Únosnost při blokovém smyku se v každé normě počítá trochu odlišně. V tomto příkladu je únosnost při blokovém smyku metodou CBFEM porovnána s experimentálním programem popsaným v podrobné zprávě vypracované na University of Alberta v Kanadě.

Materiál a geometrie

Materiál plechu: 350W ($f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}$)

Součinitel únosnosti oceli: $\phi=0.9$

Skutečné materiálové vlastnosti jsou překvapivě nižší než nominální hodnoty (tabulka je převzata ze zprávy). V CBFEM jsou použity nominální hodnoty se součinitelem únosnosti.

Tloušťka plechu: 6,4 mm

Šrouby: průměr 1/2 palce, třída A325, průměr otvoru pro šroub = průměr šroubu

Zkušební sestava se skládá ze zesíleného přípoje (horní část) a zkušebního přípoje (dolní část). V CBFEM je modelován pouze zkušební přípoj. Níže uvedený obrázek je převzat ze zprávy.

Byly použity dvě varianty geometrie:

• Šrouby blízko sebe (rozteč 51 mm; vzorky T1A, T1B a T1C)

• Šrouby s větší roztečí, 152 mm (vzorky T2B a T2C)

Výsledky

Deformace z CBFEM jsou odečítány z podobných míst jako při experimentu v režimu pro vývojáře, kde lze vizualizovat posuny. Hodnoty jsou odečítány ze stupnice, takže deformace nejsou zcela přesné.

Křivky zatížení-deformace poměrně dobře odpovídají experimentálním grafům převzatým ze zprávy. Rozdíly spočívají v použití nominálních hodnot a součinitele únosnosti v CBFEM. Model také používá pouze bilineární diagram materiálu s nevýznamným zpevněním. Deformovaný tvar z CBFEM navíc dobře odpovídá experimentu a plastické přetvoření je soustředěno v horní části mezi šrouby, což naznačuje, že k tahovému porušení dojde dříve než ke smykovému porušení na bocích. 

Je důležité poznamenat, že 5% limit plastického přetvoření (oranžová tečka v níže uvedených grafech) je dosažen při velmi malé deformaci a dlouho před jakýmkoli porušením. Tahové porušení nastává při 45 % a 42 % plastického přetvoření pro geometrii T1, resp. T2B/C. Smykové roviny jsou ještě tvárnější, ale únosnost je již výrazně snížena.

Závěr

V CBFEM je únosnost skupiny šroubů při blokovém smyku stanovena metodou konečných prvků a posouzena pomocí 5% limitu plastického přetvoření. Toto srovnání s experimentálními výsledky z výzkumné zprávy ukazuje, že diagram zatížení-deformace dobře odpovídá, přestože je v CBFEM použita relativně hrubá síť a zjednodušený model materiálu. Dalším důležitým zjištěním je, že 5% limit plastického přetvoření je dosažen při velmi malé deformaci, dlouho před jakýmkoli porušením. 

CBFEM je určen ke stanovení návrhové únosnosti, nikoli k dokonalému popisu skutečného chování přípojů. Přestože je 5% limit plastického přetvoření v těchto dvou případech únosnosti při blokovém smyku velmi bezpečný, uživatelé by tento limit neměli zvyšovat.

Reference:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Dostupné na: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00