Несуча здатність дюбелевих з’єднань - PDF скачати безкоштовно

F. Колінґ; Х. Дж. Блідий; C. Екзаменатор 2x6 SDü d = 16 мм 100 120100 3 d 3 d 3 d 7 d 5 d 5 d 5 d 5 d 5 d 7 d

дюбелевих

Проект, на якому базується цей звіт, фінансувався Німецьким інститутом будівельних технологій (DIBt), Берлін, під посиланням P 52-5-13.190-1434/13. Відповідальність за зміст цієї публікації покладається на авторів. F. Colling H. J. Blaß C. Prüfer i

Зміст 1 Загальне. 1 2 Порівняння DIN 1052: 1988 EC 5. 2 2.1 Основа для розрахунків порівняння. 2 2.1.1 perm N St згідно з DIN 1052: 1988. 2 2.1.2 F v, rk згідно з EC 5. 4 2.1.3 Порівняльне значення R V. 6 2.2 Складання порівняльних розрахунків. 8 2.2.1 З'єднання дерево-дерево, n h = 1 і n h = 6. 9 2.2.2 З'єднання дерево-дерево, вплив кута навантаження α. 10 2.2.3 Листові з'єднання сталь-дерево. 13 2.3 Висновок, висновки. 14 3 Інвентаризація виконаних з'єднань. 14 4 Дані тесту. 16 4.1 Набряклість, випробування на зсув на розтяг/стиск, стрункість. 16 4.2 Сирі щільності. 18 4.3 Сталеві якості. 20 4.4 Дозволи. 21 4,5 діаметр. 23 4.6 Схема підключення. 23 4.7 Виключені значення. 24 5 Оцінки Частина 1. 25 5.1 Порівняння з допустимими значеннями згідно з DIN 1052: 1988. 25 5.2 Порівняння з характеристичними значеннями відповідно до Єврокоду 5. 26 5.2.1 Індивідуальні оцінки. 26 5.2.2 Підсумкове оцінювання. 33 5.3 Порівняння з очікуваними значеннями тесту. 34 5.4 Висновок. 36 6 дослідів з дюбелями. 36 6.1 Загальні положення. 36 6.2 Випробування дюбелями. 37 6.2.1 Матеріал та методи. 37 6.2.2 Результати випробувань на розтяг. 39 6.2.3 Результати випробувань на вигин. 40 7 Ефект схуднення. 45 ii

8 Оцінки Частина 2. 46 8.1 Місяць - нове. 46 8,2 М-нове + ефект схуднення 25% з утворенням 2 пластикових петель. 47 8,3 M y -новий + ефект схуднення 25% із формуванням 1 та 2 пластикових петель. 49 8,4 M y -новий + ефект схуднення 10% із утворенням 1 пластикового шарніра та 25% із 2 пластиковими петлями. 50 8.5 Ефекти на прикладах. 52 9 Ефективна кількість дюбелів. 56 9.1 Загальні положення. 56 9.2 Матеріал даних. 56 9.3 Фактори впливу. 58 9.3.1 Кількість дюбелів, що лежать один за одним (n h). 58 9.3.2 Відстань між кріпленнями (a 1/d). 58 9.3.3 Стрункість з'єднання (SH). 59 9.4 Множинна регресія. 60 9.4.1 Рівняння регресії. 60 9.4.2 Вплив стрункості. 60 10 Розстановка дюбелів в шаховому/не шаховому порядку. 62 11 Резюме. 63 12 Література. 65 iii

Приклад: Розтягувальний удар (навантаження на волокно), d = 16 мм, SH = 60 мм, MH = 100 мм. Для бортової деревини: принаймні 2 5,5 60 16 = 10560 N = 16 kn 2, але не більше permn 2 33,0 16 = 16896 N = 16,90 kn Для середньої деревини: St не менше 8,5 100 16 = 13600 N = 13, 60 kn 2, однак, максимально zuln 5 16 = 13056 N = 13,06 kn вирішальне: завивка N St = 16 kn St Для кріпильних елементів, що лежать один за одним у напрямку до зерна, можна використовувати до 6 дюбелів як повністю ефективні, тобто зменшення не потрібно. Маючи більше 6 послідовних кріплень, кількість ефективних дюбелів можна розрахувати наступним чином: 2 nef 6 (n 6) Eq. (2.2) 3 Це означає, що перші 6 дюбелів поспіль завершені, а 7-й і кожен наступний Дюбелі використовувались з 2/3 допустимого навантаження дюбеля. 3

