Połączenie śrubowe - Interakcja ścinania i rozciągania

Opis

Celem niniejszego rozdziału jest weryfikacja metody elementów skończonych opartej na komponentach (CBFEM) dla interakcji ścinania i rozciągania w śrubie w odniesieniu do modelu analitycznego (AM). Do weryfikacji wybrano złącze belka-belka z płytami czołowymi i dwoma rzędami śrub; patrz Rys. 5.5.1. Sztywność giętna złącza jest wystarczająco duża, aby sklasyfikować je jako sztywne.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Model analityczny

Nośność śruby przy interakcji ścinania i rozciągania jest projektowana zgodnie z Tab. 3.4 w rozdziale 3.6.1 normy EN 1993-1-8:2005. Stosowana jest zależność dwuliniowa. Geometria i wymiary płyty czołowej złącza są dobrane tak, aby nośność obliczeniową złącza ograniczało zniszczenie śruby. Nośność obliczeniowa zastępczego teownika rozciąganego jest modelowana zgodnie z Tab. 6.2 w rozdziale 6.2.4 normy EN 1993‑1‑8:2005.

Weryfikacja nośności

Parametrami modelu są średnica śruby i wymiar belki; patrz Rys. 5.5.2 do 5.5.5. Wymiary płyty czołowej i rozstawy śrub są modyfikowane tak, aby nośność złącza była ograniczona przez zniszczenie śruby. Nośność złącza na ścinanie i zginanie jest porównywana przy obciążeniu odpowiadającym zniszczeniu śruby. Wyniki zestawiono w Tab. 5.5.1 i 5.5.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Tab. 5.5.1 Analiza wrażliwości nośności przy zmiennej średnicy śruby

Tab. 5.5.2 Analiza wrażliwości nośności przy zmiennym wymiarze belki

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

Wyniki analiz wrażliwości zestawiono na wykresach na Rys. 5.5.6 i 5.5.7. Wyniki pokazują, że różnice między dwiema metodami obliczeniowymi są poniżej 10 %. Model analityczny daje na ogół wyższą nośność.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Przykład wzorcowy

Dane wejściowe

Łączone elementy

• Stal S355
• Belki HEA300
• Grubość płyty czołowej t_p = 40 mm
• Wymiary płyty czołowej 300 × 330 mm

Śruby

• 4 × M24 8.8
• Rozstawy e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Wyniki

• Nośność obliczeniowa na zginanie M_Rd = 93 kNm
• Nośność obliczeniowa na ścinanie V_Rd = 291 kN
• Forma zniszczenia to zniszczenie śruby przy interakcji ścinania i rozciągania