Tartószerkezetek kapcsolatai. Alapfogalmak

Az előadások a következő témára: "Tartószerkezetek kapcsolatai. Alapfogalmak"— Előadás másolata:

1 Tartószerkezetek kapcsolatai. Alapfogalmak
SSEDTA Modul: Kapcsolatok Tartószerkezetek kapcsolatai. Alapfogalmak Ez az előadás általánosságban foglalkozik a magasépítési keretszerkezetekben előforduló teherbíró kapcsolatok tervezésével. Az előadás bevezeti a félmerev kapcsolatok fogalmát mint a hagyományos egyszerű és folytatólagos keretek kapcsolatainak alternatíváját. A félmerev kapcsolatok használatára az Eurocode 3 lehetőséget nyújt.

2 Bevezetés Különböző tartószerkezeti kapcsolatok B A C D
Az előadás a magasépítési keretszerkezetekben előforduló valamennyi kapcsolattal foglalkozik: az oszlop–gerenda kapcsolatokkal (A) a gerendaillesztésekkel (B) az oszlopillesztésekkel (C) az oszloptalpakkal (D)

3 A kapcsolat alakváltozásainak forrásai
Oszlop–gerenda kapcsolatok alakváltozásai egyoldali kapcsolati kétoldali kapcsolati elrendezés elrendezés M b M b2 b1 Először áttekintjük, milyen forrásokból származnak a hajlított oszlop–gerenda kapcsolatok alakváltozásai egyoldali, illetve kétoldali kapcsolati elrendezés esetén. Egyoldali kapcsolati elrendezés A gerenda Mb hajlítónyomatéka egy statikailag egyenértékű erőpárrá alakítható, amelyben a két erő (egyik húzóerő, másik nyomóerő) a gerenda övlemezeiben működik. Ezekből az erőkből meghatározható a kapcsolat nyomott zónája: a gerenda nyomott öv- és gerinclemeze az oszlop nyomott gerinclemeze húzott zónája: a gerenda húzott gerinclemeze a hajlított homloklemez a húzott csavarok az oszlop hajlított övlemeze az oszlop húzott gerinclemeze nyírt zónája: az oszlop gerincpanelje Minden ilyen zónában alakulnak ki alakváltozások, és végső soron egy, az összekapcsolt szerkezeti elemek tengelye között értelmezett FÍ belső elfordulást okoznak. Ez az oka annak, hogy a kapcsolat viselkedését általában egy M–FÍ alakváltozási görbével adjuk meg. Kétoldali kapcsolati elrendezés A bal és a jobb oldali gerendák végén hasonló alakváltozások alakulnak ki, de az oszlopgerincpanel nyírási deformációja nagyban függ az Mb1 és az Mb2 nyomatékok értékétől. Ha ez a két nyomaték egyenlő, nem lesz nyírási alakváltozás. Az előadás más kapcsolati elrendezések esetére is áttekinti az alakváltozások forrásait.

4 A kapcsolat alakváltozásainak forrásai
M c2 b1 Kapcsolati elrendezés wp V wp Nyírt gerincpanel Egyoldali oszlop–gerenda kapcsolati elrendezés esetén az Eurocode 3 szerint a kapcsolat alakváltozásai két fő forrásból származnak: Az oszlopgerincpanel nyírási deformációjából; A hajlított bekötés alakváltozásaiból. A két alakváltozás az igénybevétel-viszonyok függvényében különböző arányban részesedik a kapcsolat teljes alakváltozásából. V b1 N b1 M b1 Hajlított bekötés

5 A kapcsolat alakváltozásainak forrásai
„Kapcsolat” és „bekötés” Kapcsolat Jobb oldali kapcsolat Bal oldali bekötés Bekötés Az Eurocode 3 a KAPCSOLAT, a BEKÖTÉS és a NYÍRT PANEL kifejezésekre pontos meghatározást ad, és ennek megfelelően használja őket. Az egyoldali kapcsolati elrendezésekben egyetlen kapcsolat és egyetlen bekötés van. A kétoldali kapcsolati elrendezésekben két kapcsolat, két bekötés és egy nyírt panel található. Bal oldali kapcsolat Jobb oldali bekötés egyoldali kapcsolati elrendezés kétoldali kapcsolati elrendezés

