Capacitatea portantă a conexiunilor cu dibluri - descărcare gratuită PDF
F. Colling; H. J. Pale; C. Examinator 2x6 SDü d = 16 mm 100 120 100 3 d 3 d 3 d 7 d 5 d 5 d 5 d 5 d 5 d 7 d
Proiectul pe care se bazează acest raport a fost finanțat de Institutul german pentru tehnologia construcțiilor (DIBt), Berlin, sub numărul de referință P 52-5-13.190-1434/13. Responsabilitatea pentru conținutul acestei publicații revine autorilor. F. Colling H.J. Blaß C. Prüfer i
Cuprins 1 Generalități. 1 2 Comparație DIN 1052: 1988 EC 5. 2 2.1 Baza calculelor de comparație. 2 2.1.1 perm N St conform DIN 1052: 1988. 2 2.1.2 F v, rk conform EC 5. 4 2.1.3 Valoare comparativă R V. 6 2.2 Compilarea calculelor comparative. 8 2.2.1 Conexiuni lemn-lemn, n h = 1 și n h = 6. 9 2.2.2 Conexiuni lemn-lemn, influența unghiului de încărcare α. 10 2.2.3 Conexiuni din tablă de oțel-lemn. 13 2.3 Concluzie, constatări. 14 3 Inventarul conexiunilor executate. 14 4 Date de testare. 16 4.1 Umflarea, testarea la forfecare/compresiune, subțire. 16 4.2 Densități brute. 18 4.3 Calități ale oțelului. 20 4.4 Drepturi. 21 4.5 diametru. 23 4.6 Schema de conectare. 23 4.7 Valori excluse. 24 5 Evaluări partea 1. 25 5.1 Compararea cu valorile admisibile conform DIN 1052: 1988. 25 5.2 Compararea cu valorile caracteristice conform Eurocodului 5. 26 5.2.1 Evaluări individuale. 26 5.2.2 Evaluare sumară. 33 5.3 Comparație cu valorile de testare așteptate. 34 5.4 Concluzie. 36 6 experimente cu dibluri. 36 6.1 Generalități. 36 6.2 Teste cu dibluri. 37 6.2.1 Material și metode. 37 6.2.2 Rezultatele încercărilor la tracțiune. 39 6.2.3 Rezultatele testelor de îndoire. 40 7 Efect de slăbire. 45 ii
8 Evaluări Partea 2. 46 8.1 M y-nou. 46 8.2 M y-nou + efect de slăbire de 25% cu formarea a 2 balamale din plastic. 47 8.3 M-nou + efect de slăbire de 25% cu formarea a 1 și 2 balamale din plastic 49 8.4 My -new + efect de slăbire de 10% cu formarea a 1 balamale din plastic și 25% cu 2 balamale din plastic. 50 8.5 Efecte bazate pe exemple. 52 9 Număr efectiv de dibluri. 56 9.1 Generalități. 56 9.2 Material de date. 56 9.3 Factori de influență. 58 9.3.1 Numărul de dibluri care se află una în spatele celuilalt (n h). 58 9.3.2 Distanța dintre elementele de fixare (a 1/d). 58 9.3.3 Slendernessness of the connection (SH). 59 9.4 Regresie multiplă. 60 9.4.1 Ecuația de regresie. 60 9.4.2 Influența slăbiciunii. 60 10 Dispunerea eșalonată/neșalonată a diblurilor. 62 11 Rezumat. 63 12 Literatură. 65 iii
Exemplu: Impact la tracțiune (sarcină pe fibră), d = 16 mm, a SH = 60 mm, a MH = 100 mm. Pentru cherestea laterală: cel puțin 2 5,5 60 16 = 10560 N = 16 kn 2, dar cel mult permn 2 33,0 16 = 16896 N = 16,90 kn Pentru lemnul din mijloc: St cel puțin 8,5 100 16 = 13600 N = 13, 60 kn 2, cu toate acestea, maxim zuln 5 16 = 13056 N = 13,06 kn decisiv: perm N St = 16 kn St În cazul elementelor de fixare situate unul în spatele celuilalt în direcția bobului, până la 6 dibluri pot fi considerate complet eficiente, adică nu a fost necesară nicio reducere. Cu mai mult de 6 elemente de fixare consecutive, numărul de dibluri eficiente ar putea fi calculat după cum urmează: 2 nef 6 (n 6) Eq. (2.2) 3 Aceasta înseamnă că primele 6 dibluri la rând sunt complete și a 7-a și la fiecare Diblurile au fost utilizate cu 2/3 din sarcina admisibilă a unui diblu. 3
