5060x
001678
2020-09-02

Параметризованная модель КЭ для расчета жестких соединений с торцевой пластиной

Расчет жестких соединений с торцевой пластиной особенно сложен у соединений четырехрядной геометрии и при многоосном нагружении изгибом, поскольку для них не существует утвержденных методов расчета.

Представленная ниже модель позволяет выполнить расчет соединений с реалистичным нагружением при минимальных временных затратах. Для проверки модели по руководству DSTV для типовых соединений {%><#Refer [1]]], была выбрана следующая система.

Система

  • Типовое соединение: IH 2.1 A 26 20
  • Сечение: HEA 260
  • Материал: Сталь S235
  • Болты: М20, класс прочности 10.9

Для профильной балки была создана модель КЭ с плоскостными элементами. Моделирование торцевой пластины выполняется с помощью поверхностей, которые затем соединяются для образования между ними так называемого контактного тела. Оно определяет точные контактные свойства между двумя поверхностями. В данном конкретном случае возникает выход из работы при вертикальном нагружении растяжением. В качестве материала для обеих поверхностей торцевой пластины была тоже выбрана сталь S235, только с пластическими свойствами. В поверхностях моделируются проемы для отображения сверленых отверстий.

Соединительные болты заданы в виде растянутых стержней и показаны в упрощенной форме без гайки. Растянутый стержень обладает только продольной жесткостью E ⋅ A и может передавать только растягивающие силы. На концах стержня размещены моментные шарниры. Болты упрощенно соединены несколькими жесткими стержнями с концевыми шарнирами стержня на соответствующей торцевой пластине. При вводе требуемого размера болта передаются все параметры, имеющие значение для расчета (класс прочности 10.9). Таким образом можно применить в модели правильную деформируемую длину болта в виде формулы для получения наиболее точных сил в болтах.

Запоминающийся

После открытия модели можно откорректировать сечение в навигаторе данных. Данная модель параметризована для балок HEA, HEB и HEM, стандартизованных по норме DIN EN 1025. Затем можно отобразить параметры, и ввести размеры и толщину торцевой пластины. Зададим размер болта (M12, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36) и требуемое расстояние между болтами. Одновременно будут приведены в соответствие все параметры болта, важные для расчетов. Наконец, можно скорректировать нагрузки.

Расчёт

Для нахождения значения прочности соединения применяется начальная нагрузка My, равная 50 кНм, которая будет постепенно увеличиваться с помощью приращений. Затем можно проанализировать силы в болтах и пластические деформации. Для этого нужно определить максимальную прочность на растяжение следующим образом.

Оценка и сравнение

Сравнив прочность на растяжение и силы в болтах при моделировании методом КЭ мы увидим, что происходит выход болтов из работы при увеличении нагрузки более чем в 2,1 раза. Силы в болтах составляют 175,43 кН при действии момента, равного 105 кНм.

Таким образом мы получим прочность соединения, равную 105 кНм, т.е. 2,1 ⋅ 50 кНм.

При анализе пластических деформаций мы получим максимальные значения, равные приблизительно одному проценту, что не превышает допустимую предельную деформацию в пять процентов по EC3. Кроме того, при отображении степеней нелинейности можно выяснить, когда проявится текучесть материала.

По руководству DSTV {%ref#Refer [1]]] мы получим прочность, равную 112,9 кНм, которая лишь незначительно отличается от созданной модели КЭ.

Данное отклонение можно отнести, кроме прочего, к отсутствию сварных швов в моделировании, что приводит к снижению жесткости внешнего ряда болтов. В результате на внутренние болты будет действовать более высокая нагрузка, вследствие чего они выйдут из работы.

Ниже вы можете скачать также модель соединения с выступающей торцевой пластиной.


Автор

Г-н Вувк занимается разработкой программы для расчёта сечений RSECTION. Кроме того, он оказывает также техническую поддержку нашим клиентам.

Ссылки
Ссылки
  1. Weynand, K.; Oerder, R.: Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8. Дюссельдорф: Stahlbau, 2013
Скачивания


;