Rezistența la forfecare în bloc se calculează ușor diferit în fiecare cod. În acest exemplu, rezistența la forfecare în bloc prin CBFEM este comparată cu programul experimental descris într-un raport detaliat elaborat la Universitatea din Alberta, Canada.

Material și geometrie

Materialul plăcii: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

Factorul de rezistență al oțelului: \(\phi=0.9\)

Proprietățile reale ale materialului sunt surprinzător de mai mici decât valorile nominale (tabelul este preluat din raport). În CBFEM, se utilizează valorile nominale cu factorul de rezistență.

Grosimea plăcii: 6,4 mm

Șuruburi: diametru 1/2 in, clasa A325, diametrul găurii = diametrul șurubului

Configurația de testare constă dintr-o îmbinare ranforsată (partea superioară) și o îmbinare de testare (partea inferioară). În CBFEM, se modelează doar îmbinarea de testare. Figura de mai jos este preluată din raport.

Au existat două variante de geometrie:

• Șuruburi apropiate (distanță 51 mm; epruvete T1A, T1B și T1C)

• Șuruburi cu distanță mai mare, 152 mm (epruvete T2B și T2C)

Rezultate

Deformația din CBFEM este citită din locații similare cu cele din experiment, într-un mod de dezvoltator, unde deplasările pot fi vizualizate. Valorile sunt citite de pe scară, astfel că deformațiile nu sunt exact precise.

Curbele forță-deformație corespund destul de bine graficelor experimentale preluate din raport. Diferențele provin din utilizarea valorilor nominale și a factorului de rezistență în CBFEM. Modelul utilizează, de asemenea, doar o diagramă bilineară a materialului cu o consolidare prin deformație nesemnificativă. Mai mult, forma deformată obținută prin CBFEM corespunde bine experimentului, iar deformația plastică este concentrată în zona superioară dintre șuruburi, indicând că ruperea la întindere va apărea înaintea ruperii la forfecare pe laturi. 

Este important de menționat că limita de 5% a deformației plastice (punctul portocaliu din graficele de mai jos) este atinsă la o deformație foarte mică și cu mult înainte de orice rupere. Ruperea la întindere apare la 45%, respectiv 42% deformație plastică pentru geometriile T1 și T2B/C. Planele de forfecare sunt chiar mai ductile, dar rezistența la încărcare este deja redusă semnificativ.

Concluzie

În CBFEM, rezistența la forfecare în bloc a unui grup de șuruburi este determinată prin analiza cu elemente finite și verificată prin limita de 5% a deformației plastice. Această comparație cu rezultatele experimentale din raportul de cercetare arată că diagrama forță-deformație se potrivește îndeaproape, chiar dacă în CBFEM se utilizează o plasă relativ grosieră și un model simplificat al materialului. O altă constatare importantă este că limita de 5% a deformației plastice este atinsă la o deformație foarte mică, cu mult înainte de orice rupere. 

CBFEM este destinat determinării rezistenței de calcul și nu modelării perfecte a comportamentului real al îmbinărilor. Deși limita de 5% a deformației plastice este foarte conservatoare în aceste două cazuri de rezistență la forfecare în bloc, utilizatorii nu ar trebui să mărească această limită.

Referințe:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Disponibil la: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00