Informacje uzupełniające: Modele obliczeniowe styków elementów z przekrojów rurowych. Spis treści

Transkrypt

1 Inormacje uzupełniające: Modele obliczeniowe styków elementów z przekrojów rurowych Dokument opisuje procedury do projektowania doczołowych styków śrubowych, z zastosowaniem śrub nie spręŝonych, elementów rurowych zarówno z rur prostokątnych, jak i rur okrągłych (przekrojów RHS i CHS). Podane są równieŝ zalecenia wykonawcze. Spis treści. Postanowienia ogólne. Dane podstawowe 3. Styki rurowych elementów konstrukcyjnych poddanych ściskaniu 4 4. Styki elementów konstrukcyjnych z rur prostokątnych poddanych rozciąganiu 5 5. Styki elementów konstrukcyjnych z rur okrągłych poddanych rozciąganiu 8 6. Bibliograia Strona

2 . Postanowienia ogólne Połączenia śrubowe są zwykle wygodne dla połączeń montaŝowych preabrykowanych części konstrukcji. Styki doczołowe elementów z rur prostokątnych zwykle były skręcane wzdłuŝ czterech stron blachy czołowej, jednak w latach osiemdziesiątych były badane moŝliwości skręcania tylko na dwóch przeciwległych bokach i to okazało się być eektywnym rozwiązaniem. Z drugiej strony, w stykach doczołowych elementów z rur okrągłych obecnie śruby umieszcza się zazwyczaj promieniście równomiernie dookoła przekroju rurowego. Zalecane uproszczenia projektowania podane w tym NCCI były przyjęte ze związanych Poradników Projektowania CIDECT [][]. Dodatkowe dane podstawowe w tym temacie moŝna znaleźć w publikacji SCI/BCSA o połączeniach konstrukcji stalowych [3].. Dane podstawowe t p t p e 3 p p h p e e Rysunek. Wymiary geometryczne doczołowego styku śrubowego elementów z rur prostokątnych Strona

3 e e t p t p p d Rysunek. Wymiary geometryczne doczołowego styku śrubowego elementów z rur okrągłych a grubość spoin; b odległość między rzędem śrub a połoŝeniem zewnętrznych przegubów plastycznych; d b ' e + t d d 0 d d m e e e 3 u ub vw,d y yp nominalna średnica śruby; średnica otworów na śruby; średnica zewnętrzna elementów z rury okrągłej; średni wymiar wpisany lub opisany na łbie śruby albo nakrętce, którykolwiek z nich jest mniejszy; odległość od rzędu śrub do ścianki rury; odległość boczna; odległość boczna; nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszej ze stali łączonych części; wytrzymałość na rozciąganie materiału śrub; obliczeniowa wytrzymałość spoiny na ścinanie; umowna granica plastyczności przekroju rurowego; umowna granica plastyczności blachy czołowej; Strona 3

4 h n p r t t t p A A A s B p,rd F t,ed F t,rd F u F w,ed F w,rd N,Ed N,Rd wysokość przekroju rury prostokątnej; całkowita liczba śrub; rozstaw śrub, lub podziałka; zewnętrzny promień rury okrągłej; grubość cieńszej z powłok łączonych części; grubość ścianki elementu rurowego; grubość blachy czołowej; pole przekroju poprzecznego trzpienia śruby; pole przekroju poprzecznego elementu rurowego; pole przekroju czynnego rdzenia śruby; obliczeniowa nośność śruby na przeciągnięcie łba śruby lub nakrętki; obliczeniowa siła rozciągająca przypadająca na jedną śrubę w stanie granicznym nośności; obliczeniowa nośność śruby na rozciąganie; całkowita nośność śruby na rozciąganie; obliczeniowa wartość siły przypadającej na jednostkę długości spoiny; obliczeniowa nośność spoiny na jednostkę długości; obliczeniowa wartość wewnętrznej siły rozciągającej w elemencie (element z rury prostokątnej lub okrągłej); obliczeniowa wartość nośności połączenia, wyraŝony w stosunku do wewnętrznej siły rozciągającej w elemencie (element z rury prostokątnej lub okrągłej); 3. Styki rurowych elementów konstrukcyjnych poddanych ściskaniu By zapewnić przeniesienie sił ściskających, styki przekrojów rurowych muszą spełniać następujące dwa warunki: Zapewnij dobry kontakt między powierzchniami. Poprawiać ustawienie elementów by uniknąć nieosiowości, która mogłaby wywoływać nieoczekiwane momenty zginające. Oprócz tych wymagań, nie ma Ŝaden innego wymagania przy projektowaniu ściskanych styków doczołowych z przekrojów rurowych. Strona 4

