Numerical and analytical investigation of aluminium bracket strengthening

This paper focuses on an analytical and numerical investigation of aluminium brackets used to fasten light-weight curtain walls to building facilities. The authors propose a solution to increase the load capacity of aluminium brackets by means of additional cover plates (straps). This paper also includes a short survey of literature and material properties concerning the EN AW-6060 T6 aluminium alloy. This paper suggests an initiation of a comprehensive investigation on aluminium brackets.

W pracy przedstawiono numeryczne oraz analityczne badania nośności i sztywności wzmocnionych konsol aluminiowych. Są one stosowane jako elementy łącznikowe fasad słupowo-ryglowych z konstrukcją budynku. Konsole wykonano ze stopu aluminium AW-6060 wg PN-EN 573-3:2004, odmiana T66 wg PN-EN 515:1996. Wstępne analizy wytężania i zachowanie się konsol wykazały, że są one o niedostatecznej nośności oraz sztywności, czego podstawową przyczyną była zbyt wiotka ich blacha czołowa, a także jej otwory owalne montażowe. W celu zwiększania nośności i sztywności konsol zaproponowano zastosowanie nakładek (tzw. stempli), usytuowanych pod nakrętkami śrub łączących je z konstrukcją budynku. Wzmacniają one lokalnie blachy czołowe konsol. Ich zadaniem konstrukcyjnym jest m.in. zmniejszenie ramienia „zginania” c oraz zwiększenie sztywności giętnej blachy czołowej konsoli. W pracy dokonano krótkiego omówienia modeli materiałowych stosowanych do opisu stopu aluminium, wraz z podaniem wybranych parametrów materiałowych. Stworzono dwa bryłowe modele numeryczne konsol ze wzmocnieniem i bez wzmocnienia nakładkami, a następnie porównywano wartości ich przemieszczeń i naprężeń. W symulacjach numerycznych wykorzystano program MSC.Marc z opcją kontaktu (metoda kontaktu: segment-to-segment) pomiędzy elementami bryłowymi wraz z zdefiniowanym współczynnikiem tarcia bi-liniowego Colomba. Wykonane badania numeryczne wykazały, że wzmocnienie analizowanych konsol nakładkami (stemplami) zwiększyło ich nośność i sztywność o około 50 %, co pozwoliło w bezpieczny sposób przenieść prognozowane obciążenia na konstrukcję budynku.