Страница 14: ДСТУ-Н Б EN 1998-3:20ХХ. Проектування сейсмостійких споруд. Частина 3. Оцінка стану та відновлення будівель (59431)

Прийняті скорочення:

IWUFCs – покращувані зварні з'єднання неармованої полиці,

WBHCs – зварні з'єднання нижнього припуска,

WTBHCs – зварні з'єднання верхнього і нижнього припуска,

WCPFCs – зварні з'єднання полиці листа обшивки,

RBSCs – з'єднання балки зменшеної секції,

d_c глибина колони,

d_b глибина балки,

l_h довжина припуска,

l_cp довжина листа обшивки,

а відстань радіусу від краю балки,

b довжина вирізу радіусу.

(4) Вимоги для балок і колон в модернізованих з'єднаннях приведені в таблиці В.6. У тій же самій Таблиці приведені значення характеристики обертання при трьох граничних станах, які забезпечуються з'єднанням за умови виконання вимог.

В.6.2.2 Заміна зварних швів

(1) Наявний заповнюючий матеріал слід видалити і замінити свіжим матеріалом.

(2) Підкладки слід видалити після зварки, оскільки вони можуть привести до утворення тріщин.

(3) Поперечні елементи жорсткості в зоні верхніх і нижніх панелей слід використовувати для підвищення міцності і жорсткості панелі колони (див. В.5.4.5(4)). Їх товщина має бути не меньше половини товщини полиць балок.

(4) Поперечні елементи жорсткості і елементи жорсткості стінки балки слід приварювати до полиць і стінки колони, виконуючи шви з повним проплавленням.

В.6.2.3 Стратегії ослаблення

В.6.2.3.1 З'єднання з балками, що мають зменшені перетини

(1) Зменшені перетини балок (RBS), спроектовані відповідно до пункту (5), можуть привести до примусового утворення пластичних шарнірів в межах зменшеного перерізу, зменшуючи, таким чином, вірогідність поломки у зварних швів полиці балки і в навколишніх зонах, підданих дії тепла.

(2) Балку слід приєднувати до полиці колони або через зварні стінки, або через зрізні вивідні планки приварюються до поверхні полиці колони і до стінки балки. Довжина вивідної планки має дорівнювати відстані між отворами доступу до зварного шва із зсувом в 5 мм. Мінімальна товщина вивідної планки повинна складати 10 мм. Зрізну вивідну планку слід обрізати або під прямим кутом, або або з скошеними краями (кут скосу біля 15°) і слід розміщувати по обидві сторони стінки балки.

(3) Зварка повинна включати зварні шви з обробленням кромок або кутові шви для полиці колони і кутові шви для стінки балки. Як альтернатива допускається болтове кріплення зрізної вивідної планки до стінки балки.

(4) Зрізні штифти не слід розміщувати в межах зон RBS.

(5) Нижче описана Процедура проектування для з'єднань RBS:

і. Використовувати балки із зменшеним перетином (RBS), спроектовані відповідно до процедури, описаної в пункті В.5.3.4, але з розрахунком пластичного моменту балки, Mpl,Rd,b, таким чином:

Keys:

IWUFCs – Improved welded unreinforced flange connections,

WBHCs – Welded bottom haunch connections,

WTBHCs – Welded top and bottom haunch connections,

WCPFCs – Welded cover plate flange connections,

RBSCs – Reduced beam section connections,

d_c Column depth,

d_b Beam depth,

l_h Haunch length,

l_cp Cover plate length,

а Distance of the radius cut from the beam edge,

b Length of the radius-cut.

(4) The requirements for beams and columns in retrofitted connections are given in Table B.6. The same Table gives the rotation capacity at the three LSs that is provided by the connection if the requirements are fulfilled.

B.6.2.2 Weld replacement

(1) The existing filler material should be removed and replaced with sound material.

(2) Backing bars should be removed after welding, because they may cause initiation of cracks.

(3) Transverse stiffeners at the top and bottom of the panel zone should be used to strengthen and stiffen the column panel (see B.5.4.5(4)). Their thickness should be not less than that of beam flanges.

(4) Transverse and web stiffeners should be welded to column flanges and to the web via complete joint penetration welds.

B.6.2.3 Weakening strategies

B.6.2.3.1 Connections with RBS beams

(1) Reduced Beam Sections (RBS), designed in accordance with (5), can force plastic hinges to occur within the reduced section, thus decreasing the likelihood of fracture at the beam flange welds and in the surrounding heat affected zones.

(2) The beam should be connected to the column flange either through welded webs, or through shear tabs welded to the column flange face and to the beam web. The tab length should be equal to the distance between the weld access holes, with an offset of 5 mm. A minimum tab thickness of 10 mm is required. Shear tabs should be either cut square or with tapered edges (tapering corner about 15°) and should be placed on both sides of the beam web.

