English
Język Polski
Badania doświadczalne stalowych, zakładkowych węzłów śrubowych w stalowych konstrukcjach giętych na zimno pod obciążeniem monotonicznym i cyklicznym
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2023.147664Abstrakt
Węzły w stalowych konstrukcjach szkieletowych z elementów giętych na zimno są zwykle projektowane jako śrubowe zakładkowe z blachą węzłową. W odróżnieniu od wariantu doczołowego, powszechnego w konstrukcjach z kształtowników walcowanych na gorąco, obciążenie jest w nich przekazywane poprzez ścinanie śrub i docisk do ścianek elementów. Ich projektowanie może nastręczać trudności jeśli chodzi o przewidywanie właściwości strukturalnych związanych z obrotem, a więc sztywności i ciągliwości. Wynika to z niekorzystnych i trudnych w analizie przemieszczeń wewnątrz złączy śrubowych. Składają się na nie luzy występujące pomiędzy trzpieniem śruby a otworem oraz owalizacja otworów pod obciążeniem spowodowana małą nośnością cienkich ścianek na docisk. Wiele dotychczas przeprowadzonych badań doświadczalnych wykazało, że wspomniane wpływy prowadzą do innego zachowania się tego typu węzłów w porównaniu z wariantem doczołowym. Zagadnienia te mogą okazać się szczególnie niekorzystne przy działaniu obciążeń zmiennych, prowadzących do potencjalnej degradacji właściwości strukturalnych. W niniejszym artykule przedstawiono podsumowanie autorskich badań doświadczalnych śrubowych węzłów zakładkowych, pełniących funkcję połączenia okapowego w stalowej ramie portalowej z kształtowników giętych na zimno. Celem badań było określenie ich zachowania się pod wpływem obciążeń monotonicznych i cyklicznych ze zwróceniem szczególnej uwagi na potencjalną degradację nośności i sztywności. Nowością opisaną w artykule jest zastosowanie techniki DIC (Digital Image Correlation), która pozwoliła na jakościową i ilościową identyfikację źródeł odkształcalności węzłów. Badania przeprowadzono na stanowisku doświadczalnym przygotowanym dla węzłów narożnych konstrukcji stalowych. Elementy próbne składały się z fragmentu rygla i słupa ramy portalowej (odpowiednio element pionowy i poziomy), połączonych w sposób zakładkowy z wykorzystaniem blachy węzłowej. Siła generująca moment zginający w węźle przykładana była poziomo w swobodnym końcu rygla (element pionowy) dzięki wykorzystaniu siłownika hydraulicznego. Następnie obciążenie przekazywane było na słupek (element poziomy), który był połączony pośrednio z podłogą siłową za pomocą dwóch podpór przegubowych.Bibliografia
[1] J. Bródka, A. Kozłowski, I. Ligocki, J. Łaguna, and L. Ślęczka, Design and calculating of connections and joints of steel structures, vol. 2. Rzeszów, Poland: Polish Technical Publisher, 2013 (in Polish).
[2] A.M. Wrzesien and J.B.P. Lim, “Cold-formed steel portal frame joints a review”, in Proceedings of the 19th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures. St. Louis, Missouri, USA, 2008, pp. 591-606.
[3] P. Krystosik, “On the columns buckling length of unbraced steel frames with semi-rigid joints”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 1, pp. 539-556, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.136488.
[4] A. Kozłowski, “Guidelines for predesign of steel frames with semi-rigid joints”, in EUROSTEEL 2005. Proceedings of the 4th European Conference on Steel and Composite Structures: Research-Eurocodes-Practice. Maastricht, The Netherlands, 2005, vol. C. pp. 4.10-197-4.10-205.
[5] Ž. Bučmys and A. Daniūnas, “Rectangular gusset plate behaviour in cold-formed I-type steel connections”, Archives of Civil Engineering, vol. 63, no. 2, pp. 3-21, 2017, doi: 10.1515/ace-2017-0013.
