Изгибная жесткость болтовых фланцевых соединений балки с колонной

Болтовые фланцевые соединения чаще используются в качестве соединения балки с колонной и балок друг с другом, которые воспринимают момент. Учет разницы прочности фланца и прочности высокопрочных болтов, которая проведет к трем разным типам разрушенных механизма, следует изучать прочность и жесткость таких соединений компонентным методом. Наиболее важными параметрами в этом методе являются расчетная ширина несущих элементов на изгиб и коэффициент жесткости. Определение отношения прочности элементов соединения к механизму разрушения и расчет коэффициента жесткости, вычисленной на основе Т-образного элемента, представляют собой важную задачу. По этой причине целью данной статьи является разработка метода расчета изгибной жесткости и прочности болтовых фланцевых соединений в условиях монотонных нагрузок. Предложенный метод расчета основан на компонентный метод, строительную механику и сопротивление материалов. Верификация выполнена на сведения выполненных экспериментов, для которых можно получить практические зависимости между моментом и углом поворота. Практическая реализация предложенного метода продемонстрирована на расчет несущей способности и жесткости образца выполненных экспериментов. В качестве результатов выполненного исследования можно выделить собственно метод расчета жесткости болтовых фланцевых соединений балки с колонной, влияние прочности разных элементов таких соединений на механизм разрушения и рекомендацию по проектированию соединений в условиях монотонных нагрузок. С использованием разработанного метода можно точно оценить несущую способность и жесткости соединения, оформление диаграммы зависимости между моментом и углом поворота.

1. Данилов А.Н. Развитие отрасли стального строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2021. №10. С.4-8.

2. Сон М.П., Землянухин А.Д. Моделирование фланцевого соединения в расчетном комплексе Ansys // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2017. №1(2). С. 73-79.

3. Jayarajan P. Characterization of connections in the seismic assessment of steel moment resisting frames // Journal of Structural Engineering. 2022. №4 (49). С. 306-317.

4. Qin J., Pan J., Wang Z., Wang P., Chen S. Initial rotational stiffness of end-plate connections based on the theory of plates and shells // Journal of Building Engineering. 2021. (41). С. 1-11.

5. Zhang W., Huang Z., Lai C., Lin H. Calculation of Initial Rotational Stiffness for Stiffened Extended End Plate Connection of Portal Frame // Journal of Architecture and Civil Engineering. 2011. №3 (28). С. 113-118.

6. Lu S., Wang Z., Pan J., Wang P. The Seismic Performance Analysis of Semi-rigid Spatial Steel Frames Based on Moment-Rotation Curves of End-plate Connection // Structures. 2022. (36). C. 1032-1049.

7. Перельмутер А.В., Крискунов Э.З., Юриченко В.В. Проектирование болтовых фланцевых соединений согласно Eurocode и украинским нормам: согласованность и противоречия // Металличесские конструкции. 2010. №2(16). С.93-104.

8. Shi Y., Shi G., Wang Y. A simplified calculation method for moment-rotation curve of semi-rigid end-plate connections // China Civil Engineering Journal. 2006. №3(39). С. 19-23.

9. Сон. М.П. Фланцевые соединения в строительных конструкциях // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2018. №1 (29). С. 125-136.

10. Ozkılıç Y.O., Topkaya C. Extended end-plate connections for replaceable shear links // Engineering Structures. 2021. (240). С. 1-19.

11. Ozkılıç Y.O. Cyclic and monotonic performance of stiffened extended end‑plate connections with large‑sized bolts and thin end‑plates // Bulletin of Earthquake Engineering. 2022. (20). С. 7441-7475.

12. Forfria J.J.J.C., Amador A.M.G., Gonzalez A.Q., Fernandez L.P. Investigating the T-stub connection with different web-to-flange joint configurations // Engineering Structures. 2023. (294). С. 1-17.

13. Francavilla A.B., Latour M., Tan P.J., Rizzano G. Ultimate behaviour of bolted beam-to-column connections in large rotations // Proceedings in civil engineering. 2023. (208). С. 2201-2205.