(4) Welding should employ groove welds or fillet welds for the column flange and fillet welds for the beam web Bolting of the shear tab to the beam web is allowed as an alternative.

(5) Shear studs should not be placed within the RBS zones.

(6) The design procedure for RBS connections is outlined below:

i. Use RBS beams designed in accordance with the procedure in B.5.3.4, but computing the beam plastic moment, Mpl,Rd,b, , as:

де:

fyb границя текучості сталі в балці, визначений в пункті В.5.1(5),

L відстань між центральними лініями колон,

dc висота колони,

b довжина зменшеного перетину балки.

іі. Розрахувати зсув балки, V_pl,Rd,b, відповідно до В.5.3.4(3)v для довжини прольоту між пластичними шарнірами, L’:

where:

fyb is the yield strength of steel in the beam, defined as in B.5.1(5),

L is the distance between column centerlines,

dc is the column depth, and

b is the length of RBS.

ii. Compute the beam shear, V_pl,Rd,b, in accordance with B.5.3.4(3)v for a span length between plastic hinges, L’:

ііі. Перевірити приєднання стінки, наприклад, приварену зрізну вивідну планку на зрушуючу силу V_pl,Rd,b із викладеного вище пункту ІІ.

IV. Перевірити, щоб відношення міцності на згин колони і балки, CBMR, задовольняло слідуючій умові:

iii. Verify the web connection, e.g. the welded shear tab, for the shear force V_pl,Rd,b from ІІ above.

IV.Check that the column-to-beam flexural capacity ratio, CBMR, satisfies the condition:

де:

Z_b і Z_c пластичні моменти опору балок і колон, відповідно,

N_ed осьове навантаження колони в ситуації сейсмічного проектування,

A_c площа перетину колони,

f_yb границя текучості сталі в балці, визначена в пункті В.5.1(5),

f_yd,c проектна межа текучості сталі в колоні, визначена в пункті В.6.2.1(3).

V. Визначити товщину плит безперервності для додання жорсткості стінці колони на рівні верхньої і нижньої полиці балки. Ця товщина має бути, як мінімум, рівній товщині полиці балки.

VI. Перевірити, щоб міцність і жорсткість зони панелі була достатньою для того, щоб панель залишалася пружною:

where:

Z_b and Z_c plastic moduli of the beams and the columns, respectively,

N_ed is the axial load of the column in the seismic design situation,

A_c is the area of the column section,

f_yb is the yield strength of steel in the beam, defined as in B.5.1(5),

f_yd,c is the design yield strength of steel in the column, defined as in B.6.2.1(3).

v. Determine the thickness of the continuity plates to stiffen the column web at the level of the top and bottom beam flange. This thickness should be at least equal to that of the beam flange.

vi. Check that the strength and stiffness of the panel zone are sufficient for the panel to remain elastic:

де:

dc глибина стінки колони,

t_wc товщина стінки колони, включая дублюючі плити, при їх наявності,

f_yw,d проектна границя текучості панелі,

Zb модуль пластичності балок,

Ned осьове навантаження на колону в ситуації сейсмічного проектування,

Ac площа перерізу колони,

f_yb границя текучості сталі в балці, визначена в пункті В.5.1(5),

H висота поверху рами.

VII. Розрахувати деталізувати зварні шви між деталями, що сполучаються.

В.6.2.3.2 Напівжорсткі з'єднання

(1) Напівжорсткі з'єднання і/або з'єднання часткової міцності стосовно сталі чи композитного матеріалу можуть використовуватися для досягнення великих пластичних деформацій без ризику поломки.

(2) Зрізаючі штифти повної взаємодії слід приварювати до верхньої полиці балки.

(3) Напівжорсткі з'єднання можуть проектуватися, виходячи з припущення, що міцність на сдвиг забезпечується елементами на стінці, а стійкість до згину – полицею балки і арматурою плити при їх наявності.

В.6.2.4 Стратегії зміцнення

В.6.2.4.1 З'єднання з припусками

(1) З'єднання між балками і колонами можуть бути зміцнені шляхом додавання припусків або тільки до нижніх, або до верхніх і нижніх полиць балок, що відсовує зону розсіяння до кінця припуска. Додавання припусків тільки до нижньої полиці є зручнішим, оскільки нижні полиці зазвичай є значно доступнішими, ніж верхні; більш того, відпадає необхідність в знятті композитної плити при її наявності.

(2) Трикутні Т-подібні припуски є найбільш ефективними серед різних типів деталей припусків. Якщо додаються тільки нижні припуски, їх глибина повинна складати біля однієї чверті глибини балки. У з'єднаннях з верхніми і нижніми припусками, глибина припусків повинна складати біля однієї третини висоти балки.

(3) Для зміцнення зони панелі колони слід використовувати поперечні елементи жорсткості на рівні верхніх і нижніх полиць балок.

