Ligação aparafusada - Interação de corte e tração

Descrição

O objetivo deste capítulo é a verificação do método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) para a interação de corte e tração num parafuso com um modelo analítico (MA). Uma junta viga-a-viga com placas de extremidade e duas filas de parafusos foi selecionada para verificação; ver Fig. 5.5.1. A rigidez à flexão da junta é suficientemente elevada para ser classificada como rígida.

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

Modelo analítico

A resistência do parafuso na interação de corte e tração é dimensionada de acordo com o Quadro 3.4 no capítulo 3.6.1 da EN 1993-1-8:2005. É utilizada uma relação bilinear. A geometria e as dimensões da placa de extremidade da junta são selecionadas de forma a limitar o valor de cálculo da resistência da junta pela rotura do parafuso. O valor de cálculo da resistência do T-stub equivalente à tração é modelado de acordo com o Quadro 6.2 no capítulo 6.2.4 da EN 1993‑1‑8:2005.

Verificação da resistência

Os parâmetros do modelo são o diâmetro do parafuso e a dimensão da viga; ver Figs. 5.5.2 a 5.5.5. As dimensões da placa de extremidade e as distâncias entre parafusos são modificadas de forma a limitar a resistência da junta pela rotura do parafuso. A resistência ao corte e à flexão da junta é comparada para o carregamento correspondente à rotura do parafuso. Os resultados estão resumidos nos Quadros 5.5.1 e 5.5.2.

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

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

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

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

Quadro 5.5.1 Estudo de sensibilidade para a resistência com variação do diâmetro do parafuso

Quadro 5.5.2 Estudo de sensibilidade para a resistência com variação da dimensão da viga

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

Os resultados dos estudos de sensibilidade estão resumidos em gráficos nas Figs. 5.5.6 e 5.5.7. Os resultados mostram que as diferenças entre os dois métodos de cálculo são inferiores a 10 %. O modelo analítico fornece geralmente uma resistência mais elevada.

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

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

Exemplo de referência

Dados de entrada

Elementos ligados

• Aço S355
• Vigas HEA300
• Espessura da placa de extremidade t_p = 40 mm
• Dimensões da placa de extremidade 300 × 330 mm

Parafusos

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

Resultados

• Valor de cálculo da resistência à flexão M_Rd = 93 kNm
• Valor de cálculo da resistência ao corte V_Rd = 291 kN
• O modo de colapso é a rotura do parafuso na interação de corte e tração