(2/35/6) db - za polno nosilne spoje je lahko nekoliko večja

od debeline pasnic stebra; tep=(2/35/6) db - za uravnoteženo nosilne

spoje naj bo manjša od debeline pasnic stebra.

Dimenzije: Širina naj bo manjša ali enaka širini pasnice stebra. Podaljšan

del naj ima dovolj prostora za eno ali dve vrsti vijakov, z upoštevanjem

pravil v EN 1993-1-8 (§3.5).

Dodatne pločevine Debelina in dimenzije naj bodo v skladu s pravili iz EC3-1.8 (§ 6.2.6.1),

drugače naj se uporabijo čepasti zvari za zagotovitev stabilnosti dodatnih

pločevin.

Prečne ojačitve preglednica 3.3

Lastnosti zvarov

Opombe: tep je debelina čelne pločevine db je nominalni premer vijaka.





Upogibna

nosilnost

spoja

,con Rd EdM M : uravnoteženo nosilni spoj

,con Rd EdM M : polno nosilni spoj

wp,Rd, , ,min[ , ]con Rd fbc RdV F F : močan panel stojine

kjer:

= , ,con Rd Rd riF F (I = 1 do 5 za spoje s 6 vrstami vijakov in

i= 1 do 3 za spoje s 4 vrstami vijakov), je prečna strižna

sila v spoju zaradi vijakov v nategu.

,fbc RdF je nosilnost pasnic in stojine prečke v tlaku.

Equaljoints

Klasifikacija

togosti

Klasifikacija Zavetrovani

okvir

Nezavetrovani okvir

Delno nosilni

spoji

0.5 8bk 0.5 25bk

Togi spoji 8bk 25bk

= , / ( / )b j ini b bk S EI L

EC3-1-8

5.2.2

Strižna

nosilnost

spoja

, ,con Rd b RdV V : uravnotežena strižna nosilnost

, ,con Rd b RdV V : polna strižna nosilnost

Klasifikacija

duktilnosti

max 1.0 : stopnja duktilnosti 1

max max1.0 in 0.95 : stopnja duktilnosti 2

Kjer so: max 1 2max[ , ]r r ; max 1 2max[ , ]r r .

Equaljoints




Nosilnost posameznih komponent (na upogib)


Pasnic

a s

tebra

v u

po

gib

u

Primeri s 4 vrstami vijakov


EC3-1-8

6.2.6.4

e m

m2

m2

w

rc

nm

w

n m

twc

e m

m2

p

m2

e1

w rc

nm

w

n m

twc




Za vsako vrsto vijakov ali skupino vrst je nosilnost določena z

enačbo:

=, ,1, ,2, ,3,min[ ; ; ]cfb Rd T Rd T Rd T RdF F F F * ali

−=, ,1 2, ,3,min[ ; ]cfb Rd T Rd T RdF F F **

Kjer so:

• =,

,1,

1,4T

pl Rd

Rd

MF

m

• =+

+

,2,

,2,

,2 pl Rd R

T Rd

t dM n F

mF

n

•

= ,3,

2

0.9 ub sT Rd

M

f AF

• −

=,

,1 2,

,12T R

pl

d

RdF

M

m

= 2

,1, ,1 , 00,25 /pl Rd eff fc y fc MM t f

= 2

,2 ,2 , 00,25 /pl Rd eff fc y fc MM t f

= − −( / 2 / 2 0.8 )wc cm w t r

= min[ ,1.25 ]n e m , pri krožni obliki plastičnih porušnic, n=

= / 4w we d

dW je premer podložke ali širina glave vijaka.

*Kadar se pojavi ekscentrična kontaktna sila.

** Kadar se ne pojavi ekscentrična kontaktna sila.

Opomba: EC1993-1-8 dovoljuje upoštevanje ekscentrične

kontaktne sile v vseh primerih vijačenih spojev. Glede na

rezultate opisane v projektu EQUALJOINTS, ta trditev ni

konservativna. Kontrola ekscentrične kontaktne sile naj bo

upoštevana za vsak primer posebej.




Efektivne dolžine

❖ Spoj s 4 vrstami vijakov

Vrsta 1:

=,1 min[2 , ]effl m m

=,2effl m

Vrsta 2:


=,2effl m

je podan na sliki 6.11 v EC3-1-8 in je odvisen od:

=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e

Opomba: Med prvo in drugo vrsto vijakov se ne more aktivirati

nobena skupina vijakov zaradi prisotnosti prečne pločevine.


Vrsta 1:

= +,1 min[2 ;4 1.25 ]effl m m e

= +,2 4 1.25effl m e

Prva vrsta iz skupine 1+2

=,1 min[2 ; ]effl p p

=,eff ncl p

Vrsta 2:


=,2effl m

Druga vrsta iz skupine 1+2

= + + − +,1 min[ ;0.5 (2 0.625 )]effl m p p m m e

= + − +,1 0.5 (2 0.625 )effl p m m e

Vrsta 3:


=,2effl m


=+

1

m

m e

=+

22

m

m e

Opomba: Med prvo in drugo vrsto vijakov lahko efekt skupine vijakov

vpliva na nosilnost; ravno obratno pa se skupinski vpliv ne more

aktivirati v tretji vrsti vijakov zaradi prisotnosti čelne pločevine.

