W śrubowych doczołowych połączeniach montażowych, stosowanych w szkieletach stalowych budynków może wystąpić defekt polegający na nieprzyleganiu wzajemnie łączonych elementów. Praca przedstawia badania doświadczalne i porównanie skuteczności korygowania defektu nieprzylegania w sposób tradycyjny – za pomącą przekładek stalowych i w sposób proponowany w pracy – poprzez ciągłe wypełnienie obszaru defektu nieprzylegania np. za pomocą polimeru. W pracy zawarta została analiza stwierdzonego empirycznie przebiegu zmian sił osiowych w śrubach - w różnych fazach obciążenia połączenia.
W pierwszym rozdziale przedstawione zostało rozróżnienie pojęć defektu i imperfekcji konstrukcji oraz aktualny stan wiedzy na temat sprężanych połączeń doczołowych z defektami i imperfekcjami. W kolejnym rozdziale zaprezentowana została koncepcja i plan badań doświadczenia wraz z metodyką. W rozdziale trzecim opisano szczegółowo stanowisko badawcze i metodykę opracowania wyników pomiarów. W dwóch następnych rozdziałach podano wyniki badań kolejno dla połączeń z blachą czołową grubą i cienką. Rozdział szósty stanowi podsumowanie pracy wraz z udowodnionymi tezami pracy i kierunkami dalszych badań proponowanych przez autora. Ostatni rozdział stanowi spis literatury. Korygując defekt „nieprzylegania” za pomocą odpowiednich przekładek stalowych, a zwłaszcza wypełnienia polimerem, można uzyskać efekt „nadkompensacji” tj. otrzymania wartości sztywności i nośności większych aniżeli w przypadku węzła z poprawnym (w sensie wymagań odbiorowych) przyleganiem blachy czołowej do pasa słupa. Zastosowanie wypełnienia polimerowego zapewnia ciągły kontakt elementów łączonych w węźle (także przy bardziej skomplikowanej geometrii defektu nieprzylegania) – korzystny ze względów mechanicznych i antykorozyjnych.
Stwierdzony w badaniach empirycznych duży rozrzut sztywności węzłów śrubowych (odpowiedni współczynnik zmienności wypada znacznie większy od współczynnika zmienności granicy plastyczności stali), może powodować znacząca zmienności losową sztywności i nośności ram.
Wartości empiryczne sztywności początkowej i nośności węzła mogą okazać się mniejsze od odpowiednich wartości obliczonych wg formuł Eurokodu (przy podstawieniu wartości empirycznych odpowiednich parametrów) – zwłaszcza dla węzłów z blachą czołową o grubości mniejszej od grubości minimalnej (zbliżonej do średnicy zastosowanej śruby) – przyjmowanej przy kształtowaniu węzłów według koncepcji znanej ze starych norm.
Bolted endplate connections used in steel framed structures may contain defects resulting from the lack of fit between the connection elements.
This study involved tests on bolted connections with a deformed endplate and analysis of the effectiveness of two corrective measures: traditional, by means of steel infill plates, and novel, by using polymer-based infill. The empirically registered data were examined to determine the variations in the axial forces in bolts at different stages of loading.
Chapter One of this dissertation explains the difference between a defect and an imperfection; it also provides state-of-the-art knowledge of defects and imperfections affecting the behavior of bearingtype bolted connections. The next chapter discusses the concept and design of experiments developed in accordance with the former standards and the test methodology. Chapter Three describes the test setup and methods used to analyze the measurement results. The next two chapters present the results obtained for connections with thick and thin endplates, respectively. Chapter Six summarizes the project findings and the theses proved and recommends further studies in this field. The dissertation ends with the reference list.
When a bolted endplate beam-to-column flange connection with a deformation is remedied using a steel infill plate or, particularly, polymer-based infill, overcompensation may occur; this means that the stiffness and bearing capacity of such a connection are greater than those assumed for an equivalent ‘perfect’ connection (according to the respective acceptance requirements). The use of polymer-based infill to overcome the problem of lack of fit ensures full contact of the elements connected, providing favorable mechanical and anticorrosive properties of the connection, even in the case of geometrically complex defects.
The empirical investigations reveal a wide scatter of stiffness results for bolted connections (with the coefficient of variation for stiffness being much higher than that obtained for the yield strength). This implies large chance variations in the stiffness and bearing capacity of the frames.
The empirical values obtained for the initial stiffness and bearing capacity of a bolted endplate connection may appear lower than the values calculated in accordance with the formulas provided in the respective Eurocode (substitution of the empirical values of the appropriate parameters). This is particularly true when the actual endplate thickness is smaller than the recommended minimum thickness (similar to the diameter of the bolt used), as specified in the former standards.
