Îmbinare cu șuruburi - Interacțiunea dintre forfecare și întindere
Descriere
Obiectivul acestui capitol este verificarea metodei cu elemente finite bazate pe componente (CBFEM) pentru interacțiunea dintre forfecare și întindere într-un șurub față de un model analitic (AM). Pentru verificare a fost selectată o îmbinare grindă-grindă cu plăci de capăt și două rânduri de șuruburi; a se vedea Fig. 5.5.1. Rigiditatea la încovoiere a îmbinării este suficient de mare pentru a fi clasificată ca rigidă.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}\]
Model analitic
Rezistența șurubului la interacțiunea dintre forfecare și întindere este proiectată conform Tab. 3.4 din capitolul 3.6.1 din EN 1993-1-8:2005. Se utilizează o relație bilineară. Geometria și dimensiunile plăcii de capăt ale îmbinării sunt selectate pentru a limita rezistența de calcul a îmbinării prin cedarea șurubului. Rezistența de calcul a tronsonului T echivalent la întindere este modelată conform Tab. 6.2 din capitolul 6.2.4 din EN 1993‑1‑8:2005.
Verificarea rezistenței
Parametrii modelului sunt diametrul șurubului și dimensiunea grinzii; a se vedea Fig. 5.5.2 până la 5.5.5. Dimensiunile plăcii de capăt și distanțele dintre șuruburi sunt modificate pentru a limita rezistența îmbinării prin cedarea șurubului. Rezistența la forfecare și la încovoiere a îmbinării este comparată la încărcarea corespunzătoare cedării șurubului. Rezultatele sunt rezumate în Tab. 5.5.1 și 5.5.2.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}\]
Tab. 5.5.1 Studiu de sensibilitate pentru rezistență cu variația diametrului șurubului
| Parametru | AM | CBFEM | AM/CBFEM | |||||
| Grindă; placă de capăt | Diametru | Distanțe | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| IPE270; tp = 30mm; 150×310mm | M16/8.8 | e1 = 60 mm; p1 = 190 mm; w = 90 mm | 41 | 155 | 38 | 146 | 1,06 | 1,06 |
| M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 170 mm; w = 90 mm | 61 | 242 | 50 | 200 | 1,21 | 1,21 | |
| HEA300; tp = 40mm; 300×330mm | M24/8.8 | e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w = 150 mm | 89 | 349 | 83 | 328 | 1,06 | 1,06 |
| M27/8.8 | e1 = 95 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 110 | 453 | 89 | 365 | 1,24 | 1,24 | |
| HEA500; tp = 40mm; 330×520mm | M30/8.8 | e1 = 160 mm; p1 = 200 mm; w = 150 mm | 216 | 554 | 198 | 509 | 1,09 | 1,09 |
Tab. 5.5.2 Studiu de sensibilitate pentru rezistență cu variația dimensiunii grinzii
| Parametru | AM | AM | CBFEM | CBFEM | AM/CBFEM | AM/CBFEM | ||
| Grindă; placă de inimă | Diametru | Distanțe | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| HEA260; tp = 25mm; 260×290mm | M20/8.8 | e1 = 75 mm; p1 = 140 mm; w = 130 mm | 53 | 242 | 50 | 229 | 1,06 | 1,06 |
| IPE300; tp = 30mm; 150×340mm | M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 200 mm; w = 90 mm | 69 | 242 | 65 | 228 | 1,06 | 1,06 |
| HEB300; tp = 40mm; 300×340mm | M27/8.8 | e1 = 100 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 111 | 453 | 105 | 427 | 1,06 | 1,06 |
| IPE500; tp = 45mm; 220×560mm | M27/8.8 | e1 = 105 mm; p1 = 350 mm; w = 120 mm | 220 | 453 | 206 | 423 | 1,07 | 1,07 |
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]
Rezultatele studiilor de sensibilitate sunt rezumate în graficele din Fig. 5.5.6 și 5.5.7. Rezultatele arată că diferențele dintre cele două metode de calcul sunt sub 10 %. Modelul analitic oferă în general o rezistență mai mare.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}\]
Exemplu de referință
Date de intrare
Elemente conectate
- Oțel S355
- Grinzi HEA300
- Grosimea plăcii de capăt tp = 40 mm
- Dimensiunile plăcii de capăt 300 × 330 mm
Șuruburi
- 4 × M24 8.8
- Distanțe e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w1 = 75 mm; w = 150 mm
Rezultate
- Rezistența de calcul la încovoiere MRd = 93 kNm
- Rezistența de calcul la forfecare VRd = 291 kN
- Modul de cedare este cedarea șurubului la interacțiunea dintre forfecare și întindere