Tabela 6.5

(EC3-1-8)



Čeln

a p

ločevin

a v

upog

ibu

a) b)

Primer s 4 vrstami vijakov (a) in 6 vrstami vijakov (b)

Za vsako vrsto vijakov ali skupino vrst vijakov je nosilnost določena z

enačbo:

=, ,1, ,2, ,3,min[ ; ; ]cfb Rd T Rd T Rd T RdF F F F * ali

−=, ,1 2, ,3,min[ ; ]cfb Rd T Rd T RdF F F **

Kjer so:

• =,

,1,

1,4T

pl Rd

Rd

MF

m

• =+

+

,2,

,2,

,2 pl Rd R

T Rd

t dM n F

mF

n

•

= ,3,

2

0.9 ub sT Rd

M

f AF

• =,

,1,

1,2T

pl Rd

Rd

MF

m

in:

= 2


= 2


= − −( / 2 / 2 0.8 )wc cm w t r

= min[ ,1.25 ]n e m , pri krožni obliki plastičnih porušnic, n=

= / 4w we d

dW je premer podložke ali širina glave vijaka.

*Kadar je ekscentrična kontaktna sila prisotna.

** Kadar ekscentrične kontaktne sile ni.

EC3-

1-8

6.2.6.

5

e m

m2

mx

w

ex

e m

m2

mx

w

p

ex

rc

nm

w

n m

twc




Efektivne dolžine


Vrsta 1:

+

= − + + + + +

,1

2

2

min (2 0.625 )

2 0.625

4 1.25

x

eff x

x

m

m e

l m m e e

m e e

m e

− + +

= + + +

,2

(2 0.625 )

min 2 0.625

4 1.25

x

eff x

m m e e

l m e e

m e

Vrsta 2:


=,2effl m


=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e


Vrsta 1:

+=

+ + +

,1

2

2min

4 1.25

2 0.625

x

eff

x

m

m el

m e

m e e

+

= + +

,2

4 1.25min

2 0.625eff

x

m el

m e e

Prva vrsta skupine 1+2

+

+=

+ + +

,1

2min

2 0.625 0.5

0.5

x

eff

x

m p

e pl

m e p

e p

+ +

= +

,2

2 0.625 0.5min

0.5eff

x

m e pl

e p

Vrsta 2:


=,2effl m

Druga vrsta skupine 1+2

= + + − +,1 min[ ;0.5 (2 0.625 )]effl m p p m m e

= + − +,2 0.5 (2 0.625 )effl p m m e

Vrsta 3:


=,2effl m

je podan na sliki 6.11 v EC3-1-8.




Pasnici in stojina prečke v tlaku

= + −, , , ( 0.5 )fbc Rd c Rd y b fbF M f h b t

h je višina prečke;

Mc,Rd je projektna upogibna nosilnost prečnega prereza prečke in

prereza ojačitvenega rebra, po potrebi je zmanjšana zaradi

vplivov striga, glej EN 1993-1-1.

tfb je debelina pasnice priključene prečke.

ξb je lokacija cetra tlačene cone.

b je višina ojačitvenega rebra.

EC3-1-8 6.2.6.7

Stojina stebra in kontinuirne pločevine v tlaku

Nosilnost stojine stebra in prečnih ojačitev je določena kot:

= +

, , , ,

,

0 0

wc eff c cf wc y wc cp y cp

wcc Rd

M M

k b t f A fF

Kjer je:

= + + + + +, , 1 22( ) 5( ) 2eff c cf fb w w fc c epb t a a t r t

Acp je površina kontinuirnih pločevin (obe strani).

Redukcijski faktor kwc, ki upošteva osne napetosti v stojini stebra je podan v 6.2.6.2(2) standarda EC3-1-8.

Redukcijski faktor je podan v tabeli 6.3 standarda EC3-1-8. Opomba: Kadar so prečne ojačitve prisotne, lahko redukcijo zaradi uklona stojine stebra v prečnem tlaku zanemarimo.

EC3-1-8 6.2.6.2

Stojina prečke v nategu

=, , , , 0/wbt Rd eff t wb wb y wb MF b t f

Za sodelujočo širino beff,t,wb nosilca v nategu je treba vzeti sodelujočo dolžino nadomestnega T-elementa, s katerim je modelirana čelna pločevina.

EC3-1-8 6.2.6.8

Stojina stebra v nategu

=

, , ,

,

0

eff t wc wc y wc

wct Rd

M

b t fF

Sodelujoča širina beff,t,wc pasnice stebra v nategu je treba vzeti enako sodelujoči dolžini nadomestnega T-elementa, s katerim je modelirana pasnica stebra.

Redukcijski faktor je podan v preglednici 6.3 standarda EC3-1-8.

EC3-1-8 6.2.6.3

Vijaki v nategu

Nosilnost vrste vijakov (dva vijaka) v nategu je podana z:

Fbt,Rd = 2

0,92 ub s

M

f A

kjer sta:

fub natezna trdnost vijaka,

As je površina nateznih napetosti v vijaku.

EC3-1-8

3.6.1



3.4.4.5. Togost komponent (spoj v upogibu)


Panel stojine

stebra v strigu

Za ojačan spoj je togostni koeficient k1 neskončen, za neojačan

spoj pa enak:

=1

0.38 VCAk

z

Kjer sta:

transformacijski parameter, določen v EN 1993-1-8 pr. 5.3(7),

z ročica.

