Development of design methods for the cost-effective application of multiplanar connections

Directorate-General For Research And Innovation European Commission

Description

Phase II: Static strength of RHS joints
Industrial research and development

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• Sciences et techniques

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• Nombre de lectures: 18
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

ISSN 1018-5593
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EuropeanEuropean CommissionCommission
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Properties and service performance
Development of design methods
for the cost-effective application
of multiplanar connections.
Phase IIII Static strength ofof RHSRHS jointsjoints
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hi
Report
EUR 16819 en STEEL RESEARCHEuropean Commission
Properties andand serviceservice performance
Development of design methods
forfor thethe cost-effective application
of multiplanar connections.
Phase II Static strength of RHS joints
M. O'Connor
The Steel Construction Institute pic
SilwoodSilwood ParkPark
AscotAscot (Berkshire)(Berkshire) SL5SL5 7QN7QN
United Kingdom
Contract No 7210-SA/830
11 JulyJuly 19901990 toto 3131 December 19931993
FinalFinal reportreport
Directorate-General
Science, Research andand Development
1997 EUR 16819 enLEGAL NOTICE
NeitherNeither thethe European Commission nornor anyany personperson actingacting onon behalfbehalf ofof thethe Commission
is responsible for the use which might be made of the following information
A great deal of additional information on the European Union is available on the Internet.
It can be accessed through the Europa server (http://europa.eu.int)
Cataloguing datadata cancan bebe foundfound atat thethe endend ofof thisthis publication
Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 1997
ISBN 92-828-1075-5
© European Communities, 1997
Reproduction is authorized provided the source is acknowledged
Printed in LuxembourgCONTENTS
PagePage No.No.
SUMMARY 4
RESUME 5
ZUSAMMENFASSUNG 66
1 INTRODUCTION 33
2 BACKGROUND TO RESEARCH 34
2.1 Introduction 34
2.22.2 ReviewReview ofof ExistingExisting WorkWork onon Multiplanar HollowHollow SectionSection 3434
Connections.
2.3 Derivation of IIW/CIDECT Uniplanar RHS Joint Formulae [2]. 37
3 EXPERIMENTAL RESEARCH 41
3.1 Introduction. 41
3.23.2 T-jointT-joint Tests atat NottinghamNottingham University 4141
3.3 X-joint at TU-Delft/TNO 44
3.4 K-joint Tests at British Steel 46
4 NUMERICAL RESEARCH 49
4.1 Introduction. 49
4.24.2 Numerical Modelling atat TU-Delft.TU-Delft. 4949
4.3 at the SteelSteel Construction Institute 5353
5 DISCUSSION 58
5.1 Introduction 58
5.2 Failure Criteria 58
5.35.3 Experimental ResearchResearch 6161
5.4 Numerical 6969
6 ROUTE TO PRACTICAL DESIGN GUIDANCE 76
7 CONCLUSIONS. 77
88 REFERENCESREFERENCES 7979
9 ACKNOWLEDGEMENTS 81
TABLES 83
FIGURES 111SUMMARY
The first objective of this project is to investigate and establish the fundamental
multiplanar influences on the static strength of practical rectangular welded hollow
section joints. The second objective is to develop a numerical modelling capability,
fully calibrated against experimental results, which can be used in the future
development ofof designdesign guidanceguidance andand hencehence reduce thethe needneed forfor futurefuture costlycostly testtest
programmes. The final objective is to recommend future activities to be undertaken
to provide practical design guidance. This objective will be carried out in
consultation with others with an interest in with multiplanar interactions.
The first project objective was met by a programme of experimental work across a
rangerange ofof practical joints.joints. ThreeThree structural configurationsconfigurations werewere testedtested atat Nottingham
University (T-joints), Delft University/TNO (X-joints) and British Steel (K-joints).
The resulte of the T- and X-joint tests under axial loading indicated that there was
a multiplanar effect present which was dependent on the sense of loading in the out-
of-plane braces. This effect was offset by the stiffening effect of the out-of-plane
braces at ultimate load. The results of the X-joint tests under in-plane bending
indicatedindicated thatthat thethe multiplanarmultiplanar effecteffect inin thesethese jointsjoints waswas negligible.negligible. TheThe resultsresults ofof thethe
K-joint tests in comparison with the relevant predicted uniplanar capacity indicated
that the multiplanar effect was detrimental for joints with low brace/chord width
