Rakenneputkiliitoksen jännitysjakauma V-liitoksissa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä selvitettiin rakenneputkien V-liitoksien jännitysjakaumia. Nykyisessä EN 1993-1-8 standardissa ei ole omaa mitoitusohjetta ristikon päädyn V-liitokselle, vaan joudutaan soveltamaan muiden liitosten kestävyystarkasteluja, joissa voimien jakaumat liitosalueella poikkeavat ristikon päädyn V-liitoksen tapauksesta. Jännitysjakauman avulla haluttiin selvittää, kuinka jännitykset jakaantuvat liitoksen alueella ja voidaanko liitos mitoittaa ainoastaan aksiaalisen kestävyyden perusteella.

Jännitysjakauma ratkaistiin 45°, 50°, 60° ja 70° liitoskulmilla. Sekä uumasauva, että paarre ovat teräksisiä 140 mm x 140 mm x 6 mm rakenneputkia. Liitos mallinnettiin keskipintamallina ja elementtityyppinä käytettiin lineaarisia laattaelementtejä. FE-analyysi toteutettiin lineaarielastisella analyysilla. FEA:n avulla selvitettiin normaali- ja leikkausjännitys sekä näiden yhdistelmä Von Mises jännitys liitoksessa. Lisäksi selvitettiin, kuinka suuren osan kuormituksesta paarteen sivu kantaa.

Tulosten perusteella normaalijännitys aiheuttaa suurimman osan liitokseen muodostuvasta vertailujännityksestä. Leikkausjännityksellä on kuitenkin merkittävä osuus eikä sitä voida jättää ottamatta huomioon. Näin ollen V-liitosta ei voida mitoittaa ainoastaan aksiaalisen kestävyyden perusteella, vaan myös paarteen suuntainen leikkausvoimakomponentti täytyy ottaa huomioon liitosta mitoitettaessa.

This bachelor’s thesis examined the stress distributions of rectangular hollow section V-joints. In the current EN 1993-1-8 standard, there is no separate design guideline for the V-joint at the end of the truss, and durability evaluations of other joints have to be applied, where force distributions in the joint area differ from the case of the V-joint at the end of the truss. The study aimed to determine how the stresses are distributed in the joint area and whether the joint can be designed based solely on axial resistance.

The study used 140mm x 140mm x 6mm RHS steel tubes for both the chord and the brace, and 45°, 50°, 60°, and 70° connection angles were tested. The joint was modelled using linear plate elements as a mid-surface model, and linear elastic analysis was used for FE-analysis. Using FEA, normal and shear stresses, as well as their combination Von Mises stress in the joint, were determined. Additionally, it was examined how much of the load is carried by the side of the chord.

The results showed that normal stress causes most of the reference stress formed in the joint, but shear stress cannot be ignored. Therefore, the V-joint cannot be dimensioned solely based on axial resistance. The shear force component in the direction of the beam must also be considered when dimensioning the joint.