Sprawdzenie normowe śrub i śrub sprężonych według norm kanadyjskich

Siły w śrubach, w tym siły podważające, są wyznaczane metodą elementów skończonych. Nośności śrub są sprawdzane według S16 – Rozdział 13.

Śruby

Wytrzymałość śrub na rozciąganie

Nośność śruby na rozciąganie jest oceniana zgodnie z Klauzulą 13.12.1.3 i przyjmowana jako:

\[ T_r = 0.75 \phi_b A_b F_u \]

gdzie:

• ϕ_b = 0,8 – współczynnik nośności dla śrub, edytowalny w ustawieniach normy
• A_b – pole przekroju poprzecznego śruby na podstawie jej nominalnej średnicy
• F_u – określona minimalna wytrzymałość na rozciąganie śruby

Gdy gwinty śruby są przecięte przez płaszczyznę ścinania, nośność na ścinanie przyjmuje się jako 0,7 V_r.

Wytrzymałość śrub na ścinanie

Nośność śruby na ścinanie jest oceniana zgodnie z Klauzulą 13.12.1.2. Każda płaszczyzna ścinania śruby jest sprawdzana oddzielnie. Przyjmuje się ją jako:

\[ V_r=0.6 \phi_b A_b F_u \]

gdzie:

• ϕ_b = 0,8 – współczynnik nośności dla śrub, edytowalny w ustawieniach normy
• A_b – pole przekroju poprzecznego śruby na podstawie jej nominalnej średnicy
• F_u – określona minimalna wytrzymałość na rozciąganie śruby

Gdy gwinty śruby są przecięte przez płaszczyznę ścinania, nośność na ścinanie przyjmuje się jako 0,7 V_r.

Kombinacja rozciągania i ścinania w połączeniu zakładkowym

Nośność śruby obciążonej kombinacją rozciągania i ścinania jest oceniana zgodnie z Klauzulą 13.12.1.4 i przyjmowana jako:

\[ \left ( \frac{V_f}{V_r} \right )^2 + \left ( \frac{T_f}{T_r} \right )^2 \le 1 \]

gdzie:

• V_f i T_f są odpowiednio obliczeniową siłą ścinającą i siłą rozciągającą działającą na śrubę
• V_r i T_r są odpowiednio obliczeniową nośnością na ścinanie i nośnością na rozciąganie śruby

Nośność na docisk w otworach śrubowych

Nośność rozwijana w śrubie w połączeniu śrubowym poddanym dociskom i ścinaniu jest oceniana zgodnie z Klauzulą 13.12.1.2 i przyjmowana jako

B_r = 3 ϕ_br t d F_u    dla standardowych otworów śrubowych

B_r = 2,4 ϕ_br t d F_u    dla otworów podłużnych obciążonych prostopadle do tych otworów

gdzie:

• ϕ_br = 0,8 – współczynnik nośności dla docisku śrub na stal
• t – mniejsza grubość łączonych blach
• d – średnica śruby
• F_u – wytrzymałość na rozciąganie łączonego materiału

Wyrwanie materiału przy otworze śrubowym

Nośność na wyrwanie materiału przy otworze śrubowym jest sprawdzana dla poszczególnych śrub zgodnie z Klauzulą 13.11 jako:

\[ T_r = \phi_u 0.6 A_{gv} \frac{F_y+F_u}{2} \]

gdzie:

• ϕ_u = 0,75 – współczynnik nośności dla stali konstrukcyjnej
• A_gv = 2 ∙ l ∙ t – brutto pole powierzchni na ścinanie
• F_y – granica plastyczności łączonego materiału
• F_u – wytrzymałość na rozciąganie łączonego materiału
• l – odległość od osi śruby do krawędzi w kierunku siły ścinającej
• t – grubość łączonego materiału

Dla gatunków stali z F_y > 460 MPa, (F_y + F_u) / 2 należy zastąpić przez F_y przy wyznaczaniu T_r.

Śruby w połączeniach sprężonych

Nośność na poślizg połączenia śrubowego jest oceniana zgodnie z Klauzulą 13.12.2 jako

V_s = 0,53 c_s k_s A_b F_u

gdzie:

• c_s – współczynnik wyznaczany na podstawie k_s i klasy śruby:
• dla k_s < 0,52     klasa A    c_s = 1,00    (A325) lub 0,92 (A490) lub 0,78 (inne)
• dla k_s ≥ 0,52    klasa B    c_s = 1,04 (A325) lub 0,96 (A490) lub 0,81 (inne)
• k_s – współczynnik tarcia, edytowalny w ustawieniach normy, który należy ustawić zgodnie z Tabelą 3 w S16-14; wynosi 0,3 dla klasy A lub 0,52 dla klasy B
• A_b – pole przekroju poprzecznego śruby na podstawie jej nominalnej średnicy
• F_u – określona minimalna wytrzymałość na rozciąganie śruby

Gdy w połączeniach sprężonych stosowane są otwory podłużne, V_s = 0,75 ∙ 0,53 c_s k_s A_b F_u.

Śruba poddana jednocześnie rozciąganiu i ścinaniu musi spełniać następującą zależność:

\[ \frac{V_f}{V_s}+1.9\frac{T}{A_b F_u} \]

gdzie:

• V_f i T_f są odpowiednio obliczeniową siłą ścinającą i siłą rozciągającą działającą na śrubę

Klauzula 13.12.2 stanowi, że należy sprawdzić nośności połączenia określone w Klauzuli 13.12.1. Użytkownik powinien zatem sprawdzić stan po wystąpieniu poślizgu, tj. zmienić sposób przenoszenia siły ścinającej przez śruby z „Tarcie" na „Docisk – interakcja rozciągania i ścinania".

Detale

W detalach połączeń śrubowych minimalna podziałka i minimalna odległość od krawędzi są sprawdzane zgodnie z S16-14 – 22.3. Sprawdzana jest minimalna podziałka (2,7 d – edytowalna w ustawieniach normy) oraz minimalna odległość od krawędzi (1,25 d).