Páčení a vysoká tahová síla ve šroubech

Proč je tahová síla ve šroubu vyšší, než by odpovídalo ručnímu výpočtu? Proč se v přípoji se žiletkou vyskytují tahové síly ve šroubech? Proč se tahové síly ve šroubech někdy liší pro každou pevnostní třídu šroubu?

Společnou odpovědí je model CBFEM používaný v aplikacích IDEA StatiCa. Deformace plechů a dalších částí je vypočítána jako součást analýzy metodou konečných prvků, a proto vstupují do hry páčící síly. Páčící síly jsou dodatečná zatížení přenášená také šrouby. Více o páčících silách si přečtěte ve věnovaném příspěvku na blogu.

V důsledku páčících sil se výsledné tahové síly ve šroubech mohou výrazně lišit v závislosti na návrhu přípoje, únosnosti částí přípoje a působících účincích zatížení.

Tahové síly ve šroubech přípoje se žiletkou

Ve většině případů se u žiletek používá jeden plech pro připojení prvku. Důsledkem toho je, že do přípoje vnášíme malou excentricitu. Tato excentricita způsobí dodatečné páčící síly na plechy, které vyvolávají tah ve šroubech.

Pokud je použita oboustranná žiletka a přípoj je symetrický, tahové síly ve šroubech vznikají pouze v důsledku deformace žiletek, protože s deformacemi vzniká dodatečná excentricita.

Vyšší tahové síly ve šroubech přípoje s čelní deskou

Čím tenčí je čelní deska, tím větší deformaci při daných účincích zatížení vykazuje. To přidává páčící účinek a na šrouby jsou přenášeny dodatečné tahové síly. Pokud je čelní deska dostatečně tlustá a tedy tuhá, páčící síly jsou eliminovány. Viz tento efekt demonstrovaný na jednoduchém příkladu:

a) Čelní deska – tloušťka 10 mm, působící tahová síla 200 kN

Výsledná tahová síla ve 4 šroubech: 61,5 x 4 = 246 kN

b) Čelní deska – tloušťka 40 mm, působící tahová síla 200 kN

Výsledná tahová síla ve 4 šroubech: 49,9 x 4 = 200 kN

Různé tahové síly ve šroubech podle pevnostní třídy šroubu

Každá pevnostní třída šroubu má jiný pracovní diagram a jiné hodnoty meze kluzu. V přípoji s čelní deskou dvou nosníků zatížených ohybovým momentem je demonstrováno srovnání tří různých pevnostních tříd šroubů (8.8, 10.9 a 5.6) šroubu M20.

Pro relativně nízké účinky zatížení vykazují výsledné tahové síly ve šroubech pro každou pevnostní třídu podobné hodnoty.

Ale pro účinky zatížení, které vedou k vysokému využití šroubů (a plastifikaci šroubů), se tahová síla liší v závislosti na pevnostní třídě šroubu. Čím vyšší je pevnostní třída šroubu, tím vyšší je výsledná tahová síla.

Více informací naleznete v teoretickém pozadí a ve videozáznamu.