EC3-1-8

6.3.2

Pasnica

stebra v

upogibu

Za eno vrsto vijakov v nategu:

=

2

4 3

0.9 eff fcl tk

m

Sodelujoča širina beff je manjša izmed efektivnih dolžin vrst vijakov

(posamezno ali kot del skupine vijakov).

EC3-1-8

6.3.2

Čelna

pločevina v

upogibu


=

2

5 3

0.9 eff pl tk

m


(posamezno ali kot del skupine vijakov).

EC3-1-8

6.3.2

Stojina stebra

v nategu

Za ojačan varjeni spoj je togostni koeficient k3 neskončen, za

neojačan spoj pa enak:

=

, ,

3

0.7 eff t wc w c

c

b tk

d


(posamezno ali kot del skupine vijakov) za pasnico stebra v

upogibu.

EC3-1-8

6.3.2

Vijaki v

nategu


=10

1.6s

b

Ak

L

EC3-1-8

6.3.2

Ojačitveno

rebro na

tlačeni strani

= cos( )eq

RIB

Strut

Ak

L,

kjer so (po Lee-ju):

−=

− + −

2

2 2

( )

( ) ( )e

ab cA

a c b c

( )= +2 2(0.6)eL a b

naklon diagonale ojačitvenega rebra.

Equaljoints



3.4.4.6. Nosilnost komponent (vozlišče v strigu)


Stojina prečke

v strigu =, , 1/ 3b RD w vb y b MV A f

kjer so:

= − + +2 ( 2 )vb b b fb wb b fbA A b t t r t

= 0.83 / ww če 0.83w ;

= 1.0w če 0.83w

= ,0.3467( / ) /w wb wb y bh t f E

EC3-1-5

5.3

Pasnica

stebra na

bočni pritisk

Za eno vrsto vijakov (dva vijaka) v strigu:

= 1

,

2

2 b u fcb Rd

M

k f dtF

kjer so:

Za robne vijake: = −1

0

min[2.8 1.7, 2.5]e

kd

Za notranje vijake: = −21

0

min[1.4 1.7, 2.5]p

kd

b je odvisna od smeri strižne obtežbe in pozicije vrste vijakov:

Za 4 vrste vijakov:

Strižna sila usmerjena navzdol

Vrste 1, 3 in 4:

= 1.0b

Vrsta 2:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Strižna sila usmerjena navzgor

Vrste 1, 2 in 4:

= 1.0b

Vrsta 3:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Za 6 vrst vijakov:


Vrste 1, 3 in 5:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrste 2, 4 in 6:

= 1.0b


Vrste 1, 3 in 5:

= 1.0b

Vrste 2, 4 in 6:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

EC3-1-8

3.6.1



Čelna

pločevina na

bočni pritisk


= 1

,

2

2 b u fcb Rd

M

k f dtF

Za robne vijake: = −1

0

min[2.8 1.7, 2.5]e

kd

Za notranje vijake: = −21

0

min[1.4 1.7, 2.5]p

kd

b je odvisna od smeri strižne obtežbe in pozicije vrste vijakov:

Za 4 vrste vijakov:


Vrsta 1:

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

Vrste 2 in 4:

= 1.0b

Vrsta 3:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d


Vrste 1 in 3:

= 1.0b

Vrsta 2:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsta 4:

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

Za 6 vrst vijakov:


Vrsta 1:

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

Vrste 2, 4 in 6:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrste 3 in 5:

= 1.0b


Vrste 1, 3 in 5:

= −0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrste 2 in 4:

= 1.0b

Vrsta 6:

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

EC3-1-8

3.6.1

Vijaki v strigu Za eno vrsto vijakov (dva vijaka) v strigu:

=,

2

2 v ub sb Rd

M

f AF

v =0.5 za vijake 10.9

EC3-1-8

3.6.1



3.5. Neojačani spoji prečka-steber s podaljšano čelno pločevino


Konfiguracija neojačanega spoja prečka-steber s podaljšano čelno pločevino je

prikazana na sliki 3.10. V odvisnosti od globine nosilca se lahko uporabijo 4 ali 6 vrst

vijakov. Stojina stebra se lahko ojači z uporabo dodatnih pločevin, kadar je to

potrebno, medtem ko je uporaba prečnih ojačitev stebra priporočljiva za vse razrede.

1: nosilec

2: steber

3: čelna pločevina

4: vijaki

5: prečne ojačitve

6: dodatne pločevine

Slika 3.10 Opis neojačanih spojev prečka-steber s podaljšano čelno pločevino


Vijačeni neojačani spoji s podaljšano čelno pločevino so v tem dokumentu

predkvalificirani za naslednje konstrukcijske sisteme:







NEOJAČANI SPOJI PREČKA-STEBER S PODALJŠANO ČELNO PLOČEVINO


V preglednici 3.5 so zbrane mejne vrednosti predkvalificiranih podatkov.

Preglednica 3.5 Mejne vrednosti predkvalificiranih podatkov

Elementi Parametri Obseg uporabe

Prečka

Višina profila največ: 600 mm

Razmerje

razpon/globina

največ: 23 mm, najmanj: 10 mm

Debelina pasnice največ: 19 mm


Steber

Višina profila največ: 550 mm

Debelina pasnice največ: 31 mm


Višina profila

prečke/stebra

Čelna pločevina

Debelina 18-25 mm


Prečne ojačitve

Debelina Večja ali enaka od debeline priključene

pasnice prečke


Dodatne pločevine

Debelina preglednica 3.6


Vijaki HV ali HR

Velikost preglednica 3.6

Razred 10.9

Število vrst vijakov preglednica 3.6

Podložka

Luknje

Zvari

Med čelno pločevino in

pasnicami prečke

Ojačani čelni zvari s polno penetracijo (slika

3.9).

