Cıvataların ve ön yüklemeli cıvataların kod kontrolü (EN)

Cıvatalar

Cıvataların kesme kuvvetine karşı başlangıç rijitliği ve tasarım dayanımı, CBFEM'de EN 1993-1-8'in Md. 3.6 ve 6.3.2'ye göre modellenmektedir. Yataklanma ve çekmeyi temsil eden yay, EN 1993-1-8'in Md. 3.6 ve 6.3.2'ye göre başlangıç rijitliği ve tasarım dayanımı ile iki doğrulu kuvvet-deformasyon davranışına sahiptir.

Cıvatanın tasarım çekme dayanımı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.4):

$$F_{t,Rd}=0.9 f_{ub} A_s / \gamma_{M2}$$

Cıvata başı veya somunun tasarım zımbalama kesme dayanımı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.4):

$$B_{p,Rd} = 0.6 \pi d_m t_p f_u / \gamma_{M2}$$

Kesme düzlemi başına tasarım kesme dayanımı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.4):

$$F_{v,Rd} = \alpha_v f_{ub} A_s / \gamma_{M2}$$

Dolgu levhası mevcut olduğunda tasarım kesme dayanımı, β_p azaltma katsayısı ile çarpılabilir (EN 1993-1-8 – Md. 3.6.1. (12)); bu seçenek Kod ayarlarında etkinleştirilmelidir.

Levhanın tasarım yataklanma dayanımı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.4):

$F_{b,Rd} = k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2}$    standart delikler için

$F_{b,Rd} = 0.6 k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2}$    uzun delikler için

Çekmede kullanım oranı [%]:

$$Ut_t = \frac{F_{t,Ed}}{\min (F_{t,Rd},\, B_{p,Rd})}$$

Kesmede kullanım oranı [%]:

$$Ut_s = \frac{F_{v,Ed}}{\min (F_{v,Rd},\, F_{b,Rd})}$$

Kesme ve çekme etkileşimi [%]:

$$Ut_{ts}=\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}}+\frac{F_{t,Ed}}{1.4 F_{t,Rd}}$$

burada:

• A_s – cıvatanın çekme gerilmesi alanı
• f_ub – cıvatanın nihai çekme dayanımı
• d_m – cıvata başı veya somunun köşe-köşe ve yüzey-yüzey ölçülerinin ortalaması (küçük olan)
• d – cıvata çapı
• t_p – cıvata başı/somunu altındaki levha kalınlığı
• f_u – çeliğin nihai dayanımı
• α_v = 0.6, 4.6, 5.6, 8.8 sınıfları için ve 0.5, 4.8, 5.8, 6.8, 10.9 sınıfları için
• $k_1 = \min \left \{2.8 \frac{e_2}{d_0}-1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0}-1.7, \, 2.5 \right \}$ – Tablo 3.4'ten katsayı
• $\alpha_b = 1.0$, Kod ayarlarında $\alpha_b$ ile yataklanma kontrolü devre dışı bırakılmışsa; kontrol etkinleştirilmişse α_b değeri EN 1993-1-8 – Tablo 3.4'e göre belirlenir: $\alpha_b = \min \left \{ \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right \}$
• $\alpha_d = \min \left \{ \frac{e_1}{3 d_0}, \, \frac{p_1}{3 d_0}-\frac{1}{4} \right \}$
• e₁, e₂ – yük doğrultusunda ve yüke dik doğrultuda kenar mesafeleri
• p₁, p₂ – yük doğrultusunda ve yüke dik doğrultuda cıvata aralıkları
• F_t,Ed – cıvatadaki tasarım çekme kuvveti
• F_v,Ed – cıvatadaki tasarım kesme kuvveti
• γ_M2 – güvenlik katsayısı (EN 1993-1-8 – Tablo 2.1; Kod ayarlarında düzenlenebilir)

Cıvata yataklanma dayanımı için kullanılan kenar mesafeleri, genel levha geometrileri, açıklıklı levhalar, kesikler vb. için uygun olmalıdır.

Algoritma, belirli bir cıvatadaki sonuç kesme kuvveti vektörünün gerçek yönünü okur ve ardından yataklanma kontrolü için gerekli mesafeleri hesaplar.

Uç (e₁) ve kenar (e₂) mesafeleri, levha konturunu üç bölüme ayırarak belirlenir. "Uç bölümü", kuvvet vektörü yönünde 60°'lik bir aralıkla gösterilir. "Kenar bölümleri", kuvvet vektörüne dik iki adet 65°'lik aralıkla tanımlanır. Bir cıvata ile ilgili bölümdeki bir kenar arasındaki en kısa mesafe, uç veya kenar mesafesi olarak alınır.

Algoritma, cıvata tarafından bağlanan tüm levhaları değerlendirir; bağlantı levhaları (örn. ek levhası), eleman levhaları (örn. üst başlık) ve en kısa mesafe kullanılır.

Cıvata delikleri arasındaki aralık mesafeleri (p1; p2), çevre cıvata deliklerinin yarı çapları kadar sanal olarak büyütülmesi ve ardından kesme kuvveti vektörü yönünde ve buna dik iki doğru çizilmesiyle belirlenir. Bu doğrular sanal olarak büyütülmüş cıvata delikleriyle kesiştiğinde, bu cıvatalara olan mesafeler hesaplamada p₁ ve p₂ olarak dikkate alınır.

Doğrular görsel olarak en yakın cıvatayla kesişmiyorsa (doğru cıvataya yakın geçse bile), bu cıvata ihmal edilir. Doğrular herhangi bir cıvatayla kesişmiyorsa sonsuz değer kullanılır.

İnce cidarlı levhaları birleştiren cıvatalar

3 mm'den ince levhaları birleştiren cıvatalar için EN 1993-1-3, Tablo 8.4 hükümleri kullanılır. 

Yataklanma dayanımı:

$$F_{b,Rd}=2.5\cdot \alpha_b \cdot k_t \cdot f_u \cdot d \cdot t /\gamma_{M2}$$

burada:

• $\alpha_b=\min \left \{ 1.0, e_1/(3d) \right \}$
• $k_t = (0.8 t+1.5)/2.5$ 0.75 mm $\le t \le$ 1.25 mm için; $k_t=1.0$ $t>1.25$ mm için
• $f_u$ – bağlanan levhanın nihai dayanımı
• $d$ – cıvata çapı
• $t$ – bağlanan levhanın kalınlığı
• $\gamma_{M2}$ – Kod ayarlarında düzenlenebilir bağlantılar için kısmi güvenlik katsayısı; varsayılan olarak $\gamma_{M2}=1.25$

Kesme dayanımı, çekme dayanımı, çekme ve kesme etkileşimi ile zımbalama kesme dayanımı, EN 1993-1-8'e göre belirlenir; kalınlığı 3 mm'den fazla olan levhaları birleştiren cıvatalarla aynı şekilde.

Geçerlilik aralığı:

$$e_1 \ge 1.0 d_0$$

$$p_1 \ge 3 d_0$$

$$e_2 \ge 1.5 d_0$$

$$p_2 \ge 3 d_0$$

$$f_u \le 550 \textrm{ MPa}$$

$$3 \textrm{ mm} > t \ge 0.75 \textrm{ mm}$$

Minimum cıvata boyutu: M6 – $d \ge 6$ mm olarak kontrol edilir

Cıvata mukavemet sınıfları: 4.6 – 10.9 – $f_u \le 1000$ MPa olarak kontrol edilir

Geçerlilik aralığı dışında kalan cıvatalar başarısız olarak işaretlenir.

Ön yüklemeli cıvatalar

8.8 veya 10.9 sınıfı cıvata başına tasarım kayma dayanımı (EN 1993-1-8, Md. 3.9 – Denklem 3.8):

$$F_{s,Rd} =\frac{k_s n \mu (F_{p,C} - 0.8 F_{t,Ed})}{\gamma_{M3}}$$

Ön yükleme kuvveti (EN 1993-1-8 – Denklem 3.7)

F_p,C = 0.7 f_ub A_s

Ön yükleme kuvveti katsayısı 0.7, Kod ayarlarında değiştirilebilir.

Kullanım oranı [%]:

$$Ut_s = \frac{V}{F_{s,Rd}}$$

burada:

• A_s – cıvatanın çekme gerilmesi alanı
• f_ub – nihai çekme dayanımı
• k_s – bir katsayı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.6; normal yuvarlak delikler için k_s = 1, uzun delikler için k_s = 0.63)
• μ – Kod ayarlarında düzenlenebilir kayma katsayısı (EN 1993-1-8 – Tablo 3.7)
• n – sürtünme yüzeyi sayısı. Kontrol her sürtünme yüzeyi için ayrı ayrı hesaplanır
• γ_M3 – güvenlik katsayısı (EN 1993-1-8 – Tablo 2.1; Kod ayarlarında düzenlenebilir – tavsiye edilen değerler: nihai limit durum için 1.25, kullanılabilirlik limit durumu tasarımı için 1.1)
• V – cıvatadaki tasarım kesme kuvveti
• F_t,Ed – cıvatadaki tasarım çekme kuvveti

Ön yüklemeli cıvataların kayması kullanılabilirlik limit durumu için kontrol ediliyorsa, daha sonra "yataklanma – çekme/kesme etkileşimi" moduna geçirilmeli ve nihai limit durum için kontrol edilmelidir.

Yangın tasarımı

Ön yüklemeli cıvataların kayacağı varsayıldığından, yataklanma cıvataları ve ön yüklemeli cıvataların kontrolleri aynıdır.

Yangın ve normal sıcaklık koşullarındaki kontroller her ikisi de gerçekleştirilir ve minimum değer tasarım yük dayanımı olarak seçilir.

Yüksek sıcaklıkta cıvatalar, EN 1993-1-2, Ek D'ye göre kontrol edilir. D1.1.1'e göre kesme kontrolünde her zaman diş tarafından azaltılmış alanın kullanıldığına dikkat edilmelidir.  

Detaylandırma

Cıvataların detaylandırma kontrolleri, Kod ayarlarında seçenek etkinleştirilmişse gerçekleştirilir. Cıvata merkezinden levha kenarlarına ve cıvatalar arasındaki boyutlar kontrol edilir. EN 1993-1-8'in Tablo 3.3'ünde kenar mesafesi e = 1.2 ve cıvatalar arası aralık p = 2.2 tavsiye edilmektedir. Kullanıcı her iki değeri de Kod ayarlarında değiştirebilir.

Cıvatalarla bağlanan levhaların minimum levha kalınlığı kontrol edilir. EN 1993-1-3 – Tablo 8.4'e göre levha kalınlığı 0.75 mm'den büyük olmalıdır.

EN 1993-1-8 – 6.4.2'ye göre çekme altındaki cıvatalı birleşimler için süneklik ve dönme kapasitesi gereksinimlerinin karşılanmaması durumunda bilgi verilir. Cıvata ağırlıklı olarak çekmeye maruz kalıyorsa, daha ince bağlanan levha aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

$$t \le 0,36d \sqrt{\frac{f_{ub}}{f_y}}$$

Cıvata donanımlarının varsayılan boyutları EN ISO 4014 – Altıgen cıvata başları, EN ISO 4032 – Altıgen standart somunlar ve EN ISO 7089 – Düz rondelalar – Normal seri – Ürün sınıfı A'ya göre belirlenmektedir.