การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือนและแรงดึง
คำอธิบาย
วัตถุประสงค์ของบทนี้คือการตรวจสอบวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) สำหรับปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือนและแรงดึงในสลักเกลียวเทียบกับแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ (AM) โดยเลือกจุดต่อคานต่อคานที่มีแผ่นปลายและสลักเกลียวสองแถวสำหรับการตรวจสอบ ดังแสดงในรูปที่ 5.5.1 ความแข็งแกร่งในการดัดของจุดต่อมีค่าสูงเพียงพอที่จะจัดประเภทเป็นแบบแข็ง
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}\]
แบบจำลองเชิงวิเคราะห์
ความต้านทานของสลักเกลียวในปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือนและแรงดึงออกแบบตามตารางที่ 3.4 ในบทที่ 3.6.1 ใน EN 1993-1-8:2005 โดยใช้ความสัมพันธ์แบบสองเส้นตรง รูปทรงเรขาคณิตและขนาดของแผ่นปลายของจุดต่อถูกเลือกเพื่อจำกัดค่าการออกแบบความต้านทานของจุดต่อโดยการวิบัติของสลักเกลียว ค่าการออกแบบความต้านทานของ T-stub สมมูลในแรงดึงถูกจำลองตามตารางที่ 6.2 ในบทที่ 6.2.4 ใน EN 1993‑1‑8:2005
การตรวจสอบความต้านทาน
พารามิเตอร์ของแบบจำลองได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียวและขนาดคาน ดังแสดงในรูปที่ 5.5.2 ถึง 5.5.5 ขนาดของแผ่นปลายและระยะห่างของสลักเกลียวถูกปรับเพื่อจำกัดความต้านทานของจุดต่อโดยการวิบัติของสลักเกลียว ความต้านทานแรงเฉือนและการดัดของจุดต่อถูกเปรียบเทียบที่การรับแรงเมื่อสลักเกลียววิบัติ ผลลัพธ์สรุปไว้ในตารางที่ 5.5.1 และ 5.5.2
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}\]
ตารางที่ 5.5.1 การศึกษาความไวสำหรับความต้านทานโดยการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว
| พารามิเตอร์ | AM | CBFEM | AM/CBFEM | |||||
| คาน; แผ่นปลาย | เส้นผ่านศูนย์กลาง | ระยะห่าง | 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 |
ตารางที่ 5.5.2 การศึกษาความไวสำหรับความต้านทานโดยการเปลี่ยนแปลงขนาดคาน
| พารามิเตอร์ | AM | AM | CBFEM | CBFEM | AM/CBFEM | AM/CBFEM | ||
| คาน; แผ่น Fin | เส้นผ่านศูนย์กลาง | ระยะห่าง | 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 |
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]
ผลลัพธ์ของการศึกษาความไวสรุปไว้ในกราฟในรูปที่ 5.5.6 และ 5.5.7 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างระหว่างวิธีการคำนวณทั้งสองต่ำกว่า 10 % โดยทั่วไปแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ให้ค่าความต้านทานที่สูงกว่า
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}\]
ตัวอย่าง Benchmark
ข้อมูลนำเข้า
ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ
- เหล็ก S355
- คาน HEA300
- ความหนาแผ่นปลาย tp = 40 mm
- ขนาดแผ่นปลาย 300 × 330 mm
สลักเกลียว
- 4 × M24 8.8
- ระยะห่าง e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w1 = 75 mm; w = 150 mm
ผลลัพธ์
- ค่าการออกแบบความต้านทานในการดัด MRd = 93 kNm
- ค่าการออกแบบความต้านทานแรงเฉือน VRd = 291 kN
- รูปแบบการวิบัติคือการวิบัติของสลักเกลียวในปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือนและแรงดึง