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
| Parametr | AM | CBFEM | AM/CBFEM | |||||
| Belka; płyta czołowa | Średnica | Rozstawy | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| IPE270; tp = 30mm; 150×310mm | M16/8.8 | e1 = 60 mm; p1 = 190 mm; w = 90 mm | 41 | 155 | 38 | 146 | 1,06 | 1,06 |
| M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 170 mm; w = 90 mm | 61 | 242 | 50 | 200 | 1,21 | 1,21 | |
| HEA300; tp = 40mm; 300×330mm | M24/8.8 | e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w = 150 mm | 89 | 349 | 83 | 328 | 1,06 | 1,06 |
| M27/8.8 | e1 = 95 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 110 | 453 | 89 | 365 | 1,24 | 1,24 | |
| HEA500; tp = 40mm; 330×520mm | M30/8.8 | e1 = 160 mm; p1 = 200 mm; w = 150 mm | 216 | 554 | 198 | 509 | 1,09 | 1,09 |
Tab. 5.5.2 Analiza wrażliwości nośności przy zmiennym wymiarze belki
| Parametr | AM | AM | CBFEM | CBFEM | AM/CBFEM | AM/CBFEM | ||
| Belka; płytka żebrowa | Średnica | Rozstawy | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| HEA260; tp = 25mm; 260×290mm | M20/8.8 | e1 = 75 mm; p1 = 140 mm; w = 130 mm | 53 | 242 | 50 | 229 | 1,06 | 1,06 |
| IPE300; tp = 30mm; 150×340mm | M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 200 mm; w = 90 mm | 69 | 242 | 65 | 228 | 1,06 | 1,06 |
| HEB300; tp = 40mm; 300×340mm | M27/8.8 | e1 = 100 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 111 | 453 | 105 | 427 | 1,06 | 1,06 |
| IPE500; tp = 45mm; 220×560mm | M27/8.8 | e1 = 105 mm; p1 = 350 mm; w = 120 mm | 220 | 453 | 206 | 423 | 1,07 | 1,07 |
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]
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 tp = 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 MRd = 93 kNm
- Nośność obliczeniowa na ścinanie VRd = 291 kN
- Forma zniszczenia to zniszczenie śruby przy interakcji ścinania i rozciągania