Csavarok és előfeszített csavarok szabványellenőrzése (EN)

Csavarok

A csavarok nyírási kezdeti merevsége és méretezési ellenállása a CBFEM-ben az EN 1993-1-8 3.6. és 6.3.2. cikkelye szerint van modellezve. 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 van meghatározva.

A csavar méretezési húzási ellenállása (EN 1993-1-8 – 3.4. táblázat):

\[ F_{t,Rd}=0.9 f_{ub} A_s / \gamma_{M2} \]

A csavarfej vagy anya méretezési átlyukasztási nyírási ellenállása (EN 1993-1-8 – 3.4. táblázat):

\[ B_{p,Rd} = 0.6 \pi d_m t_p f_u / \gamma_{M2} \]

Méretezési nyírási ellenállás nyírási síkonként (EN 1993-1-8 – 3.4. táblázat):

\[ F_{v,Rd} = \alpha_v f_{ub} A_s / \gamma_{M2} \]

A méretezési nyírási ellenállás megszorozható a β_p redukciós tényezővel, ha tömítőlemez van jelen (EN 1993-1-8 – 3.6.1. (12) cikkely), és ez a lehetőség a Szabványbeállításokban ki van választva.

A lemez méretezési palástnyomási ellenállása (EN 1993-1-8 – 3.4. táblázat):

\( F_{b,Rd} = k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2} \)    normál furatokhoz

\( F_{b,Rd} = 0.6 k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2} \)    hornyolt furatokhoz

Kihasználtság húzásban [%]:

\[ Ut_t = \frac{F_{t,Ed}}{\min (F_{t,Rd},\, B_{p,Rd})} \]

Kihasználtság nyírásban [%]:

\[ Ut_s = \frac{F_{v,Ed}}{\min (F_{v,Rd},\, F_{b,Rd})} \]

Kölcsönhatás nyírásban és húzásban [%]:

\[ Ut_{ts}=\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}}+\frac{F_{t,Ed}}{1.4 F_{t,Rd}} \]

ahol:

• A_s – a csavar húzási feszültségi keresztmetszete
• f_ub – a csavar szakítószilárdsága
• d_m – a csavarfej vagy anya csúcsok közötti és lapok közötti méretének átlaga, amelyik kisebb
• d – csavar átmérője
• t_p – lemezvastagság a csavarfej/anya alatt
• f_u – acél szakítószilárdsága
• α_v = 0,6 a 4.6, 5.6, 8.8 osztályokhoz és 0,5 a 4.8, 5.8, 6.8, 10.9 osztályokhoz
• \( k_1 = \min \left \{2.8 \frac{e_2}{d_0}-1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0}-1.7, \, 2.5 \right \} \) – tényező a 3.4. táblázatból
• \(\alpha_b = 1.0\) ha a palástnyomás ellenőrzés \(\alpha_b\) értékkel deaktiválva van a Szabványbeállításokban; ha az ellenőrzés aktiválva van, az α_b értékét az EN 1993-1-8 – 3.4. táblázat szerint kell meghatározni: \( \alpha_b = \min \left \{ \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right \} \)
• \(\alpha_d = \min \left \{ \frac{e_1}{3 d_0}, \, \frac{p_1}{3 d_0}-\frac{1}{4} \right \} \)
• e₁, e₂ – peremtávolságok a teher irányában és arra merőlegesen
• p₁, p₂ – csavartávolságok a teher irányában és arra merőlegesen
• F_t,Ed – méretezési húzóerő a csavarban
• F_v,Ed – méretezési nyíróerő a csavarban
• γ_M2 – biztonsági tényező (EN 1993-1-8 – 2.1. táblázat; szerkeszthető a Szabványbeállításokban)

A palástnyomási ellenálláshoz használt peremtávolságoknak relevánsnak kell lenniük az általános lemezgeometriákhoz, nyílásokkal és kivágásokkal rendelkező lemezekhez stb.

