Algemeen
In het boek 'Knopen' van prof. Stark en prof. Wardenier is een aantal voorbeelden van staalverbindingen beschikbaar. In dit voorbeeld controleren wij voorbeeld 1.1 met de addon 'Steel Joints for RFEM 6'.
Over de eindige elementen methode voor stalen knopen in RFEM 6:
RFEM 6 - Steel Joints for RFEM 6 maakt gebruik van een zogenaamde sub-model van de knoop voor de bepaling van de vervormingen, krachten en spanningen in de knoop. Het sub-model bestaat uit eindige elementen (platen en lassen) en staven (bevestigingsmiddelen, zoals bouten). De krachtswerking en eventuele herverdeling tussen losse componenten van de knoop wordt volgens de eindige elementen methode en houdt daardoor automatisch rekening met wrikkrachten bij dunnen platen. De eindige elementen methode voor een stalen knoop heeft als grote voordeel dat de vervorming van de stalen knoop goed gecontroleerd kan worden. De losse platen en lassen kunnen plastisch vervormen. De staven (bouten) kunnen zowel een trek- als dwarskracht in y- en z-richting opnemen. Tussen platen (zoals een kopplaat en een kolomflens) kan contactdruk ontstaan, waarbij er geen trekkracht kan worden opgenomen. Het model wordt aan een staafuiteinde ondersteund. Aan de andere staafuiteinde worden de snedekrachten aangebracht, zodat er altijd evenwicht in de knoop is. Op deze wijze houdt het sub-model van de stalen knoop altijd rekening met het moment effect.
De losse componenten, zoals plaat, las en bout worden getoetst volgens de NEN-EN 1993-1-8, waar bij de platen en lassen getoetst worden op de maximale plastisch rek (<5%), en bouten op de afschuiving, trek, pons en stuik conform tabel 3.4 van NEN-En 1993-1-8. De lassen kunnen plastisch herverdelen en worden zowel op de uiterste rek als de gemiddelde rek/spanning getoetst.
Voorbeeld 1.1 - Controle moment weerstand - verbinding ligger-kolom
Een geboute, tweezijdige ligger/kolomverbinding in een ongeschoord raamwerk in de staalsoort S235 met niet-voorgespannen bouten M16 in boutklasse 8.8. Het afschuifvlak gaat door de draad van de bouten. De verbinding wordt symmetrisch belast (Mb1,Ed = Mb2,Ed). De momentweerstand van de verbinding bedraagt Mj,Rd = 47.7 [kNm]. Het boek doet de aanname dat alle dwarskracht door de onderste rij bouten wordt opgenomen.
Schermafdrukken van het boek 'Knopen' van Bouwen met Staal
Uitwerking in Steel Joints for RFEM 6
Maximale trekkracht per bout in RFEM 6. Ft,max = 90.4 [kN].
Maximale afschuifkracht per bout in RFEM 6: Vz,max = 60.3 [kN]
Eindige Elementen Sub-model van de Stalen Knoop. Aan beide kolomeinden zijn steunpunten aangebracht. Deze steunpunten verhinderen alle translaties en rotaties (star ondersteund). Aan beide staafuiteinden is een oneindig stijf vlak aangebracht in het vlak zijn de optredende snedekrachten aangebracht. Het aangebracht buigend moment is lager dan 47.7 [kNm] conform het staafmodel, omdat er rekening wordt gehouden met het moment effect door de dwarskracht: My = 0.5 × 6.2 = 3.1 [kNm].
Resultaat van de berekening, zie bijlage. Het resultaat is verkregen door het sub-model te exporteren en te openen in de basis licentie van RFEM 6. De vervormingen zijn 10x vergroot. umax = 3.7 [mm].
Spanningen:
Plastische Rekken:
Controle van de som van afschuifkrachten in rechter kopplaat.
Som van afschuifkrachten in y-richting (door de vervorming van de plaat). De som is NUL.
Geschatte bepaling MR,yD = 48.4 [kNm]. De moment weerstand is ongeveer gelijk aan de bepaling in het boek 'Knopen'. Opmerking: De hefboomarm kan niet helemaal exact bepaald worden. Er is een schatting gedaan van 0.8 van de hoogte van de IPE-ligger, Een deel van de optredende trekkracht ontstaat ook de door vervorming van de plaat.
Als er bijvoorbeeld een kopplaat van t = 30 [mm] wordt toegepast, dan neemt de additionele trekkracht af, omdat er minder vervorming in de 'slanke' plaat is.
Literatuur: https://publicaties.bouwenmetstaal.nl/1605/Knopen-(Eurocode-3)/
J.W.B. Stark en J. Wardenier, Knopen. Berekenen van geboute en gelaste verbindingen in raamwerken en in buisconstructies volgens Eurocode 3, Bouwen met Staal, Zoetermeer 2014, ISBN 978-90-72830-94-4.
