Parametryczna analiza podatności śrubowych styków doczołowych dwuteowych belek stalowych metodą elementów skończonych

Dokładność obliczeń sił wewnętrznych w układach prętowych można zwiększyć

uwzględniając rzeczywistą sztywność połączeń. Charakterystyki połączeń można

wyznaczyć wykonując obliczenia komputerowe z wykorzystaniem modeli MES.

W referacie przedstawiono analizę styków belek wykonaną metodą elementów

skończonych. Celem analizy było uzyskanie krzywych moment zginający – kąt

obrotu. Po utworzeniu modelu MES wykonano obliczenia śrubowych styków

doczołowych dwuteowych belek walcowanych. Przyjęto kształt styków i ich

wymiary w sposób typowy dla styków belek stropowych. Modele styków

utworzono wykorzystując program metody elementów skończonych ADINA.

Program ADINA umożliwia uwzględnienie nieliniowości materiałowych

i geometrycznych oraz modelowanie stref kontaktowych wraz z wpływem tarcia.

Spełnia więc wszystkie podstawowe wymagania, aby z jego pomocą analizować

doczołowe połączenia śrubowe. Największym problemem przy modelowaniu

połączeń doczołowych jest stworzenie wystarczająco dokładnego modelu śruby.

Dużą trudność stanowi modelowanie gwintu śruby i nakrętki w obszarze ich

kontaktu. W użytym modelu do wykonania prezentowanej analizy śrubę

modelowano tak, aby jej podatność przy obciążeniach osiowych odpowiadała

podatności śrub określonej na podstawie badań eksperymentalnych. Wymagało to

dostosowania parametrów modelu materiałowego w obszarze kontaktu gwintów

śruby i nakrętki. Model utworzono w sposób umożliwiający łatwą zmianę

parametrów geometrycznych i materiałowych charakteryzujących połączenie.

Wykonano obliczenia styków belek wykonanych z dwuteowników IPE240, IPE

270 i IPE300, stal S235. Grubości blach doczołowych wynosiły 12 i 20mm,

w styku zastosowano po cztery śruby M20 klasy 10.9 bez wstępnego sprężenia

i w pełni sprężone. Wartość maksymalnego sprężenia ustalono zgodnie

z zaleceniami Eurokodu. Zamieszczono podstawowe wyniki obliczeń pozwalające

na ich praktyczne zastosowanie: wykresy krzywych moment zginający – kąt

obrotu. Wyniki można wykorzystać w zaawansowanych obliczeniach statycznych

belek uwzględniających podatności połączeń.

Pełny tekst (pdf)

[1] Bathe KJ.: Finite element procedures. Englewood Cliffs, NJ:Prentice Hall 1996.

[2] Kleiber M., Woźniak Cz.: Nonlinear Mechanics of Structures. Polish Scientific

Publishers, Warszawa, 1991.

[3] Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeń według PN-EN 1993-1. Część druga:

Stropy i pomosty. Skrypt Politechniki Rzeszowskiej pod redakcją Aleksandra

Kozłowskiego, Rzeszów 2010.

[4] Kwaśniewski L., Giżejowski M.: Numerical modeling of joint ductility in steel and

steel-concrete composite frames, Conference: „STABILITY AND DUCTILITY

OF STEEL STRUCTURES”, Rio de Janeiro, Brazil, 2010.

[5] Stankiewicz B.: Experimental tests of T-stub joints and refined finite element metod

computer model, 3rd European Conference on Steel Structures EUROSTEEL 2002,

Coimbra 2002.

[6] Stankiewicz B.: Komputerowy model śrubowego doczołowego połączenia

konstrukcji wsporczej turbiny wiatrowej. Zeszyty Naukowe Politechniki

Rzeszowskiej, Budownictwo i Inżynieria Środowiska - 2008, z. 50.