Open Access (Artykuł w pliku PDF)

Open Access (Article in English PDF file)

Numerical analysis of beams with modified end-plate joints

mgr inż. Przemysław Palacz, Politechnika Częstochowska, Wydział Budownictwa
ORCID: 0000-0002-2040-3494
dr hab. inż. Maciej Major, prof. PCz, Politechnika Częstochowska, Wydział Budownictwa
ORCID: 0000-0001-5114-7932

Adres do korespondencji: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2023.12.04
Oryginalny artykuł naukowy

Streszczenie. Skręcane połączenia doczołowe są nieodzownym elementem każdej konstrukcji stalowej. Umożliwiają szybki i łatwy montaż elementów konstrukcji na budowie. W połączeniach doczołowych mogą wystąpić nierówności podczas spawania blachy czołowej do belki, co może uniemożliwić prawidłowe sprężenie śrub, a w efekcie doprowadzić do nierównomiernego rozkładu w nich sił. Artykuł obejmuje analizę zmodyfikowanych skręcanych połączeń doczołowych stalowych belek dwuteowych z dwuczęściowymi blachami czołowymi w porównaniu z powszechnie stosowanymi połączeniami doczołowymi z pełnymi blachami czołowymi. Przeprowadzono obliczenia analityczne oraz analizę numeryczną belek z połączeniami w przypadku dwóch schematów zamocowania belki: swobodnie podpartej oraz wspornikowej. Badanymi parametrami były: rozkład naprężeń w połączeniach, maksymalne ugięcie belek oraz sztywność obrotowa połączeń. Wyniki wykazały, że zaproponowane zmodyfikowane połączenia doczołowe charakteryzują się dużą efektywnością przenoszenia obciążeń oraz większą sztywnością obrotową w porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami połączeń doczołowych.
Słowa kluczowe: zmodyfikowane połączenia doczołowe; połączenia skręcane; nośność połączeń; połączenia stalowych belek dwuteowych; analiza MES

Abstract. Bolted end-plate joints are an indispensable element of any steel structure. They enable quick and easy assembly of structural elements on the construction site. In end-plate joints irregularities may occur during the welding of the end plate to the beam, whichmay prevent proper prestressing of the bolts and, as a result, may lead to uneven distribution of forces in the bolts. The article includes an analysis of modified bolted end-plate joints with two-part end-plates in comparison to commonly used full end-plate end-plate joints. An analytical and numerical analysis of beams with connections was carried out for two beam attachment schemes: simply supported and cantilevered.The parameters tested were stress distribution in the connections, maximum beam deflections and rotational stiffness of the connections. The results have shown that the proposed modified end-plate joints are characterized by high load transfer efficiency and greater rotational stiffness compared to standard end-plate joint solutions.
Keywords: modified end-plate connections; bolted connections; connection capacity; steel I-beam connections; FEM analysis.

Literatura
[1] Pawłowski K. Nośność hybrydowych połączeń nitowo-śrubowych z wykorzystaniem śrub wysokiej wytrzymałości. Materiały Budowlane. 2023; https://doi.org/10.15199/33.2023.05.05.
[2] Palacz P, Major I. Strengthening the existing connection of steel beamswith a column.MATEC Web Conference. 2020; https://doi.org/10.1051/ matecconf/202031300032.
[3] KozłowskiA. Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeńwedług PN-EN1993-1.OficynaWydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszo`w; 2010.
[4] KontoleonMJ, Kaziolas DN, ZygomalasMD, Baniotopoulos CC. Analysis of steel bolted connections by means of a nonsmooth optimization procedure. Computers& Structures. 2003; https://doi.org/10.1016/S0045-7949(03)00311-0.
[5] Hołata E, Tucki P. Innowacyjne doczołowe połączenia na śruby stalowych belek dwuteowych. Builder.2020;https://doi.org/10.5604/01.3001.001 3.8798.
[6] Rykaluk K. Konstrukcje metalowe. Część I. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne. Wrocław; 2016.
[7] Augustyn J, Łaguna J, ŚliwkaW. Badania sprężanych połączeń doczołowych belek dwuteowych. Inżynieria i Budownictwo. 1982; 293 – 296.
[8] Tkaczyk Ł. Badania wybranych doczołowych połączeń`śrubowych z imperfekcjami, Rozprawa doktorska. Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Krakowskiej. Kraków; 2018.
[9] Biegus A. Nośność graniczna śrubowych styków doczołowych z imperfekcjami geometrycznymi. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław; 1998.
[10] Biegus A. Wytężenie śrubowych styków doczołowych z imperfekcjami geometrycznymi. Konstrukcje stalowe; 2000; 41 – 44.
[11] Hotała E, Rykaluk K, Pasternak H. Wpływ jakości wykonania śrubowych połączeń sprężonych na bezpieczeństwo hal stalowych. XIX Konferencja naukowo-techniczna, referaty, Szczecin- -Międzyzdroje, 19–22 maja 1999.Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej. 1999; 601 – 608.
[12] Hołata E, Tucki P. Innovative bolted end- -plate connections for high web I-beams,Modern Trends in Research on Steel, Aluminium and Composite Structures: Proceedings of the XIV International Conference On Metal Structures (ICMS 2021). 2021; https://doi. org/10.1201/9781003132134-47.
[13] BasińskiW.Wyznaczanie sztywności obrotowej doczołowych połączeń podatnych w metalowych konstrukcjach prętowych na podstawie pomiaru drgań, Rozprawa doktorska. Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej. Gliwice; 2006.
[14] Bródka J, KozłowskiA. Sztywność i nośność węzłów podatnych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Białystok, Rzeszów; 1996.
[15] PN-EN 1993-1-1:2006, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
[16] PN-EN 1993-1-8:2006, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-8: Projektowanie węzłów.
[17] https://mesco.com.pl/nowy-dodatek-act-bolt-assessment- inside-ansys [Data dostępu: 14.08.2023 r.].
[18] https://www.bossard.com/pl-pl/assembly- -technology-expert/informacje-techniczne/kalkulatory- i-konwertery-online/torque-and-preload- -calculator [Data dostępu: 14.08.2023 r.].

Przyjęto do druku: 22.11.2023 r.

Materiały Budowlane 12/2023, strona 13-19 (spis treści >>)