6 A kapcsolat alakváltozásainak forrásai
A kapcsolat alakváltozási görbéje bekötés közös gerincpanel kapcsolat M b,i Mb  ci c  i f c +  Mb, Mj Az egyszerűség kedvéért az Eurocode 3 a BEKÖTÉS és a PANEL együttesét KAPCSOLATNAK hívja, és ez utóbbi viselkedésére koncentrál. Ennek megfelelően egyszerűbben modellezhető a kapcsolati viselkedés a keretanalízis és a keret méretezése számára. A témával az írásos anyag részletesebben is foglalkozik, de a szóbeli előadásban nem szükséges ennél részletesebb tárgyalásmód. Így itt most egyszerűen azt mondjuk, hogy a kapcsolat viselkedését leíró M-FÍ görbét úgy kapjuk, hogy a bekötés M–FÍ görbéjéhez hozzáadjuk a gerincpanel viselkedését megadó M–FÍ görbét. Ez utóbbi meghatározásakor különböző közelítésekkel kell élni (a „nyírási” viselkedést „hajlításivá” kell transzformálni), és figyelembe kell venni a gerincpanelben működő nyíróerő nagyságát.

7 Nyomaték–elfordulás jelleggörbe
Elfordulási merevség Nyomatéki ellenállás Elfordulási képesség  az oszlop és a gerenda közötti relatív elfordulás M j A kapcsolat M–FÍ görbéjéről leolvasható a kapcsolat három fő mechanikai jellemzője: elfordulási merevsége nyomatéki ellenállása elfordulási képessége

8 Félmerev kapcsolatok A kapcsolatok osztályozása elfordulási merevségük alapján merev kapcsolat csuklós kapcsolat félmerev kapcsolat f A hagyományos tervezés során a kapcsolatokat merevnek vagy csuklósnak tekintjük. A csuklós kapcsolatok nem továbbítanak nyomatékot a kapcsolatba befutó szerkezeti elemek között, viszont nagy elfordulásra képesek. A merev kapcsolatok teljes mértékben átadják a nyomatékot a kapcsolatba befutó szerkezeti elemek között anélkül, hogy a kérdéses elemek egymáshoz képest elfordulnának. Ez a két elképzelt viselkedés szélsőséges, és a gyakorlatban ritkán valósítható meg. A legtöbb ténylegesen előforduló kapcsolat viselkedése valahol a két szélső eset között van: átadnak nyomatékot, de elfordulás is keletkezik bennük, tehát a kapcsolatba befutó szerkezeti elemek egymáshoz képest egy FÍ szöggel elfordulnak.

9 Félmerev kapcsolatok Kapcsolatok modellje (rugalmas tervezés)
merev kapsolat csuklós kapcsolat félmerev kapcsolat M j f Rugalmas analízis esetén a háromféle kapcsolatot a dián látható modell szerint vesszük figyelembe.

10 Félmerev kapcsolatok Hatás a kapcsolatra – lehajlásokra, igénybevételekre, teherbírásra... A kapcsolatok elfordulási viselkedése nagyban befolyásolja az épület viselkedését, amint azt a dia is szemlélteti: a bal oldali esetben csuklósak a kapcsolatok, a jobb oldali esetben pedig félmerevek. A kapcsolati viselkedés hatása nem merül ki a nyomatéki ábra alakjának módosulásában: az alakváltoások, a többi igénybevétel, a tönkremeneteli mód, a teherbírás stb. ugyancsak függ a kapcsolat jellemzőitől. A kapcsolatok tényleges viselkedését és hatását a keret viselkedésére tehát alkalmas módon figyelembe kell venni.

11 A szerkezeti elem és a kapcsolat közötti párhuzam
f /2 f /2 M M b,Rd j,Rd Párhuzamba állíthat a szerkezeti elemek és a kapcsolatok viselkedése. A kapcsolatok így „valóságos”, az oszlopokhoz és a gerendákhoz hasonló szerkezeti elemekké válnak, és ily módon befolyásolják a keret viselkedését. Ez nagy különbség a hagyományos tervezési eljárásokhoz képest. Ne feledjük, a kapcsolatok továbbra is tekinthetők merevnek vagy csuklósnak, mint azelőtt, de emellett az Eurocode 3 lehetőséget ad egy újfajta, sok esetben gazdaságosabb kapcsolatot és keretet (ld. következő dia) eredményező alternatíva követésére, amelynek során a kapcsolatokat a két szélső eset közötti átmenetként kezeljük. Szerkezeti elem Kapcsolat Sj,ini EI/L f f

