English
Język Polski
Badania doświadczalne rozciąganych połączeń stalowych kątowników w kratowych słupach elektroenergetycznych
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.153333Abstrakt
W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych rozciąganych połączeń stalowych kątowników mocowanych do blach węzłowych tylko jednym ramieniem. Tego typu elementy konstrukcyjne są powszechnie stosowane w stalowych podporach kratowych napowietrznych linii elektroenergetycznych. Rozwiązanie takie charakteryzuje się prostotą montażu, ale ze względu na mimośród połączenia, wynikający z łączenia kątownika tylko jednym ramieniem oraz ze sposobu osadzenia łączników śrubowych w łączonym ramieniu kątownika, występuje dodatkowy moment zginający. Większość dostępnych badań, zarówno eksperymentalnych jak i numerycznych, dotyczących połączeń śrubowych rozciąganych kątowników stalowych przeprowadzono na elementach o przeważnie małych długościach, bez możliwości uwzględnienia wpływu długości na nośność. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu długości próbki na zachowanie się rozciąganych kątowników połączonych jednym ramieniem. Badaniom poddano kątowniki równoramienne o szerokościach 90 mm i 120 mm, które obciążano aż do zniszczenia. Rozpatrzono dwie długości elementów próbnych: 600 mm i 1500 mm. Dokonywano rejestracji siły oraz wydłużeń i bocznych wygięć badanych elementów. W wybranych punktach przekrojów badanego elementu dokonywano pomiaru odkształcenia. Tensometry elektrooporowe umieszczono w środku rozpiętości elementów łączonych oraz w płaszczyźnie przechodzącej przez jedną ze śrub połączenia i w strefach oddziaływania naprężeń od docisku trzpieni śrub do ścianek otworów kątowników. Z przeprowadzonych badań wynika, że dłuższe elementy badawcze charakteryzowały się większą nośnością połączeń, przy czym większe różnice obserwowano w przypadku elementów wykonanych z kątowników o większych szerokościach ramion i wynosiły one około 5%. Krótsze elementy ulegały znacznie większym wygięciom w płaszczyźnie prostopadłej do ramienia przylgowego niż ich dłuższe odpowiedniki, co zostało zarejestrowane zarówno przez czujniki przemieszczeń, jak i przez tensometry. Tensometryczne pomiary odkształceń potwierdziły, że na większym obszarze przekroju poprzecznego krótkich elementów, zarówno w środku ich rozpiętości jak i w strefie połączenia, występują naprężenia ściskające będące efektem mimośrodowego przekazywania siły z kątownika na blachę węzłową. Efekty te są bardziej widoczne w kątownikach o większej szerokości ramion, co jest ściśle związane z ich mniejszą smukłością (długości elementów badawczych o obu szerokościach były takie same). Obserwowane zjawiska wskazują, że w badaniach nośności rozciąganych kątowników, łączonych jednym ramieniem, należy brać pod uwagę ich smukłość, a więc zarówno długość kątownika, jak i wymiary jego przekroju poprzecznego. Stosując standardowe długości elementów badawczych, które na ogół są małe, w przypadku większych przekrojów prowadzimy do niedoszacowania uzyskiwanych nośności, co w niektórych, skrajnych przypadkach, może prowadzić do błędnych wniosków z analiz porównawczych z procedurami normowymi. To samo spostrzeżenie można odnieść do numerycznych modeli MES - zbyt małe długości takich modeli oznaczają małe ich smukłości, a to wpływa niekorzystnie na wyniki. Lepsze rozpoznanie zagadnienia będzie wymagało przeprowadzenia większej liczby badań, które pozwoliłyby określić najmniejszą smukłość rozciąganych elementów badawczych, która jeszcze nie wpływa znacząco na uzyskiwane wyniki.Bibliografia
[1] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Stress and strain concentrations in steel angle tension members connected by one leg”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 65, pp. 5-16, 2018, doi: 10.7862/rb.2018.19.
[2] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Net section fracture assessment of steel bolted joints with shear lab effect”, MATEC Web of Conferences, vol. 262, art. no. 09002, pp. 1-8, 2019, doi: 10.1051/matecconf/201926209002.
[3] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Numerical study of block tearing failure in steel angles connected by one leg”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 1, pp. 269-283, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.136473.
[4] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Experimental and numerical investigation into failure modes of tension angle members connected by one leg”, Materials, vol. 14, no. 18, 2021, doi: 10.3390/ma14185141.
[5] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Net section resistance of steel angles connected by one leg”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp. 275-291, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143038.
[6] M. Gupta and M.L. Gupta, “Evaluation of stress distribution in bolted steel angles under tension”, Electronic Journal of Structural Engineering, vol. 4, pp. 17-27, 2004, doi: 10.56748/ejse.438.
[7] D. Agrawal and M.K. Gupta, “Analysis of hot-rolled steel angles under tension”, International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 5, pp. 1071-1074, 2018.
[8] C.V. Geethu, G. Unni Kartha, and S. Usha, “Effect of connection eccentricity in the behaviour of steel tension members”, International Journal of Civil Engineering and Technology, vol. 5, pp. 56-65, 2014.
[9] V.F. de Paula, L.M. Bezzera, and W.T. Matias, “Efficiency reduction due to shear lag on bolted cold-formed steel angles”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 64, no. 5, pp. 571-583, 2008, doi: 10.1016/j.jcsr.2007.10.008.
[10] Ke Ke, Y.H. Xiong, M.C.H. Yam, A.C.C. Lam, and K.F. Chung, “Shear lag effect on ultimate tensile capacity of high strength steel angles”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 145, pp. 300-314, 2018, doi: 10.1016/j.jcsr.2018.02.015.
[11] H.T. Zhu, M.C.H. Yam, A.C.C. Lam, and V.P. Iu, “The shear lag effects on welded steel single angle tension members”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 65, pp. 1171-1186, 2009, doi: 10.1016/j.jcsr.2008.10.004.
[12] C. Fang, A.C.C. Lam, and M.C.H. Yam, “Influence of shear lag on ultimate tensile capacity of angles and tees”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 84, pp. 49-61, 2013, doi: 10.1016/j.jcsr.2013.02.006.
[13] S. Labocha, W. Barcewicz, S. Wierzbicki, and M. Giżejowski “Wyzwania badawcze związane z realizacją stalowych podpór linii elektroenergetycznych”, Inżynieria i Budownictwo, no. 4, pp. 155-163, 2021.
[14] W. Barcewicz, S. Wierzbicki, M.A. Giżejowski, S. Labocha, and R. Czyż, “Experimental investigation of angle length effect – angles in tension connected by one leg”, in Modern trends in research on steel aluminium and composite structures, M. Giżejowski, et al., Eds. Routledge, 2021, pp. 85-91, doi: 10.1201/9781003132134-7.
[15] EN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-8: Design of joints. Brussels: CEN, 2005.
[16] EN ISO 6892-1:2016 Metallic materials: Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature. Brussels: CEN, 2016.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