14. Семенов А.А., Маляренко А.А., Порываев И.А., Сафиуллин М.Н. Напряженно-деформированное состояние высокопрочных болтов фланцевых соединений в укрупнительных стыках стропильных ферм // Инженерно-строительный журнал. 2014. №5. С. 54-62.

15. Шафрай К.А., Шафрай С.Д. Прочность сварных швов фланцевых соединений стальных конструкций // Известия вузов. Строительство. 2018. №8. С. 36-47.

16. Шафрай К.А., Шафрай С.Д. Особенность работы фланцевых соединений строительных конструкций. Контактные напряжения и рычажные силы // Известия вузов. Строительство. 2013. №11. С. 89-96.

17. Ozkılıç Y.O., Topkaya C. The plastic and the ultimate resistance of four-bolt extended end-plate connections // Journal of Constructional Steel Research. 2021. (181). С. 1-19.

18. Hu J.W., Leon R.T., Park T., Mechanical modeling of bolted T-stub connections under cyclic loads Part I: Stiffness modeling // Journal of Constructional Steel Research. 2011. (67). С. 1710-1718.

19. Luo L., Du M., Yuan J., Shi J., Yu S., Zhang Y. Parametric analysis and stiffness investigation of extended end-plate connection // Materials. 2020. №13 (22). С. 1-30.

20. EN 1993-1-8(2005): Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-8: Design of joints.

21. AISC Manual of steel construction: Load& Resistance Factor Design, Second Edition, LRFD, 2 nd Edition (Volume 2: Connections).

22. ANSI/AISC 358-16. Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications.

23. СП 294.1325800.2017 Стальные конструкции. Правила проектирования.

24. СТО АРСС 11251254.001-021.01 Руководство по проектированию стальных конструкций многоэтажных зданий (Часть 2. Узлы) (в развитие СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»).

25. GB 51022-2015 Technical code for steel structure of light-weight building with gabled frames.

26. JGJ 82-2011 Techincal specification for high strength bolt connections of steel structures.

27. Liu X., Zeng M., Wang Y. Research on design methods of high strength bolt T-stub tensile connections // Progress in Steel Building Structures. – 2023. – № 2(25). – С. 23-31.

28. Zhang S., Chai C. Discussion on Calculation of Tensile Bearing Capacity and Prying Force in End Plate Joints // Steel Structures. – 2022. – № 5(37). – С. 44-50.

29. Shi G., Shi Y., Wang Y. Calculation method on moment-rotation curves od beam-to-column semirigid endplate connections // Engineeting Mechanics. – 2006. – № 5(23). – С. 67-73.

30. AISC. Steel Construction Manual. 16th Ed.

31. Серия 2.440-2 Узлы стальных конструкций зданий промышленных предприятий. Выпуск 7 Болтовые фланцевые рамные соединения балок с колоннами стальных каркасов зданий и сооружений.

32. Guo B., Gu Q., Liu F. и Zhao K. Experimental Rearch on Hysteretic Behavior of End-plate Beam-column connections // Journal of Building Structures. – 2002. – № 3(22). – С. 8-13.

33. Guo B., Wang L., Wang Y., Shi Y., Tian H. Experimental study on rotational stiffness of steel frame beamcolumn connections // Journal of Building Structures. – 2011. – № 10(32). – С. 82-89.

34. Shi G., Shi Y., Wang Y., Li S., Chen H. Experimental study of semirigid end-plate connections in multistory steel frames // Journal Tsinghua University (Sci & Tech). – 2004. – № 3(44). – С. 391-394.

35. Qin J., Pan J., Wang Z., Wang P., Chen S. Initial rotational stiffness of end-plate connections based on the theory of plates and shells // Journal of Building Engineering. – 2021. – (41). – С. 1-11.

36. Abidelah A., Bouchair A., Kerdal D.E. Experimental and analytical behavior of bolted end-plate connections with or without stiffeners // Journal of Constructional Steel Research. – 2012. – (76). – С. 13-27.