Caz de defecțiune 4 (2 articulații din plastic per articulație de forfecare): 2 0 Fv, Rk 1,15 2 145927 24,11 16 = 12202 N = 12,20 kn per SF 1 0 decisiv: F v, rk = 10,48 kn per SF 2 10, 48 = 20,96 kn per SDü Dacă se aplică o forță sub un unghi față de bobul unui lemn, rezistența la încastrare a lemnului în cauză trebuie înmulțită cu coeficientul k α: d 8 mm: k α = 1 d> 8 mm: k 2 2 (1,35 0,15 d) sin cos cu α = unghiul dintre forță și direcția bobului în lemnul în cauză, ec. (2.8) Pentru conexiunile din tablă de oțel-cherestea (cu tablă din interior), capacitatea portantă poate fi calculată după cum urmează: Caz de defecțiune 1 (eșec de încorporare în SH): Fv, Rk fh, 1, k t1 d Eq. (2.9a) Caz de defecțiune 2 (1 balama din plastic pe tablă de oțel și știft unghiular în SH): 4M y, k Fv, Rk fh, 1, k t1 d 2 1 2 fh, 1, kd t1 Caz de defecțiune 3 (2 articulații din plastic per articulație de forfecare): Eq. (2.9b) Fv, Rk 1.15 2 2 My, k fh, 1, kd Eq. (2.9c) paralel cu bobul este numărul efectivelor Diblă eficientă: cu 1 n ef na 13 d 0.9 1 = distanța dintre dibluri în direcția fibrelor, ec. (2.10) 2.1.3 Valoare comparativă RV Conform DIN 1052: 1988, a trebuit să se furnizeze următoarea dovadă: cu înainte de perm. 2.11) St există N St = sarcină bazată pe acțiunile caracteristice conform DIN 1055 6
Rv sau permite N [kn] Rv/permite N Rv sau permite N [kn] Rv/permite N Rv sau permite N [kn] Rv/permite N Rv sau permite N [kn] Rv/permite N MH d = 8 mm d = 24 mm 3 6 1 1,39 1,4 1 1,3 1,2 8,0 1,1 6,0 0,9 0,892 0,8 4,0 0,7 0,6 EC 5 DIN „vechi” 0,4 0,3 0 0 0 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 SH 25,0 1,39 1,4 2 1,3 1,2 1, 1 15,0 0,9 1 0,8 0,7 0,6 5,0 0,602 EC 5 DIN "vechi" 0,4 0,3 0 0 0 3,00 4,00 5,00 6,00 7, 00 8.00 SH Figura 2.2 Rezultatele calculelor comparative: lemn-lemn, nh = 6 SDü, α SH = α MH = 0 10 9 1,15 8 7 0,9 6 0,8 5 0,7 4 0,672 0,6 3 2 EC 5 1 DIN "vechi" 0,4 0,3 0 0 0 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 20 18 1,15 SH 16 14 0,9 12 0, 8 10 8 0,7 6 0,6 4 0,474 EC 5 2 0,4 DIN "vechi" 0,3 0 0 0 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 SH 1,2 1.1 1.2 1.1 2.2.2 Conexiuni lemn-lemn, influența unghiului de încărcare α În Figura 2.3 până în Figura 2.6 sunt compilate calculele comparative pentru diferite unghiuri de încărcare în cherestea laterală (α SH) și în cherestea centrală (α MH). Aceleași tendințe pot fi văzute în aceste imagini ca și în cazul tensiunii paralele cu direcția bobului lemnului: odată cu creșterea diametrelor diblurilor și a subțirelii lemnului, EC 5 oferă valori comparative mai mici pentru capacitatea de încărcare a diblurilor decât DIN 1052: 1988. 10
conexiunile cu dibluri erau disponibile. Un total de 183 de compuși diferiți au fost adăugați la baza de date. 174 conexiuni erau conexiuni tabla oțel-lemn, doar 9 conexiuni lemn-lemn erau disponibile pentru evaluare. Din acest motiv, numai conexiunile din tablă de oțel-lemn au fost luate în considerare în următoarele ilustrații. Acestea nu constituie o reprezentare reprezentativă, ci doar o selecție mai mult sau mai puțin aleatorie. Zveltura SH a cherestelei laterale (= grosimea cherestelei laterale/diametrul diblului) a conexiunilor executate a variat între 3,28 și 13,4 cu o valoare medie de 6,88 (a se vedea figura 3.1 din stânga). Cel mai frecvent a fost identificată o zveltură laterală a lemnului de SH 6. Figura 3.1 din dreapta oferă o imagine de ansamblu a diametrului diblului utilizat. Figura 3.2 arată numărul de dibluri dispuse unul în spatele celuilalt în direcția forței și a bobului. Figura 3.1 Slendernness-ul cherestelor laterale (stânga) și diametrul diblului (dreapta) al conexiunilor realizate Figura 3.2 Numărul de dibluri în direcția forței și bobul conexiunilor realizate 15