[6] EN 1993-1-8 Eurocode 3 – Design of steel structures – Part 1-8: Design of joints. CEN, Brussels, 2006.
[7] R. Klich, A. Wojnar, and A. Kozłowski, “Experimental tests of corner joints used in steel thin-walled frames”, in Progress in steel and composite structures: proceedings of the 12th International Conference on Metal Structures. Wrocław, Poland, 2011.
[8] D. Dubina, A. Stratan, and Z. Nagy, “Full – scale tests on cold-formed steel pitched-roof portal frames with bolted joints”, Advanced Steel Construction, vol. 5, no. 2, pp. 175-194, 2009, doi: 10.18057/IJASC.2009.5.2.7.
[9] M. Firdaus, A. Saggaff, M. Tahir, S.P. Ngian, K. Aminuddin, and F. Usman, “Experimental study of slip-in haunched gusset plate connection for double lipped cold- formed steel section”, International Journal of Scientific & Technology Research, vol. 8, no. 12, pp. 3215-3221, 2019.
[10] E. Bernatowska and L. Slęczka, “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.
[11] J.B.P. Lim and D.A. Nethercot, “Ultimate strength of bolted moment-connections between cold-formed steel members”, Thin-Walled Structures, vol. 41, no. 11, pp. 1019-1039, 2003, doi: 10.1016/S0263-8231(03)00045-4.
[12] F. Öztürk and S. Pul, “Experimental and numerical study on a full scale apex connection of cold-formed steel portal frames”, Thin-Walled Structures, vol. 94, pp. 79-88, 2015, doi: 10.1016/j.tws.2015.04.004.
[13] X. Chen, H.B. Blum, K. Roy, P. Pouladi, A. Uzzaman, and J.B.P. Lim, “Cold-formed steel portal frame moment-resisting joints: Behaviour, capacity and design”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 183, 2021, doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106718.
[14] L.H. Martin and S. Robinson, “Experiments to investigate parameters associated with the failure of triangular steel gusset plates”, in Joint in structural steelwork, J. H. Howlett, W. M. Jenkins, and R. Stainsby, Eds. Pentech Press, 1981.
[15] EN 1090-2 Execution of steel structures and aluminium structures – Part 2: Technical requirements for steel structures. CEN, Brussels, 2018.
[16] J. Henriques, J.-P. Jaspart, and L. Silva, “Ductility requirements for the design of bolted lap shear connections in bearing”, Advanced Steel Construction, vol. 10, no. 1, pp. 33-52, 2014, doi: 10.18057/ijasc.2014.10.1.3.
[17] J. Ye, S. Mojtabaei, and I. Hajirasouliha, “Seismic performance of cold-formed steel bolted moment connections with bolting friction-slip mechanism”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 156, pp. 122-136, 2019, doi: 10.1016/j.jcsr.2019.01.013.
[18] A.B. Sabbagh, M. Petkovski, K. Pilakoutas, and R. Mirghaderi, “Cyclic behaviour of bolted cold-formed steel moment connections: FE modelling including slip”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 80, pp. 100-108, 2013, doi: 10.1016/j.jcsr.2012.09.010.
[19] Y.N. Saleh, H. H. Elanwar, M.T. Hanna, and S.A. Mourad, “Assessment of frame corner connections subjected to cyclic loading in cold formed steel sections”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 199, 2022, doi: 10.1016/j.jcsr.2022.107601.
[20] J. Ye, G. Quan, X. Yun, X. Guo, and J. Chen, “An improved and robust finite element model for simulation of thin-walled steel bolted connections”, Engineering Structures, vol. 250, 2022, doi: 10.1016/j.engstruct.2021.113368.
[21] ECCS, Recommended testing procedure for assessing the behaviour of structural steel elements under cyclic loads. European Convention for Constructional Steelwork, no. 45, 1986.
[22] L. Ślęczka, Shaping and analysis of selected steel frame joints subjected to variable actions. Rzeszów, Poland: Publishing House of the Rzeszow University of Technology, 2013 (in Polish).
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
