Diese Studie verifiziert Steel Joints für RFEM, indem das Tragverhalten von geschraubten Stirnplattenanschlüssen mit und ohne Steifen untersucht wird. Das Verhalten dieser Anschlüsse wird anhand der Bemessungsvorschriften des Eurocode 3 (EC-3) bewertet und durch den Vergleich mit zuvor durchgeführten Versuchsergebnissen validiert.
Analytisches Modell
Diese Studie verwendet die in EN 1993-1-8 festgelegten Bemessungskriterien für die Bewertung der Schraubentragfähigkeit (Abscheren und Zug) und der Blechtragfähigkeit (Lochleibung und Durchstanzen) unter Verwendung der in Tabelle 3.4 angegebenen Grenzzustandsformulierungen. Die Bemessungstragfähigkeit des äquivalenten T-Stummels wird unabhängig für die Komponenten Stirnplatte und Stützenflansch bewertet. Für jede Komponente wird die maßgebende Bemessungstragfähigkeit FT,Rd als der Minimalwert aus drei möglichen Versagensmechanismen definiert.
Die individuelle Tragfähigkeit für jeden Versagensmodus wird auf der Grundlage der plastischen Momententragfähigkeit des Flansches (Mpl,1,Rd und Mpl,2,Rd) und der Zugtragfähigkeit der Schraubengruppe (∑Ft,Rd) berechnet. Diese Modi berücksichtigen das vollständige Fließen des Flansches (Modus 1), Schraubenversagen in Kombination mit Flanschfließen (Modus 2) und reines Schraubenversagen (Modus 3). Versagensmodi: Die Anfangssteifigkeit des Anschlusses ergibt sich aus der Formel:
Geometrische Details des Träger-Stützen-Anschlusses
Gemäß der üblichen Baupraxis wurden alle Träger- und Stützenprofile aus S235-Stahl gefertigt. Die geometrischen Konfigurationen, einschließlich der Stirnplatten- und Schraubengruppenanordnungen, sind in Abbildung 2 dargestellt, während die Versuchsmatrix und die gemessenen Materialeigenschaften in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Wie in der Versuchsmatrix definiert, wiesen die Proben der Gruppe A (1BC-4BC) ein HEA-120-Stützenprofil in Kombination mit einem IPE-240-Trägerprofil auf, wobei bei allen Proben eine einheitliche Stirnplattendicke von 15 mm beibehalten wurde.
| Proben | Stütze | Stahlgüte | Träger | Stahlgüte | Stirnplattendicke, mm |
|---|---|---|---|---|---|
| BC1 | HEA120 | S235 | IPE240 | S235 | 15 |
| BC2 | HEA120 | S235 | IPE240 | S235 | 15 |
| BC3 | HEA120 | S235 | IPE240 | S235 | 15 |
| BC4 | HEA120 | S235 | IPE240 | S235 | 15 |
Diskussion
Steel Joints für RFEM Lösung
Diese Studie präsentiert eine kombinierte experimentelle und numerische Untersuchung des Tragverhaltens von vier Stirnplatten-Träger-Stützen-Anschlüssen mit besonderem Schwerpunkt auf dem Verhalten geschraubter Stirnplattenanschlüsse mit und ohne Steifen. Das Versuchsprogramm wurde durch spezielle T-Stummel-Komponentenversuche und detaillierte Finite-Elemente-Modellierung (FE) ergänzt. Die Anschlussbemessung erfolgte mit dem Add-On Steel Joints für RFEM 6, vollständig integriert in das globale Tragwerksmodell. Die FE-Modelle wurden anhand der experimentellen Messungen validiert und mit den Bemessungsvorschriften des Eurocode 3 (EC-3) verifiziert und anschließend zur detaillierten Untersuchung des lokalen Verformungsverhaltens verwendet. Die Abbildungen 3 und 4 sowie die Tabellen 2 und 3 vergleichen die Momententragfähigkeit und die Rotationssteifigkeit aus den Versuchen, den Prognosen von Steel Joints für RFEM 6 und den analytischen Berechnungen nach EC-3.
| Proben | Experimente | Steel Joints für RFEM | EC-3 | EC-3/RFEM |
|---|---|---|---|---|
| BC1 | 34,00 | 24,02 | 18,00 | 0,75 |
| BC2 | 47,00 | 34,51 | 33,00 | 0,96 |
| BC3 | 53,00 | 34,36 | 33,00 | 0,96 |
| BC4 | 65,00 | 39,15 | 33,00 | 0,84 |
| Proben | Experimente | Steel Joints für RFEM | EC-3 |
|---|---|---|---|
| BC1 | 8,10 | 5,10 | 9,30 |
| BC2 | 8,70 | 11,00 | 18,30 |
| BC3 | 9,50 | 14,70 | 22,60 |
| BC4 | 10,10 | 24,80 | 22,60 |
Schlussfolgerungen
Der Vergleich zeigt, dass RFEM das experimentelle Verhalten sowohl bei der Momententragfähigkeit als auch bei der Anfangssteifigkeit genauer abbildet als EC-3. EC-3 unterschätzt die Tragfähigkeit stärker und stagniert bei 33,00 kNm über BC2-BC4, obwohl die gemessene Tragfähigkeit um 40 % ansteigt, was darauf hindeutet, dass die Prognose durch einen einzigen maßgebenden Komponentennachweis bestimmt wird, der unempfindlich gegenüber den variierten Parametern ist. Bei der Anfangssteifigkeit zeigt RFEM eine geringere mittlere Abweichung vom Experiment (0,66) als EC-3 (0,97) und ist die einzige Methode, die den steigenden Steifigkeitstrend über BC3-BC4 weiter abbildet, anstatt zu stagnieren. Die Überschätzung der Steifigkeit durch RFEM bei höheren Werten ist konsistent mit der allgemeinen Tendenz komponentenbasierter Modelle zu idealisierter Komponentensteifigkeit, und EC-3 zeigt bei BC2-BC3 eine vergleichbare oder größere Überschätzung. Insgesamt ist RFEM das zuverlässigere der beiden Werkzeuge zur Erfassung der Anschlusstragfähigkeits- und Steifigkeitstrends und wird als primäre Verifikationsmethode empfohlen, wobei EC-3 als unabhängige Kontrolle beibehalten wird.
Literatur
- Eurocode 3. Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen. Europäische Norm EN 1993-1-8. Europäisches Komitee für Normung, Brüssel, Belgien; 1993.
- Abidelah, Anis & Bouchair, Abdelhamid & Kerdal, Djamel. (2012). Experimental and analytical behaviour of bolted end-plate connections with or without stiffeners. Journal of Constructional Steel Research.