Випадок відмови 4 (2 пластикові петлі на зсувний шарнір): 2 0 Fv, Rk 1,15 2 145927 24,11 16 = 12202 N = 12,20 kn на SF 1 0 вирішальний: F v, rk = 10,48 kn на SF 2 10, 48 = 20,96 кн за SDü Якщо під дією сили під кутом до зерна деревини застосовується сила посадки відповідної деревини, помножена на коефіцієнт k α: d 8 мм: k α = 1 d> 8 мм: k 2 2 (1,35 0,15 г) sin cos з α = кут між силою та напрямком зерен у розглянутому лісоматеріалі, рівняння (2,8) Для з’єднань з листової сталі та деревини (з листовим металом на внутрішній стороні) несучу здатність можна розрахувати наступним чином: Випадок відмови 1 (несправність закладення в СВ): Fv, Rk fh, 1, k t1 d Eq. (2.9a) Випадок відмови 2 (1 пластиковий шарнір на листовій сталі та похилий штифт у SH): 4M y, k Fv, Rk fh, 1, k t1 d 2 1 2 fh, 1, kd t1 Випадок відмови 3 (2 пластикові петлі на зсувний шарнір): рівняння (2.9b) Fv, Rk 1.15 2 2 My, k fh, 1, kd рівняння (2.9c) паралельно зерну - число ефективних Ефективний дюбель: з 1 n ef na 13 d 0,9 1 = відстань між дюбелями у напрямку волокон, рівняння (2.10) 2.1.3 Порівняльне значення RV Відповідно до DIN 1052: 1988, необхідно було надати наступний доказ: 2.11) St існує N St = навантаження на основі характерних дій згідно з DIN 1055 6

Rv або дозволити N [kn] Rv/дозволити N Rv або дозволити N [kn] Rv/дозволити N Rv або дозволити N [kn] Rv/дозволити N Rv або дозволити N [kn] Rv/дозволити N MH d = 8 мм d = 24 мм 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 "старий" 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 "старий" 0,4 0,3 0 0 0 3,00 4,00 5,00 6,00 7, 00 8.00 SH Рисунок 2.2 Результати порівняльних розрахунків: деревина-дерево, 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 "старий" 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 ЕС 5 2 0,4 DIN "старий" 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 З'єднання дерево-дерево, вплив кута навантаження α На малюнках 2.3 - Рисунок 2.6 зіставляються порівняльні розрахунки для різних кутів навантаження в боковій деревині (α SH) та в центральній деревині (α MH). На цих зображеннях можна спостерігати ті самі тенденції, що і при напруженні, паралельному напрямку зерен деревини: зі збільшенням діаметрів дюбелів і стрункістю деревини EC 5 забезпечує нижчі порівняльні значення навантажувальної здатності дюбелів, ніж DIN 1052: 1988. 10

були доступні дюбельні з’єднання. Загалом до бази даних було додано 183 різних сполуки. 174 з'єднання були з'єднаннями з листової сталі та дерева, для оцінки було доступно лише 9 з'єднань між деревиною та деревиною. З цієї причини на наступних ілюстраціях враховано лише з’єднання листової сталі та дерева. Вони не становлять репрезентативного представництва, а лише більш-менш випадковий вибір. Тонкість SH бічного бруса (= товщина бічного бруса/діаметр дюбеля) виконаних з'єднань варіювалась між 3,28 і 13,4 із середнім значенням 6,88 (див. Рис. 3.1 зліва). Найчастіше виявляли бокову стрункість деревини SH 6. Малюнок 3.1 праворуч дає огляд діаметрів використовуваних дюбелів. На рисунку 3.2 показано кількість дюбелів, розташованих один за одним у напрямку сили та зерна. Рисунок 3.1 Стрункість бічних брусів (ліворуч) та діаметр дюбелів (праворуч) виконаних з'єднань Рисунок 3.2 Кількість дюбелів у напрямку зусилля та зернистість виконаних з'єднань 15

4 Тестові дані В рамках дослідницького проекту були зібрані та всебічно оцінені результати тестів із 7 джерел (див. [5] - [11]). 4.1 Випробування на здуття, розтягування/стиск на зсув, стрункість Всього було оцінено 1588 випробувань, з них 1045 з'єднань деревина-дерево та 543 з'єднання лист-сталь-деревина. На рисунку 4.1 показано кількість тестів із відповідними джерелами. Рисунок 4.1 Оцінені випробування з джерелами На рисунку 4.2 показано кількість випробувань на розтяг та стиск на зсув, проведених для кожного джерела. Всього було проведено 988 випробувань на розтяг та 600 випробувань на стиск. Рисунок 4.2 Кількість випробувань на розтягування та зсув на стиск Стрункість SH бічного бруса (= товщина бічного бруса/діаметр дюбеля) досліджуваних зразків коливалась від 7,5 (рис. 4.3). З цієї картини видно, що для з’єднань деревини та деревини в основному з’єднання з боковою стрункістю деревини SH 600 кг/м³. Відповідні дані випробувань наведені нижче як виключені значення. Після вирахування цих виключених значень залишилось загалом 561 випробування з з'єднаннями деревина-дерево та 325 випробувань з з'єднаннями листова сталь-дерево. 24