(4) Поперечні елементи жорсткості слід також використовувати на краях припусків для надання жорсткості стінці колони і стінці балки.

(5) Вертикальні елементи жорсткості для стінки балки повинні мати повну глибину і приварюваться по обидві сторони стінки. Їх товщина має бути достатньою для протидії вертикальній складовій сили, впливаючої на полицю припуска в тому місці, і повинна складати не менше товщини полиці балки. Локальні верифікації, визначені в стандарті ЕN 1993-1-8: 2004, 6.2.6, мають бути задоволені.

(6) Припуски слід приварювати швами з повним проплавленням до полиць як колони, так і балки.

(7) Закріплені болтами зрізні вивідні планки, при їх наявності, можуть бути залишені на місці. Зрізні вивідні планки, можуть використовуватися в модернізованому елементі, якщо це потрібно для підвищення стійкості або для цілей експлуатації.

(8) для з'єднання з припусками може застосовуватися наступна покрокова процедура проектування:

I. Вибрати попередні розміри припуска на підставі обмежень на відношення ширини до товщини для стінки припуска. Наступні співвідношення можуть використовуватися як перше наближення для довжини припуска, а, і для кута між полицею припуска і припуском елементу, :

where:

d_c is the depth of the column web,

t_wc is the thickness of the column web, including the doubler plates, if any,

f_yw,d is the design yield strength of the panel zone,

Z_b is the plastic modulus of the beams,

Ned is the axial load of the column in the seismic design situation,

A_c is the area of the column section,

f_yb is the yield strength of steel in the beam, defined as in B.5.1(5), and

H is the frame storey height.

vii. Compute and detail the welds between the joined parts.

B.6.2.3.2 Semi-rigid connections

(1) Semi-rigid and/or partial strength connections, either steel or composite, may be used to achieve large plastic deformations without risk of fracture.

(2) Full interaction shear studs should be welded onto the beam top flange.

(3) Semi-rigid connections may be designed by assuming that the shear resistance is provided by the components on the web and the flexural resistance by the beam flanges and the slab reinforcement, if any

B.6.2.4 Strengthening strategies

B.6.2.4.1 Haunched connections

(1) Beam-to-column connections may be strengthened by adding haunches either only to the bottom, or to the top and the bottom of the beam flanges, forcing the dissipative zone to the end of the haunch. Adding haunches only to the bottom flange is more convenient, because bottom flanges are generally far more accessible than top ones; moreover, the composite slab, if any, does not have to be removed.

(2) Triangular T-shaped haunches are the most effective among the different types of haunch details. If only bottom haunches are added, their depth should be about one-quarter of the beam depth. In connections with top and bottom haunches, haunch depth should be about one-third of the beam height.

(3) Transverse stiffeners at the level of the top and bottom beam flanges should be used to strengthen the column panel zone.

(4) Transverse stiffeners should also be used at the haunch edges, to stiffen the column web and the beam web

(5) The vertical stiffeners for the beam web should be full depth and welded on both sides of the web. Their thickness should be sufficient to resist the vertical component of the haunch flange force at that location, and should be not less than the thickness of the beam flange. The local verifications in EN 1993-1-8: 2004, 6.2.6 should be satisfied.

(6) Haunches should be welded with complete joint penetration welds to both the column and the beam flanges

(7) Bolted shear tabs may be left in place, if they exist. Shear tabs may be used in the retrofitted member, if required either for resistance or for execution purposes.

(8) A step-by-step design procedure may be applied for haunched connections, as follows.

i. Select preliminary haunch dimensions on the basis of the slenderness limitation for the haunch web. The following relationships may be used as a first trial for the haunch length, a, and for the angle of the haunch flange to the haunch of the member, :

де db глибина балки. Результуюча глибина припусков b,, виражена співвідношенням:

where db is the beam depth. The resulting haunch depth b,, given by:

повинна враховувати архітектурні обмеження, наприклад, стелі і елементи конструкції, які не є несучими.

ii. Розрахувати пластичний момент балки у наконечника припуска, M_pl,Rd,b з виразу (В.17).

iii. Розрахувати пластичне зрушення балки (Fpl,Rdb) відповідно до В.5.3.4(3)v для довжини прольоту V між пластичними шарнірами на кінцях припусків.

Iv. Перевірити, щоб відношення міцностей на вигин колони і балки, CBMR, задовольняло умові:

should respect architectural constraints, e.g. ceilings and non structural elements.

ii. Compute the beam plastic moment at the haunch tip, M_pl,Rd,b from expression (B.17).

iii. Compute the beam plastic shear ( Fpl,Rdb ) in accordance with B.5.3.4(3)v for the span length V between the plastic hinges at the ends of the haunches.

IV. Verify that the column-to-beam flexural capacity ratio, CBMR, satisfies the condition: