Bouten en boutverbindingen

Boutmodel volgens CBFEM

IDEA StatiCa heeft een unieke methode in zijn solver, de Component-Based Finite Element Method (CBFEM). Het boutmodel dat wordt gebruikt in CBFEM is beschreven en geverifieerd aan de hand van verschillende staalconstructienormen. De belastingsweerstand en vervormingscapaciteit worden ook vergeleken met de belangrijkste experimentele onderzoeksprogramma's.

In de Component-Based Finite Element Method (CBFEM) is de bout met zijn gedrag bij trek, afschuiving en drukspanning de component die wordt beschreven door afhankelijke niet-lineaire veren. De bout bij trek wordt beschreven door een veer met zijn axiale beginstijfheid, rekenwaarde van de weerstand, initialisatie van vloeien en vervormingscapaciteit. Voor de initialisatie van vloeien en de vervormingscapaciteit wordt aangenomen dat plastische vervorming alleen optreedt in het schroefdraadgedeelte van de boutschacht.

In onze theoretische achtergrond kunt u meer informatie vinden over hoe de CBFEM-methode bouten beschrijft en verifieert. Als u meer wilt weten over CBFEM in het algemeen, is de volledige Algemene theoretische achtergrond zeker de beste plek om te beginnen.

Bouten volgens ontwerpnormen

Laten we eens kijken hoe CBFEM bouten benadert vanuit het oogpunt van individuele ontwerpnormen. Tot nu toe ondersteunt IDEA StatiCa acht ontwerpnormen waarbij het ontwerp en/of de detaillering van bouten en voorbelaste bouten worden behandeld. 

Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens Eurocode

De beginstijfheid en rekenwaarde van de weerstand van bouten bij afschuiving worden in CBFEM gemodelleerd volgens Art. 3.6 en 6.3.2 in EN 1993-1-8. De veer die drukspanning en trek vertegenwoordigt, heeft een bi-lineair kracht-vervormingsgedrag met een beginstijfheid en rekenwaarde van de weerstand volgens Art. 3.6 en 6.3.2 in EN 1993-1-8.

Detaillering 

Normtoetsing van bouten wordt uitgevoerd als de optie is geselecteerd in de norminstellingen. Afmetingen van het boutmiddelpunt tot plaatrand en tussen bouten worden gecontroleerd. Randafstand e = 1,2 en tussenruimte tussen bouten p = 2,2 worden aanbevolen in Tabel 3.3 in EN 1993-1-8. Gebruikers kunnen beide waarden aanpassen in de norminstellingen.

Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens AISC

De krachten in bouten worden bepaald door eindige-elementenanalyse. De trekkrachten omvatten wrikkrachten. De boutweerstand wordt gecontroleerd volgens AISC 360 - Hoofdstuk J3.

Detaillering 

De minimale tussenruimte tussen bouten en de afstand van het boutmiddelpunt tot de rand van een verbonden onderdeel worden gecontroleerd. De minimale tussenruimte van 2,66 maal (aanpasbaar in norminstellingen) de nominale boutdiameter tussen boutmiddelpunten wordt gecontroleerd volgens AISC 360-16 – J.3.3. De minimale afstand van het boutmiddelpunt tot de rand van een verbonden onderdeel wordt gecontroleerd volgens AISC 360-16 – J.3.4; de waarden staan in Tabel J3.4 en J3.4M.

Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens andere normen

• Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens CISC (Canada)
• Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens Chinese norm (GB)
• Normtoetsing van bouten volgens Hong Kong Code (HKG)
• Normtoetsing van voorbelaste bouten volgens IS 800 (India)
• Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens SP (Rusland)
• Normtoetsing van bouten en voorbelaste bouten volgens AS (Australië)

Boutdetaillering 

Hoe de afstanden in te stellen

Randafstanden die worden gebruikt voor de drukweerstand van bouten moeten relevant zijn voor algemene plaatgeometrieën, platen met openingen, uitsnijdingen, enz.

Het algoritme leest de werkelijke richting van de resulterende afschuivingskrachtvector in een gegeven bout en berekent vervolgens de afstanden die nodig zijn voor de drukcontrole.

De eind- (e₁) en randafstanden (e₂) worden bepaald door de plaatcontour in drie segmenten te verdelen. Het eindsegment wordt aangegeven door een bereik van 60° in de richting van de krachtvector. De randsegmenten worden gedefinieerd door twee bereiken van 65° loodrecht op de krachtvector. De kortste afstand van een bout tot een relevant segment wordt vervolgens genomen als eind- of randafstand.

De tussenruimten tussen boutgaten (p₁; p₂) worden bepaald door de omliggende boutgaten virtueel te vergroten met de helft van hun diameter, vervolgens twee lijnen te tekenen in de richting van en loodrecht op de afschuivingskrachtvector. De afstanden tot de vergrote boutgaten die door deze lijnen worden gesneden, worden vervolgens beschouwd als p₁ en p₂ in de berekening.

Verificatievoorbeelden

We hebben verschillende verificatievoorbeelden opgesteld om de resultaten te vergelijken met andere berekeningsmethoden.

EN

• Boutverbinding - Lasplaten bij afschuiving
• Boutverbinding - Interactie van afschuiving en trek
• Verbinding met console – capaciteitsontwerp

AISC

• Geboutste lasverbinding
• Geboutste flensplaatmomentsverbinding – LRFD
• Uitgebreide moment-kopplaatverbinding – ASD

Gepatenteerde technologie voor constructeurs

Wist u dat onze boutmodeloplossing deel uitmaakt van een Amerikaans patent? Lees hier over ons succesverhaal. 

 Één-bout verbinding - onze oplossing 

Soms heeft de ingenieur een verbinding met slechts één bout nodig, met name wanneer bijvoorbeeld een scharnier, een windverband, een staaf of een diagonaal wordt verwacht. Om dit soort bewerking te modelleren en te berekenen, moet u een geschikt Modeltype van de staaf definiëren. Meer hierover kunt u hier lezen. 

Bouten, lassen en stijfheid van een verbinding

Zowel bouten als lassen hebben hun voor- en nadelen. Een van de belangrijke aspecten bij het kiezen van een verbinding is de geplande stijfheid. In het algemeen is een boutverbinding nooit zo stijf als een gelaste verbinding.  Als u kiest voor een boutverbinding, raden wij aan de stijfheid van een dergelijke verbinding te berekenen en de resulterende stijfheid in de totale constructie in aanmerking te nemen. U kunt lezen hoe een dergelijke berekening eruitziet en wat deze inhoudt hier, of bekijk deze video.