Sprawdzenie normowe śrub i śrub sprężonych (AISC)

Siły w śrubach są wyznaczane metodą elementów skończonych. Siły rozciągające uwzględniają siły podważające. Nośności śrub są sprawdzane zgodnie z AISC 360 - Rozdział J3.

Śruby

Nośność śrub na rozciąganie i ścinanie

Obliczeniowa nośność na rozciąganie lub ścinanie, ϕR_n, oraz dopuszczalna nośność na rozciąganie lub ścinanie, R_n/Ω śruby dokręconej do styku, jest wyznaczana zgodnie ze stanami granicznymi zerwania na rozciąganie i zerwania na ścinanie w następujący sposób:

R_n = F_nA_b

ϕ = 0,75    (LRFD, edytowalne w ustawieniach normy)

Ω = 2,00    (ASD, edytowalne w ustawieniach normy)

gdzie:

A_b – nominalne pole przekroju trzpienia śruby lub części gwintowanej bez uwzględnienia gwintu

F_n – nominalne naprężenie rozciągające, F_nt, lub naprężenie ścinające, F_nv, z Tablicy J3.2

Wymagana nośność na rozciąganie uwzględnia wszelkie rozciąganie wynikające z działania siły podważającej wywołanej odkształceniem łączonych elementów.

Kombinacja rozciągania i ścinania w połączeniu na docisk

Dostępna nośność na rozciąganie śruby poddanej kombinacji rozciągania i ścinania jest wyznaczana zgodnie ze stanami granicznymi zerwania na rozciąganie i ścinanie w następujący sposób:

R_n = F'_nt A_b    (AISC 360-16 J3-2)

ϕ = 0,75    (LRFD, edytowalne w ustawieniach normy)

Ω = 2,00    (ASD, edytowalne w ustawieniach normy)

\( F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} F_{nt}}{\phi F_{nv}} \)   (AISC 360-16 J3-3a LRFD)

\( F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} \Omega F_{nt}}{F_{nv}} \)    (AISC 360-16 J3-3b ASD)

gdzie:

• F'_nt – nominalne naprężenie rozciągające zmodyfikowane w celu uwzględnienia wpływu naprężenia ścinającego
• F_nt – nominalne naprężenie rozciągające z Tablicy J3.2 AISC 360-16
• F_nv – nominalne naprężenie ścinające z Tablicy J3.2 AISC 360-16
• f_rv – wymagane naprężenie ścinające przy zastosowaniu kombinacji obciążeń LRFD lub ASD. Dostępne naprężenie ścinające łącznika musi być równe lub większe od wymaganego naprężenia ścinającego, f_rv

Nośność na docisk w otworach śrubowych

Dostępne nośności na docisk, ϕR_n i R_n/Ω, w otworach śrubowych są wyznaczane dla stanu granicznego docisku w następujący sposób:

ϕ = 0,75    (LRFD, edytowalne w ustawieniach normy)

Ω = 2,00    (ASD, edytowalne w ustawieniach normy)

Nominalna nośność na docisk łączonego materiału, R_n, jest wyznaczana w następujący sposób:

Dla śruby w połączeniu z otworami standardowymi:

R_n = 1,2 l_c t F_u ≤ 2,4 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6a, c)

Dla śruby w połączeniu z otworami owalnymi:

R_n = 1,0 l_c t F_u ≤ 2,0 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6e, f)

gdzie:

• F_u – określona minimalna wytrzymałość na rozciąganie łączonego materiału
• d – nominalna średnica śruby
• l_c – odległość w świetle, w kierunku siły, między krawędzią otworu a krawędzią sąsiedniego otworu lub krawędzią materiału
• t – grubość łączonego materiału

Śruby sprężone

Obliczeniowa nośność na poślizg sprężonej śruby klasy A325 lub A490 z uwzględnieniem wpływu siły rozciągającej Ft

Siła sprężenia do zastosowania zgodnie z AISC 360-10 tab. J3.1.

T_b = 0,7 f_ub A_s

Obliczeniowa nośność na poślizg na śrubę zgodnie z AISC 360-10 par. J3.8

R_n = k_SC μ D_u h_f T_b n_s

Stopień wykorzystania na ścinanie [%]:

U_ts = V / ϕR_n    (LRFD)

U_ts = Ω V / R_n    (ASD)

gdzie:

• A_s – pole przekroju czynnego śruby na rozciąganie
• f_ub – wytrzymałość na rozciąganie
• \( k_{SC}=1-\frac{F_t}{D_u T_b n_b} \)   – współczynnik dla kombinacji rozciągania i ścinania (LRFD) (J3-5a)
• \( k_{SC}=1-\frac{1.5 F_t}{D_u T_b n_b} \)     – współczynnik dla kombinacji rozciągania i ścinania (ASD) (J3-5b)
• μ – średni współczynnik tarcia edytowalny w ustawieniach normy
• D_u = 1,13 – mnożnik odzwierciedlający stosunek średniej zainstalowanej siły sprężenia śruby do określonej minimalnej siły sprężenia śruby
• h_f = 1,0 – współczynnik dla wypełniaczy
• n_s – liczba powierzchni tarcia; sprawdzenie jest obliczane oddzielnie dla każdej powierzchni tarcia
• V – siła ścinająca działająca na śrubę
• ϕ = 1,0 – współczynnik nośności dla otworów standardowych (LRFD) edytowalny w ustawieniach normy
• ϕ = 0,7 – współczynnik nośności dla otworów owalnych (LRFD)
• Ω = 1,5 – współczynnik nośności dla otworów standardowych (ASD) edytowalny w ustawieniach normy
• Ω = 2,14 – współczynnik nośności dla otworów owalnych (ASD)