5 Jakkolwiek styki te mogą być poddane rozciąganiu w pewnych przypadkach, takich jak stadium montaŝu albo kiedy jakiekolwiek z sytuacji obciąŝenia wywołują rozciąganie. W tych przypadkach bezpiecznie jest zaprojektować styk na rozciąganie, postępując za procedurą poniŝej. 4. Styki elementów konstrukcyjnych z rur prostokątnych poddanych rozciąganiu 4. Zakres zastosowania i zalecenia co do szczegółów Metodę obliczeniową przedstawioną poniŝej stosuje się tylko do rozciąganych styków doczołowych kwadratowych lub prostokątnych przekrojów rurowych w których śruby są umieszczone wzdłuŝ dwóch przeciwległych boków. Stosowania tej metody powinno być ograniczone do zakresu grubości blachy czołowej, dla którego ta metoda była sprawdzona doświadczalnie ( mm t p 6 mm). Oprócz tego, kilka zaleceń i zasad co do szczegółów jest przedstawionych poniŝej: Rozstaw śrub (p ) jest zalecany w granicach od trzy- do pięcio- krotnej średnicy otworu na śrubę (d 0 ). Rozstaw musi wynosić przynajmniej,d 0 i nie moŝe przekraczać wartości mniejsze z 4t i 00 mm. Całkowita liczba śrub, h n + ale n 4 p Średnica otworu na śrubę, d 0 d + mm, dla d 4 mm d 0 d + 3 mm, dla d > 4 mm d jest średnicą śruby. By zmniejszyć wpływy eektu dźwigni, zalec się przyjmować odległość śrub od krawędzi blachy (e ) jako,5 krotną odległość śrub od ścianki przekroju rurowego (e ). Większa wartość e nie przynosi korzyści. Dodatkowo, zarówno e jak i e 3 powinny wynosić przynajmniej,d Procedura obliczeniowa Dla tego rodzaju połączeń, sprawdzane są trzy róŝne czynniki mające wpływ na ich nośność, mianowicie: Zerwanie śrub z uplastycznieniem blachy czołowej Zerwanie śrub Zniszczenie spoin Strona 5

6 4.. Zerwanie śrub z uplastycznieniem blachy czołowej. Oblicza się δ, tj. stosunek między polem przekroju osłabionego w rzędzie śrub, do pełnego przekroju ścianki kształtownika rurowego. δ d p 0. Określa się próbną grubość blachy czołowej. Dla tak obliczonych maksymalnej i minimalnej wartości wybiera się wartość pośrednią. K P ( + δ ) 0,5 tp ( K P ) 0, 5 K 4b' 0,9 γ M0 yp p P N,Ed n 3. Oblicza się α, zakładając, Ŝe śruba jest obciąŝona siłą równą do ich nośności na rozciąganie. K F α tp t,rd e δ d + ( e + e + t ) e,5e i α 0 4. Oblicza się nośność styku doczołowego, N,Rd N,Rd t p ( + δα ) K γ M n Sprawdza się N,Ed N, Rd Strona 6

7 4.. Zerwanie śrub Według EN , rozwaŝany przypadek jest połączeniem rozciąganym kategorii D (śruby niespręŝane, klasy 4.6 do 0.9). Dla tej kategorii, mają być spełnione następujące wymagania: Nośność na rozciąganie: nośność śruby na przeciągnięcie łba lub nakrętki: N i, Ed n Ft, Rd N, Ed n Bp, Rd 0,9 A ub s F t,rd (dla śrub z łbem wpuszczonym, zamiast 0,9 przyjmuje się 0,63) γ M B p,rd 0,6πd γ m p M t u 4..3 Zniszczenie spoin Spawanie powinno być wykonane na całym obwodzie przekroju rurowego, przewaŝnie za pomocą spoiny pachwinowej. Jednak jeŝeli wymagana grubość spoiny przewyŝsza 8mm wtedy ekonomiczniejszym rozwiązaniem mogą się być spoiny czołowo -pachwinowe z niepełnym przetopem. Odpowiednie szczegóły wykonawcze dla spawania są podane w ENV Spoiny powinny być projektowane biorąc pod uwagę wymagania z PN-EN oraz grubości spoin obliczone według PN-EN Alternatywnie, moŝe być uŝywane którekolwiek z dwóch podejść podanych poniŝej. () Projektowanie spoiny pachwinowej na nośność przekroju elementu rurowego. Wymaganie będzie spełnione gdy grubość spoiny spełnia warunek: a t γ y M0 β u w γ M y umowna granica plastyczności przekroju rurowego u nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszej ze stali łączonych części (t.j. blachy czołowej lub kształtownika rurowego) β w jest współczynnikiem korelacji z Tablicy 4. normy PN-EN Strona 7

