Idea Statica
  • Ocel
  • Beton
  • BIM & pracovní postupy
  • Ceník
  • O společnosti
  • Přehled oceli
  • Návrh přípojů
  • Návrh ocelových prvků
  • Parametrický návrh
  • Ocelové případové studie
  • Přehled betonu
  • Stěny a D-oblasti
  • Kotvení do železobetonu
  • Průřezy a prvky
  • Betonové případové studie
  • BIM přehled
  • Podporované integrace
  • Checkbot
  • Viewer
  • API
  • Centrum podpory
  • Online kurzy a certifikace
  • Blog
  • Stahování a licence
  • Plány
  • Bezplatný komunitní nástroj
  • Enterprise licence
  • Studenti a univerzity
  • Spočítejte si úspory
  • O nás
  • Kontakty
  • Výzkum & vývoj
  • Distributoři
  • Poznejte naše zákazníky
  • Kariéra
  • Ocel
    Přehled oceliNávrh přípojůNávrh ocelových prvkůParametrický návrhOcelové případové studie
  • Beton
    Přehled betonuStěny a D-oblastiKotvení do železobetonuPrůřezy a prvkyBetonové případové studie
  • BIM & pracovní postupy
    BIM přehledPodporované integraceCheckbotViewerAPI
  • Centrum podporyOnline kurzy a certifikaceBlogStahování a licence
  • Ceník
    PlányBezplatný komunitní nástrojEnterprise licenceStudenti a univerzitySpočítejte si úspory
  • O společnosti
    O násKontaktyVýzkum & vývojDistributořiPoznejte naše zákazníkyKariéra
14denní zkušební verze
14denní zkušební verze

Přihlaste se k odběru našeho newsletteru

Společnost

  • O nás
  • Partneři
  • Kariéra
  • Patent

Zdroje

  • Zákaznické projekty
  • Případové studie
  • Connection Library
  • Odborné publikace

Práva

  • EULA
  • Zásady soukromí
  • Smluvní podmínky Viewer
  • Licencování

Pomoc

  • Kontakt
  • Cenová nabídka
  • Distributoři
  • Ke stažení
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Důvěryhodný a používaný po celém světě inženýry, výrobci a konzultanty.

Centrum podporyOvěřovací příkladyBloková smyková únosnost
SteelVerificationsEN (Eurocode)CBFEMBolts

Bloková smyková únosnost

Tento článek je také dostupný v
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

Toto je vybraná kapitola z knihy Component-based finite element design of steel connections od prof. Walda a kol. Kapitola je zaměřena na ověření metody konečných prvků na bázi komponent (CBFEM) pro únosnost blokového smyku bolted přípoje.

Popis

Tato kapitola je zaměřena na ověření metody konečných prvků na bázi komponent (CBFEM) pro únosnost blokového smyku šroubovaného přípoje zatíženého smykem vůči validovanému výzkumnému modelu konečných prvků (ROFEM) a hlavním analytickým modelům (AM).

Analytický model

Existuje několik analytických modelů pro blokovou smykovou únosnost šroubovaného přípoje. Jsou zkoumány modely z norem EN 1993-1-8:2005, EN 1993-1-8:2020, AISC 360-10 a CSA S16-9. Dále jsou pro srovnání použity analytické modely podle Drivera a kol. (2005) a Topkayy a kol. (2004).

Veff,1,Rd=fuAntγM2+(13)fyAnvγM0V_{\mathrm{eff,1,Rd}} = \frac{f_\mathrm{u} A_\mathrm{nt}}{\gamma_\mathrm{M2}} + \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\frac{f_\mathrm{y} A_\mathrm{nv}}{\gamma_\mathrm{M0}}Veff,1,Rd​=γM2​fu​Ant​​+(3​1​)γM0​fy​Anv​​

Veff,2,Rd=0.5⋅fuAntγM2+(13)fyAnvγM0V_{\mathrm{eff,2,Rd}} = 0.5 \cdot \frac{f_\mathrm{u} A_\mathrm{nt}}{\gamma_\mathrm{M2}} + \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right) \frac{f_\mathrm{y} A_\mathrm{nv}}{\gamma_\mathrm{M0}}Veff,2,Rd​=0.5⋅γM2​fu​Ant​​+(3​1​)γM0​fy​Anv​​

Veff,1,Rd=[Antfu+min⁡(Agv⋅fy3  ;  Anvfu3)]/γM2V_{\mathrm{eff,1,Rd}} =\left[A_\mathrm{nt} f_\mathrm{u} + \min \left(\frac{A_\mathrm{gv} \cdot f_\mathrm{y}}{\sqrt{3}} \; ; \;\frac{A_\mathrm{nv} f_\mathrm{u}}{\sqrt{3}}\right)\right] \bigg/ \gamma_\mathrm{M2}Veff,1,Rd​=[Ant​fu​+min(3​Agv​⋅fy​​;3​Anv​fu​​)]/γM2​

Veff,2,Rd=[0.5Antfu+min⁡(Agv⋅fy3  ;  Anvfu3)]/γM2V_{\mathrm{eff,2,Rd}} =\left[0.5 A_\mathrm{nt} f_\mathrm{u} + \min \left(\frac{A_\mathrm{gv} \cdot f_\mathrm{y}}{\sqrt{3}}\;;\;\frac{A_\mathrm{nv} f_\mathrm{u}}{\sqrt{3}}\right)\right] \bigg/ \gamma_\mathrm{M2}Veff,2,Rd​=[0.5Ant​fu​+min(3​Agv​⋅fy​​;3​Anv​fu​​)]/γM2​

φRn=φ(0.6fuAnv+UbsfuAnt)≤0.6fyAgv+UbsfuAnt\varphi R_\mathrm{n} =\varphi \left(0.6 f_u A_\mathrm{nv} + U_\mathrm{bs} f_\mathrm{u} A_\mathrm{nt}\right)\leq 0.6 f_\mathrm{y} A_\mathrm{gv} + U_\mathrm{bs} f_\mathrm{u} A_\mathrm{nt}φRn​=φ(0.6fu​Anv​+Ubs​fu​Ant​)≤0.6fy​Agv​+Ubs​fu​Ant​

Tr=φu[UtAntfu+0.6Agvfy+fu2]T_\mathrm{r} =\varphi_\mathrm{u} \left[U_t A_\mathrm{nt} f_\mathrm{u} + 0.6 A_\mathrm{gv} \frac{f_\mathrm{y} + f_\mathrm{u}}{2} \right]Tr​=φu​[Ut​Ant​fu​+0.6Agv​2fy​+fu​​]

kde:

fyf_\mathrm{y}fy​ - mez kluzu

fuf_\mathrm{u}fu​ - mez pevnosti

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​,  φu\varphi_\mathrm{u}φu​, φ\varphiφ - součinitele spolehlivosti

Pro AntA_\mathrm{nt}Ant​, AnvA_\mathrm{nv}Anv​, AgvA_\mathrm{gv}Agv​ viz obr. 5.6.1.

Obr. 5.6.1 Roviny porusˇenıˊ prˇi blokoveˊm smykoveˊm selhaˊnıˊ\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.1 Roviny porušení při blokovém smykovém selhání}}}Obr. 5.6.1 Roviny porusˇenıˊ prˇi blokoveˊm smykoveˊm selhaˊnıˊ

Validace a ověření únosnosti

Experimenty Hunse a kol. (2002) jsou použity pro validaci ROFEM vytvořeného Sekalem (2019) v softwaru ANSYS, viz obr. 5.6.2. Je použit skutečný diagram napětí-přetvoření materiálu. Modelovány jsou pouze nejtenčí plechy určené k porušení. Šrouby jsou zjednodušeny pouze jako přenosové posuny na půlkruhu otvoru pro šroub. Posuny ve všech otvorech jsou svázány. Model ROFEM vykazuje velmi dobrou shodu s výsledky zkoušek.

Obr. 5.6.2 ROFEM s jemnou sıˊtıˊ zkusˇebnıˊch teˇles testovanyˊch Hunsem a kol. (Sekal, 2019)\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.2 ROFEM s jemnou sítí zkušebních těles testovaných Hunsem a kol. (Sekal, 2019)}}}Obr. 5.6.2 ROFEM s jemnou sıˊtıˊ zkusˇebnıˊch teˇles testovanyˊ​ch Hunsem a kol. (Sekal, 2019)

Návrhový model CBFEM používá skořepinové prvky s poměrně hrubou sítí. Síť je předem definována v okolí otvorů pro šrouby. Šrouby jsou modelovány jako nelineární pružiny, které jsou propojeny s uzly na okrajích otvorů pro šrouby pomocí vazeb. Pro plechy je použit bilineární diagram materiálu se zanedbatelným zpevněním. Mezní únosnost skupiny šroubů v otlačení je stanovena při dosažení plastického přetvoření plechu 5 % (EN 1993-1-5: 2005). Únosnosti jednotlivých šroubů v otlačení a při vytržení otvoru jsou posouzeny pomocí vzorců příslušné normy.

Obr. 5.6.3 Porovnaˊnıˊ zkusˇebnıˊho teˇlesa T2 testovaneˊho Hunsem a kol. (Sekal, 2019)\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.3 Porovnání zkušebního tělesa T2 testovaného Hunsem a kol. (Sekal, 2019)}}}Obr. 5.6.3 Porovnaˊnıˊ zkusˇebnıˊho teˇlesa T2 testovaneˊho Hunsem a kol. (Sekal, 2019)

Porovnání modelů ROFEM, CBFEM a analytických modelů je znázorněno na obr. 5.6.3. Nejkonzervativnější je model podle EN 1993-1-8: 2005, protože na rozdíl od ostatních modelů používá čistou smykovou plochu v kombinaci s mezí kluzu. Plastizace v hrubé smykové ploše je pozorována v experimentech i numerických modelech. V příští generaci prEN 1993-1-8:2022 bude vzorec pro blokovou smykovou únosnost změněn. Tuhost modelu CBFEM je nižší ve srovnání s ROFEM. V experimentech byly otvory vrtány se stejným průměrem jako šrouby, takže nedocházelo k počátečnímu prokluzu. Model ROFEM rovněž neuvažuje žádný prokluz, avšak v CBFEM je smykový model šroubů aproximován s předpokladem standardních otvorů pro šrouby.

Parametrická studie

Zkušební těleso T1 bylo použito pro studii vlivu rozteče šroubů, obr. 5.6.4, a tloušťky plechu, obr. 5.6.6, na blokovou smykovou únosnost. Modely poskytují očekávané výsledky. Tabulky 5.6.1 a 5.6.2 uvádějí přehled příkladů. Výkres 5.6.1 zobrazuje geometrii a rozměry styčníku. Výsledky ověření jsou uvedeny v tabulkách 5.6.3 a 5.6.4 a na obr. 5.6.5 a obr. 5.6.7.

Tabulka 5.6.1 Přehled příkladů. Vliv rozteče šroubů

Tabulka 5.6.2 Přehled příkladů. Vliv tloušťky plechu

Vyˊkres 5.6.1 Geometrie a rozmeˇry stycˇnıˊku\textsf{\textit{\footnotesize{Výkres 5.6.1 Geometrie a rozměry styčníku}}}Vyˊ​kres 5.6.1 Geometrie a rozmeˇry stycˇnıˊku

Vliv rozteče šroubů

Tabulka 5.6.3 Porovnání výsledků návrhových únosností stanovených pomocí CBFEM, EN 1993-1-8 a Fpr EN 1993-1-8. Vliv rozteče šroubů

Obr. 5.6.4 Vliv roztecˇe sˇroubu˚\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.4 Vliv rozteče šroubů}}}Obr. 5.6.4 Vliv roztecˇe sˇroubu˚

Obr. 5.6.5 Oveˇrˇenıˊ uˊnosnosti stanoveneˊ pomocıˊ CBFEM vu˚cˇi Fpr EN 1993-1-8\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.5 Ověření únosnosti stanovené pomocí CBFEM vůči Fpr EN 1993-1-8}}}Obr. 5.6.5 Oveˇrˇenıˊ uˊnosnosti stanoveneˊ pomocıˊ CBFEM vu˚cˇi Fpr EN 1993-1-8

Vliv tloušťky plechu

Tabulka 5.6.4 Porovnání výsledků návrhových únosností stanovených pomocí CBFEM, EN 1993-1-8 a Fpr EN 1993-1-8. Vliv tloušťky plechu

Obr. 5.6.6 Vliv tlousˇtˇky plechu\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.6 Vliv tloušťky plechu}}}Obr. 5.6.6 Vliv tlousˇtˇky plechu

Obr. 5.6.7 Oveˇrˇenıˊ uˊnosnosti stanoveneˊ pomocıˊ CBFEM vu˚cˇi Fpr EN 1993-1-8\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.7 Ověření únosnosti stanovené pomocí CBFEM vůči Fpr EN 1993-1-8}}}Obr. 5.6.7 Oveˇrˇenıˊ uˊnosnosti stanoveneˊ pomocıˊ CBFEM vu˚cˇi Fpr EN 1993-1-8

Vzorový příklad

Vstupy

 Prvek

  • Ocel S450
  • Válcovaný profil I
  • b = 300 mm
  • h = 19 mm
  • tf = 7 mm
  • tw = 6,2 mm

Plech – nosný prvek

  • Ocel S235
  • b = 400 mm
  • t = 4 mm

Šrouby

  • 6 × M16 10.9
  • Vzdálenosti e1 = 38 mm; p1 = 70 mm; p2 = 56 mm

Výstupy

  • Návrhová únosnost NRd = 206,1 kN
  • Rozhodující je plastické přetvoření styčníkového plechu

Obr. 5.6.9 Vzorovyˊ prˇıˊklad\textsf{\textit{\footnotesize{Obr. 5.6.9 Vzorový příklad}}}Obr. 5.6.9 Vzorovyˊ​ prˇıˊklad

Otevřít v prohlížečiStáhnout