Tipul îmbinării: Îmbinare cu placă de inimă
Sistem de unități: Metric
Proiectat conform: AS 4100
Verificat: Șuruburi, metal de bază, suduri
Material placă: Grad 300
Șuruburi: M20 Grad 8.8
Suduri: suduri de colț cu dimensiunea de 8 mm și rezistența de 490 MPa
Exemplu preluat din: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capitolul 9.4.1.3
Geometrie
Grinda UB 406×178×60 este conectată la stâlpul UC 254×254×89 printr-o placă de inimă cu dimensiunile 280×90 mm. Sunt utilizate patru șuruburi M20 grad 8.8 cu pasul de 70 mm. Se presupune că grinda nu poate roti și nu poate fi încărcată de momentul încovoietor în jurul axei slabe datorită grinzilor de distribuție și planșeelor.
Încărcare aplicată
Grinda este încărcată de forța tăietoare. Pentru a fi conservativ, la proiectarea șuruburilor, forța tăietoare trebuie considerată la nivelul feței stâlpului, astfel încât grupul de șuruburi să fie încărcat și de momentul încovoietor – se selectează forțele la poziția de 130 mm. Pentru proiectarea plăcii de inimă și a sudurilor, forța tăietoare trebuie aplicată la poziția centrului de greutate al șuruburilor la inima grinzii – se selectează forțele în șuruburi.
Rezultatele calculului manual
Rezultatele din B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capitolul 9.4.1.3 sunt utilizate ca și calcul manual. Forța tăietoare maximă care acționează asupra unui șurub este de 85,9 kN. Această valoare este apropiată de rezistența la forfecare a șurubului – 92,6 kN. Rezistențele plăcii – capacitatea de presiune pe gaură și de rupere – sunt de aproape două ori mai mari. Rezistența la forfecare a plăcii de inimă este de 322,6 kN, apropiată de încărcarea aplicată. Sudurile de colț au dimensiunea de 8 mm și gradul 490 MPa; rezistența este \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \), forța pe unitatea de lungime verticală este de 0,84 kN/mm, astfel rezerva este de 37 %. Veriga cea mai slabă sunt șuruburile. Cu ipoteza distribuției liniare a forțelor în șuruburi, forța maximă aplicată poate fi de 270 kN.
Rezultatele IDEA StatiCa
Poziția de încărcare decisivă pentru această îmbinare este la fața stâlpului. Grupul de șuruburi este încărcat de forța tăietoare și de momentul încovoietor. La o forță tăietoare de 270 kN, șurubul cel mai solicitat este încărcat de forța tăietoare, V*f = 92,1 kN, și de o mică forță de întindere, N*f = 13,5 kN, datorită deformației plăcii de inimă unilaterale. La această încărcare de 270 kN, șurubul cel mai solicitat are un grad de utilizare de 99,9 % și îmbinarea a atins rezistența sa maximă. Această poziție a forței tăietoare este, de asemenea, decisivă pentru rezistența oțelului plăcii de inimă; deformația de 5% este atinsă la o încărcare de 305 kN.
Poziția forței tăietoare la nivelul șuruburilor este decisivă pentru proiectarea sudurilor. Rezistența plăcii de inimă este mai mică decât cea a sudurilor și cedează la o forță tăietoare aplicată de 335 kN. Deformația plastică a plăcii de inimă este prezentată pe forma deformată în figura de mai jos.
Pentru îmbinările încărcate de forțe tăietoare extreme, este important să se aleagă cu atenție poziția forței tăietoare, deoarece diverse elemente sunt, de asemenea, încărcate de momente încovoietoare semnificative cauzate de această forță tăietoare pe un braț de pârghie.
Comparație
Rezistența la forfecare a îmbinării cu placă de inimă a fost determinată ca 270 kN atât în calculul manual, cât și în IDEA StatiCa, datorită rezistenței la forfecare a șuruburilor. Atât evaluarea manuală, cât și cea prin software au indicat rezistență și mod de cedare identice.