IngentaConnect Tension and shear block failure of bolted gusset plates

Abstract:

Despite the large database of test results for tension and shear block failure in gusset plates, the exact progression of the failure mechanism is not clear. Although current design equations predict the capacity of gusset plates fairly well, it is important for a design equation to not only predict the capacity reliably but also reflect the failure mode accurately. Recent experimental and numerical research has indicated that current design equations do not always predict the failure behaviour accurately. A finite element model was therefore developed to predict the sequence of events that leads to the tear-out of a block of material from a bolted gusset plate in tension. The model was developed to provide a useful tool for studying tension and shear block failure in gusset plates and other structural elements. This paper presents the development of the finite element model and procedure for prediction of tension and shear block failure in gusset plates. Making use of the finite element model, the database of test results is also expanded to include gusset plates with a larger number of transverse lines of bolts than what has been obtained experimentally. A reliability analysis is used to assess several design equations, including the equation adopted in CAN/CSA-S16-01 and a unified equation proposed recently for several types of bolted connections. From this work, a limit states design equation is proposed for gusset plates.Key words: gusset plate, limit states design, reliability, shear rupture, tension rupture, finite element analysis, failure criterion.

Malgré la grande base de données de résultats d'essais sur la défaillance en tension et en cisaillement du bloc des plaques goussets, la progression exacte du mécanisme de rupture n'est pas claire. Bien que les équations de calculs actuelles prédisent la capacité des plaques goussets relativement bien, il est important qu'une équation de calcul non seulement prédise la fiabilité de la capacité, mais reflète précisément le mode de défaillance. La recherche récente, expérimentale et numérique, indique que les équations de calcul actuelles ne prédisent pas toujours précisément le comportement de rupture. Un modèle d'éléments finis a donc été développé pour prédire la séquence d'événements qui mène à l'arrachement d'un bloc de matériel d'une plaque gousset boulonnée en tension. Le modèle a été développé pour fournir un outil utile pour étudier la défaillance du bloc en cisaillement et en tension dans la plaque gousset et d'autres membres structuraux. Cet article présente le développement d'un modèle d'éléments finis et la procédure pour prédire la défaillance du bloc en tension et en cisaillement des plaques goussets. En se servant du modèle d'éléments finis, la base de données des résultats d'essais est aussi étendue pour inclure les plaques goussets ayant un plus grand nombre de lignes transversales de boulons que ce qui a été obtenu expérimentalement. Une analyse de fiabilité évalue plusieurs équations de calcul, y compris l'équation adoptée dans la norme CSA-S16-01 et une équation unifiée proposée récemment pour plusieurs types de raccordements boulonnés. Ce travail a servi de base pour proposer une équation de calcul aux états limites pour les plaques goussets.Mots clés : plaque gousset, calcul aux états limites, fiabilité, rupture en cisaillement, rupture en tension, analyse par éléments finis, critère de rupture.[Traduit par la Rédaction]