8 Gdy γ M0,0 i γ M,5 a 0,93 t a 0,96 t a, t dla stali S35 dla stali S75 dla stali S355 () Projektowanie spoiny pachwinowej na przyłoŝoną siłę rozciągającą. ZaleŜnie od sztywności blachy, przyspawany obwodowo kształtownik rurowy będzie podlegał niejednorodnemu rozkładowi napręŝeń. Przy braku bardziej dokładnych wytycznych projektowania, eektywna długość spoiny moŝe być przyjęta jako równa długości boków rury prostokątnej, przyległych do śrub. Dla tego przypadku grubość spoiny powinna spełniać następujący warunek. N a h,ed β wγ M u 5. Styki elementów konstrukcyjnych z rur okrągłych poddanych rozciąganiu Metoda podana tutaj jest zgodna z zasadami podanymi w EN Inna metoda, podlegająca określeniom Załącznika Krajowego, jest podana w EN Zakres zastosowania i zalecenia co do szczegółów Metodę obliczeniową przedstawioną poniŝej stosuje się tylko do rozciąganych styków doczołowych, okrągłych przekrojów rurowych, w których śruby są umieszczone równomiernie promieniście dookoła rury. Kilka zaleceń i zasad co do szczegółów jest przedstawionych poniŝej: Rozstaw śrub (p ) powinien wynosić przynajmniej,d 0. Mniejsze z wartości 4t i 00 mm powinna być przyjmowana jako maksymalna wartość tego parametru. Powinny być uŝywane przynajmniej cztery śruby w połączeniu. Średnica otworu na śrubę, d 0 d + mm, dla d 4 mm d 0 d + 3 mm, dla d > 4 mm d jest średnicą śruby. By zmniejszyć wpływy eektu dźwigni, odległość (e ) powinna być zmniejszana do minimum. Zaleca się przyjmować wartość między,5 i,0 krotnością średnicy śruby. Dodatkowo, zarówno e jak i e powinny wynosić przynajmniej,d 0. Odległość między spoiną a nakrętką powinna wynosić przynajmniej 5 mm. Strona 8

9 5. Procedura obliczeniowa Dla tego rodzaju połączeń, sprawdzane są cztery róŝne czynniki mające wpływ na ich nośność, mianowicie: Całkowite uplastycznienie blachy czołowej Zerwanie śrub z uplastycznieniem blachy czołowej Zerwanie śrub Zniszczenie spoin 5.. Całkowite uplastycznienie blachy czołowej Obliczeniowa siła osiowa w styku powinna spełnić następujące wymaganie, N,Ed t p ypπ 3 γ M 0 ( k ( ) ) 0,5 3 + k3 k 3 4 k k ( r ) ln r3 d r + e d t r3 k 3 k Zerwanie śrub z uplastycznieniem blachy czołowej Obliczeniowa siła osiowa w styku powinna spełnić następujące wymaganie, N,Ed 3 nf + t,rd 3 ln ( r ) r r d + e + e e e r ( e ;, e ) e min 5 d + e pozostałe oznaczenia są takie same jak przy całkowitym uplastycznieniu blachy czołowej Strona 9

