Efectul de pârghie și forța de întindere ridicată în șuruburi

De ce este forța de întindere într-un șurub mai mare decât cea estimată printr-un calcul manual? De ce apar forțe de întindere în șuruburile unei îmbinări cu placă de inimă? De ce forțele de întindere din șuruburi sunt uneori diferite în funcție de clasa șurubului?

Răspunsul comun este modelul CBFEM utilizat în aplicațiile IDEA StatiCa. Deformarea plăcilor și a altor componente este calculată ca parte a analizei cu elemente finite, astfel că efectul de pârghie intră în acțiune. Forțele de pârghie reprezintă încărcări suplimentare introduse și în șuruburi. Citiți mai multe despre efectul de pârghie într-un articol dedicat.

Ca urmare a efectului de pârghie, forțele de întindere rezultante din șuruburi pot varia considerabil în funcție de proiectarea îmbinării, rezistența componentelor îmbinării și încărcările aplicate.

Forțe de întindere în șuruburile unei îmbinări cu placă de inimă

În majoritatea cazurilor, plăcile de inimă utilizează o singură placă pentru a conecta elementul. Consecința acestui fapt este că se aplică o excentricitate mică îmbinării. Această excentricitate va genera forțe suplimentare de pârghie pe plăci, care induc întindere în șuruburi.

Dacă se utilizează o placă de inimă dublă și îmbinarea este simetrică, singurele forțe de întindere din șuruburi apar datorită deformării plăcilor de inimă, deoarece prin deformații se produce o excentricitate suplimentară.

Forțe de întindere mai mari în șuruburile unei îmbinări cu placă de capăt

Cu cât placa de capăt este mai subțire, cu atât deformația sub încărcările date este mai mare. Aceasta amplifică efectul de pârghie și forțe de întindere suplimentare sunt aplicate șuruburilor. Dacă placa de capăt este groasă și, prin urmare, suficient de rigidă, efectul de pârghie este eliminat. Vedeți acest efect demonstrat într-un exemplu simplu:

a) Placă de capăt - grosime 10 mm, forță de întindere aplicată 200 kN

Forța de întindere rezultantă în 4 șuruburi: 61,5 x 4 = 246 kN

b) Placă de capăt - grosime 40 mm, forță de întindere aplicată 200 kN

Forța de întindere rezultantă în 4 șuruburi: 49,9 x 4 = 200 kN

Forțe de întindere diferite în șuruburi în funcție de clasa șurubului

Fiecare clasă de șuruburi are o diagramă de lucru diferită și valori diferite ale limitei de curgere. Într-o îmbinare cu placă de capăt a două grinzi încărcate cu moment încovoietor, se demonstrează comparația a trei clase diferite de șuruburi (8.8, 10.9 și 5.6) pentru un șurub M20.

Pentru încărcări relativ reduse, forțele de întindere rezultante din șuruburi pentru fiecare clasă prezintă valori similare.

Dar pentru încărcări care conduc la un grad de utilizare ridicat al șuruburilor (și plastificare în șuruburi), forța de întindere variază în funcție de clasa șurubului. Cu cât clasa șurubului este mai mare, cu atât forța de întindere rezultantă este mai mare.

Pentru mai multe informații, consultați baza teoretică și înregistrarea video.