Institute of Fundamental Technological Research

A computational finite element model is developed to predict the load-deflection characteristic of portal frames with semi-rigid welded and bolted joints. Plate components of frame members and joints are modelled by thin shell finite elements while bolt connectors by springs with the force-deformation characteristic evaluated from test results. The computer software ABAQUS is used. Experimental investigations were designed in order to evaluate frame load deflection characteristics, joint local rotations, failure modes, and the contribution of end-plates and bolt connectors to the joint rotations. Theoretical results of frame load-deflection characteristics predicted with use of ABAQUS program are compared with the experimental results. The modelling of friction effect between the contact surfaces of bolted joints is verified to be the most important factor. The comparative analysis leads to the conclusion that the proposed advanced shell model can be very useful in the verification of simplified models being developed for practical applications.

semi-rigid connections, limit states analysis, experiments, variable load, finite element method

W artykule przedstawione zostały badania ram stalowych o węzłach podatnych. Dokonana została weryfikacja doświadczalna modeli teoretycznych. Analiza numeryczna została wykonana dla trójwymiarowych modeli powłokowych ram z uwzględnieniem podatności węzłów łączonyc na śruby oraz dla porównania z węzłami spawanymi. W modelowaniu komputerowym uwzględniono nielinową geometrię, sp®ężyto-plastyczne własności materiału, kontakt-tarcie moędzy płytami doczołowymi. Śruby zostały zastąpione sprężynami o charakterytyce M-Fi. Sprawdzana była nośność graniczna ram.

analiza nieliniowa, węzły podatne, ramy, konstrukcje stalowe, połączenia, nośność graniczna

Opracowane modele numeryczne konstrukcji ram stalowych o węzłach podatnych. Ramy byly konstrukcjami o węzłach spawanych oraz łączonych na śruby. Konstrukcje modelowane byly metodą elementów skończonych przy zastosowaniu elementów powłokowych. W modelach numerycznych uwzględniane byly połączenia śrubowe o nieliniowych charakterystykach oraz powierzchnie kontaktu plyt czołowych w węzłach. Badane bylo zachowanie ram pod obciążeniem rosnącym monotonicznie oraz zmiennym. Opracowany rowniez zostal model numeryczny służący obliczaniu statecznosci ram poslugując sie analogia pręta Roordy. Zostalo to zrealizowane drogą obliczenia obciążenia krytycznego, wartości i postaci własnych dla ukladu idealnego, następnie narzucenia imperfekcji zgodnych z postaciami wlasnymi na konstrukcję idealną i w końcu wykonaniu analizy przyrostowej.

analiza nieliniowa, stateczność, imperfekcje, postacie własne, węzły podatne, ramy, konstrukcje stalowe