Verificación normativa de tornillos y tornillos pretensados según normas australianas

Las fuerzas en los tornillos, incluidas las fuerzas de palanca, se determinan mediante análisis por elementos finitos. Las resistencias de los tornillos se verifican mediante las disposiciones normativas.

Tornillos

Los tornillos se verifican según el Capítulo 9.2 Diseño de tornillos. La fuerza de tracción y cortante en cada tornillo se determina mediante análisis por elementos finitos. Las fuerzas de palanca se tienen en cuenta según lo sugerido por la Cláusula 9.1.8. Las fuerzas de palanca se determinan mediante análisis por elementos finitos. Cada plano de cortante se verifica individualmente. La chapa en aplastamiento se verifica frente a la suma de las fuerzas cortantes en los planos cercanos.

Tornillo a cortante

Un tornillo sometido a una fuerza cortante de cálculo se diseña según la Cl. 9.2.2.1 y debe satisfacer:

\[ V_f^* \le \phi V_f \]

donde:

• V_f* – fuerza cortante de cálculo
• ϕ = 0.8 – factor de capacidad (Tabla 3.4) editable en la configuración normativa
• V_f = 0.62 f_uf A – capacidad cortante nominal de un tornillo
• f_uf – resistencia mínima a tracción del tornillo según se especifica en la Tabla 9.2.1
• A – área de un tornillo igual a A_c o A_o, que son el área del diámetro menor del tornillo según se define en AS 1275 o el área nominal del vástago liso del tornillo, respectivamente. Cada plano de cortante se verifica individualmente.

El valor de A_c se aproxima en el software mediante una función:

A_c = 0.0000163 · A_s² + 0.91682 · A_s − 0.85375

La diferencia máxima es de 0.8 mm² o 0.5 %.

El factor de reducción indicado en la Tabla 9.2.2.1 para tener en cuenta la longitud de una unión a solape con tornillos es igual a 1.0. La reducción se aplica automáticamente verificando cada tornillo individualmente.

Según la Cl. 9.2.2.5, para uniones en las que las placas de relleno superen los 6 mm de espesor, la capacidad cortante nominal de un tornillo deberá reducirse un 15 %. Para uniones con múltiples planos de cortante, la reducción se aplica a todos los planos de cortante.

Tornillo a tracción

Un tornillo sometido a una fuerza de tracción de cálculo se diseña según la Cl. 9.2.2.2 y debe satisfacer:

\[ N_{tf}^* \le \phi N_{tf} \]

donde:

• N_tf* – fuerza de tracción de cálculo
• ϕ = 0.8 – factor de capacidad (Tabla 3.4) editable en la configuración normativa
• N_tf = A_s f_uf – capacidad a tracción nominal de un tornillo
• A_s – área de tensión a tracción de un tornillo según se especifica en AS 1275
• f_uf – resistencia mínima a tracción del tornillo según se especifica en la Tabla 9.2.1

Tornillo sometido a cortante y tracción combinados

Un tornillo que debe resistir simultáneamente fuerzas cortantes y de tracción de cálculo se diseña según la Cl. 9.2.2.3 y debe satisfacer:

\[ \left ( \frac{V_f^*}{\phi V_f} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_{tf}^*}{\phi N_{tf}} \right ) ^2 \le 1.0 \]

donde:

• ϕ = 0.8 – factor de capacidad (Tabla 3.4) editable en la configuración normativa

Chapa en aplastamiento

Una chapa sometida a una fuerza de aplastamiento de cálculo debida a un tornillo a cortante se diseña según la Cl. 9.2.2.4 y debe satisfacer:

\[ V_b^* \le ϕ V_b \]

donde:

• ϕ = 0.9 – factor de capacidad (Tabla 3.4) editable en la configuración normativa
• \( V_b = 3.2 d_f t_p f_{up} \le a_e t_p f_{up} \) – aplastamiento nominal de una chapa
• d_f – diámetro de un tornillo
• t_p – espesor de la chapa
• f_up – resistencia a tracción de la chapa
• a_e – distancia mínima desde el borde de un agujero hasta el borde de una chapa, medida en la dirección de la componente de la fuerza, más la mitad del diámetro del tornillo. Se considerará que el borde de una chapa incluye el borde de un agujero de tornillo adyacente

Uniones de tipo fricción

Para las uniones de tipo fricción, se requiere que el deslizamiento en el estado límite de servicio esté limitado y se diseñe según la Cl. 9.2.3. Estos tornillos también deben verificarse como tipo aplastamiento para el estado límite último. Un tornillo sometido a fuerza cortante debe satisfacer:

\[ V_{sf}^* \le ϕ V_{sf} \]

donde:

• ϕ = 0.7 – factor de capacidad (Capítulo 3.5.5) editable en la configuración normativa
• V_sf = μ N_ti k_h – capacidad cortante nominal de un tornillo
• μ = 0.35 – factor de deslizamiento según se especifica en la Cláusula 9.2.3.2 editable en la configuración normativa
• N_ti – tensión mínima del tornillo en la instalación según se especifica en la Cláusula 15.2.2.2

• k _h – factor para diferentes tipos de agujeros, según se especifica en las Cláusulas 9.2.3.1 y 14.3.2
  • k _h = 1 para agujeros estándar (+2 mm para d _f ≤ 24 mm, +3 mm en caso contrario)
  • k _h = 0.85 para agujeros ranurados cortos (longitud del agujero ≤ max(1.33 d _f, d _f + 10 mm)) y agujeros sobredimensionados
  • k _h = 0.70 para agujeros ranurados largos

El número de interfaces efectivas, n_ei, es siempre igual a 1, porque cada interfaz se verifica por separado.

Los tornillos en uniones de tipo fricción cargados por cortante y tracción combinados deben satisfacer:

\[ \left ( \frac{V_{sf}^*}{ϕ V_{sf}} \right ) + \left ( \frac{N_{tf}^*}{ϕ N_{tf}} \right ) \le 1.0 \]

donde:

• V_sf* – fuerza cortante de cálculo sobre el tornillo en el plano de las interfaces
• N_tf* – fuerza de tracción de cálculo sobre el tornillo
• ϕ = 0.7 – factor de capacidad (Capítulo 3.5.5) editable en la configuración normativa
• V_sf – capacidad cortante nominal del tornillo
• N_tf = N_ti – capacidad a tracción nominal del tornillo igual a la tensión mínima del tornillo en la instalación

Las uniones de tipo fricción también deben verificarse para el estado límite último. El tipo de tornillo debe cambiarse a aplastamiento – interacción tracción/cortante, las cargas deben incrementarse adecuadamente y la junta debe verificarse de nuevo.