10 5..3 Zerwanie śrub Wymagania są takie same jak dla rozciąganych styków doczołowych rur prostokątnych Zniszczenie spoin Spawanie powinno być wykonane na całym obwodzie przekroju rurowego, przewaŝnie za pomocą spoiny pachwinowej. Jednak jeŝeli wymagana grubość spoiny przewyŝsza 8mm wtedy ekonomiczniejszym rozwiązaniem mogą się być spoiny czołowo -pachwinowe z niepełnym przetopem. Odpowiednie szczegóły wykonawcze dla spawania są podane w ENV Spoiny powinny być projektowane biorąc pod uwagę wymagania z PN-EN oraz grubości spoin obliczone według PN-EN Alternatywnie, moŝe być uŝywane którekolwiek z dwóch podejść podanych poniŝej. () Projektowanie spoiny pachwinowej na nośność przekroju elementu rurowego. Wymaganie będzie spełnione gdy grubość spoiny spełnia warunek: a t γ y M0 β u w γ M y umowna granica plastyczności przekroju rurowego u nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszej ze stali łączonych części (t.j. blachy czołowej lub kształtownika rurowego) β w jest współczynnikiem korelacji z Tablica 4. PN-EN Gdy γ M0,0 i γ M,5 a 0,93 t a 0,96 t a, t dla stali S35 dla stali S75 dla stali S355 () Projektowanie spoiny pachwinowej na przyłoŝoną siłę rozciągającą. Przy braku bardziej dokładnych wytycznych projektowania, powinna być uŝywana obliczeniowa nośność na ścinanie (zamiast obliczeniowej nośności na rozciąganie). Dla tego przypadku grubość spoiny powinna spełniać następujący warunek. N a π d,ed β wγ M u 3 Strona 0

11 6. Bibliograia Design Guide or Circular Hollow Section (CHS) Joints under predominantly Static Loading. Wardenier, J., Kurobane, Y., Packer, J.A., Dutta, D. and Yeomans, N. CIDECT, 99. Design Guide or Rectangular Hollow Section (RHS) Joints under predominantly Static Loading. Packer, J.A., Wardenier, J., Kurobane, Y., Dutta, D. and Yeomans, N. CIDECT, Joints in Steel Construction - Simple Connections (P). The Steel Construction Institute and the British Constructional Steelwork Association Ltd., 00. Strona

12 Protokół jakości TYTUŁ ZASOBU Inormacje uzupełniające: Modele obliczeniowe styków elementów z przekrojów rurowych Odniesienie(a) ORYGINAŁ DOKUMENTU Nazwisko Instytucja Data Stworzony przez Francisco Rey Labein Zawartość techniczna sprawdzona przez Zawartość redakcyjna sprawdzona przez Techniczna zawartość zaaprobowana przez następujących partnerów STALE: Jose A. Chica Labein. Wielka Brytania G W Owens SCI 3/5/06. Francja A Bureau CTICM 3/5/06 3. Szwecja B Uppeldt SBI 3/5/06 4. Niemcy C Müller RWTH 3/5/06 5. Hiszpania J Chica Labein 3/5/06 Zasób zatwierdzony przez Technicznego Koordynatora G W Owens SCI /7/06 DOKUMENT TŁUMACZONY To Tłumaczenie wykonane i sprawdzone przez: Zdzisław Pisarek Przetłumaczony zasób zatwierdzony przez: B. Stankiewicz PRz Strona

13 Inormacje ramowe Tytuł* Seria Opis* Poziom Dostępu* Inormacje uzupełniające: Modele obliczeniowe styków elementów z przekrojów rurowych Dokument opisuje procedury do projektowania doczołowych styków śrubowych, z zastosowaniem śrub nie spręŝonych, elementów rurowych zarówno z rur prostokątnych, jak i rur okrągłych (przekrojów RHS i CHS). Podane są równieŝ zalecenia wykonawcze. Ekspertyza Praktyka Identyikatory Nazwa pliku D:\ACCESS_STEEL_PL\SN\.doc Format Kategoria* Przedmiot* Daty Typ zasobu Punkt widzenia Microsot Word 9.0; 3 Stron; 83kb; Inormacje uzupełniające InŜynier Obszar zastosowań(a) Budynki jednokondygnacyjne Data utworzona 4//005 Data ostatniej modyikacji Data sprawdzenia WaŜny Od WaŜny Do Język(i)* Kontakty Autor Sprawdzony przez Zatwierdzony przez Redaktor Polski Francisco Rey, Labein Jose A. Chica, Labein Słowa kluczowe* Zobacz TeŜ Omówienie Szczególne Instrukcje Ostatnio modyikowany przez kratownica, dźwigar kratowy, rury kwadratowe, rury prostokątne, rury okrągłe, ściąg Odniesienie do Eurokodu Przykład(y) obliczeniowe Komentarz Dyskusja Inny Narodowa Przydatność EU Strona 3