Features

Șuruburi și îmbinări cu șuruburi

04.02.2021

| Autor: Alexander Szotkowski

Steel

Bolts

Connection

Acest articol este disponibil și în:

Tradus de AI din engleză

Șuruburile și sudurile sunt cele mai dificile elemente în proiectarea îmbinărilor din oțel. Foile de calcul Excel simplifică foarte des calculul acestora. Modelarea lor în programele generale de Metoda Elementelor Finite este complicată, deoarece aceste programe nu oferă seturi predefinite de elemente. De aceea, metoda CBFEM a fost dezvoltată și implementată în IDEA StatiCa.

Modelul șurubului conform CBFEM

IDEA StatiCa dispune de o metodă unică în solverul său, Metoda Elementelor Finite bazată pe Componente (CBFEM). Modelul de șurub utilizat în CBFEM este descris și verificat conform mai multor coduri de proiectare a structurilor din oțel. Rezistența la încărcare și capacitatea de deformare sunt, de asemenea, comparate cu principalele programe de cercetare experimentală.

În Metoda Elementelor Finite bazată pe Componente (CBFEM), șurubul cu comportamentul său la întindere, forfecare și presiune pe gaură este componenta descrisă prin arcuri neliniare dependente. Șurubul la întindere este descris printr-un arc cu rigiditatea axială inițială, rezistența de calcul, inițializarea curgerii și capacitatea de deformare. Pentru inițializarea curgerii și capacitatea de deformare, se presupune că deformația plastică apare doar în partea filetată a tijei șurubului.

În Fundamentele noastre Teoretice, puteți găsi mai multe informații despre modul în care metoda CBFEM descrie și verifică șuruburile. Dacă doriți să aflați mai multe despre CBFEM în general, Fundamentele teoretice generale complete reprezintă cu siguranță cel mai bun punct de plecare.

Șuruburi conform codurilor de proiectare

Să analizăm modul în care CBFEM abordează șuruburile din perspectiva codurilor de proiectare individuale. Până în prezent, IDEA StatiCa suportă opt coduri de proiectare în care se rezolvă proiectarea și/sau alcătuirea constructivă a șuruburilor și șuruburilor pretensionate.

Verificarea șuruburilor și șuruburilor pretensionate conform Eurocode

Rigiditatea inițială și rezistența de calcul a șuruburilor la forfecare sunt modelate în CBFEM conform Cl. 3.6 și 6.3.2 din EN 1993-1-8. Arcul care reprezintă presiunea pe gaură și întinderea are un comportament forță-deformare biliniar cu rigiditate inițială și rezistență de calcul conform Cl. 3.6 și 6.3.2 din EN 1993-1-8.

Alcătuire constructivă

Verificările șuruburilor se efectuează dacă opțiunea este selectată în Configurarea codului. Se verifică distanțele de la centrul șurubului la marginile plăcii și între șuruburi. Distanța la margine e = 1,2 și distanța dintre șuruburi p = 2,2 sunt recomandate în Tabelul 3.3 din EN 1993-1-8. Utilizatorii pot modifica ambele valori în Configurarea codului.

Verificarea șuruburilor și șuruburilor pretensionate conform AISC

Forțele din șuruburi sunt determinate prin analiza cu elemente finite. Forțele de întindere includ efectul de pârghie. Rezistențele șuruburilor sunt verificate conform AISC 360 - Capitolul J3.

Alcătuire constructivă

Se verifică distanța minimă dintre șuruburi și distanța de la centrul șurubului la marginea unui element îmbinat. Distanța minimă de 2,66 ori (editabilă în Configurarea codului) diametrul nominal al șurubului între centrele șuruburilor este verificată conform AISC 360-16 – J.3.3. Distanța minimă de la centrul șurubului la marginea unui element îmbinat este verificată conform AISC 360-16 – J.3.4; valorile sunt în Tabelul J3.4 și J3.4M.

Verificarea șuruburilor și șuruburilor pretensionate conform altor standarde

Alcătuirea constructivă a șuruburilor

Cum se stabilesc distanțele

Distanțele la margine utilizate pentru rezistența la presiune pe gaură trebuie să fie relevante pentru geometrii generale ale plăcilor, plăci cu goluri, decupaje etc.

Algoritmul citește direcția reală a vectorului forței tăietoare rezultante într-un șurub dat și calculează apoi distanțele necesare pentru verificarea presiunii pe gaură.

Distanțele de capăt (e₁) și de margine (e₂) sunt determinate prin împărțirea conturului plăcii în trei segmente. Segmentul de capăt este indicat printr-un unghi de 60° în direcția vectorului forței. Segmentele de margine sunt definite prin două unghiuri de 65° perpendiculare pe vectorul forței. Cea mai scurtă distanță de la un șurub la un segment relevant este apoi considerată ca distanță de capăt sau de margine.

Distanțele dintre găurile șuruburilor (p₁; p₂) sunt determinate prin mărirea virtuală a găurilor șuruburilor înconjurătoare cu jumătate din diametrul lor, apoi trasând două linii în direcția și perpendicular pe vectorul forței tăietoare. Distanțele până la găurile mărite ale șuruburilor intersectate de aceste linii sunt apoi considerate ca p₁ și p₂ în calcul.

Exemple de verificare

Am pregătit mai multe exemple de verificare pentru a controla rezultatele în comparație cu alte metode de calcul.

EN

AISC

Mai multe exemple de verificare

Tehnologie brevetată pentru ingineri structuriști

Știați că soluția noastră de model de șurub face parte dintr-un brevet american? Citiți aici despre povestea noastră de succes.

Rost cu un singur șurub - soluția noastră

Uneori, inginerul trebuie să realizeze un rost cu un singur șurub, în special dacă se prevede, de exemplu, o articulație, o contravântuire, o tijă sau o diagonală. Pentru a modela și calcula acest tip de operație, trebuie să definiți un Tip de model adecvat al elementului. Mai multe informații pot fi citite aici.

Șuruburi, suduri și rigiditatea unui rost

Atât șuruburile, cât și sudurile au avantajele și dezavantajele lor. Unul dintre aspectele importante la alegerea unui rost este rigiditatea planificată a acestuia. În general, un rost cu șuruburi nu este niciodată la fel de rigid ca un rost sudat. Dacă alegeți o îmbinare cu șuruburi, recomandăm calcularea rigidității unei astfel de îmbinări și luarea în considerare a rigidității rezultante în structura de ansamblu. Puteți citi cum arată un astfel de calcul și ce implică aici, sau puteți viziona acest video.