12 Miért kell foglalkozni a félmerev kapcsolatokkal?
A szerkezet összsúlya csökkenthető félmerev kapcsolat a csuklós kapcsolat helyett A gyártási és szerelési költségek csökkenthetők félmerev kapcsolat a merev kapcsolat helyett az előny az egyszerűbb kialakításból szárma-zik (kevesebb borda – a kapcsolat felvételét a könnyű elkészíthetőség/szerelhetőség hatá-rozza meg, nem a statikai szempont, pl. a teljes elfordulási folytonosságra való törekvés) Ez a dia a félmerev kapcsolatok koncepciójának használatát igyekszik indokolni abból a szempontból, hogy a gyártási és szerelési költségek esetleg csökkenhetnek: ………(lásd dia) Egyes európai és USA-beli kutatások arra engednek következtetni, hogy a félmerev kapcsolatok megfelelő alkalmazása esetén gyakorlati esetekben akár 5–6% (nem kilengő keretekben), illetve 20% (kilengő keretekben) költségcsökkenés is elérhető az acélszerkezet teljes bekerülési költségére (ebben benne van az acélanyag, a gyártás, a szállítás és a szerelés költsége) vetítve.

13 A kapcsolat a keret analízisében és tervezésében
Kapcsolati viselkedés leírása hogyan definiáljuk a kapcsolat jellemzőit Kapcsolatok osztályozása hogyan határozzuk meg a merevségi, ellenállási és alakváltozási osztályt A kapcsolat jellemzői (merevsége, ellenállása, elfordulási képessége) többféleképpen is meghatározhatók. E jellemzők meghatározása után az a következő kérdés, hogy hogyan vegyük őket figyelembe a keretanalízis és a méretezés során. E cél elérhető az Eurocode 3 szerinti négy lépésben: a kapcsolati viselkedés leírása (jellemzése): hogyan definiáljuk a kapcsolat jellemzőit a kapcsolat osztályozása: hogyan határozzuk meg a kapcsolat merevségi, ellenállási és duktilitási (alakváltozási) osztályát – például: a kapcsolat merev, félmerev vagy csuklós?

14 A kapcsolat a keret analízisében és tervezésében
Kapcsolati modell fizikailag hogyan jelenik meg a kapcsolat a keret analízisében Kapcsolati viselkedés idealizálása hogyan egyszerűsítjük a nyomaték– elfordulás görbét a kapcsolat modellezése:fizikailag hogyan építjük be a kapcsolatot a keretanalízishez felvett keretmodellbe a kapcsolati viselkedés idealizálása:hogyan egyszerűsítjük (idealizáljuk) a kapcsolat nyomaték–elfordulás jelleggörbéjét

15 Kapcsolatok osztályozása
Osztályozás merevség szerint M j Merev Félmerev S j,ini Kezdjük az osztályozással. Az Eurocode 3 három különböző osztályozási rendszert vezet be: a merevség szerinti osztályozást; az ellenállás (szilárdság) szerinti osztályozást; az alakváltozási képesség (duktilitás) szerinti osztályozást. Merevség tekintetében három kategória van: merev kapcsolatok félmerev kapcsolatok csuklós kapcsolatok Az osztályozás úgy történik, hogy a kapcsolat kezdeti merevségét (Sj,ini) összevetjük a merev és a csuklós kapcsolat osztályozási kritériumával. Például ha egy kapcsolat kezdeti merevsége viszonylag nagy, akkor várható, hogy merevnek bizonyul, és később ennek megfelelően vehető figyelembe a keretmodellben. Csuklós f Osztályozási határok A kapcsolat kezdeti merevsége

16 Kapcsolatok osztályozása
Osztályozás az ellenállás alapján M j Teljes szilárdságú M j,Rd Részleges szilárdságú Most nézzük a szilárdság/ellenállás szerinti osztályozást. Megintcsak három osztály van: teljes szilárdságú kapcsolatok részleges szilárdságú kapcsolatok csuklós kapcsolatok A teljes szilárdságú kapcsolatok tervezési ellenállása akkora, hogy meghaladja a kapcsolt szerkezeti elemek ellenállását. Ez azzal is jár, hogy a kapcsolatban magában nem alakulhat ki képlékeny csukló. A részleges szilárdságú kapcsolat hajlítónyomatékkal szembeni ellenállása kisebb, mint a kapcsolt elemeké. Csuklós kapcsolatok esetén a tervezési ellenállás kicsi, ezért elhanyagoljuk. Csuklós f Osztályozási határok A kapcsolat ellenállása