Med kontinuiranimi

pločevinami in

pasnicami stebra

Čelni zvari s polno penetracijo (slika 3.9).

Med dodatnimi

pločevinami in

pasnicami stebra

Čelni zvari s polno penetracijo (slika 3.9).

Ostali zvari Obojestranski kotni zvari s korensko mero

večjo od 0,55 krat debelina povezanih

pločevin.




Ko sta za spoj izbrana material in geometrija, sledijo tri glavne faze komponente

metode:

• karakterizacija komponent;

• postopek sestavljanja spoja;

• klasifikacija spoja in kontrole.


Korak 1: Začetna izbira materialov in geometrije spoja

• razred vijakov, velikost vijakov in število vrst;

• dimenzije čelne pločevine;

• dimenzije kontinuiranih pločevin;

• dimenzije dodatnih pločevin na stojini (če so potrebne);

• lastnosti zvarov.


• nosilnost komponent (vozlišče v upogibu);

• togost komponent (vozlišče v upogibu);

• nosilnost komponent (vozlišče v strigu).

Korak 3: Postopek sestavljanja spoja

• upogibna nosilnost stika;

• upogibna togost spoja;

• strižna nosilnost stika;

• stopnja duktilnosti stika.


• upogibna nosilnost;

• upogibna togost;

• strižna nosilnost;

• duktilnost;

• kontrole.



3.5.4.2. Začetna izbira dimenzij spoja

Priporočila v preglednici 3.6 se lahko uporabijo kot začetni približek za izbiro


Preglednica 3.6 Začetna izbira geometrije in materiala spoja

Element spoja Velikost nosilca

nizek (IPE360) srednji( IPE450) visok (IPE600)

Razred vijaka 10.9

Velikost vijaka M27 M27 M27

Število vrst vijakov 4 4 6

Čelna pločevina Debelina: tep=(1/22/3) db - za delno nosilne spoje; tep=(2/35/6)db - za

enako nosilne spoje naj bo manjša od debeline pasnic stebra.

Dimenzije: Širina naj bo enaka širini pasnice stebra. Podaljšan del naj ima

dovolj prostora za eno vrsto vijakov, z upoštevanjem pravil v EN 1993-1-8

(§3.5).

Dodatne pločevine Pri stebrih s HEB profilom in prečkah z IPE profilom, se dodatne pločevine

upoštevajo samo takrat, ko je zahtevan močan panel stojine stebra.

Debelina in dimenzije naj bodo v skladu s pravili iz EC3-1.8 (§ 6.2.6.1).

Prečne ojačitve preglednica 3.5

Lastnosti zvarov

Opombe: tep je debelina čelne pločevine db je nominalni premer vijaka.





Upogibna

nosilnost

spoja

, ,con Rd con EdM M : delno nosilni spoj

, ,con Rd con EdM M : uravnoteženo nosilni spoj

, ,con Rd con EdM M : polno nosilni spoj

wp,Rd , ,min[ , ]con Rd fbc RdV F F : šibek panel stojine

wp,Rd , ,min[ , ]con Rd fbc RdV F F : uravnoteženi panel stojine

wp,Rd, , ,min[ , ]con Rd fbc RdV F F : šibek panel stojine

kjer:

= , ,con Rd Rd riF F (I = 1 do 5 za spoje s 6 vrstami vijakov in i= 1 do 3 za

spoje s 4 vrstami vijakov), je prečna strižna sila v spoju zaradi vijakov

v nategu.

,fbc RdF ,fbc RdV je nosilnost pasnic in stojine prečke v tlaku.

Equaljoints

Klasifikacija

togosti

Klasifikacija Zavetrovani okvir Nezavetrovani okvir

Delno nosilni spoji 0.5 8bk 0.5 25bk

Togi spoji 8bk 25bk

= / ( / )b j b bk S EI L

EC3-1-8

5.2.2

Strižna

nosilnost

spoja

, ,con Rd b RdV V : delna strižna nosilnost

, ,con Rd b RdV V : uravnotežena strižna nosilnost

, ,con Rd b RdV V : polna strižna nosilnost

Klasifikacija

duktilnosti

max 1.0 : stopnja duktilnosti 1

max max1.0 in 0.95 : stopnja duktilnosti 2

Kjer sta: max 1 2max[ , ]r r ; max 1 2max[ , ]r r

Equaljoints




Nosilnost posameznih komponent (na upogib)


Panel stojine

stebra v

strigu

− −= +

2

,wc ,

,

0

0.9 4 (0.25 ) ( 2 )

3

vc y s y s c wc c

wp Rd

sM

A f t f b t rV

d

EC3-1-8

6.2.6.1

• Panel stojine stebra v strigu s prečnimi

ojačitvami stojine in brez dodatnih pločevin:

= − + +2 ( 2 )vc c c fc wc c fcA A b t t r t

• Panel stojine stebra v strigu s prečnimi

ojačitvami stojine z dodatnimi pločevinami:

= − + + +2 ( 2 )vc c c fc wc c fc wc sA A b t t r t t b

Prečka v

upogibu

=, , ,b Rd b p y bM W f

Wb,p je plastični odpornostni moment prečnega prereza prečke.

fy,b je meja tečenja za plastificiran element prečke.

