Moment-rotation response of a flush end-plate splice
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2017-06-12
Department
Major/Subject
Teknillinen mekaniikka
Mcode
K3006
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
83+15
Series
Abstract
Resistance and stiffness of a flush end-plate splice can be determined through moment-rotation analysis. Moment-rotation characteristics vary significantly, depending on the geometrical and material properties of the joint. A prediction of a moment-rotation response of a flush end-plate splice can be determined analytically according to Eurocode 3 based component method or through a more advanced finite element analysis. In this thesis, an analytical calculation spreadsheet is conducted for flush end-plate splices both in in-plane and in out-of-plane bending. Although Eurocode 3 only provides design rules for in-plane bending, a proposal for out-of-plane bending is presented in this thesis. In addition, a suitable finite element modelling technique is formed for bolted steel connection and the chosen methods are validated with experimental results found in the literature. This thesis also includes a parametric study, in which different joint geometries are analysed both analytically and numerically by using the calculation spreadsheet and Ansys finite element software. In the parametric study, a total of eight different joint geometries are studied by varying the end-plate thickness and the bolt diameter. Also the effect of combined bending and axial loading as well as the effect of pre-loading the bolts are studied for each joint configuration. As a result of this thesis, a more thorough understanding of the moment-rotation response of a flush end-plate splice is formed both for pure bending and for combined bending and axial loading in in-plane and in out-of-plane bending. In addition, through an extensive finite element analysis, the weaknesses related to the standardised design rules for flush end-plate splices are identified.Päätylevyjatkosliitoksen taivutuskestävyys ja kiertymisjäykkyys voidaan määrittää momentti-kiertymäyhteyden avulla. Päätylevyjatkosliitoksen taivutuskestävyys ja kiertymisjäykkyys vaihtelevat paljon liitoksen geometriasta ja käytetystä materiaalista riippuen. Päätylevyjatkosliitoksen momentti-kiertymäyhteys voidaan määrittää Eurokoodi 3 perustuvalla analyyttisellä komponenttimenetelmällä tai elementtimenetelmään perustuvalla analyysillä. Tässä työssä muodostetaan komponenttimenetelmään perustuva laskentaohjelma päätylevyjatkosliitoksen kiertymäyhteyden määrittämiseksi sekä tasossa tapahtuvassa taivutuksessa, että tasoa vastaan kohtisuorassa taivutuksessa. Eurokoodi 3:ssa on määritetty kattavat suunnitteluohjeet momentti-kiertymäyhteyden laskemiseksi tasossa tapahtuvassa taivutuksessa, mutta tasoa vastaan kohtisuoran taivutuksen tapausta ei ole tarkasti määritetty. Tässä työssä sovelletaan tasossa tapahtuvan taivutuksen suunnitteluohjeita ja muodostetaan laskentamalli myös tasoa vastaan kohtisuoralle taivutukselle. Tässä työssä suoritetaan lisäksi parametrinen analyysi, jossa eri liitosgeometrioita tutkitaan sekä Eurokoodin perustuvalla analyyttisellä mallilla, että Ansys elementtimenetelmäohjelmistolla muodostetulla numeerisella mallilla. Parametrisessa tutkimuksessa käsitellään yhteensä kahdeksan eri liitosgeometriaa, joissa vaihdellaan liitoksen päätylevyjen paksuutta ja pulttien halkaisijaa. Lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan yhdistetyn taivutuksen ja aksiaalisen kuorman, sekä pulttien esijännityksen vaikutusta liitoksen taivutuskestävyyteen ja kiertymisjäykkyyteen. Työn tuloksena voidaan muodostaa kattava käsitys päätylevyjatkosliitoksen momentti-kiertymäyhteydestä puhtaassa taivutuksessa sekä yhdistetyssä taivutuksen ja aksiaalisen kuorman tapauksessa niin tason taivutuksessa, kuin tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa tapahtuvassa taivutuksessa. Lisäksi kattavan elementtimenetelmään perustuvan analyysin avulla voidaan tunnistaa päätylevyjatkosliitoksen suunnitteluohjeiden puutteet ja heikkoudet.Description
Supervisor
Polojärvi, ArttuThesis advisor
Kukkonen, JuhaKeywords
end-plate splice, in-plane bending, out-of-plane bending, moment-rotation, moment resisting joint, FEM