17 Kapcsolatok osztályozása
Osztályozás az elfordulási képesség alapján Rideg „Félduktilis” (közepes elfor- dulási képességű) Duktilis (nagy elfor- dulási képességű) f M j Végül tekintsük az alakváltozási képesség (duktilitás) szerinti osztályozást. E tekintetben megkülönböztetünk rideg, félduktilis (közepes elfordulási képességgel rendelkező) és duktilis (nagy elfordulási képességgel rendelkező) kapcsolatokat. Ennek az osztályozási rendszernek akkor van nagy jelentősége, ha képlékeny tervezést végzünk. Az Eurocode 3 ad némi, ha nem is sok támpontot a kapcsolat elfordulási képességének meghatározásához. Léteznek azonban olyan ajánlások, amelyek alapján a legtöbb esetben eldönthető, hogy a kapcsolat alakváltozási képessége elegendő-e a keret képlékeny analíziséhez vagy sem.

18 Kapcsolatok modellezése
Hagyományos kapcsolati modellek Elfordulási merevség szempontjából merev csuklós Nyomatéki ellenállás szempontjából teljes szilárdságú részleges szilárdságú Mint már láttuk, a kapcsolat modellezése arra utal, hogy a kapcsolat hogyan fog fizikailag megjelenni a keret analízisében. A kapcsolatokat merevség tekintetében hagyományosan csuklósként vagy sarokmerevként modellezzük. Ellenállásuk alapján a kapcsolatok teljes szilárdságúak, részleges szilárdságúak vagy csuklósak lehetnek.

19 Kapcsolatok modellezése
Hagyományos kapcsolati modellek merev és teljes szilárdságú merev és részleges szilárdságú csuklós Újfajta kapcsolati modellek félmerev és teljes szilárdságú félmerev és részleges szilárdságú A keret méretezéséhez a tervező általában a következő kapcsolati modellek valamelyikét alkalmazza: merev és teljes szilárdságú merev és részleges szilárdságú csuklós Ha elfogadjuk a félmerev kapcsolatok alkalmazásának lehetőségét, új kapcsolatmodellezési lehetőségek merülnek fel: félmerev és teljes szilárdságú félmerev és részleges szilárdságú

20 Kapcsolatok modellezése
Kapcsolati modellek típusai egyszerű részlegesen folytatólagos folytatólagos Hogy kicsit áttekinthetőbb legyen a rendszer, az Eurocode 3 bevezet három speciális fogalmat a kapcsolati modellekre: egyszerű kapcsolati modell; részlegesen folytatólagos kapcsolati modell; folytatólagos kapcsolati modell. E fogalmat jelentését magyarázza a dián lévő táblázat. A folytatólagos kapcsolati modell a merev és teljes szilárdságú kapcsolatokat jelenti. Az egyszerű kapcsolati modell csuklós kapcsolatok esetén vehető figyelembe. Minden más esetben a részlegesen folytatólagos kapcsolati modellről van szó.

21 Kapcsolatok modellezése
A kapcsolati modell és a keret analízise A szabvány felhasználóinak azonban gyakran okoz gondot e három fogalom, illetve következményeik megértése. Ezért érdemes konkrét esetekben megvizsgálni jelentésüket. Rugalmas keretanalízis esetén csak a kapcsolat merevsége befolyásolja az eredményeket, ezért a folytatólagos modell „merev kapcsolatot”; a részlegesen folytatólagos modell „félmerev kapcsolatot”; az egyszerű modell „csuklós kapcsolatot” jelent. Elsőrendű képlékeny analízis esetén a kapcsolatnak csak az ellenállása érdekes. Ezért: a folytatólagos modell „teljes szilárdságú kapcsolatot”; a részlegesen folytatólagos modell „részleges szilárdságú kapcsolatot”; Rugalmas–képlékeny vagy elasztoplasztikus analízis esetén a kapcsolat merevsége és ellenállása egyaránt érdekes. Ezért: a folytatólagos modell „merev és teljes szilárdságú kapcsolatot”; a részlegesen folytatólagos modell „félmerev és teljes szilárdságú kapcsolatot”, „merev és részleges szilárdságú kapcsolatot” vagy „félmerev és részleges szilárdságú kapcsolatot”;

22 Kapcsolatok modellezése
Végül pedig az egyszerű, folytatólagos és részlegesen folytatólagos kapcsolatimodell-típusokat „aprópénzre váltjuk” a táblázat szerint oszlop–gerenda kapcsolatokra, gerendaillesztésekre és oszloptalpakra. A részlegesen folytatólagos kapcsolati modell esetén a keretmodellben csavarrugót alkalmazunk. Ez a modell közbenső esetet jelent a hagyományosabb egyszerű (csuklós) és folytatólagos (sarokmerev) modell között.