Vzpěrná únosnost styčníkových plechů

Abstract

Přípoje se styčníkovými plechy jsou jedním z nejpoužívanějších způsobů vzájemného spojení prutů příhradových nosníků nebo ztužidel k ostatním nosným konstrukcím. Přes jejich široké uplatnění dosud neexistuje v soustavě Eurokódů výpočetní postup, který by poskytoval jasný návod, jak tyto přípoje navrhovat při ztrátě stability styčníkového plechu. V této práci je uveden přehled současného stavu poznání problematiky a představeny doposud vyvinuté analytické postupy, z nichž některé jsou zakotveny v normových postupech zahraničních zemí. V úvodu jsou rovněž shrnuty specifické problémy týkající se různých typů namáhání. Dále se práce zaměřuje výhradně na styčníkové plechy zatížené excentrickým tlakem. Popis chování a stanovení únosnosti takto zatížených přípojů patří k nejsložitějším, protože se u něho uplatňují stabilitní problémy boulení stěn, velké deformace (teorie druhého řádu), plasticita a interakce tlaku s ohybem. Byl proveden experiment na šesti tělesech skutečné velikosti, představujících jednostranně připojené ztužidlo s profilem z kruhové trubky a šroubovaným spojem mezi připojovacím a styčníkovým plechem. Geometrie se šikmými bočními hranami, a ve třech případech i šikmým zakončením styčníkového plechu byla zvolena, protože tato konfigurace nebyla dosud experimentálně zkoušena. Výsledky experimentu jsou v práci podrobně popsány, včetně výsledků digitální korelace obrazu (DIC), která bylo použita pro zjištění plošného přetváření plechů. Jsou vytvořeny a validovány numerické modely ve výpočetním programu Abaqus. Na základě těchto modelů je provedena rozsáhlá parametrická studie s 10 volnými parametry a celkem 53 modely. Na závěr je navržen zobecněný analytický model založený na mechanismu kolapsu vybočení s dvěma plastickými klouby.

Gusset plate connections are one of the most common methods used to link members of trusses together or bracings to other load-bearing constructions. Despite their widespread application, there is no design procedure in Eurocodes yet, which would provide clear guidance on how to design these connections, when buckling occurs in the gusset plate. In this thesis, there is made an overview of the current state of the art of this problematics and introduced analytical methods that were proposed untill now, some of which are included in standard procedures in foreign countries. As part of introduction, there are summarized specific problems related to different types of loading. Further, the thesis is focused exclusively on gusset plates subjected to eccentric compression. Description of behavior and bearing capacity calculation of such connections is one of the most complex tasks, because plate buckling problems, large displacements (second order theory), plasticity and compression-bending interaction are all employed at once. An experimental study was conducted on six full scale specimens representing unilaterally connected bracing with hollow circular section and bolted joint between gusset plate and cleat plate. Geometry with oblique side edges and even with oblique bottom edge in case of three specimens has been chosen, because such configuration has not been experimentally tested yet. Results of experimental study are described in detail in this thesis, including results obtained by digital image correlation, used for detection of planar strain of plates. Numerical models using FE software Abaqus are created and validated. Based on these models, extensive parametric study is conducted with 10 free parameters and total of 53 models. Finally, general analytical model was proposed, based on collapse mechanism with two plastic hinges.