Klassifisering, modellering og beregning av knutepunkter

Transkript

1 Side 1 Konstruksjonsanalyse, klassifisering og beregning av knutepunkter 1 Konstruksjonsanalyse, klassifisering og beregning av knutepunkter Del 1 - Konstruksjonsanalyse og klassifisering av knutepunkter 2

2 Side 2 EN : Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner Del 1-8: Knutepunkter og forbindelser 1 Orientering 2 Grunnlag for konstruksjonsberegningen 3 Forbindelser med skruer, nagler eller bolter 4 Sveiste forbindelser 5 Konstruksjonsanalyse, klassifisering og beregningsmodell 6 Knutepunkter med H- eller I-profiler 7 Knutepunkter med hulprofiler Global analyse Generelt Det bør tas hensyn til virkningene av knutepunktenes moment-rotasjonsrelasjon for fordeling av lastvirkningene i konstruksjonen, med mindre virkningene er så små at de kan neglisjeres. 4

3 Side 3 Typiske moment-rotasjons-relasjoner for ulike knutepunktstyper 5 Figur Dimensjonerende moment-rotasjons-relasjon i et knutepunkt Knutepunktets dimensjonerende moment-rotasjons-relasjon er gitt ved: momentkapasiteten M j,rd ; rotasjonsstivheten S j ; rotasjonskapasiteten Φ Cd. 6

4 Side 4 Leddete knutepunkter ): knutepunkter som ikke overfører momenter 7 Kontinuerlige knutepunkter ): knutepunkter som kan overføre momenter 8

5 Side Global analyse For å avgjøre om det er nødvendig å ta hensyn til virkningene av knutepunktenes moment-rotasjons-relasjon, kan det skilles mellom følgende tre forenklede modeller for knutepunkters oppførsel: leddet knutepunktet overfører ikke bøyningsmomenter; kontinuerlig knutepunktets moment-rotasjons-relasjon har ingen betydning for analysen; delvis kontinuerlig nødvendig å ta hensyn til knutepunktets moment-rotasjons-relasjon i analysen. 9 Global analysemetode Elastisk Tabell Type knutepunktsmodell Nominelt leddet Klassifisering av knutepunkt Bøyningsstivt Delvis bøyningsstivt Stiv-plastisk Nominelt leddet Full styrke Delvis styrke Elastisk-plastisk Knutepunktsmodell Nominelt leddet Bøyningsstivt & full styrke Delvis bøyningsstivt & delvis styrke Delvis bøyningsstivt & full styrke Bøyningsstivt & delvis styrke Leddet Kontinuerlig Delvis kontinuerlig 10

6 Side 6 Repetisjon av metoder for konstruksjonsanalyse (a) Elastisk global analyse (b) Stiv-plastisk global analyse (c) eller (d) Elastisk-plastisk global analyse 11 Oppsummering: Valg av knutepunktsmodell Global analysemetode Klassifisering av knutepunkt Elastisk Nominelt leddet Bøyningsstivt Delvis bøyningsstivt Stiv-plastisk Nominelt leddet Full styrke Delvis styrke Elastisk-plastisk Knutepunktsmodell Nominelt leddet Bøyningsstivt & full styrke Delvis bøyningsstivt & delvis styrke Delvis bøyningsstivt & full styrke Bøyningsstivt & delvis styrke Leddet Kontinuerlig Delvis kontinuerlig 12

7 Side 7 Konstruksjonsanalyse, klassifisering og beregning av knutepunkter Del 2 - Modellering av knutepunkter 13 EN : Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner Del 1-8: Knutepunkter og forbindelser 1 Orientering 2 Grunnlag for konstruksjonsberegningen 3 Forbindelser med skruer, nagler eller bolter 4 Sveiste forbindelser 5 Konstruksjonsanalyse, klassifisering og beregningsmodell 6 Knutepunkter med H- eller I-profiler 7 Knutepunkter med hulprofiler 14

8 Side 8 Figur Trykksenter, momentarm og fordeling av krefter for beregning av dimensjonerende momentkapasitet M j,rd Type forbindelse Trykksenter Momentarm Fordeling av krefter Sveist forbindelse i trykkflensens middelplan z = h - t fb h er høyden til den innfestede bjelken t fb er bjelkeflensens tykkelse 15 Forsøk med sveiste bjelke-søyleforbindelser Universitetet i Innsbruck Tosidig knutepunkt Ensidig knutepunkt 16