4 Date de testare Ca parte a proiectului de cercetare, rezultatele testelor dintr-un total de 7 surse (a se vedea [5] la [11]) au fost compilate și evaluate în mod cuprinzător. 4.1 Încercări de forfecare, tracțiune/compresiune, subțire Un total de 1588 de teste au fost evaluate, dintre care 1045 conexiuni lemn-lemn și 543 conexiuni tabla oțel-lemn. Figura 4.1 arată numărul de teste cu sursele asociate. Figura 4.1 Încercări evaluate cu surse Figura 4.2 prezintă numărul de teste de forfecare și compresie efectuate pentru fiecare sursă. Au fost efectuate în total 988 teste de tracțiune și 600 de teste de compresie. Figura 4.2 Numărul de teste de forfecare și compresie Forța subțire a cherestelei laterale (= grosimea cherestelei laterale/diametrul diblului) al eșantioanelor de testare a variat între și 7,5 (Figura 4.3). Din această imagine se poate observa că, în legături lemn-lemn, în principal conexiuni cu zveltură laterală a lemnului de SH 600 kg/m³ Datele de testare asociate sunt menționate mai jos ca valori excluse. După deducerea acestor valori excluse, au rămas în total 561 teste cu conexiuni lemn-lemn și 325 teste cu conexiuni tabla oțel-lemn. 24
Figura 5.7 Raportul R V/R k (experimente Kneidl) Această figură arată că valoarea raportului caracteristic (R V/R k) k este sub valoarea țintă a în unele serii de testare. Dacă toate valorile testului sunt combinate, rezultatul este un raport caracteristic de (R V/R k) k = 0,990, care corespunde aproximativ valorii țintă de. Teste Brühl [7] Brühl a efectuat 6 serii de teste în care conexiunile au fost prevăzute cu armături de întindere transversală (Fig. 5.8). Figura 5.8 Conexiune cu întărire transversală conform lui Brühl. Au fost folosite dibluri cu diametre d = 7 până la d = 16 mm. Figura 5.9 prezintă rezultatele asociate de la stânga (d = 7 mm) la dreapta (d = 16 mm). În testele cu diametre mai mari, lemnele laterale au eșuat prematur înainte de a se putea realiza capacitatea portantă a conexiunii. Toate valorile testului ar putea fi utilizate pentru evaluare. 31
Pentru fiecare test, s-a calculat din nou raportul dintre valoarea testului R V și valoarea caracteristică calculată conform lui Johansen R k. Figura 5.9 prezintă raportul mediu respectiv (R V/R k) m și raportul caracteristic asociat (R V/R k) k pentru fiecare serie de teste. Figura 5.9 Raportul R V/R k (experimente Brühl) Dacă toate valorile experimentale sunt combinate, rezultatul este o valoare a raportului caracteristic de (R V/R k) k = 0,912, care este sub valoarea țintă a. Teste Schmid [11] Schmid a efectuat 9 serii de teste cu o zveltură laterală foarte mică a lemnului (SH = 1,25) și oțeluri de înaltă rezistență cu un diametru de d = 24 mm. În conformitate cu criteriile de excludere explicate în secțiunea 4.7, toate rezultatele testelor au trebuit excluse din evaluare (acestea sunt prezentate în roșu în figura 5.10): Din cauza subțire insuficientă: toate seriile de teste (109-117). Pentru fiecare test, s-a calculat din nou raportul dintre valoarea testului R V și valoarea caracteristică calculată conform lui Johansen R k. Figura 5.10 prezintă valoarea raportului mediu respectiv (R V/R k) m și valoarea raportului caracteristic asociat (R V/R k) k pentru fiecare serie de teste. 32
