Csavarok és csavarkötések

Csavarmodell a CBFEM szerint

Az IDEA StatiCa egyedi módszert alkalmaz a megoldójában: a Component-based Finite Element Method (CBFEM). A CBFEM-ben alkalmazott csavarmodell leírása és ellenőrzése több acélszerkezeti tervezési szabvány szerint is megtörtént. A teherbírás és az alakváltozási kapacitás összehasonlítása a legfontosabb kísérleti kutatási programokkal is elvégzésre került.

A Component-Based Finite Element Method (CBFEM) módszerben a csavar – húzásban, nyírásban és palástnyomásban tanúsított viselkedésével együtt – olyan komponens, amelyet egymástól függő nemlineáris rugók írnak le. A húzott csavart egy rugó írja le, amelynek jellemzői: tengelyirányú kezdeti merevség, méretezési ellenállás, a folyás kezdete és az alakváltozási kapacitás. A folyás kezdetének és az alakváltozási kapacitásnak a meghatározásánál azt feltételezzük, hogy a képlékeny alakváltozás csak a csavar szárának menetes részén következik be.

Az Elméleti háttérben megtalálható részletesebb információ arról, hogyan írja le és ellenőrzi a CBFEM módszer a csavarokat. Ha általánosságban szeretne többet megtudni a CBFEM-ről, az átfogó Általános elméleti háttér mindenképpen a legjobb kiindulópont.

Csavarok tervezési szabványok szerint

Nézzük meg, hogyan közelíti meg a CBFEM a csavarokat az egyes tervezési szabványok szempontjából. Az IDEA StatiCa eddig nyolc tervezési szabványt támogat, amelyekben a csavarok és az előfeszített csavarok tervezése és/vagy elrendezési szabályai kerülnek meghatározásra. 

Csavarok és előfeszített csavarok szabványellenőrzése Eurocode szerint

A nyírt csavarok kezdeti merevsége és méretezési ellenállása a CBFEM-ben az EN 1993-1-8 3.6. és 6.3.2. cikkelye szerint kerül modellezésre. A palástnyomást és húzást reprezentáló rugó bilineáris erő-alakváltozás viselkedéssel rendelkezik, amelynek kezdeti merevsége és méretezési ellenállása az EN 1993-1-8 3.6. és 6.3.2. cikkelye szerint kerül meghatározásra.

Elrendezési szabályok 

A csavarok ellenőrzése akkor történik meg, ha a lehetőség ki van választva a Szabványbeállításokban. A csavar középpontjától a lemez széleiig, valamint a csavarok közötti távolságok ellenőrzésre kerülnek. Az EN 1993-1-8 3.3. táblázatában ajánlott peremtávolság e = 1,2, a csavarok közötti távolság p = 2,2. A felhasználók mindkét értéket módosíthatják a Szabványbeállításokban.

Csavarok és előfeszített csavarok szabványellenőrzése AISC szerint

A csavarokban ébredő erőket végeselem-analízissel határozzák meg. A húzóerők tartalmazzák a feszítő erőket is. A csavarok ellenállásának ellenőrzése az AISC 360 – J3. fejezete szerint történik.

Elrendezési szabályok 

A csavarok közötti minimális távolság, valamint a csavar középpontjától a csatlakoztatott elem széléig mért minimális távolság ellenőrzésre kerül. A csavarok tengelyei közötti minimális távolság – amely a névleges csavarátmérő 2,66-szorosa (a Szabványbeállításokban módosítható) – az AISC 360-16 – J.3.3. szerint kerül ellenőrzésre. A csavar középpontjától a csatlakoztatott elem széléig mért minimális távolság az AISC 360-16 – J.3.4. szerint kerül ellenőrzésre; az értékek a J3.4 és J3.4M táblázatokban találhatók.

Csavarok és előfeszített csavarok szabványellenőrzése egyéb szabványok szerint

• Csavarok és előfeszített csavarok ellenőrzése CISC szerint (Kanada)
• Csavarok és előfeszített csavarok ellenőrzése kínai szabvány szerint (GB)
• Csavarok ellenőrzése hongkongi szabvány szerint (HKG)
• Előfeszített csavarok ellenőrzése IS 800 szerint (India)
• Csavarok és előfeszített csavarok ellenőrzése SP szerint (Oroszország)
• Csavarok és előfeszített csavarok ellenőrzése AS szerint (Ausztrália)

Csavar elrendezési szabályok 

A távolságok beállítása

A palástnyomási ellenállás számításához használt peremtávolságoknak általános lemezgeometriákra, nyílásokkal és kivágásokkal rendelkező lemezekre egyaránt érvényesnek kell lenniük.

Az algoritmus leolvassa az adott csavarban ébredő eredő nyíróerő-vektor tényleges irányát, majd kiszámítja a palástnyomás-ellenőrzéshez szükséges távolságokat.

A végtávolságot (e₁) és a peremtávolságot (e₂) a lemez kontúrjának három szakaszra osztásával határozzák meg. A végszekcióját az erővektor irányában lévő 60°-os tartomány jelöli ki. A peremszakaszokat az erővektorra merőleges két 65°-os tartomány határolja. A csavartól az adott szakaszig mért legrövidebb távolságot veszik figyelembe végtávolságként, illetve peremtávolságként.

A csavarlyukak közötti távolságokat (p₁; p₂) úgy határozzák meg, hogy a szomszédos csavarlyukakat virtuálisan megnagyobbítják azok félátmérőjével, majd két egyenest húznak a nyíróerő-vektor irányában és arra merőlegesen. Az ezen egyenesekkel metszett megnagyobbított csavarlyukakig mért távolságokat veszik figyelembe p₁ és p₂ értékeként a számításban.

Ellenőrzési példák

Több ellenőrzési példát készítettünk az eredmények más számítási módszerekkel való összehasonlításához.

EN

• Csavarkötés – nyírt toldások
• Csavarkötés – nyírás és húzás kölcsönhatása
• Vállalt csukló – kapacitástervezés

AISC

• Csavart toldó kapcsolat
• Csavart övlemez-nyomatéki kapcsolat – LRFD
• Kinyújtott nyomatéki homloklemez-kapcsolat – ASD

Szabadalmaztatott technológia statikus mérnökök számára

Tudta, hogy csavarmodell-megoldásunk egy amerikai szabadalom részét képezi? Olvassa el itt a sikersztorink. 

 Egycsuklós csukló – megoldásunk 

Néha a mérnöknek egyetlen csavarral kialakított csukló szükséges, különösen akkor, ha például csuklót, merevítőt, rudat vagy átlós elemet kell kialakítani. Az ilyen típusú művelet modellezéséhez és számításához meg kell adni a szerkezeti elem megfelelő Modell típusát. Erről bővebben itt olvashat. 

Csavarok, hegesztések és a csukló merevsége

Mind a csavaroknak, mind a hegesztéseknek megvannak az előnyeik és hátrányaik. A csukló kiválasztásakor az egyik fontos szempont a tervezett merevség. Általánosságban elmondható, hogy egy csavarkötés soha nem olyan merev, mint egy hegesztett kötés. Ha csavarkötést választ, javasoljuk az ilyen kapcsolat merevségének kiszámítását, és az eredő merevség figyelembevételét a teljes szerkezetben. Arról, hogy egy ilyen számítás hogyan néz ki és mit foglal magában, itt olvashat, vagy megtekintheti ezt a videót.