SZTYWNOŚĆ I NOŚNOŚĆ ZAKŁADKOWYCH POŁĄCZEŃ HYBRYDOWYCH ELEMENTÓW Z BLACH CIENKICH

W pracy zaprezentowano wyniki analizy nośności i odkształcalności wybranych typów połączeń zakładkowych, możliwych do wykonania w konstrukcjach z blach cienkich. W przeprowadzonych rozważaniach uwzględniono oprócz tradycyjnych łączników w postaci śrub metrycznych i wkrętów samowiercących także kleje do metali, niestosowane dotychczas szerzej do łączenia elementów konstrukcji budowlanych. Oprócz tradycyjnych badań doświadczalnych przeprowadzonych z wykorzystaniem blach płaskich oraz rzeczywistych systemowych elementów konstrukcyjnych przeprowadzono także wybrane obliczenia numeryczne analizowanych węzłów. Sposób przygotowania próbek, w szczególności powierzchni elementów badawczych do klejenia, odpowiadał kryteriom możliwym do osiągnięcia w warunkach wytwórni konstrukcji stalowych lub placu budowy, co miało odzwierciedlać możliwości adaptacji wyników do warunków wykonania realnych konstrukcji.

Spis treści

Wykaz ważniejszych oznaczeń 9
1. Wprowadzenie 13
2. Przegląd stanu wiedzy z zakresu połączeń elementów z blach cienkich 17
2.1. Przegląd literatury przedmiotu 17
2.1.1. Prace z zakresu połączeń klejowych i hybrydowych, kombinowa-
nych z klejem 17
2.1.2. Prace z zakresu zakładkowych połączeń śrubowych i wkrętowych
elementów z blach cienkich 35
2.2. Ogólne zasady projektowania połączeń śrubowych elementów z blach cien-
kich 42
2.3. Zasady projektowania i formy zniszczenia połączeń elementów z blach
cienkich w ujęciu normowym 43
2.3.1. Zasady projektowania połączeń elementów z blach cienkich, realizo-
wanych z wykorzystaniem śrub z nakrętką. 45
2.3.2. Zasady projektowania połączeń elementów z blach cienkich, realizo-
wanych z wykorzystaniem wkrętów samowiercących lub samogwin-
tujących 48
2.3.3. Projektowanie połączeń na łączniki mechaniczne, wspomagane ba-
daniami 51
2.3.4. Projektowanie połączeń adhezyjnych i hybrydowych 55
2.4. Mechanika połączeń klejowych 58
2.4.1. Kształtowanie konstrukcyjne złączy klejowych 58
2.4.2. Modele zniszczenia i mechanika połączeń klejowych 60
2.5. Wnioski wynikające z dokonanego przeglądu literaturowego 62
3. Cel i zakres pracy 65
4. Badania doświadczalne 69
4.1. Wstęp. Program badań 69
4.2. Badania właściwości mechanicznych stopów aluminium i stali 70
Spis treści
6 Spis treści
4.2.1. Przygotowanie próbek i przebieg badań 70
4.2.2. Opracowanie wyników badań 73
4.2.3. Wnioski z badań materiałowych stopów metali 76
4.3. Badania mechanicznych właściwości sklein 76
4.3.1. Charakterystyka klejów wykorzystanych w badaniach 76
4.3.2. Przygotowanie próbek i przebieg badań 78
4.3.3. Opracowanie wyników badań modułów sprężystości podłużnej sklein
(zwanych także pozornymi modułami sprężystości podłużnej kleju) 84
4.3.4. Opracowanie wyników badań modułów sprężystości poprzecznej
sklein 89
4.3.5. Metodyka wyznaczania wartości modułów sprężystości klejów oraz
ich współczynników Poissona 94
4.3.6. Opracowanie wyników badań nośności sklein 98
4.3.7. Wnioski z badań materiałowych klejów użytych w badaniach 103
4.4. Badania doraźnej nośności obciążonych mimośrodowo zakładkowych połą-
czeń klejowych, klejowo-śrubowych i śrubowych blach cienkich 105
4.4.1. Przygotowanie próbek i przebieg badań 105
4.4.2. Badania eksperymentalne serii wstępnej110
4.4.3. Badania eksperymentalne serii właściwej112
4.4.4. Wnioski z badań obciążonych mimośrodowo zakładkowych połą-
czeń klejowych, klejowo-śrubowych i śrubowych blach cienkich 122
4.5. Badania zakładkowych klejowych, wkrętowych i hybrydowych klejowo-
wkrętowych ścinanych połączeń elementów z profili cienkościennych, ob-
ciążonych w płaszczyźnie styku 124
4.5.1. Badania nośności doraźnej zakładkowych połączeń ścinanych w złą-
czach obciążonych siłą rozciągającą 125
4.5.2. Badania nośności doraźnej zakładkowych połączeń ścinanych w złą-
czach obciążonych momentem zginającym 143
4.5.3. Wnioski z badań nośności doraźnej ścinanych połączeń elementów
z profi li cienkościennych, obciążonych w płaszczyźnie styku 157
4.5.4. Analiza odkształcalności ścinanych połączeń klejowych, wkręto-
wych i klejowo-wkrętowych elementów z profili cienkościennych,
obciążonych w płaszczyźnie styku 160
4.5.5. Wnioski z analiz odkształcalności ścinanych połączeń elementów
z profi li cienkościennych, obciążonych w płaszczyźnie styku 169
4.6. Badania pełzania sklein rozciąganych i ścinanych. 169
4.6.1. Przygotowanie próbek i przebieg badań 169
4.6.2. Opracowanie wyników badań 174
4.6.3. Wnioski z badań pełzania sklein 178
4.7. Statystyczne opracowanie wyników badań doświadczalnych 179
4.7.1. Analiza wyników odstających 179
4.7.2. Ocena ufności wyników badań 181
5. Wybrane uwagi dotyczące analiz numerycznych 183
5.1. Lepkosprężyste związki konstytutywne spoiwa klejowego 183
7Spis treści
5.2. Analiza numeryczna połączeń – uwagi ogólne dotyczące modelu 189
5.3. Wnioski z analiz numerycznych z wykorzystaniem MES 193
6. Porównanie wyników doświadczeń z wynikami analiz numerycznych.
Analiza możliwości zastosowania analiz numerycznych w procesie progno-
zowania nośności i odkształcalności nowo projektowanych połączeń z uży-
ciem klejów 195
7. Uwagi i wnioski końcowe. 199
7.1. Uwagi dotyczące perspektyw stosowania konstrukcyjnych połączeń klejowych
i hybrydowych, kombinowanych z klejem, w budownictwie metalowym 201
7.2. Kierunki dalszych badań 203
Bibliografia 205
Wykaz tabel 221
Wykaz rysunków 223
Załącznik. Procedura materiałowa UMAT uwzględniająca lepkosprężysty model
kleju 227
Streszczenie 230
Abstract. 231