Produktové informace

Šrouby a šroubové přípoje

04.02.2021

| Autor: Alexander Szotkowski

Ocel

Bolts

Connection

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:

Přeloženo pomocí AI z angličtiny

Šrouby a svary jsou nejnáročnějšími prvky při návrhu ocelových přípojů. Tabulkové procesory Excel velmi často zjednodušují jejich výpočet. Jejich modelování v obecných programech MKP je komplikované, protože tyto programy nenabízejí předdefinované sady prvků. Proto byla vyvinuta metoda CBFEM a implementována do IDEA StatiCa.

Model šroubu podle CBFEM

IDEA StatiCa má ve svém řešiči jedinečnou metodu – Component-based Finite Element Method (CBFEM). Model šroubu používaný v CBFEM je popsán a ověřen podle několika norem pro navrhování ocelových konstrukcí. Únosnost a deformační kapacita jsou také porovnány s hlavními experimentálními výzkumnými programy.

V metodě CBFEM (Component-Based Finite Element Method) je šroub se svým chováním v tahu, smyku a otlačení komponentou popsanou závislými nelineárními pružinami. Šroub v tahu je popsán pružinou s počáteční osovou tuhostí, návrhovou únosností, inicializací plasticity a deformační kapacitou. Pro inicializaci plasticity a deformační kapacitu se předpokládá, že plastická deformace nastává pouze v závitové části dříku šroubu.

V naší části Teoretické pozadí najdete více informací o tom, jak metoda CBFEM popisuje a ověřuje šrouby. Pokud chcete vědět více o CBFEM obecně, Obecné teoretické pozadí je rozhodně nejlepším místem, kde začít.

Šrouby podle návrhových norem

Podívejme se, jak CBFEM přistupuje ke šroubům z pohledu jednotlivých návrhových norem. IDEA StatiCa zatím podporuje osm návrhových norem, v nichž je řešen návrh a/nebo konstrukční zásady šroubů a předepnutých šroubů.

Posouzení šroubů a předepnutých šroubů podle Eurokódu

Počáteční tuhost a návrhová únosnost šroubů ve smyku jsou v CBFEM modelovány podle čl. 3.6 a 6.3.2 normy EN 1993-1-8. Pružina reprezentující otlačení a tah má bilineární silově-deformační chování s počáteční tuhostí a návrhovou únosností podle čl. 3.6 a 6.3.2 normy EN 1993-1-8.

Konstrukční zásady

Posouzení šroubů se provádí, je-li tato možnost vybrána v nastavení normy. Kontrolují se vzdálenosti od středu šroubu k okrajům plechu a mezi šrouby. Okrajová vzdálenost e = 1,2 a rozteč šroubů p = 2,2 jsou doporučeny v tabulce 3.3 normy EN 1993-1-8. Uživatelé mohou obě hodnoty upravit v nastavení normy.

Posouzení šroubů a předepnutých šroubů podle AISC

Síly ve šroubech jsou stanoveny metodou konečných prvků. Tahové síly zahrnují páčící síly. Únosnosti šroubů jsou posuzovány podle AISC 360 – kapitola J3.

Konstrukční zásady

Kontroluje se minimální rozteč šroubů a vzdálenost středu šroubu k okraji připojeného prvku. Minimální rozteč 2,66násobku (upravitelná v nastavení normy) jmenovitého průměru šroubu mezi středy šroubů je kontrolována podle AISC 360-16 – J.3.3. Minimální vzdálenost středu šroubu k okraji připojeného prvku je kontrolována podle AISC 360-16 – J.3.4; hodnoty jsou uvedeny v tabulkách J3.4 a J3.4M.

Posouzení šroubů a předepnutých šroubů podle dalších norem

Konstrukční zásady šroubů

Jak nastavit vzdálenosti

Okrajové vzdálenosti používané pro výpočet únosnosti šroubu v otlačení musí být relevantní pro obecné geometrie plechů, plechy s otvory, výřezy apod.

Algoritmus načte skutečný směr výsledného vektoru smykové síly v daném šroubu a poté vypočítá vzdálenosti potřebné pro posouzení otlačení.

Vzdálenosti ke konci (e₁) a k okraji (e₂) jsou stanoveny rozdělením obrysu plechu do tří segmentů. Koncový segment je vymezen rozsahem 60° ve směru vektoru síly. Okrajové segmenty jsou definovány dvěma rozsahy 65° kolmo na vektor síly. Nejkratší vzdálenost od šroubu k příslušnému segmentu je pak považována za vzdálenost ke konci nebo k okraji.

Vzdálenosti mezi otvory pro šrouby (p₁; p₂) jsou stanoveny virtuálním zvětšením okolních otvorů pro šrouby o polovinu jejich průměru, poté vykreslením dvou přímek ve směru a kolmo na vektor smykové síly. Vzdálenosti k zvětšeným otvorům pro šrouby, které jsou těmito přímkami protnuty, jsou pak v výpočtu považovány za p₁ a p₂.

Ověřovací příklady

Připravili jsme několik ověřovacích příkladů pro porovnání výsledků s jinými výpočetními metodami.

EN

AISC

Další příklady ověření

Patentovaná technologie pro stavební inženýry

Věděli jste, že náš model šroubu je součástí amerického patentu? Přečtěte si zde o našem úspěchu.

Styčník s jedním šroubem – naše řešení

Někdy potřebuje inženýr navrhnout styčník pouze s jedním šroubem, zejména pokud se předpokládá např. kloub, ztužidlo, táhlo nebo diagonála. Pro modelování a výpočet tohoto typu operace je nutné definovat správný Typ modelu prvku. Více si o tom můžete přečíst zde.

Šrouby, svary a tuhost styčníku

Šrouby i svary mají své výhody a nevýhody. Jedním z důležitých hledisek při volbě styčníku je jeho plánovaná tuhost. Obecně platí, že šroubovaný styčník není nikdy tak tuhý jako svařovaný styčník. Pokud zvolíte šroubovaný přípoj, doporučujeme vypočítat tuhost takového přípoje a zohlednit výslednou tuhost v celkové konstrukci. Jak takový výpočet vypadá a co obnáší, si můžete přečíst zde, nebo zhlédnout toto video.