Kaksoislaatuisesta rakenneputkesta hitsatun X-liitoksen kestävyys ja muodonmuutoskyky
Saastamoinen, Henri (2011)
Tiivistelmä
Rautaruukki Oyj:n uusi Ruukki double grade S420MH/S355J2H -rakenneputki yhdistää putkilajien S420MH ja S355J2H ominaisuudet. Eurocode 3:n suunnitteluohjeiden mukaan Ruukki double graden käyttöön on sovellettava lujuusluokan S420 mukaista hitsien mitoitusta ja rakenneputkiliitosten staattista mitoituskestävyyttä alentavaa varmuuskerrointa, kun halutaan hyödyntää lujuusluokan S420 ominaisuudet Ruukki double gradea käytettäessä. Tässä työssä tutkittiin S420-lujuusluokkaa vastaavien suunnittelumääräysten soveltamistarvetta Ruukki double grade -rakenneputken käyttöön. Työn tavoitteena oli arvioida Ruukki double grade -rakenneputkesta hitsaamalla valmistetun X-liitoksen kestävyyden ja muodonmuutoskyvyn riittävyys, kun hitsit mitoitettiin S355-lujuusluokkaa vastaavien Eurocode 3:n suunnitteluohjeiden mukaisesti. X-liitosten kestävyyttä ja muodonmuutoskykyä tutkittiin kokeellisesti -40 C lämpötilassa suoritettujen laboratoriokokeiden avulla sekä analyyttisen laskennan ja elementtimenetelmän keinoin. Kestävyyden riittävyyttä arvioitiin vertaamalla laboratoriokokeista saatuja liitosten kestävyyksiä Eurocode 3:n ja myötöviivateorian mukaisiin kestävyyksiin. Elementtimenetelmän ja laboratoriokokeen pohjalta piirrettyjä liitoksen voima-siirtymäkuvaajia vertailtiin keskenään, kun elementtimalli analysoitiin eri materiaalimalleilla. Lisäksi verrattiin elementtimallin voima-venymäkuvaajia liitoksen venymäliuskan arvoihin.
Kaikki koesarjan S355-lujuusluokan mukaisilla hitsin a-mitoilla valmistetut liitokset täyttivät kestävyydelle ja muodonmuutoskyvylle asetetut vaatimukset. Täten tämän koesarjan perusteella ei ollut tarpeellista soveltaa S420-lujuusluokan mukaista hitsien mitoitusta ja staattista mitoituskestävyyttä alentavaa varmuuslukua Ruukki double grade -rakenneputkeen. Elementtimenetelmästä ja laboratoriokokeesta saadut liitoksen voima-siirtymäkuvaajat vastasivat hyvin toisiaan. Sen sijaan elementtimallin voima-venymä-kuvaajat eivät vastanneet venymäliuskojen mittausdataa kovin hyvin. The aim of this work was to evaluate the sufficiency of the ultimate strength and deformation capacity of Ruukki double grade X-joints when they were welded according to Eurocode 3 design rules for strength class S355. Ultimate strength and deformation capacity were studied experimentally by conducting laboratory tests at -40 C and by using analytical calculation and the finite element method. The sufficiency of ultimate strength was assessed by comparing the joint capacities obtained from laboratory tests to the capacities specified in Eurocode 3 and to those drawn from yield line theory calculations. The load-displacement curves of a finite element model with different material models were compared to the load-displacement curve of one of the tested joints. In addition, load-strain curves obtained from the finite element model were compared to the joint's strain gauge values.
All the joints welded according to strength class S355 weld dimensions in the test series met the requirements set for the ultimate strength and deformation capacity. Therefore it was not necessary to apply strength class S420 weld dimensions and the static design load reduction factor to Ruukki double grade based on this test series. The load-displacement curves of the finite element model and the laboratory test were in good agreement. However, the load-strain curves of the finite element model did not correspond very well to the strain gauge values.
Kaikki koesarjan S355-lujuusluokan mukaisilla hitsin a-mitoilla valmistetut liitokset täyttivät kestävyydelle ja muodonmuutoskyvylle asetetut vaatimukset. Täten tämän koesarjan perusteella ei ollut tarpeellista soveltaa S420-lujuusluokan mukaista hitsien mitoitusta ja staattista mitoituskestävyyttä alentavaa varmuuslukua Ruukki double grade -rakenneputkeen. Elementtimenetelmästä ja laboratoriokokeesta saadut liitoksen voima-siirtymäkuvaajat vastasivat hyvin toisiaan. Sen sijaan elementtimallin voima-venymä-kuvaajat eivät vastanneet venymäliuskojen mittausdataa kovin hyvin.
All the joints welded according to strength class S355 weld dimensions in the test series met the requirements set for the ultimate strength and deformation capacity. Therefore it was not necessary to apply strength class S420 weld dimensions and the static design load reduction factor to Ruukki double grade based on this test series. The load-displacement curves of the finite element model and the laboratory test were in good agreement. However, the load-strain curves of the finite element model did not correspond very well to the strain gauge values.