Figura 5.10 Raportul R V/R k (experimentele Schmid) Dacă sunt rezumate toate valorile experimentale, rezultatul este o valoare a raportului caracteristic de (R V/R k) k = 30, care corespunde aproximativ cu valoarea țintă a lui. 5.2.2 Evaluare rezumată 5.2.2.1 Conexiuni lemn-lemn Figura 5.11 prezintă valorile raportului R V/R k pentru toate conexiunile lemn-lemn examinate. Raportul caracteristic (RV/R k) k al tuturor valorilor testate (fără valori excluse) este 74. [-] 4,5 conexiuni lemn-lemn 4,0 3,5 Jorissen Ehlbeck/Werner 3,0 2,5 M y, ec5 RV/R k (RV/R k) k 74 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 Seria de teste Figura 5.11 Raport RV/R k pentru conexiuni lemn-lemn (roșu = valori excluse) Faptul că această valoare este mai mare indică faptul că după Capacitatea portantă caracteristică R k calculată de Eurocodul 5 poate fi privită ca fiind ușor conservatoare. 33
rezistența la tracțiune și diametrul sau producătorul nu pot fi identificate. În principiu, valorile rezistenței la tracțiune din teste sunt semnificativ peste valorile pentru un oțel S235, care trebuie presupus pentru dibluri fără a specifica calitatea oțelului. Figura 6.2 prezintă un exemplu de dibluri din seria de testare VK 16/200 după testele de tracțiune. Figura 6.2 Dibluri din seria de test VK 16/200 după testele de tracțiune cu constricție clară și marcajele blocate pentru sistemul optic de măsurare 6.2.3 Rezultatele testelor de îndoire Figura 6.3 Dibluri din seria de test RB 8 x 140 după testul de îndoire în mașina de testare a cuplului de la Schatz GmbH În timp ce o evaluare clară a rezistenței la tracțiune și a efortului de rezistență de 0,2% este specificată de standardele de testare în testele de tracțiune, momentul de randament al unei dibluri depinde în mod semnificativ de unghiul de îndoire realizat (a se vedea figura 6.1). Blaß, Bienhaus și Krämer [14] au propus o relație empirică 40 pe baza testelor de îndoire cu dibluri
Între rezultatele testului și valorile predictive, s-a obținut următoarea expresie: cu ff My, nou 2 yu 3 0,15 d pentru fu 450 N/mm² 3 0,15 fu d pentru fu 450 N/mm² d = diametru fy = rezistența la randament a oțelului fu = rezistența la întindere a oțelului Ec. (6.3) Figura 6.4 Momentul de încovoiere absorbibil în funcție de unghiul de îndoire pentru un oțel cu rezistență mai mare (linie continuă) și un oțel cu rezistență scăzută, cu un punct de randament pronunțat (linie punctată) Figura 6.5 prezintă relația dintre M y pentru cele 122 de încercări de îndoire EN 409 și valoarea conform ecuației (6.3) bazată pe rezistența la tracțiune medie (diamante) și nominală (pătrate) determinată pentru seria de test respectivă. Figura 6.5 Valorile raportului momentelor de curgere de la teste la cuplurile de curgere conform ecuației (6.3) bazate pe limitele curente reale (diamante) sau nominale (pătrate) și rezistențele la tracțiune ale diblurilor. Valorile raportului sunt independente de diametrul diblului. Valoarea medie a raportului este 9, valoarea caracteristică 0. Aceasta este o foarte bună determinare a celor 43