Pasnica

stebra v

upogibu


EC3-1-8

6.2.6.4






naslednjo enačbo:

=, ,1, ,2,min[ ; ]cfb Rd T Rd T RdF F F kjer sta

• −

− +=,1,

,1,(8 2 )

2 ( )

w pl

T R

Rd

d

w

n e M

mn e m nF

• =+

+

,2,

,2,

,2 pl Rd R

T Rd

t dM n F

mF

n

in:

= 2


= 2


= − − −0.5( 2 1.6 )c wc cm b e t r

= min[ ,1.25 ]n e m , za krožno obliko porušnic lahko vzamemo n=.

= 0.25w we d (kjer je dw premer podložke)

Efektivne dolžine

❖ spoj s 6 vrstami vijakov

Vrsta 1:


=,2effl m

Vrsta 2 (ali 5):

Posamezna vrsta:


=,2effl m




Prva vrsta iz skupine 1 ali 3

= + + − +,1 1 1min[ , 0.5 (2 0.625 )]effl m p p m m e

= + − +,2 10.5 (2 0.625 )effl p m m e

Vrsta 3 (ali 4):

Posamezna vrsta:

= +,1 min[2 , 4 1,25 ]effl m m e

= +,2 4 1,25effl m e

Zadnja vrsta iz skupine 1:

= + + +,1 1 1min[ , 2 0.625 0.5 ]effl m p m e p

= + +,2 12 0.625 0.5effl m e p

Posamezna vrsta iz skupine 2:

= + +,1 2 2min[ , 0.5 0.5 ]effl m p p m

= +,2 20.5 0.5effl p m

Vmesna vrsta iz skupine 3:

= +,1 1 2effl p p

= +,2 1 20.5( )effl p p


=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e

Kjer sta:

= −2 1 10.8 2wm e a za vrsto 1

= −2 2 20.8 2wm e a za vrsto 2 ali 5

❖ Spoj s 4 vrstami

Vrsta 1:


=,2effl m

Vrsta 2:

Posamezna vrsta:


=,2effl m

Posamezna vrsta iz skupine 2+3

= + +,1 min[ , 0.5 0.5 ]effl m p p m

= +,2 0.5 0.5effl p m

Vrsta 3: podobno kot vrsta 2


=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e




kjer sta:

= −2 1 10.8 2wm e a za vrsto 1

= −2 2 20.8 2wm e a za vrsto 2 ali 3

Čelna

pločevina v

upogibu




naslednjo enačbo:

=, ,1, ,2,min[ ; ]pb Rd T Rd T RdF F F kjer sta

• −

− +=,1,

,1,(8 2 )

2 ( )

w pl

T R

Rd

d

w

n e M

mn e m nF

• =+

+

,2,

,2,

,2 pl Rd R

T Rd

t dM n F

mF

n

EC3-1-8

6.2.6.5




in: = 2

,1, ,1 , 00,25 /pl Rd eff ep y ep MM t f

= 2

,2 ,2 , 00,25 /pl Rd eff ep y ep MM t f

= − − −

=

0.5( 2 1.6 2)

min[ ,1.25 ]

ep bw wm b e t a

n e mza vrste vijakov znotraj pasnic prečke

= −

=

1 10.8 2

min[ ,1.25 ]

w

x

m e a

n e m za vrste vijakov izven pasnic prečke

(za krožno obliko plastičnih porušnic lahko vzamemo n=).

= 0.25w we d

Efektivne dolžine


Vrsta 1:

+ +=

+ + + + +,1

2 , , 2min

4 1.25 , 2 0.625 , 0.5 , 0.5 2 0.625eff

x x ep x

m m w m el

m e e m e b w m e

= + + + + +,2 min[4 1.25 , 2 0.625 , 0.5 , 0.5 2 0.625 ]eff x x ep xl m e e m e b w m e

Vrsta 2 (ali 5):

Posamezna vrsta


=,2effl m

Prva vrsta iz skupine 1(vrsti 2+3 ali 4+5)

= + + − +,1 1 1min[ , 0.5 (2 0.625 )]effl m p p m m e

= + − +,2 10.5 (2 0.625 )effl p m m e

Vrsta 3 (ali 4):

Posamezna vrsta

= +,1 min[2 , 4 1,25 ]effl m m e

= +,2 4 1,25effl m e

Zadnja vrsta iz skupine 1 (vrsti 2+3 ali 4+5):

= + + +,1 1 1min[ , 2 0.625 0.5 ]effl m p m e p

= + +,2 12 0.625 0.5effl m e p

Prva (ali zadnja) vrsta iz skupine 2 (vrsti 3+4):

= + + +,1 2 2min[ , 2 0.625 0.5 ]effl m p m e p

= + +,2 22 0.625 0.5effl m e p

Vmesna vrsta iz skupine 3 (vrste 2+3+4+5):

= +,1 1 2effl p p

= +,2 1 20.5( )effl p p


=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e




kjer sta:

= −2 1 10.8 2wm e a za vrsto 1

= −2 2 20.8 2wm e a za vrsto 2 ali 5


Vrsta 1:

+ +=

+ + + + +,1

2 , , 2min

4 1.25 , 2 0.625 , 0.5 , 0.5 2 0.625eff

x x ep x

m m w m el

m e e m e b w m e

= + + + + +,2 min[4 1.25 , 2 0.625 , 0.5 , 0.5 2 0.625 ]eff x x ep xl m e e m e b w m e