Рисунок 5.7 Співвідношення R V/R k (експерименти Кнейдла) Цей малюнок показує, що значення характеристичного співвідношення (R V/R k) k нижче цільового значення в деяких тестових серіях. Якщо узагальнено всі тестові значення, результатом є значення характеристичного співвідношення (R V/R k) k = 0,990, що приблизно відповідає цільовому значенню. Випробування Брюля [7] Брюль провів 6 серій випробувань, в яких з'єднання забезпечувались поперечним розтягуючим армуванням (рис. 5.8). Рисунок 5.8 З'єднання з поперечною арматурою натягу за Брюлем Використовували дюбелі діаметром d = 7 до d = 16 мм. На рисунку 5.9 показано відповідні результати зліва (d = 7 мм) направо (d = 16 мм). У випробуваннях із більшим діаметром бокові лісоматеріали передчасно вийшли з ладу, перш ніж можна було досягти несучої здатності з'єднання. Для оцінки можна використовувати всі значення тесту. 31

Для кожного тесту знову розраховували співвідношення між значенням тесту R V та характеристичним розрахунковим значенням згідно Йохансена R k. На рисунку 5.9 показано відповідне середнє значення коефіцієнта (R V/R k) m та відповідне значення коефіцієнта характеристик (R V/R k) k для кожної серії випробувань. Рисунок 5.9 Співвідношення R V/R k (експерименти Брюля) Якщо всі експериментальні значення поєднані, результатом буде характерне значення коефіцієнта (R V/R k) k = 0,912, що нижче цільового значення. Випробування Schmid [11] Schmid провів 9 серій випробувань з дуже низькою бічною стрункістю деревини (SH = 1,25) та високоміцними сталями діаметром d = 24 мм. Відповідно до критеріїв виключення, пояснених у Розділі 4.7, усі результати випробувань повинні були бути виключені з оцінки (вони показані червоним кольором на малюнку 5.10): Через недостатню стрункість: всі серії випробувань (109–117). Для кожного тесту знову розраховували співвідношення між значенням тесту R V та характеристичним розрахунковим значенням згідно Йохансена R k. На малюнку 5.10 показано відповідне середнє значення коефіцієнта (R V/R k) m та відповідне значення коефіцієнта характеристик (R V/R k) k для кожної серії випробувань. 32

Малюнок 5.10 Співвідношення R V/R k (експерименти Шміда) Якщо узагальнити всі експериментальні значення, то буде отримано характеристичне значення коефіцієнта (R V/R k) k = 30, яке приблизно відповідає цільовому значенню. 5.2.2 Підсумкова оцінка 5.2.2.1 З'єднання деревина-деревина На рисунку 5.11 показано значення співвідношення R V/R k для всіх досліджених з'єднань деревина-деревина. Характерне співвідношення (RV/R k) k усіх випробувальних значень (без виключених значень) становить 74. [-] 4,5 з'єднання дерево-дерево 4,0 3,5 Йоріссен Ельбек/Вернер 3,0 2,5 млн років, 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 Серія випробувань Рисунок 5.11 Співвідношення RV/R k для з'єднань дерево-дерево (червоний = виключені значення) Той факт, що це значення вище, вказує на те, що після Характерну несучу здатність R k, розраховану за Єврокодом 5, можна розглядати як дещо консервативну. 33

міцність на розрив і діаметр або виробника неможливо визначити. В принципі, значення міцності на розрив під час випробувань значно перевищують значення для сталі S235, яку слід приймати для дюбелів, не вказуючи якості сталі. На рисунку 6.2 наведено приклад дюбелів випробувальної серії ВК 16/200 після випробувань на розтяг. Малюнок 6.2 Дюбелі дюбеля випробувальної серії VK 16/200 після випробувань на розтягування з чітким звуженням та наклеєними розмітками для оптичної вимірювальної системи 6.2.3 Результати випробувань на вигин Рисунок 6.3 Дюбелі випробувальної серії RB 8 x 140 після випробування на вигин у машині для випробування крутного моменту Schatz GmbH Хоча чітка оцінка міцності на розрив і напруги, що доводить 0,2%, визначається стандартами випробувань при випробуваннях на розтяг, момент текучості дюбеля суттєво залежить від кута вигину (див. Рисунок 6.1). Бласс, Біенгаус та Кремер [14] запропонували емпіричну залежність 40 на основі випробувань на згинання дюбелями