Dibluri cu d = 12 mm, în timp ce Ehlbeck/Werner a folosit și dibluri cu până la 30 mm. Figura 8.2 arată aceeași evaluare pentru conexiunile din tablă de oțel-lemn. Această diagramă este comparabilă cu Figura 5.12 din Secțiunea 5.2.2.2. Valoarea raportului caracteristic (RV/R k) k a tuturor valorilor testului (fără valori excluse) rezultă din 01. În comparație: cu M y -alt a rezultat o valoare a raportului caracteristic de 73 pentru toate valorile testului 01 Fig. 8.2 Raport RV/R k pentru conexiuni lemn-lemn (roșu = valori excluse) 8,2 M y-nou + efect de zveltură de 25% cu formarea a 2 balamale din plastic Utilizarea ecuației modificate pentru momentul de randament M y conform secțiunii 6.2 și un efect de zveltură de 25% în caz de eșec Testele au fost reevaluate pentru 2 balamale din plastic. Figura 8.3 prezintă rezultatele pentru compararea valorilor de testare R V cu valorile caracteristice calculate R k pentru conexiunile lemn-lemn. Această imagine este comparabilă cu Figura 5.11 a primei evaluări (Secțiunea 5.2.2.1). 37 Figura 8.3 Raportul R V/R k pentru conexiunile lemn-lemn (roșu = valori excluse): reevaluare cu M y-nou și un efect de slăbire de 25% cu apariția a 2 balamale din plastic per articulație de forfecare 47
Valoarea raportului caracteristic (RV/R k) k a tuturor valorilor de testare lemn-lemn (fără valori excluse) are ca rezultat 37. Figura 8.4 prezintă rezultatele pentru compararea valorilor de testare RV cu valorile caracteristice calculate R k pentru tablă de oțel-lemn Conexiuni afișate. Această imagine este comparabilă cu imaginea 5.12 a primei evaluări (secțiunea 5.2.2.2). 0,978 Figura 8.4 Raport RV/R k pentru conexiuni din tablă de oțel-lemn (roșu = valori excluse): reevaluare cu M y-nou și un efect de slăbire de 25% cu apariția a 2 balamale din plastic per articulație de forfecare Valoarea raportului caracteristic (RV/R k) k toate Valorile testelor din tablă de oțel-lemn (fără valori excluse) au ca rezultat 0,978. Compararea valorilor de testare cu valorile de testare așteptate (R V/R EV) este prezentată în Figura 8.5. Această imagine este comparabilă cu imaginea 5.13 a primei evaluări (secțiunea 5.3). Figura 8.5 Raport RV/R EV în funcție de subțire a cherestelei laterale: reevaluare cu M y-nou și efect de subțire de 25% cu apariția a 2 balamale din plastic per articulație de forfecare. Figura 8.5 arată o abordare a valorii ideale de 1: In pentru subțire SH> 6 În această zonă, efectul de slăbire intră în joc cu formarea a 2 balamale din plastic. 48
Cu toate acestea, capacitățile de încărcare în intervalul mediu de zveltură 4 1, adică depășind capacitatea de încărcare aritmetică cu 26%. Următorul tabel 8-1 arată gradul de utilizare a acestei conexiuni utilizând cei trei factori de influență descriși în diferite combinații. Tabelul 8-1 M y - nou grad de utilizare a conexiunii cu slăbiciune redusă Efect de slăbire cu 1 balama din plastic/2 balamale din plastic Rezistență excesivă (S 355) Grad de utilizare 0%/25% 10%/25% 25%/25% 1,26 *) x 1, 24 xx 1,24 xx 1,13 xx 1,13 xx 1,13 xxx 1,13 xxx 1,13 xxx 1,13 *) Stare curentă Din acest tabel se poate observa că, în cazul conexiunilor compacte cu diametre mici de diblă, diferiți factori de influență, nu se pot realiza modificări semnificative: excesul scăzut în prezent de 26% poate fi redus doar la 13%. Exemplul 2 Conexiune subțire cu un diametru de diblă mai mare (d = 16 mm). NKL 2, KLED = mediu. F g, k = F p, k = 76 kn Conform stării actuale de standardizare, acest exemplu are ca rezultat un grad de utilizare de = 1,83> 1, adică depășind capacitatea portantă teoretică cu 83%. 53