ratios (0.4). However this effect is likely to be due to the different definition of
ultimate failure load used in this study and the study on which the uniplanar design
formula is based.
The second project objective is met by a programme of numerical modelling carried
out at Delft University/TNO (T- and X-joints) and the Steel Construction Institute
(K-joints). Numerical models that could adequately represent the multiplanar
interactions in all joint types were succesfully developed. The numerical models
were fully calibrated against the experimental test programme. The models can now
bebe usedused toto carrycarry outout further parametricparametric studiesstudies thusthus costcost effectively increasing thethe
amount of data on which to base design guidance.
Finally, a route to final design guidance was identified and is presented in section
6 of this report.RESUME
LeLe premierpremier objectif dede lala rechercherecherche estest d'étudierd'étudier lesles facteursfacteurs principauxprincipaux quiqui influencentinfluencent lala
résistance sous charge statique des assemblages soudés de profils creux rectangulaires. Le
second objectif est de développer un modèle numérique, calibré à partir des résultats
expérimentaux, qui pourra être utilisé pour le développement futur de règles de
dimensionnement afin de réduire le coût des essais lors des prochaines recherches. L'objectif
final est de mettre en évidence les travaux qui seront nécessairs, dans le futur, pour arriver
àà uneune guidanceguidance pratiquepratique dudu dimensionnement dede cesces assemblages.assemblages. CetCet objectif serasera réaliséréalisé
en collaboration avec d'autres groupes ou personnes intéressées à ce domaine.
Le premier objectifa été rencontré sur base d'un programme expérimental couvrant un grand
nombre d'essais d'assemblages.
TroisTrois configurationsconfigurations structuralesstructurales ontont étéété expérimentées; desdes assemblages enen TT (à(à l'Universitél'Université
de Nottingham), des assemblages en X (à l'Université de Delft et au TNO) et des assemblages
en K (à la British Steel). Les résultats obtenus pour les en T et en X sous
charges axiales indiquent qu'il existe un effet multiplanaire qui dépend du sens de chargement
des barres diagonales. Les résultats des essais sur assemblages en X avec par
des moments dans le plan montrent, par contre, que l'effet multiplanaire est négligeable.
Les essais sur assemblages en K montrent que, par comparaison au cas plan, l'effet
multiplanaire est défavorable pour les assemblages ayant un rapport diamètre des
diagonales-diamètre de la membrure inférieur à 0,4. Cependant, cet effet est aussi dépendant
de la définition utilisée pour définir la charge ultime.
LeLe secondsecond objectif dede lala recherche aa étéété réaliséréalisé àà l'aidel'aide d'und'un modèle numériquenumérique développédéveloppé parpar
l'Université de Delft et le TNO, pour les assemblages en T et en X, et par le Steel
Construction Institute, pour les assemblages en K. Les modèles numériques ont été calibrés
sur base du programme expérimental et peuvent servir à étendre le champ des connaissances
dans le domaine, à l'aide d'études paramétriques, pour un coût raisonnable.
Enfin, uneune voievoie pouvantpouvant conduire àà desdes recommandations pourpour lele dimensionnement aa étéété misemise
en évidence et est présentée au chapitre 6 du rapport.ZUSAMMENFASSUNG
DasDas ersteerste ZielZiel diesesdieses Projekts istist diedie Untersuchung derder grundlegendengrundlegenden räumlichen Einflüsse
auf die Tragfähigkeit geschweißter Knoten aus Rechteck-Hohlprofilen. Das zweite Ziel ist,
ein mit experimentellen Ergebnissen kalibriertes numerisches Verfahren zu entwickeln,
welches der künftigen Entwicklung von Rechenverfahren dient und somit die Notwendigkeit
teurer Testprogramme reduziert. Das letzte Ziel ist die Anregung weiterer Aktivitäten zur
Erstellung praktischer Berechnungshilfen. Dieses Ziel wird in gemeinsamer Beratung mit
anderen, anan räumlichen Verbindungen interessierten, erreicht.erreicht.
Das erste Ziel wurde experimentell anhand einer Reihe praxisbezogener Knoten erreicht.
Drei Typen wurden getestet: T-Knoten (Universität Nottingham), X-Knoten (Universität
Delft) und K-Knoten (British Steel). Die Ergebnisse der T- und X-Knoten unter
Axialbelastung zeigten, daß ein räumlicher Einfluß vorhanden war, der von der Richtung der
Belastung derder außerhalbaußerhalb derder EbeneEbene liegenden Bauteile abhing.abhing. DieserDieser Einfluß wurdewurde durchdurch
die aussteifende Wirkung dieser Bauteile im