Liên kết bu lông - Tương tác giữa lực cắt và lực kéo

Mô tả

Mục tiêu của chương này là kiểm tra xác nhận phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện (CBFEM) cho tương tác giữa lực cắt và lực kéo trong bu lông so với mô hình giải tích (AM). Nút liên kết dầm-dầm với bản mã đầu dầm và hai hàng bu lông được chọn để kiểm tra xác nhận; xem Hình 5.5.1. Độ cứng uốn của nút liên kết đủ lớn để được phân loại là ngàm cứng.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Mô hình giải tích

Khả năng chịu lực của bu lông trong tương tác giữa lực cắt và lực kéo được thiết kế theo Bảng 3.4 trong mục 3.6.1 của EN 1993-1-8:2005. Quan hệ song tuyến tính được sử dụng. Hình học và kích thước bản mã đầu dầm của nút liên kết được chọn để giới hạn khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết bởi phá hoại bu lông. Khả năng chịu lực thiết kế của T-stub tương đương chịu kéo được mô hình hóa theo Bảng 6.2 trong mục 6.2.4 của EN 1993‑1‑8:2005.

Kiểm tra xác nhận khả năng chịu lực

Các thông số của mô hình là đường kính bu lông và kích thước dầm; xem các Hình 5.5.2 đến 5.5.5. Kích thước bản mã đầu dầm và khoảng cách bu lông được điều chỉnh để giới hạn khả năng chịu lực của nút liên kết bởi phá hoại bu lông. Khả năng chịu cắt và chịu uốn của nút liên kết được so sánh khi tải trọng đạt đến phá hoại bu lông. Kết quả được tổng hợp trong Bảng 5.5.1 và 5.5.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Bảng 5.5.1 Nghiên cứu độ nhạy về khả năng chịu lực với sự thay đổi đường kính bu lông

Bảng 5.5.2 Nghiên cứu độ nhạy về khả năng chịu lực với sự thay đổi kích thước dầm

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

Kết quả của các nghiên cứu độ nhạy được tổng hợp trong các đồ thị ở Hình 5.5.6 và 5.5.7. Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp tính toán dưới 10 %. Mô hình giải tích thường cho khả năng chịu lực cao hơn.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Các cấu kiện được liên kết

• Thép S355
• Dầm HEA300
• Chiều dày bản mã đầu dầm t_p = 40 mm
• Kích thước bản mã đầu dầm 300 × 330 mm

Bu lông

• 4 × M24 8.8
• Khoảng cách e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu uốn thiết kế M_Rd = 93 kNm
• Khả năng chịu cắt thiết kế V_Rd = 291 kN
• Dạng phá hoại là phá hoại bu lông trong tương tác giữa lực cắt và lực kéo