Vrsta 2:

Posamezna vrsta


=,2effl m

Posamezna vrsta iz skupine 2+3

= + +,1 min[ , 0.5 0.5 ]effl m p p m

= +,2 0.5 0.5effl p m

Vrsta 3: podobno kot vrsta 2:


=+

1

m

m e; =

+

22

m

m e

= −2 1 10.8 2wm e a za vrsto 1

= −2 2 20.8 2wm e a za vrsto 2 ali 3

Pasnici in

stojina

prečke v

tlaku

=−

,

,

c Rd

fbc Rd

fb

MF

h t

kjer so:

h globina priključene prečke;

Mc,Rd projektna upogibna nosilnost prečnega prereza nosilca. Po potrebi

je zmanjšana zaradi vplivov striga, glej EN 1993-1-1.

tfb debelina pasnice priključene prečke.

EC3-1-8

6.2.6.7

Stojina

stebra in

kontinuirne

pločevine v

prečnem

tlaku

Projektna nosilnost stojine stebra in kontinuirnih pločevin se izračuna z

izrazom:

= +

, , ,

,

0 0

wc eff cf wc y wc cp y cp

wcc Rd

M M

k b t f A fF

Kjer je:

= + + + + +, , 1 22( ) 5( ) 2eff c cf fb w w fc c epb t a a t r t

Acp površina kontinuirnih pločevin (obe strani);

kwc redukcijski faktor, ki upošteva osne napetosti v stojini stebra,

naveden je v točki 6.2.6.2(2) iz EC3-1-8;

redukcijski faktor ,podan v preglednici 6.3, EC3-1-8;

EC3-1-8

6.2.6.2




Opomba: redukcija zaradi izbočenja stojine stebra in prečnih ojačitev v

prečnem tlaku je zanemarjena. Potrebna geometrija prečnih ojačitev za

zagotovitev tega pogoja je podana v preglednici 4.3.1.

Stojina

prečke v

nategu

=, , , 0/wbt Rd eff wb wb y wb MF b t f

Za sodelujočo širino beff,t,wb stojine nosilca v nategu je treba vzeti

sodelujočo dolžino nadomestnega T-elementa, s katerim je modelirana

čelna pločevina v upogibu za posamezno vrsto vijakov ali skupino.

EC3-1-8

6.2.6.8

Stojina

stebra v

prečnem

nategu

=

, ,

,

0

eff wc wc y wc

wct Rd

M

b t fF

Sodelujoča širina beff,t,wc stojine stebra v nategu naj bo enaka sodelujoči

dolžini nadomestnega T-elementa, s katerim je modelirana pasnica

stebra v upogibu za posamezno vrsto vijakov ali skupino.

Redukcijski faktor je podan v preglednici 6.3, EC3-1-8;

EC3-1-8

6.2.6.3

Vijaki v

nategu

Nosilnost vrste vijakov (dva vijaka) v nategu je podana z enačbo:

=,

2

0,92 ub s

bt Rd

M

f AF

Kjer sta:

fub natezna trdnost vijaka,

As površina skozi navoje vijaka.

EC3-1-8

3.6.1



Togost komponent (spoj v upogibu)


Panel

stojine

stebra v

strigu

=1

0.38 vcAk

z

Transformacijski parameter je podan v preglednici 5.4, EC3-1-8.

Ročica z spoja je podana v EC-1-8, 6.3.3.1.

EC3-1-8

6.3.2

Pasnica

stebra v

upogibu


=

3

,

4 3

0.9 eff cf fcb tk

m

Sodelujoča širina beff je manjša izmed vrednosti efektivnih dolžin vrst

vijakov (posamezno ali kot del skupine vijakov).

EC3-1-8

6.3.2

Čelna

pločevina v

upogibu


=

3

,

5 3

0.9 eff ep epb tk

m


vijakov (posamezno ali kot del skupine vijakov).

EC3-1-8

6.3.2

Stojina

stebra v

prečnem

nategu


=,

3

0.7 eff wc wc

c

b tk

d


vijakov (posamezno ali kot del skupine vijakov) v pasnici stebra v

upogibu.

EC3-1-8

6.3.2

Vijaki v

nategu


=10 1.6 /s bk A L

EC3-1-8

6.3.2



Nosilnost komponent (spoj v strigu)


Stojina

prečke v

strigu

=, , 1/ 3b RD w vb y b MV A f

Kjer so:

= − + +2 ( 2 )vb b b fb wb b fbA A b t t r t

= 0.83 / ww, če 0.83w ;

= 1.0w , če 0.83w

= ,0.3467( / ) /w wb wb y bh t f E

EC3-1-5

5.3

Pasnica

stebra na

bočni pritisk


= 1

,

2

2 b u fcb Rd

M

k f dtF

kjer:

= −1

0

min[2.8 1.7, 2.5]e

kd

b je odvisna od smeri strižne sile in pozicije vrste vijakov:


Vrste 1, 5 in 6 (ali(*) vrste 1, 3 in 4):

= 1.0b

Vrsti 2 in 4 (ali(*): vrsta 2):

= −1 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsta 3:

= −2 0min[1.0, / 3 0.25]b p d


Vrste 1, 2 in 6 (ali(*) vrste 1, 2 in 4)

= 1.0b

Vrsti 3 in 5 (ali(*) vrsta 3)

= −1 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsta 4:

= −2 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

(*): za spoj s 4 vrstami vijakov (p1 naj bo nadomeščen s p)

EC3-1-8

3.6.1

Čelna

pločevina

na bočni

pritisk


= 1

,

2

2 b u fcb Rd

M

k f dtF

= −1

0

min[2.8 1.7, 2.5]e

kd

Strižna sila usmerjena navzdol Strižna sila usmerjena navzgor

Vrsti 2 in 6 (ali(*) vrsti 2 in 4):

= 1.0b

Vrsta 1 (ali(*) vrsta 1):

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

Vrsti 3 in 5 (ali(*) vrsta 3):

= −1 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsta 4:

= −2 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsti 1 in 5 (ali(*) vrsti 1 in 3):

= 1.0b

Vrsta 6 (ali(*) vrsta 4):

= 0min[1.0, / 3 ]b xe d

Vrsti 2 in 4 (ali(*): vrsta 2)

= −1 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

Vrsta 3:

= −2 0min[1.0, / 3 0.25]b p d

(*): za spoj s 4 vrstami vijakov (p1 naj bo nadomeščen s p)

EC3-1-8

3.6.1

Vijaki v

strigu


=,

2

2 v ub sb Rd

M

f AF

v =0.6 za vijake 8.8 in v =0.5 za vijake 10.9.

EC3-1-8

3.6.1



3.6. Spoji z oslabljeno prečko

V projektu EqualJoints so bili upoštevani spoji z oslabljeno prečko (RBS) kot del

preučevanja evropskega jekla za spoje z velikimi prečnimi prerezi elementov, ki

vključujejo to vrsto disipativnih spojev iz prakse pri gradnji v ZDA. Zato predstavljajo

poseben primer, ki ni neposredno povezan z drugimi zgoraj omenjenimi

konfiguracijami spojev (z vuto, ojačani in neojačani s podaljšano čelno pločevino).

Zasnova v tem primeru večinoma sledi določbam AISC (glej tipično konfiguracijo na

sliki 3.11), čeprav nekateri vidiki, kot so tisti, povezani z zasnovo panela stojine,

lahko neposredno nadomestijo priporočila, navedena zgoraj za polne nosilnosti v

drugih predhodnih konfiguracijah za načrtovanje v evropski praksi.

Slika 3.11 Konfiguracija in dimenzije spoja z oslabljeno prečko (ANSI/AISC 358)

Zasnova mora upoštevati zahteve AISC 341 (Seizmične določbe za stavbe iz

konstrukcijskih jekel), AISC 358-16 (Predkvalificirani spoji za seizmične aplikacije)

in AISC 360 (Specifikacije za stavbe iz konstrukcijskega jekla).

Na podlagi zgoraj navedenega, projektiranje takega spoja sledi naslednjemu

postopku:

1. Preveriti lokalno izbočenje prečke za potresno kompaktnost

= 0.32

bfps

fb y

b E

t f

2. Preveriti lokalno izbočenje stebra za potresno kompaktnost

= 0.32

cfps

fc y

b E

t f


SPOJI Z OSLABLJENO PREČKO

3. Preveriti omejitve za prečko iz AISC 358 poglavje 5.3.1

Na podlagi preskusov, opravljenih v sklopu projekta EqualJoints, je bilo

ugotovljeno, da se lahko velikost prečke poveča iz W36 na W44. Ta

sprememba je poakazala ustrezno obnašanje v skladu s pogoji

predkvalifikacije.

4. Preveriti omejitve za steber iz AISC 358 poglavje 5.3.2

Na podlagi preskusov, opravljenih v sklopu projekta EqualJoints, je bilo

ugotovljeno, da se lahko velikost stebra poveča iz W36 na W40. Ta

sprememba je poakazala ustrezno obnašanje v skladu s pogoji

predkvalifikacije.

5. Določiti plastični odpornostni moment prečnega prereza elementa na sredini

reduciranega prereza prečke (AISC 358, poglavje 5.8, Step 2)

( )= − −, 2RBS pl x fb b fbZ Z c t h t ,

kjer so:

ZRBS plastični odpornostni moment na sredini reduciranega prereza prečke

Zpl.x plastični odpornostni moment okrog osi x (močna os) za celoten prerez

prečke

tfb debelina pasnice prečke

hb višina profila prečke

c globina izreza prečke

6. Določiti predviden maksimalni moment na reduciranem delu prereza (AISC

358, poglavje 5.8, korak 3)

= = pr RBS pr y y eM M C R f Z ,

kjer:

Cpr koeficient, ki upošteva največjo nosilnost spoja, vključuje utrjevanje,

lokalno podpiranje, dodatne ojačitve in druge lastnosti spoja in je

določen kot sledi:

+

= 1.22

y u

pr

y

f fC

f

Ry razmerje med pričakovano mejo tečenja in nominalno mejo tečenja fy

7. Izračunati strižno silo v težišču reduciranega prereza (AISC 358, poglavje 5.8,

korak 4)

= =+

2 pr

p RBS

h g

MV V

L V

8. Izračunati pripadajočo strižno silo v stebru

=

b e bc

c c

N V LV

N h

9. Izračunati predviden maksimalni moment na licu stebra (AISC 358, poglavje

5.8, step 5)



= + +f pr RBS h gM M V S M

kjer:

=2

2ub h

g

W SM

10. Izračunati pričakovani plastični moment prečke (AISC 358, poglavje 5.8,

korak 6)

