Verificación normativa de tornillos y tornillos pretensados según las normas rusas

Tornillos

Los tornillos se verifican según SP 16, Art. 14.2. La fuerza de tracción y cortante en cada tornillo se determina mediante análisis por elementos finitos. Las fuerzas de palanca se determinan mediante análisis por elementos finitos y se tienen en cuenta. Cada plano de cortante se verifica individualmente. La chapa en aplastamiento se verifica frente a la suma de fuerzas cortantes en los planos adyacentes.

Tornillo a cortante

Un tornillo sometido a una fuerza cortante de cálculo se diseña según el Art. 14.2.9 y debe satisfacer:

\[ N_s \le N_{bs} = R_{bs} A_b \gamma_b \gamma_c \]

donde:

• N_s – fuerza cortante en un plano de un tornillo
• N_bs – resistencia a cortante del tornillo
• R_bs – resistencia de cálculo a cortante del tornillo – SP 16, Tabla 5
• A_b – área de la sección bruta del tornillo
• γ_b – factor de servicio de la unión atornillada – SP 16, Tabla 41 – γ_b = 1,0 para atornillado simple y múltiple con clase de precisión A, γ_b = 0,9 para atornillado múltiple y clase de precisión B y tornillos de alta resistencia (R_bun ≥ 800 MPa)
• γ_c – factor de servicio – SP 16, Tabla 1, editable en la configuración normativa

Cada plano de cortante se verifica individualmente.

Tornillo a tracción

Un tornillo sometido a una fuerza de tracción de cálculo se diseña según SP 16, Art. 14.2.9 y debe satisfacer:

\[ N_t ≤ N_{bt} = R_{bt} A_{bn} \gamma_c \]

donde:

• N_t – fuerza de tracción en un tornillo
• N_bt – resistencia a tracción del tornillo
• R_bt – resistencia de cálculo a tracción – SP 16, Tabla 5
• A_bn – área neta de la sección transversal del tornillo
• γ_c – factor de servicio – SP 16, Tabla 1, editable en la configuración normativa

Tornillo sometido a cortante y tracción combinados

Un tornillo cargado simultáneamente a fuerzas cortantes y de tracción se diseña según SP 16, Art. 14.2.13 y debe satisfacer:

\[ \sqrt{\left ( \frac{N_t}{N_{bt}} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_s}{N_{bs}} \right ) ^2} \le 1.0 \]

donde:

• N_t – fuerza de tracción en un tornillo
• N_bt – resistencia a tracción del tornillo
• N_s – fuerza cortante en un plano de un tornillo
• N_bs – resistencia a cortante del tornillo

Tornillos a aplastamiento

Una chapa sometida a una fuerza de aplastamiento debida a un tornillo a cortante se diseña según SP 16, Art. 14.2.9 y debe satisfacer:

\[ N_s ≤ N_{bp} = R_{bp} d_b t \gamma_b \gamma_c \]

donde:

• N_s – fuerza cortante en un tornillo que actúa sobre una chapa
• N_bp – resistencia a aplastamiento de una chapa
• R_bp – resistencia de cálculo a aplastamiento; R_bp = 1,6 · R_u para clase de precisión A y R_bp = 1,35 · R_u para clase de precisión B – SP 16, Tabla 5
• R_un – resistencia última del elemento conectado
• d_b – diámetro del tornillo
• t – espesor de la chapa
• γ_b – factor de servicio de la unión atornillada – SP 16, Tabla 41
• γ_c – factor de servicio – SP 16, Tabla 1, editable en la configuración normativa

Cada chapa se verifica individualmente y se muestra el caso más desfavorable. SP 16 no indica el factor de servicio de la unión atornillada, γ_b, para casos fuera de los límites de detallado. Por tanto, la verificación a aplastamiento no se realiza para dichos casos.

Uniones por rozamiento

Para las uniones por rozamiento, se requiere limitar y verificar el deslizamiento según SP 16, Art. 14.3. Estos tornillos también deben verificarse como uniones por aplastamiento para el estado límite último tras producirse el deslizamiento. Un tornillo sometido a fuerza cortante debe satisfacer:

\[ N_s \le N_{bf} = Q_{bh} \gamma_b \gamma_c \]

donde:

• N_s – fuerza cortante que actúa sobre un tornillo pretensado y un plano de rozamiento
• N_bf – resistencia al deslizamiento por rozamiento de un tornillo pretensado y un plano de rozamiento
• Q_bh = R_bh A_bn μ / γ_h – resistencia de cálculo al deslizamiento de un tornillo pretensado y un plano de rozamiento
• R_bh = 0,7 · R_bun – pretensado de cálculo en el tornillo pretensado – SP 16, Art. 6.7
• R_bun – resistencia última a tracción del tornillo
• A_bn – área resistente a tracción
• μ – coeficiente de rozamiento para tornillos pretensados – SP 16, Tabla 42, editable en la configuración normativa
• γ_h – coeficiente en caso de apriete del tornillo – SP 16, Tabla 42
  • Agujeros normales: carga estática, Δ ≤ 4 mm; carga dinámica, Δ ≤ 1 mm:
    • γ_h = 1,12 para μ ≥ 0,42
    • γ_h = 1,17 para 0,35 ≤ μ < 0,42
    • γ_h = 1,30 para μ < 0,35
  • Agujeros sobredimensionados: carga estática, Δ > 4 mm; carga dinámica, Δ > 1 mm:
    • γ_h = 1,70 para μ < 0,35
    • γ_h = 1,35 para μ ≥ 0,35
• Δ – diferencia entre los diámetros del agujero del tornillo y del tornillo
• γ_b – factor de servicio de la unión por rozamiento – SP 16, Art. 14.3.4
• γ_c – factor de servicio – SP 16, Tabla 1, editable en la configuración normativa

La carga estática o dinámica puede configurarse en la configuración normativa.

El número de interfaces efectivas, κ, es siempre igual a 1, ya que cada interfaz se verifica por separado.

Según SP 16, Art. 14.3.6, para tornillos en uniones por rozamiento cargados por cortante y tracción combinados, el factor de servicio de la unión por rozamiento, γ_b, se multiplica por:

\[ \gamma_b = \gamma_b \cdot \left ( 1 - \frac{N_t}{P_b} \right ) \]

donde:

• N_t – fuerza de tracción en un tornillo
• P_b = R_bh A_bn – pretensado en un tornillo
• R_bh = 0,7 · R_bun – pretensado de cálculo en el tornillo pretensado – SP 16, Art. 6.7
• A_bn – área resistente a tracción

Las uniones por rozamiento 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 unión debe verificarse de nuevo.