9 Side 9 Modellering av kontinuerlige knutepunkter 1. Sveist bjelke-søyle-knutepunkt søylesteg påkjent av skjærkraft søylesteg påkjent av tverrgående trykk søylesteg påkjent av tverrgående strekk 17 Modellering av bjelke-søyleforbindelser R = bjelke (rigel) S = søyle K = knutepunkt Z = strekk D = trykk Bruddmodell knutepunktsrotasjoner: Θ= Θ Q + Θ E Θ Q : skjærkraft i søylesteg Θ E : trykk/strekk mot søylesteg Beregningsmodell med fjærer 18

10 Side 10 Beregningsmodell for ensidig bjelke-søyleforbindelse 19 Knutepunktets bæreevne bestemmes av den svakeste delen 20

11 Side 11 Innsveiste søylestivere har marginal betydning dersom søylesteget er den svakeste komponenten 21 Det hjelper å forsterke f.eks. søylesteget 22

12 Side 12 Rotasjonsstivhet S j,ini sveist knutepunkt Fjærkraft nr. i F = k Eδ i i i Knutepunktets rotasjonsvinkel δ + δ + δ δi i φ = = j z z Knutepunktets initielle rotasjonsstivhet 2 M Fz Ez 1 ki z j = = = j,ini φj δi i i S 23 Figur Klassifisering av knutepunkter etter stivhet Sone 1: stivt hvis S j,ini k b EI b / L b der k b = 8 rammer med avstivningssystem som reduserer den horisontale forskyvningen med minst 80 % k b = 25 for andre rammer forutsatt at K b /K c 0,1 i hver etasje Sone 2: delvis stivt Alle knutepunkter i sone 2 bør klassifiseres som delvis stive. Knutepunkter i sone 1 og 3 kan alternativt behandles som delvis stive. Sone 3: leddet hvis S j,ini 0,5 EI b / L b 24

13 Side 13 Rotasjonsstivhet S j,ini for knutepunkt med skruer Fjærkraft nr. i F = k Eδ i i i Knutepunktets rotasjonsvinkel δ + δ + δ δi i φ = = j z z Knutepunktets initielle rotasjonsstivhet 2 M Fz Ez 1 ki z j = = = j,ini φj δi i i S 25 Tabell Knutepunkter med sveiste forbindelser Sveiste bjelke-søyle-forbindelser Stivhetskoeffisienter k i som det skal tas hensyn til Ensidig k 1 ; k 2 ; k 3 Tosidig - like og motstående momenter k 2 ; k 3 Tosidig - ulike momenter k 1 ; k 2 ; k 3 Stivhetskoeffisienter k 1 søylesteg påkjent av skjær k 2 søylesteg påkjent av tverrgående trykk k 3 søylesteg påkjent av tverrgående strekk 26

14 Side 14 Tabell Basiskomponentene i knutepunkter Basiskomponenter 1 Søylesteg påkjent av skjær Henvisning til beregningsregler Dimensjonerende kapasitet Stivhetskoeffisient Rotasjonskapasitet og Søylesteg påkjent av tverrgående trykk og Søylesteg påkjent av tverrgående strekk og Tabell Stivhetskoeffisienter for basiskomponentene i knutepunkter Komponent Søylesteg påkjent av skjær Søylesteg påkjent av tverrgående trykk Søylesteg påkjent av tverrgående strekk Stivhetskoeffisient k i Uavstivet ensidig knutepunkt eller tosidig knutepunkt med tilnærmet like bjelkehøyder Avstivet k 1 =0,38A vc / βz k 1 = z er momentarmen fra figur 6.15 β er overføringsparameteren fra 5.3(7) Uavstivet Avstivet k 2 =0,7b eff,c,wc t wc / d c k 2 = b eff,c,wc er effektiv bredde av søylesteget med trykk etter eller uavstivet sveist forbindelse k 3 =0,7b eff,t,wc t wc / d c k 3 = b eff,t,wc er effektiv bredde av søylesteget med strekk etter Avstivet sveist forbindelse 28