Між результатами випробувань та прогнозними значеннями було досягнуто такий вираз: з ff My, нові 2 ю 3 0,15 д для фу 450 Н/мм² 3 0,15 фу д для фу 450 Н/мм² d = діаметр fy = межа текучості сталі fu = міцність сталі при розтягуванні (6.3) Рисунок 6.4 Поглинаючий згинальний момент залежно від кута вигину для сталі з більшою міцністю (суцільна лінія) та сталі з низькою міцністю з вираженою межею текучості (пунктирна лінія) На рисунку 6.5 показано взаємозв'язок між M y для 122 випробувань на вигин EN 409 та значення відповідно до рівняння (6.3) на основі середнього (алмази) та номінального (квадрати) міцності на розрив, визначених для відповідної серії випробувань. Рисунок 6.5 Значення співвідношення моментів текучості від випробувань до моментів текучості відповідно до рівняння (6.3) на основі дійсних (алмазів) або номінальних (квадратів) меж текучості та міцності на розтяг дюбелів. Значення коефіцієнта не залежать від діаметра дюбеля. Середнє значення коефіцієнта дорівнює 9, характеристичне значення 0. Це дуже хороший показник 43

Дюбелі з d = 12 мм, тоді як Ельбек/Вернер також використовували дюбелі до 30 мм. На рисунку 8.2 показано таку ж оцінку для з'єднань з листової сталі та дерева. Цю діаграму можна порівняти з малюнком 5.12 із розділу 5.2.2.2. Значення коефіцієнта характеристичного співвідношення (RV/R k) k усіх тестових значень (без виключених значень) є результатом 01. У порівнянні: з M y -alt для всіх тестових значень отримано значення характеристичного коефіцієнта 73 01 Рис. 8.2 Коефіцієнт RV/R k для з'єднань дерево-дерево (червоний = виключені значення) 8,2 M y -новий + ефект стрункості 25% із утворенням 2 пластикових петель Використання модифікованого рівняння для моменту текучості M y згідно з розділом 6.2 та ефекту стрункості 25% у разі руйнування Випробування були повторно оцінені для 2 пластикових петель. На рисунку 8.3 показані результати порівняння випробувальних значень R V з характерними розрахунковими значеннями R k для з'єднань дерево-дерево. Це зображення можна порівняти з малюнком 5.11 першого оцінювання (розділ 5.2.2.1). 37 Рисунок 8.3 Співвідношення R V/R k для з'єднань дерево-дерево (червоний = виключені значення): переоцінка за допомогою M y -нового і ефект схуднення 25% із появою 2 пластикових петель на зсувний шар 47

Значення характеристичного співвідношення (RV/R k) k усіх значень випробувань деревини-дерева (без виключених значень) призводить до 37. На рисунку 8.4 показані результати порівняння випробувальних значень RV з характерними розрахунковими значеннями R k для листової сталі-деревини Показані з’єднання. Це зображення можна порівняти з малюнком 5.12 першого оцінювання (розділ 5.2.2.2). 0,978 Рисунок 8.4 Співвідношення RV/R k для з’єднань з листової сталі та дерева (червоний = виключені значення): переоцінка за допомогою M y -нового і ефект схуднення 25% із появою 2 пластикових петель на зсувний шар Значення характеристичного співвідношення (RV/R k) k все Результати випробувань листової сталі та дерева (без виключених значень) дають 0,978. Порівняння випробувальних значень із очікуваними випробувальними значеннями (R V/R EV) показано на малюнку 8.5. Це зображення можна порівняти з малюнком 5.13 першого оцінювання (розділ 5.3). Рисунок 8.5 Співвідношення RV/R EV як функція стрункості бічного бруса: переоцінка з M y -новим та ефект стрункості 25% із появою 2 пластикових петель на зсувний шарнір. На малюнку 8.5 показано підхід до ідеального значення 1: У для стрункості SH> 6 У цій області ефект схуднення вступає в гру при формуванні 2 пластикових петель. 48

Однак вантажопідйомність у діапазоні середньої стрункості становить 4 1, тобто перевищена розрахована вантажопідйомність 26%. Наступна таблиця 8-1 показує ступінь використання цього з'єднання з використанням трьох факторів впливу, описаних у різних комбінаціях. Таблиця 8-1 M y - новий ступінь використання з'єднання з низькою стрункістю Ефект схуднення з 1 пластиковим шарніром/2 пластиковими петлями Надміцність (S 355) Ступінь використання 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 *) Поточний стан З цієї таблиці видно, що у випадку компактних з'єднань з малими діаметрами дюбелів різних факторів впливу неможливо досягти значних змін: низький на сьогодні перевищення в 26% може бути зменшений лише до 13%. Приклад 2 Тонке з'єднання з більшим діаметром дюбеля (d = 16 мм). NKL 2, KLED = середній. F g, k = F p, k = 76 kn Відповідно до поточного стану стандартизації, цей приклад призводить до ступеня використання = 1,83> 1, тобто розрахована несуча здатність перевищує 83%. 53