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

Odkształcalność stalowej konstrukcji nośnej budynków, wynikająca z odkształceń jej elmentow i połączeń, w zasadniczej części przypadków, jest ograniczona czynnikami eksploatacyjnymi. W przypadku potaczeń śrubowych wysętpujące luzy między trzpieniami i otworami są przyczyną zwiększonej podatnosci konstrukcji. Wstępne spreżenie tego typu połączenia powoduje znaczną redukcję odksztacałnosci samego połączenia a co za tym idzie także konstrukcji. Zjawisko to wykorzystano w szeroko obecnie stosowanych połączeniach ciernych. Wadą tych połączeń jest przyjęcie założeenia, w ktorym pojawienie się stanu granicznego nosności utożsamia się z pierwszym poślizgiem. W rzeczywistosci sprężone pola.czenie srubowe nadal jest zdolne do przyjecia dodatkowego przyrostu obci^zenia. Wyniki szeregu prac, głównie doswiadczalnych [2], [3], potwierdzaja. to spostrzeżenie. Zgodnie z nimi, przy mozliwosci dalszego przyjmowania obciążenia, odkształcalnosc połączenia po pierwszym poślizgu byla nadal znacznie mniejsza od odksztalceń analogicznych połączeń śrubowych niesprężonych. W pracy przedstawiono model nakładkowego połączenia srubowego, wstępnie sprężonego. Zastosowano w nim jedną rubę (wstępne ujęcie). Miało to na celu uzyskanie dobrych warunkow poznania zachowania się takich połączeń.

sprężenie, płączenia nakładkowe, rozciąganie, modele numeryczne, experyment

This paper deals with the experiment on double butt prestressed bolted connections. The goal of the experiment is to verify a 3D computational model of the connection. The connections are loaded cyclically according to a load program based on load variability observed in engineering practice

prestressing, deformability, ultimate load, elastooptic layer