=pe y y bxM R f Z

11. Preveriti, da upogibna nosilnost ne presega Φd Mpe (AISC 358, poglavje 5.8,

korak 7)

f d peM M

12. Izračunati in preveriti koncentrirano silo v stebru

( ) +

+

1.5

2

2

5

0.8 1 3

6.25

y tw b

yw fb wb w

f w

yf f

f w k l

E f tl tP t

d t t

f t

kjer:

= fb fbb f

x

b tP M

Z

13. Preveriti razmerje momentov steber/prečka (AISC 341, poglavje 9.6)

*

*1.0

pc

pb

M

M

Kjer:

*

pcM vsota momentov v stebru nad in pod spojem

= − +

*

2uc b

pc c yc c

g

P dM Z f V

A

*

pbM vsota momentov v prečki

= + *

pc b RBS vM N M M

vM dodatni moment zaradi vpliva povečanja striga na razdalji med

plastičnim členkom in središčne osi stebra

( )

= + + +

2 2

cv RBS RBS

dbM V V a

14. Preveriti strižno nosilnost panela stojine stebra (AISC341, poglavje 9.3)

−−

0.75 c r

f

v n c

b fb

P P

MR V

d t


SPOJI Z OSLABLJENO PREČKO

15. Določiti ustrezno debelino pločevine ob stojini

+

−

0.6

u ncol ndp

u ncoldp

y c

R R R

R Rt

f d

16. Preveriti debelino stojine stebra in pločevine ob stojini

+

90z zd w

t

17. Preveriti, če so potrebne prečne ojačitve (AISC 358, korak 10)

0.36

6 ali 12

yb yb

fc b f f

yc yc

fbfc

F Rt b t b

F R

bt

18. Izračunati potrebno debelino prečnih ojačitev

Kontrola 1: 0.5s bft t

Kontrola 2: +b ncol ncpP R R

−

0.9b ncol

s

y bf

P Rt

f b

Kot je bilo že omenjeno, zasnova sledi zahtevam AISC 341 (Seizmične določbe za

stavbe iz konstrukcijskih jekel), AISC 358-16 (Predkvalificirani spoji za seizmične

aplikacije) in AISC 360 (Specifikacije za stavbe iz konstrukcijskega jekla). To je v

skladu z namenom testov, izvedenih v okviru projekta, ki niso preučevali evropske

zasnove ali evropskih profilov, temveč so se osredotočili na potrjevanje uporabe

evropskega jekla, modeliranega v skladu z določbami ZDA in vključenega v gradbeni

praksi v ZDA.


LITERATURA

Literatura

American Institute of Steel Construction (AISC) (2010). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, ANSI-AISC 341-10 Standard, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, USA, 2010 American Institute of Steel Construction (AISC) (2010). Specification for Structural Steel Buildings, ANSI-AISC 360-10 Standard, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, USA, 2010 American Society for Testing and Materials (ASTM) (2011). “Standard Practices for Cycle-Counting in Fatigue Analysis.” ASTM Standard E1049-85, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA. ANSI/AISC 358-10 (2010). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. ANSI/ASIC 341-16 (2016): Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction Arce G. Impact of higher strength steels on local buckling and overstrength of links in eccentrically braced frames. MS thesis, Univ.of Texas at Austin, Austin, Tex. (advisor: M.D. Engelhardt). ASTM E606 / E606M-12 (2012) Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org Bjorhovde R, Colson A. (1991) Economy of semi-rigid frame design, in Connections in Steel Structures II: Behaviour, Strength and Design, Bjorhovde, R., Haaijer, G., and Stark, J.W.B (eds.), American Institute of Steel Construction, 418–430.

Haaijer G, and Stark JWB (eds.), American Institute of Steel Construction, 418–430.

Brandonisio G, De Luca A., Mele E. (2012). Shear strength of panel zone in beam-to-column connections. Journal of Constructional Steel Research, 71, 129–142. CEN (2005). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of Joints. European Committee for Standardization (CEN), 2005. CEN (2005). Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 3: Assessment and retrofitting of buildings. European Standard EN 1998-3:2005, Brussels. D’Aniello M, Landolfo R, Piluso V, Rizzano G. (2012). Ultimate Behaviour of Steel Beams under Non-Uniform Bending. Journal of Constructional Steel Research, 78, 144–158. Güneyisi EM, D'Aniello M, Landolfo R, Mermerdaş K. (2013). A novel formulation of the flexural overstrength factor for steel beams. Journal of Constructional Steel Research, 90, 60-71 Güneyisi EM, D'Aniello M, Landolfo R, Mermerdaş K. (2014). Prediction of the flexural overstrength factor for steel beams using artificial neural network. Steel and Composite Structures, An International Journal, 17(3), 215-236. Mazzolani FM, Piluso V. (1992). Member behavioural classes of steel beams and beam-columns. Proc. of First State of the ArtWorkshop, COSTI, Strasbourg, 517-29.

Tartaglia R, D’Aniello M, Rassati GA, Swanson JA, Landolfo R. (2018). Full strength extended stiffened end-plate joints: AISC vs recent European design criteria. Engineering Structures, Volume 159, 15 March 2018, Pages 155–171

Equaljoints PLUS - ECCS€¦ · Technische Universiteit Delft (TUD) Univerza V Ljubljani (UL)...

Documents

Transcript of Equaljoints PLUS - ECCS€¦ · Technische Universiteit Delft (TUD) Univerza V Ljubljani (UL)...