Az algoritmus leolvassa az eredő nyíróerő-vektor valódi irányát az adott csavarban, majd kiszámítja a palástnyomás ellenőrzéséhez szükséges távolságokat.

A végső (e₁) és perem (e₂) távolságokat a lemez kontúrjának három szegmensre osztásával határozzák meg. A„végső szegmenst" a erővektor irányában lévő 60°-os tartomány jelöli. A „peremszegmenseket" az erővektorra merőleges két 65°-os tartomány határozza meg. A csavar és egy él közötti legrövidebb távolság a releváns szegmensben kerül figyelembevételre végső, illetve peremtávolságként.

Az algoritmus kiértékeli az összes, a csavar által összekötött lemezt – a csatlakozó lemezeket (pl. toldólemez), a szerkezeti elem lemezeket (pl. felső öv) –, és a legrövidebb távolságot alkalmazza.

A csavarfuratok közötti távolságokat (p1; p2) a szomszédos csavarfuratok átmérőjük felével való virtuális megnövelésével, majd a nyíróerő-vektor irányában és arra merőlegesen két egyenes húzásával határozzák meg. Amikor ezek az egyenesek metszik a virtuálisan megnövelt csavarfuratokat, az ezekhez a csavarokhoz mért távolságokat p₁ és p₂ értékként veszik figyelembe a számításban.

Ha az egyenesek nem metszik a vizuálisan legközelebbi csavart (még akkor sem, ha az egyenes csak kis mértékben tér el a csavartól), ez a csavar figyelmen kívül marad. Ha az egyenesek egyetlen csavart sem metszenek, végtelen értéket alkalmaznak.

Vékonyfalú lemezeket összekötő csavarok

3 mm-nél vékonyabb lemezeket összekötő csavaroknál az EN 1993-1-3, 8.4. táblázat rendelkezéseit kell alkalmazni. 

Palástnyomási ellenállás:

\[F_{b,Rd}=2.5\cdot \alpha_b \cdot k_t \cdot f_u \cdot d \cdot t /\gamma_{M2}\]

ahol:

• \( \alpha_b=\min \left \{ 1.0, e_1/(3d) \right \} \)
• \(k_t = (0.8 t+1.5)/2.5 \) 0,75 mm \(\le t \le\) 1,25 mm esetén; \( k_t=1.0 \) ha \(t>1.25\) mm
• \(f_u\) – a csatlakoztatott lemez szakítószilárdsága
• \(d\) – csavar átmérője
• \(t\) – a csatlakoztatott lemez vastagsága
• \(\gamma_{M2}\) – kapcsolatokra vonatkozó részleges biztonsági tényező, szerkeszthető a Szabványbeállításokban; alapértelmezés szerint \(\gamma_{M2}=1.25\)

A nyírási ellenállást, húzási ellenállást, a húzás és nyírás kölcsönhatását, valamint az átlyukasztási nyírási ellenállást az EN 1993-1-8 szerint kell meghatározni – ugyanúgy, mint a 3 mm-nél vastagabb lemezeket összekötő csavaroknál.

Érvényességi tartomány:

\[e_1 \ge 1.0 d_0 \]

\[p_1 \ge 3 d_0 \]

\[e_2 \ge 1.5 d_0 \]

\[p_2 \ge 3 d_0 \]

\[ f_u \le 550 \textrm{ MPa} \]

\[3 \textrm{ mm} > t \ge 0.75 \textrm{ mm} \]

Minimális csavarméret: M6 – ellenőrzés: \(d \ge 6\) mm

Csavar szilárdsági osztályok: 4.6 – 10.9 – ellenőrzés: \(f_u \le 1000\) MPa

A csavarok nem megfelelőként lesznek jelölve, ha kívül esnek az érvényességi tartományon.

