Materiaalimallin määrityksestä kylmämuovattujen putkipalkkien K-liitosten FE-analyysissä

Abstract

Työssä on tutkittu kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien K-liitosten mallinnusta epälineaarisella elementtimenetelmällä. Työn tärkeimpänä tavoitteena on ollut kehittää putkipalkin osien materiaalimalleja siten, että liitosten kestävyyttä voidaan tutkia laboratoriokokeiden ohella luotettavasti myös elementtimenetelmällä. Toisena tavoitteena on ollut tutkia, voidaanko putkipalkkien liitosten mitoitusohjeita turvallisesti soveltaa kylmämuovatuille putkipalkeille, joissa valmistusprosessi aiheuttaa muutoksia materiaaliominaisuuksiin, erityisesti muodonmuutoskykyyn. Työssä tehtyjen laboratoriokokeiden ja elementtianalyysien perusteella elementti-menetelmä on käyttökelpoinen työkalu putkipalkkiliitosten staattista kestävyyttä määritettäessä, kun materiaalimallit on määritetty oikein. Erityisesti liitoksen käyttö-rajatilan mukaisen kestävyyden laskennassa elementtimenetelmällä saadaan hyvin laboratoriokokeita vastaavia tuloksia. Tehdyt laboratoriokokeet osoittavat myös, että Eurocode 3:n mukaisia putkipalkkien liitosten mitoitusohjeita voi turvallisesti käyttää kylmämuovatuille putkipalkeille.

In the thesis K-joints made of cold-formed structural hollow sections were studied using nonlinear finite element method (FEM). The main objective was to develop the material model of the cold-formed structural hollow section so that the static strength of the joints could be reliably analysed also with FEM. It was also studied whether the existing design rules for structural hollow section joints can be safely used for joints made of cold-formed structural hollow sections. According to the laboratory tests and finite element analyses performed, FEM can be used to determine the static strength of structural hollow section joints when the material models are properly defined. Especially when defining the serviceability deformation limit of a joint, FEM results correspond well to the results of the laboratory tests. The laboratory tests also indicate that the design rules of Eurocode 3 can be safely used for joints made of cold-formed structural hollow sections.