Előfeszített csavarok

Méretezési csúszási ellenállás csavaronként 8.8 vagy 10.9 osztályú csavar esetén (EN 1993-1-8, 3.9. cikkely – 3.8. egyenlet):

\[ F_{s,Rd} =\frac{k_s n \mu (F_{p,C} - 0.8 F_{t,Ed})}{\gamma_{M3}} \]

Az előfeszítő erő (EN 1993-1-8 – 3.7. egyenlet)

F_p,C = 0,7 f_ub A_s

Az előfeszítő erő 0,7-es tényezője módosítható a Szabványbeállításokban.

Kihasználtság [%]:

\[ Ut_s = \frac{V}{F_{s,Rd}} \]

ahol:

• A_s – a csavar húzási feszültségi keresztmetszete
• f_ub – szakítószilárdság
• k_s – együttható (EN 1993-1-8 – 3.6. táblázat; k_s = 1 normál kerek furatok esetén, k_s = 0,63 hornyolt furatok esetén)
• μ – csúszási tényező, szerkeszthető a Szabványbeállításokban (EN 1993-1-8 – 3.7. táblázat)
• n – súrlódási felületek száma. Az ellenőrzés minden súrlódási felületre külön kerül kiszámításra
• γ_M3 – biztonsági tényező (EN 1993-1-8 – 2.1. táblázat; szerkeszthető a Szabványbeállításokban – ajánlott értékek: 1,25 teherbírási határállapothoz és 1,1 használhatósági határállapot méretezéséhez)
• V – méretezési nyíróerő a csavarban
• F_t,Ed – méretezési húzóerő a csavarban

Ha az előfeszített csavarok csúszását használhatósági határállapotra ellenőrzik, azokat ezt követően „palástnyomás – húzás/nyírás kölcsönhatás" módra kell átváltani és teherbírási határállapotra ellenőrizni.

Tűzméretezés

Az előfeszített csavarok esetén csúszás feltételezhető, így a palástnyomásos csavarok és az előfeszített csavarok ellenőrzése azonos.

A tűz esetén és normál hőmérsékleten végzett ellenőrzések egyaránt elvégzésre kerülnek, és a minimum kerül kiválasztásra méretezési teherbírási ellenállásként.

Emelt hőmérsékleten a csavarokat az EN 1993-1-2, D. melléklet szerint kell ellenőrizni. Megjegyzendő, hogy a menetekkel csökkentett keresztmetszeti terület mindig alkalmazásra kerül a nyírási ellenőrzésben a D1.1.1. pont szerint.  

Elrendezési szabályok

A csavarok elrendezési ellenőrzései elvégzésre kerülnek, ha ez a lehetőség ki van választva a Szabványbeállításokban. A csavar középpontjától a lemez széleiig és a csavarok között mért méretek ellenőrzésre kerülnek. A peremtávolság e = 1,2 és a csavarok közötti távolság p = 2,2 ajánlott az EN 1993-1-8 3.3. táblázatában. A felhasználó mindkét értéket módosíthatja a Szabványbeállításokban.

A csavarokkal összekötött lemezek minimális lemezvastagsága ellenőrzésre kerül. A lemezvastagságnak nagyobbnak kell lennie 0,75 mm-nél az EN 1993-1-3 – 8.4. táblázat szerint.

Tájékoztatás kerül kiadásra, ha a húzásban lévő csavaros kapcsolat képlékenységi és elfordulási kapacitásra vonatkozó követelményei az EN 1993-1-8 – 6.4.2. szerint nem teljesülnek. Ha a csavar túlnyomórészt húzásnak van kitéve, a vékonyabb csatlakoztatott lemeznek teljesítenie kell:

\[t \le 0,36d \sqrt{\frac{f_{ub}}{f_y}}\]

A csavarszerelvények alapértelmezett méretei az EN ISO 4014 – Hatszögletű csavarfejek, EN ISO 4032 – Hatszögletű normál anyák és EN ISO 7089 – Sima alátétek – Normál sorozat – A termékminőség szerint vannak meghatározva.